JP2006210168A - ２次電池充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関を走行用駆動源とし、内燃機関の始動に必要な電力を２次電池から供給する車両において、２次電池の充電容量低下を防止する。
【解決手段】 車両の走行用駆動源となる内燃機関と、内燃機関の始動に必要な電力を供給する２次電池１と、内燃機関の停止時に電力を消費するとともに、内燃機関の停止時に２次電池１から電力供給される電気負荷３とが搭載された車両に搭載される２次電池充電システムにおいて、燃料と酸化剤との電気化学反応により電気エネルギを発生させるとともに、この電気エネルギを２次電池１に供給可能な燃料電池１２と、燃料電池１２の燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器１１と、燃料貯蔵容器１１から燃料電池１２への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段１４、１６とを設ける。燃料供給制御手段１４、１６は、所定条件が成立した場合に、燃料貯蔵容器１１から燃料電池１２に燃料を供給させ、燃料電池１２における発電を開始させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の走行用駆動源となる内燃機関の始動に必要な電力を供給する２次電池を充電する２次電池充電システムに関する。

近年、車両に搭載する補機類の増加やその機能の増大に伴い、車両停止中に補機類での消費電流（暗電流）が増大しており、車両搭載のバッテリが過剰に放電する可能性がある。また、一般に車両搭載のバッテリは休止期間中に自己放電を起こし、自然に充電容量が低下する。このため車両の停止期間が長い場合にはバッテリの容量低下が顕著になる。この傾向は、車両の走行中の電気負荷の増大によりバッテリの充電と放電のバランスがくずれた場合にはさらに容量低下を助長する結果となる。

一般的に、内燃機関を主要な走行用駆動源とする車両では、バッテリからの電源供給を受けて内燃機関の始動を行うようになっており、内燃機関の停止中にバッテリが過剰に放電した場合、内燃機関の再始動ができなくなる不具合が発生する。このような不具合に対し、バッテリの容量を大きくするなどの解決法があるが、バッテリの容量を無制限に大きくすることは重量と車両内のスペースの点から制限がある。このため、何らかの方法により、バッテリに充電したり、放電の制限をする方法が考案されている。

例えばバッテリが過剰に放電する前に事前にそれを検知し、暗電流が発生する機器への通電を停止する構成（特許文献１）や、あるいはバッテリを複数搭載する車両において一方のバッテリから他方のバッテリに充電を行う構成（特許文献２）が提案されている。また、輸送のような長期にわたる停車の場合には補機とバッテリを遮断するスイッチを別途設ける構成も考案されている（特許文献３）。さらに、太陽電池を設け、その発電電力により駐車中に車内の空気を換気したり、余った電力をバッテリに供給する構成も提案されている（特許文献４）。
特開２００４−１６８２６３号公報 特開２００２−２０９３０１号公報 特開平１０−０７０８４３号公報 特開２００３−２９７０４４号公報

しかし、特許文献１の構成では機器の通電停止により発生する不具合があり、特許文献２の構成では電気自動車あるいは電気と内燃機関のハイブリッド車に限定されるなどの制限がある。また、特許文献３の構成では、スイッチを手動で作動させる手間のほか、通電停止中にメモリの情報が消失したりする問題がある。さらに特許文献４の構成では、車両を日光のあたらない屋内に置く場合には発電が期待できないという問題がある。

また、近年実用化してきた燃料電池を用い、内燃機関の停止中に発電させ、バッテリを充電することも考えられるが、燃料電池の燃料としての水素を確保しなければならないという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、内燃機関を走行用駆動源とし、内燃機関の始動に必要な電力を２次電池から供給する車両において、２次電池の充電容量低下を防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両の走行用駆動源となる内燃機関の始動に必要な電力を供給する２次電池（１）と、内燃機関の停止時に電力を消費するとともに、内燃機関の停止時に２次電池（１）から電力供給される電気負荷（３）とが搭載された車両に搭載される２次電池充電システムであって、燃料と酸化剤との電気化学反応により電気エネルギを発生させるとともに、この電気エネルギを２次電池（１）に供給可能な燃料電池（１２）と、燃料電池（１２）の燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器（１１）と、燃料貯蔵容器（１１）から燃料電池（１２）への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段（１４、１６）とを備え、燃料供給制御手段（１４、１６）は、所定条件が成立した場合に、燃料貯蔵容器（１１）から燃料電池（１２）に燃料を供給させ、燃料電池（１２）における発電を開始させることを特徴としている。

このように内燃機関を走行用駆動源とする車両に燃料電池（１２）を設け、燃料電池（１２）によって２次電池（１）を充電することで、２次電池（１）の充電容量の低下を防止することができる。これにより、内燃機関を次回始動する際に、２次電池が内燃機関の始動に必要な電力を保持することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明のように、内燃機関が停止してから所定期間が経過した場合に、燃料電池（１２）における発電を開始させることができ、さらに、請求項３に記載の発明のように、内燃機関が停止している場合に、燃料電池（１２）における発電を開始させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、燃料電池（１２）の燃料として液体有機化合物を用いることができる。液体有機化合物としては、例えばアルコールまたはエーテルを用いることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、液体有機化合物はウィンドウォッシャ液に含まれているものを用いることで、燃料電池の燃料を別途用意する必要がなく、燃料貯蔵容器を独立して設ける必要がなくなる。

また、請求項６に記載の発明のように、燃料貯蔵容器(１１)と燃料電池(１２)とを一体的に構成することで小型化することができ、さらに燃料貯蔵容器(１１)及び燃料電池(１２)の交換を容易に行うことができる。

また、請求項7に記載の発明のように、燃料貯蔵容器(１１)から燃料電池(１２)のへの燃料供給を１回のみ行うことを可能とすることで、簡易な構成で燃料貯蔵容器(１１)から燃料電池(１２)への燃料供給を行うことができる。

具体的には、請求項８に記載の発明のように、燃料供給制御手段（１４、１６）は、燃料貯蔵容器（１１）と燃料電池（１２）との間を遮断あるいは連通することができる弁（１４）を備えており、弁（１４）は、燃料貯蔵容器（１１）と燃料電池（１２）との間を遮断するように配置された膜状の遮断部材（１４ｅ）と、先端が遮断部材（１４ｅ）に接触する位置と接触しない位置とに移動可能なニードル（１４ｇ）と、ニードル（１４ｇ）を先端が遮断部材（１４ｅ）に接触する方向に弾性力を作用させる弾性部材（１４ｈ）と、ニードル（１４ｇ）を先端が遮断部材（１４ｅ）に接触しない方向に固定するとともに、通電により発熱して断線可能な電線（１４ｉ）とを備え、燃料供給制御手段（１４、１６）は、所定条件の成立により電線（１４ｉ）に通電開始するように構成することができる。

また、請求項９に記載の発明のように、燃料供給制御手段（１４、１６）は、２次電池（１）からの電力供給により作動するように構成することができる。

また、請求項１０に記載の発明のように、燃料電池（１２）を複数の燃料電池セルを電気的に直列接続して構成することで、燃料電池（１２）の出力電圧を上げることができる。

また、請求項１１に記載の発明のように、燃料電池（１２）と２次電池（１）との間に設けられ、燃料電池（１２）での発電電圧を昇圧する電圧変換手段（１７）を設けることで、燃料電池（１２）の発電電圧を２次電池（１）に充電可能な電圧に昇圧することができる。

また、請求項１２に記載の発明のように、電圧変換手段（１７）が昇圧回路を複数備えるように構成することで、燃料電池（１２）の発電電圧を効率的に昇圧することができる。

また、請求項１３に記載の発明のように、電圧変換手段（１７）が２次電池（１）からの電源供給により作動するように構成することができる。

また、請求項１４に記載の発明では、燃料貯蔵容器（１１）の燃料が無くなったことを検出する燃料残量検出手段（１１ａ）と、燃料残量検出手段（１１ａ）により燃料が無くなったことが検出された場合に、その旨をユーザに報知する報知手段（１９）とを備えることを特徴としている。これにより、ユーザは燃料貯蔵容器（１１）の燃料が無くなったことを知ることができる。

また、請求項１５に記載の発明では、燃料供給制御手段（１７）は車両外部の外部装置（１９）との間で通信可能な通信手段（１７ａ）を備え、２次電池（１）の残存容量に関する情報を通信装置を介して外部装置に送信するように構成され、外部装置（１９）は、燃料供給制御手段（１７）との間で通信可能な通信手段（１９ａ）と、２次電池（１）の残存容量に関する情報をユーザに報知可能な報知手段（１９ｂ）と、ユーザによる２次電池（１）の充電開始指令を受け付ける操作手段（１９ｃ）とを備え、ユーザが操作手段（１９ｃ）を操作した場合に、２次電池（１）の充電開始指令に関する情報を燃料供給制御手段（１７）に送信するように構成され、所定条件は、外部装置（１９）から充電開始指令に関する情報を受け取ったことであることを特徴としている。

このように、車両外のユーザに２次電池（１）の充電が必要であることを報知し、ユーザからの指示にしたがって２次電池（１）の充電を行うようにすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本第１実施形態の２次電池充電システムの全体構成を示す。この２次電池充電システムは、内燃機関を走行用駆動源とする車両に搭載されるものである。

内燃機関（図示せず）としては、ガソリンエンジンもしくはディーゼルエンジンを用いることができる。２次電池１は、内燃機関（図示せず）の作動中に発電装置３にて発電した電力を蓄えるとともに、各種の補機類に電力を供給するものである。また、２次電池１は、内燃機関を始動する際に用いられるスタータ（図示せず）に電源供給を行うように構成されている。

電気負荷２は、内燃機関の停止時も含めて常時通電が必要となるものであり、例えば時計やリモコン式ドアロックスイッチ等である。電気負荷２には、内燃機関が作動している際には発電装置３にて発電した電力が供給され、内燃機関が停止している際には、２次電池１から電力が供給される。

発電装置３は、オルタネータ４、整流器５、レギュレータ６を備えている。オルタネータ４は、内燃機関により駆動されて発電し交流電圧を出力する。整流器５は、オルタネータ４の交流電圧を整流して整流電圧を発生し２次電池１及びレギュレータ４に供給する。レギュレータ６は、オルタネータ４の出力を制御して、出力電圧が上限電圧以上にならないようにしている。

２次電池充電システムには、燃料電池ユニット１０が設けられている。燃料電池ユニット１０は、燃料貯蔵容器１１、燃料電池１２を備えている。本実施形態の燃料電池１２は、燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール型（ＤＭＦＣ）を採用している。このため、燃料貯蔵容器１１は、燃料としてのメタノールを液体状態で貯蔵している。燃料電池１２は、固体高分子電解質膜型燃料電池を好適に用いることができる。この固体高分子電解質膜型燃料電池は、常温で作動するため、停止時の車両でも使用しやすい。なお、燃料電池ユニット１０はユニットごと取り外し可能となっており、使用後は新しいユニットに取り換えるように構成されている。

燃料電池１２は、内燃機関の停止時に２次電池１の充電のために発電を行うものである。燃料電池１２の発電電力は、２次電池１の起電力を１２Ｖとし、電気負荷２の消費電流を５０ｍＡ程度とすると、５０ｍＡ×１２Ｖ＝０．６Ｗ程度あればよい。本実施形態では、より多くの電力（例えば１０Ｗ）を燃料電池１２で発電させて２次電池１を充電し、２次電池１の状態を急速に回復させるようにしている。

図２は、燃料電池１２の主要構成を示す概念図である。燃料電池１２は、電解質膜の両側面に電極が配置されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：電解質・電極接合体）１２０と、このＭＥＡ１２０を挟持する一対のセパレータ１２１、１２２から構成される燃料電池セルとして構成されている。ＭＥＡ１２０の電解質膜は、ナフィオン（デュポン社）等のプロトン伝導性の高分子電解質膜を用いることができる。本実施形態の燃料電池１２は、１層の燃料電池セルを備えている。なお、ＭＥＡ１２０の電解質膜の周囲は、封止剤１２ｄによりシールされている。

セパレータ１２１、１２２は、カーボン材または導電性金属よりなる板状部材からなる。アノード側セパレータ１２１には破線で示す溝が形成されており、燃料貯蔵容器１１からメタノールが供給される。カソード側セパレータ１２２には、空気が供給される溝が形成されている。本実施形態の燃料電池１２は、発電電力が１０Ｗ程度と小さいので、必ずしも空気を強制的に供給する必要はなく、自然対流を利用してカソード側セパレータ１２２に空気が供給される。

図１に戻り、燃料貯蔵容器１１と燃料電池１２との間には燃料供給経路１３が設けられており、燃料貯蔵容器１１のメタノールは燃料供給経路１３を介して燃料電池１２に導かれる。燃料供給経路１３には、経路を開閉する弁１４が設けられている。通常時は燃料供給経路１３は弁１４によって遮断されている。燃料電池１２の起動時に弁１４が開放する。燃料貯蔵容器１１の内部は高圧となっており、弁１４が開放されることで、燃料貯蔵容器１１のメタノールが燃料供給経路１３を介して燃料電池１２に供給される。これにより、燃料電池１２は空気中に含まれる酸素を酸化剤として発電を開始する。

図３は、弁１４の構成を示す断面図である。本実施形態の弁１４は、一旦開放されると開放状態を保つように構成されており、１回のみ使用可能となっている。なお、弁１４は、２次電池１からの電源供給を受けて作動するように構成されている。

図３に示すように、弁１４は、第１ケーシング１４ａと第２ケーシング１４ｂを備え、第１ケーシング１４ａには燃料貯蔵容器１１のメタノールが導入される導入部１４ｃが設けられ、第２ケーシング１４ｂには燃料電池１２にメタノールを排出する排出部１４ｄが設けられている。

第１ケーシング１４ａと第２ケーシング１４ｂとの間には、膜状の遮断部材１４ｅが設けられている。遮断部材１４ｅは、Ｏリング１４ｆを介して第１ケーシング１４ａと第２ケーシング１４ｂとの間に挟み込まれるように設けられており、導入部１４ａと排出部１４ｂとを遮断している。遮断部材１４ｅは例えばアルミ箔から構成することができる。

弁１４には、図中の左右方向に移動可能なニードル１４ｇが設けられている。ニードル１４ｇは、先端が遮断部材１４ｅに接触する位置と接触しない位置に移動可能となっている。弁１４には、ニードル１４ｇの先端を遮断部材１４ｅに接触する方向に弾性力を作用させるコイルバネ１４ｈが設けられている。ニードル１４ｇは、コイルバネ１４ｈによって遮断部材１４ｅに接触する方向（図中の右方向）に押しつけられるようになっており、通常状態ではニードル１４ｇはコイルバネ１４ｈを圧縮した状態でヒートワイヤ１４ｉによって固定されている。なお、コイルバネ１４ｈが本発明の弾性部材に相当している。

後述の制御回路１６からの起動信号によるヒートワイヤ１４ｉが融点以上に加熱されて融解し、コイルバネ１４ｈのバネ力によりニードル１４ｇが図中の右方向に押し出され、遮蔽部材１４ｅを突き破る。このように、ヒートワイヤ１４ｉへの通電により開放する弁１４を用いることで、簡易な構成で遮断状態から開放状態への移行を実現できる。

図１に戻り、本実施形態の２次電池充電システムは、制御部１５を備えている。制御部１５は、制御回路１６、電圧変換回路１７を備えている。制御部１５の各回路１６、１７は、２次電池１からの電源供給を受けて作動するように構成されている。制御回路１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。本実施形態の制御回路１６は、内燃機関の作動状態を検出できるとともに、弁１４の開閉制御を行うように構成されている。なお、制御回路１６と弁１４が本発明の燃料供給制御手段に相当し、電圧変換回路１７が本発明の電圧変換手段に相当している。

電圧変換回路１７は、燃料電池１２で発生した電気エネルギを２次電池１に充電可能な電圧まで昇圧する。本実施形態の単セルから構成された燃料電池１２の発電電圧は０．５〜０．８Ｖ程度であるので、これを電圧変換回路１７で２次電池１の起電力（例えば１２Ｖ）まで昇圧する。

図４は、電圧変換回路１７の構成を示す回路図である。図４に示すように、電圧変換回路１７は周知の昇圧回路であり、制御回路１６からの起動信号により開閉するスイッチ１７ａ、昇圧制御回路１７ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ部１７ｃを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ部１７ｃは、コイル１７ｄ、スイッチ素子１７ｅ、１７ｆ、コンデンサ１７ｇ、１７ｈを備えており、コイル１７ｄに蓄えた電気エネルギをスイッチ素子１７ｅ、１７ｆにてスイッチングし、コンデンサ１７ｇ、１７ｈで平滑化することで昇圧する。

次に、本実施形態の２次電池充電システムの作動について説明する。本実施形態の制御回路１６は、内燃機関（図示せず）の停止から所定期間経過した時点で、制御回路１６から弁１４に対して起動信号を出力する。「所定期間」は、２次電池１の充電容量が放電により内燃機関の始動に必要な所定値（例えば満充電状態の４０％）を下回ると推定される期間であり、本実施形態では内燃機関の停止から４０日経過後としている。内燃機関の停止は、オルタネータ４での発電が行われなくなったことに基づいて検出することができる。

弁１４は、制御回路１６からの起動信号を受信することで燃料供給経路１３を開放する。これにより、燃料貯蔵容器１１のメタノールが燃料電池１２に供給され、燃料電池１２での発電が開始される。本実施形態の構成では、燃料貯蔵容器１１内のメタノールは、無くなるまで燃料電池１２に供給される。燃料電池１２で発生した電気エネルギは、電圧変換回路１７で２次電池１に充電可能な電圧まで昇圧され、２次電池１に供給される。これにより、内燃機関の停止中に２次電池１を充電して充電容量の低下を防止することができ、内燃機関を次回始動する際に、内燃機関の始動に必要な電力を保持することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に比較して、燃料電池１２の起動条件が異なるものである。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第２実施形態の制御部１６は、２次電池１の開放電圧を検出することで、２次電池１のＳＯＣ（充電状態）を推定するように構成されている。制御部１６は、内燃機関が停止しており、かつ、２次電池１の開放電圧から推定された２次電池１のＳＯＣが所定値を下回った場合に、弁１４に対して起動信号を出力する。この「所定値」は、内燃機関の始動に必要な充電容量であり、例えば２次電池２の満充電状態の４０％程度に設定することができる。

このような構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５、図６に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態に比較して、燃料電池１２の起動条件と弁１４の構成が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５は本第３実施形態の２次電池充電システムの概念図であり、図６は弁１４の断面図である。図５に示すように、本第３実施形態では２次電池１における電流の授受を監視する電流センサ１８が設けられている。電流センサ１８では、電流の流れ方向および電流の大きさを検出することができる。

図６に示すように、本第３実施形態の弁１４には、ニードル１４ｇを図中の右方向に移動させるソレノイド１４ｊが設けられている。コイルバネ１４ｈは、ニードル１４ｇを図中の左方向に移動させるようにバネ力が働いており、ソレノイド１４ｊに通電することでニードル１４ｇを図中の右方向に移動し、遮蔽部材１４ｅを突き破る。これにより、導入部１４ｃと排出部１４ｄが連通し、燃料貯蔵容器１１から燃料電池１２にメタノールが供給される。

本実施形態の制御回路１５は、内燃機関が停止状態になったことを検出すると、直ちに弁１４に起動信号を出力する。弁１４ではソレノイド１４ｊへの通電が行われ、燃料電池１２にメタノールが供給開始される。そして、燃料電池１２は発電を開始し、２次電池１の充電が行われる。このとき、電流センサ１８にて２次電池１における電流の授受を監視し、それがゼロか、あるいはわずかに２次電池１に充電されるようにすれば２次電池１が過放電になることはない。

本実施形態のように内燃機関の停止後直ちに２次電池１の充電を行う構成では、２次電池１が消費する電流分の補充ができればよいので、燃料電池１２の発電電力は大きくする必要はないが、内燃機関の停止期間中はいつでも発電を行う必要があるため、燃料電池１２の耐久時間は長いことが要求される。

また、内燃機関が起動状態になった場合、オルタネータ４による発電が開始できるので、燃料電池１２による発電は停止するように構成してもよい。この場合、弁１４を１回のみ使用可能な構成でなく、継続的に使用可能な構成にし、燃料電池１２への燃料の供給を停止できるようにすればよい。具体的には、弁１４における導入部１４ｃと排出部１４ｄとの間に、遮蔽部材１４ｅに代えて、ニードル１４ｇが図中の右方向に移動した際にニードル１４ｇの先端が嵌合する弁座（図示せず）を設ければよい。

そして、コイルバネ１４ｈはニードル１４ｇを図中の右方向に押しつけるようにし、ソレノイド１４ｊは通電した場合にニードル１４ｇが図中の左方向に移動させるようにする。このような構成により、ソレノイド１４ｊに通電していない場合には、ニードル１４ｇの先端が弁座に嵌合して導入部１４ｃと排出部１４ｄとを遮断し、ソレノイド１４ｊに通電した場合に、ニードル１４ｇの先端が弁座から離れ、導入部１４ｃと排出部１４ｄとを連通する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第１実施形態に比較して、電圧変換回路１７の構成が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７は、本第４実施形態の電圧変換回路１７の回路図である。図７に示すように、本第４実施形態の電圧変換回路１７では、同様の構成を有する複数（本例では２つ）のＤＣ／ＤＣコンバータ部１７ｃ、１７ｉが設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ部１７ｃ、１７ｉが本発明の昇圧回路に相当している。

燃料電池１２の発電電圧が例えば０．６Ｖである場合に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ部１７ｃで０．６Ｖを３Ｖ程度に昇圧し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ部１７ｉで３Ｖを１２Ｖ程度に昇圧する。このように、電圧変換回路１７に複数の昇圧回路を設けることで、エネルギ変換効率を向上させることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図８に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第１実施形態に比較して、燃料電池１２の構成が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８は、本第５実施形態の燃料電池１２の構成を示す概念図である。図８に示すように、本第５実施形態の燃料電池１２は、ＭＥＡ１２０と一対のセパレータ１２１、１２２からなる燃料電池セル１２０、１２１、１２２を複数設け、これらの燃料電池セル１２０、１２１、１２２を電気的に直列接続して構成されている。本実施形態では、３個の燃料電池セル１２０、１２１、１２２を積層している。このように複数の燃料電池セル１２０、１２１、１２２を積層することで、燃料電池１２の発電電圧を上げることができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図９に基づいて説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図９は、本第６実施形態の２次電池充電システムの概念図である。図９に示すように、本第６実施形態では、車両外部にリモート装置１９が設けられている。制御回路１６には第１の通信手段としての通信回路１６ａが設けられ、リモート装置１９との間で通信可能となっている。本実施形態では、無線による通信が行われる。

制御回路１６は、内燃機関が停止してから所定期間が経過した場合、あるいは２次電池１の残存容量が低下し、内燃機関の始動に必要な所定値を下回った場合に、リモート装置１９に２次電池１の残存容量に関する残存容量情報を送信する。また、制御回路１６は、リモート装置１９から燃料電池１２の起動指令に関する起動指令情報を受信する。

リモート装置１９は、制御回路１６との間で通信可能な通信回路１９ａとユーザが視認可能な表示部１９ｂとユーザが操作可能な操作部１９ｃとを備えている。なお、リモート装置１９、通信回路１９ａ、表示部１９ｂ、操作部１９ｃが、それぞれ本発明の外部装置、第２の通信手段、表示手段、操作手段に相当している。

リモート装置１９は、制御回路１６から残存容量情報を受信した場合に、表示部１９ｂによって２次電池１の残存容量が少なくなり充電が必要な状態であることを、ユーザに報知することができるように構成されている。また、操作部１９ｃは、例えばボタンから構成されており、ユーザの操作により燃料電池１２の起動指令、すなわち２次電池１の充電開始指令を行うことができるように構成されている。リモート装置１９は、ユーザが操作部１９ｃで燃料電池１２の起動指令を行うことで、制御回路１６に対して、起動指令情報を送信する。

制御回路１６は、リモート装置１９からの起動指令情報を受信すると、弁１４を開放して燃料電池１２を起動し、２次電池１の充電を開始する。

さらに、本実施形態の燃料貯蔵容器１１には、メタノールの残存量を検出する燃料残量検出手段としての燃料残存センサ１１ａが設けられている。燃料残存センサ１１ａのセンサ信号は制御回路１６に入力される。制御回路１６は、燃料残存センサ１１ａのセンサ信号により燃料貯蔵容器１１内のメタノールがなくなったことを検出した場合に、リモート装置１９に燃料貯蔵容器１１の燃料残存量に関する燃料残存情報を送信する。リモート装置１９は、制御回路１６から燃料残存情報を受信した場合、報知手段としての表示部１９ｂで燃料貯蔵容器１１内のメタノールがなくなったことをユーザに報知する。

以上の構成により、車両外のユーザに２次電池１の充電が必要であることを報知し、ユーザからの指示にしたがって２次電池１の充電を行うようにすることができる。

なお、本実施形態では、リモート装置１９を車両外部に設けたが、これに限らず車室内に設けてもよい。この場合には、制御回路１６とリモート装置１９との間の通信を有線で行うように構成してもよい。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第７実施形態では、燃料貯蔵容器１１として、ウィンドウォッシャ液が充填されたウィンドウォッシャタンクを用いている。ウインドウォッシャ液は、一般的に用いられているものであり、液体有機化合物としてのメタノールを成分として含むものである。ウインドウォッシャ液は、メタノールの他に、水、界面活性剤、着色剤等を含有している。なお、液体有機化合物としては、エタノール等のアルコールの他、ジメチルエーテル等のエーテルを用いることもできる。

燃料貯蔵容器１１には、ウインドウォッシャ液からメタノール成分を抽出するための透過膜ユニット（図示せず）を設ける。透過膜ユニットは、ウインドウォッシャ液に含まれる成分のうち、メタノールもしくはメタノールおよび水のみを選択的に抽出できるようなメタノール選択透過膜から構成されている。メタノール選択膜としては、例えば、多孔質系ゼオライト膜、多孔質系シリカ膜もしくは多孔質系の有機膜を用いることができる。

以上のように、燃料電池１２の燃料をウインドウォッシャ液から確保することで、燃料電池１２の燃料を別途用意する必要がなく、燃料貯蔵容器１１を独立して設ける必要がなくなる。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について図１０に基づいて説明する。本第８実施形態は、上記第１実施形態と比較して、燃料電池ユニットの構成が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０は、本第８実施形態の燃料電池ユニット１０の構成を示す概念図である。図１０（ａ）はケース２０に収納された燃料電池ユニット１０の構成を示し、図１０（ｂ）はケース２０の外観構成を示し、図１０（ｃ）はアノード側セパレータ１２１の構成を示している。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態では、燃料電池ユニット１０が一体的に構成されている。本実施形態では、燃料電池１２は３つの燃料電池セルが積層された３層構造となっており、両端をフランジ２１で挟まれ、さらに締結ボルト２２で固定されている。燃料貯蔵容器１１は燃料電池１２の上方に配置され、弁１４は燃料貯蔵容器１１の下方であって燃料電池１２の上部側壁に配置されている。燃料貯蔵容器１１、燃料電池１２、弁１４はケース２０に収納されている。

図１０（ｂ）に示すように、ケース２０における燃料電池１２に対応する部位には、メッシュ状の通気孔２０ａが設けられている。通気孔２０ａにはフィルタが設けられており、通気性を確保するとともに、空気中の埃が遮断される。

図１０（ｃ）に示すように、燃料電池１２のアノード側セパレータ１２１には、面方向に垂直に貫通するマニホルド１２１ａが形成され、さらにマニホルド１２１ａから面方向に複数の溝１２１ｂが分岐するように形成されている。

燃料貯蔵容器１１内にある燃料は、弁１４を介して燃料電池１２に供給される。燃料電池１２に供給された燃料は、マニホルド１２１ａを通って各燃料電池セルに分配され、アノード側セパレータ１２１に設けられた溝１２１ｂを通ってＭＥＡ１２０の全面に供給される。そして、カソード側セパレータ１２２に供給される空気を酸化剤として電気化学反応が起こり発電する。

以上のように燃料電池ユニット１０を一体的に構成することで、小型化することができ、さらに燃料電池ユニット１０の交換を容易に行うことができる。

（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について図１１に基づいて説明する。本第９実施形態は、上記第１実施形態と比較して、燃料電池の燃料を車両作動時の余剰電力を利用して生成する点が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１１は、本第９実施形態の２次電池充電システムの主要な構成を示す概念図である。図１１に示すように、本実施形態では水の電気分解を行う電気分解装置２３が設けられている。電気分解装置２３には、水を貯蔵している水貯蔵容器（図示せず）から水が供給される。電気分解に使用する水は、燃料電池１２の発電で発生した水を利用することができ、あるいは車両に搭載された空調装置（図示せず）で発生した凝縮水を利用することもできる。

電気分解装置２３は、内燃機関の作動時にオルタネータ４により発電し整流器５で整流された電圧が供給され、水の電気分解を行い水素を発生させる。電気分解装置２３で発生した水素は燃料貯蔵容器１１に貯蔵される。本実施形態の燃料貯蔵容器１１としては、例えば高圧水素タンクもしくは、水素吸蔵合金等の水素貯蔵材を内蔵して純水素を貯蔵する水素タンクを用いることができる。燃料貯蔵容器１１に貯蔵された水素は、内燃機関の停止中に必要に応じて弁１４を開放することで燃料電池１２に供給され、燃料電池１２における発電に用いられる。

以上のように内燃機関の作動中に燃料電池１２の燃料を生成するように構成することで、燃料電池１２の燃料を別途用意する必要がなくなる。

また、車両の減速時における回生エネルギにより発電する発電機（図示せず）を設け、この発電機で発電した電力をオルタネータ４の発電電力に代えてあるいはオルタネータ４の発電電力とともに、電気分解装置２３における電気分解のための電力として用いるように構成してもよい。これにより、積極的に多量の水素を発生させることができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、燃料電池１２にて発生した電気エネルギを２次電池１の充電に用いたが、これに限らず、燃料電池１２にて発生した電気エネルギを電気負荷２に直接供給するように構成してもよい。この場合には、燃料電池１２の発電電圧を昇圧する電圧変換回路１７を燃料電池１２と電気負荷２との間に設ければよい。

第１実施形態の２次電池充電システムの全体構成を示す概念図である。 燃料電池の主要構成を示す概念図である。 弁の構成を示す断面図である。 電圧変換回路の回路図である。 第３実施形態の２次電池充電システムの全体構成を示す概念図である。 第３実施形態の弁の構成を示す断面図である。 第４実施形態の電圧変換回路の回路図である。 第５実施形態の燃料電池の構成を示す概念図である。 第６実施形態の２次電池充電システムの概念図である。 第８実施形態の燃料電池ユニットの構成を示す概念図である。 第９実施形態の２次電池充電システムの主要な構成を示す概念図である。

符号の説明

１…２次電池、２…電気負荷、３…発電装置、４…オルタネータ、１０…燃料電池ユニット、１１…燃料貯蔵容器、１２…燃料電池、１４…弁、１６…制御回路、１７…電圧変換回路、１９…リモート装置。

Claims (15)

1. 車両の走行用駆動源となる内燃機関の始動に必要な電力を供給する２次電池（１）と、前記内燃機関の停止時に電力を消費するとともに、前記内燃機関の停止時に前記２次電池（１）から電力供給される電気負荷（３）とが搭載された車両に搭載される２次電池充電システムであって、
   燃料と酸化剤との電気化学反応により電気エネルギを発生させるとともに、この電気エネルギを前記２次電池（１）に供給可能な燃料電池（１２）と、
   前記燃料電池（１２）の燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器（１１）と、
   前記燃料貯蔵容器（１１）から前記燃料電池（１２）への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段（１４、１６）とを備え、
   前記燃料供給制御手段（１４、１６）は、所定条件が成立した場合に、前記燃料貯蔵容器（１１）から前記燃料電池（１２）に燃料を供給させ、前記燃料電池（１２）における発電を開始させることを特徴とする２次電池充電システム。
2. 前記所定条件は、前記内燃機関が停止してから所定期間が経過したことであることを特徴とする請求項１に記載の２次電池充電システム。
3. 前記所定条件は、前記内燃機関が停止していることであることを特徴とする請求項１に記載の２次電池充電システム。
4. 前記燃料電池（１２）の燃料が液体有機化合物であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
5. 前記液体有機化合物は、ウィンドウォッシャ液に含まれているものであることを特徴とする請求項４に記載の２次電池充電システム。
6. 前記燃料貯蔵容器（１１）と前記燃料電池（１２）とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
7. 前記燃料貯蔵容器（１１）から前記燃料電池（１２）への燃料供給は、１回のみ行うことが可能であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
8. 前記燃料供給制御手段（１４、１６）は、前記燃料貯蔵容器（１１）と前記燃料電池（１２）との間を遮断あるいは連通することができる弁（１４）を備えており、
   前記弁（１４）は、前記燃料貯蔵容器（１１）と前記燃料電池（１２）との間を遮断するように配置された膜状の遮断部材（１４ｅ）と、先端が前記遮断部材（１４ｅ）に接触する位置と接触しない位置とに移動可能なニードル（１４ｇ）と、前記ニードル（１４ｇ）を先端が前記前記遮断部材（１４ｅ）に接触する方向に弾性力を作用させる弾性部材（１４ｈ）と、前記ニードル（１４ｇ）を先端が前記前記遮断部材（１４ｅ）に接触しない方向に固定するとともに、通電により発熱して断線可能な電線（１４ｉ）とを備え、
   前記燃料供給制御手段（１４、１６）は、前記所定条件の成立により前記電線（１４ｉ）に通電開始することを特徴とする請求項７に記載の２次電池充電システム
9. 前記燃料供給制御手段（１４、１６）は、前記２次電池（１）からの電力供給により作動することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
10. 前記燃料電池（１２）は、複数の燃料電池セルが電気的に直列接続されて構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
11. 前記燃料電池（１２）と前記２次電池（１）との間に設けられ、前記燃料電池（１２）での発電電圧を昇圧する電圧変換手段（１７）を備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
12. 前記電圧変換手段（１７）は、昇圧回路を複数備えていることを特徴とする請求項１１に記載の２次電池充電システム。
13. 前記電圧変換手段（１７）は、前記２次電池（１）からの電源供給により作動することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
14. 前記燃料貯蔵容器（１１）の燃料が無くなったことを検出する燃料残量検出手段（１１ａ）と、
    前記燃料残量検出手段（１１ａ）により燃料が無くなったことが検出された場合に、その旨をユーザに報知する報知手段（１９ｂ）とを備えることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。
15. 前記燃料供給制御手段（１７）は車両外部の外部装置（１９）との間で通信可能な第１の通信手段（１７ａ）を備え、前記２次電池（１）の残存容量に関する情報を前記通信装置を介して前記外部装置に送信するように構成され、
    前記外部装置（１９）は、前記燃料供給制御手段（１７）との間で通信可能な第２の通信手段（１９ａ）と、前記２次電池（１）の残存容量に関する情報をユーザに報知可能な報知手段（１９ｂ）と、ユーザによる前記２次電池（１）の充電開始指令を受け付ける操作手段（１９ｃ）とを備え、ユーザが前記操作手段（１９ｃ）を操作した場合に、前記２次電池（１）の充電開始指令に関する情報を前記燃料供給制御手段（１７）に送信するように構成され、
    前記所定条件は、前記外部装置（１９）から前記充電開始指令に関する情報を受け取ったことであることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の２次電池充電システム。

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