JP2006312373A - 燃料供給方法および燃料補給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 移動体外部に電源を必要とせずに移動体に対して燃料を十分に充填可能にすること。
【解決手段】 水素ステーション２が備える蓄圧器１４から、燃料ガスとしての水素を、燃料電池車両１に搭載された高圧水素タンク６に供給する方法において、燃料電池車両１から供給された電力によってコンプレッサ１６を駆動し、前記蓄圧器１４からガス配管１５に放出された水素を燃料電池車両１側の高圧水素タンク６に供給する。コンプレッサ１６の駆動に必要な電力供給は、二次電池４または燃料電池３の少なくともいずれか一方から行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体に燃料を供給する燃料供給方法および燃料補給装置に関する。
近年、エンジンに換えて燃料ガス（例えば、水素）と酸化ガス（例えば、空気）の電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源として搭載した燃料電池車両の開発が進められている。例えば特許文献１に示されているように、燃料電池車両に対しては、水素ステーション等の燃料充填設備にて燃料の充填を行う。水素ステーションにおいては、コンプレッサにより燃料を昇圧して燃料電池車両のタンクに燃料の充填を行う。
特許第３３８７０７０号公報
しかしながら、上記の水素ステーションにおいては充填の際に電力を必要とするため、電力供給のない地域、または災害時等の停電状態においては、燃料の充填を行うことができない。また、カードルに予め水素を充填した移動ステーションも開発されているが、停電時には、カードルと車両のガス圧が均圧になるまでしか充填することができない。
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、移動体外部の燃料供給装置側に電源を必要とせずに移動体に対して燃料を十分に充填することができる燃料供給方法および燃料供給装置を提供することを目的とする。
本発明は、移動体への燃料補給方法であって、前記移動体に搭載され、電力を供給可能な電力供給手段により出力された電力を、移動体外部の燃料供給装置に供給し、前記電力供給手段から供給された電力にて前記燃料供給装置を作動させて前記移動体に燃料を供給することを特徴とする。
また、本発明は、移動体への燃料補給装置であって、前記移動体に搭載され、燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器と、前記移動体に搭載され、電力を供給可能な電力供給手段と、前記燃料貯蔵容器に燃料を補給する移動体外部の燃料供給装置に対し、前記電力供給手段から電力を出力する電力出力手段と、前記電力出力手段により出力される電力により前記燃料供給装置を作動させる制御手段と、を具備することを特徴とする。
これらの構成によれば、停電時または電力が供給されていない地域においても、移動体外部の燃料供給装置から移動体への燃料供給が可能になる。
上記燃料補給方法において、前記電力供給手段は、前記移動体に搭載された電力貯蔵器であってもよい。また、上記燃料供給装置において、前記電力供給手段は、電力貯蔵器であってもよい。
これらの構成によれば、移動体に発電機が搭載されていて該発電機から電力を出力することが可能な場合であっても、該発電機を起動させることなく、移動体外部の燃料供給装置に対して電力を供給することができる。
本発明によれば、電力が供給されていない地域や、停電時においても、移動体に対して燃料を供給することができる。また、移動体に搭載された電力貯蔵器を電源として用いることで、移動体に発電機が搭載されていても該発電機を起動させずに燃料供給を行うことができる。
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示したものは本発明の一実施形態である燃料電池車両に対する水素充填システムである。同図において、符号１は燃料電池車両（移動体）、２は水素ステーションである。
燃料電池車両１は、車体１ａ内に燃料電池（電力供給手段）３，燃料電池３によって発電された電力を蓄電する二次電池（電力供給手段、電力貯蔵器）４、燃料電池車両１が有する装置系全体の制御を行う車両コントローラ５を備える。かかる装置系全体の制御としては、例えば、燃料電池３の発電制御、燃料電池３から二次電池４への充電制御、二次電池４から車両内外の電気負荷への給電制御等がある。
燃料電池車両１の車体１ａ外には、燃料電池３の燃料である水素が充填（供給）される高圧水素タンク（燃料貯蔵容器）６が設けられている。燃料電池３と高圧水素タンク６は燃料供給路１０により接続されており、この燃料供給路１０を介して、高圧水素タンク６から燃料電池３に水素が供給される。
燃料電池３は、高圧水素タンク６から供給された水素を燃料ガスとし、この燃料ガスを不図示の酸化ガス（空気）供給系を介して供給された酸化ガスによって酸化させることにより、発電を行う。燃料電池３で発電された電力は、出力配線１１を経て二次電池４に充電されるようになっている。なお、出力配線１１にはスイッチ１２が介装されており、充電を適宜ＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能となっている。
水素ステーション２は、水素が封入された蓄圧器１４と、蓄圧器１４からガス配管１５に放出された水素を圧縮（昇圧）して燃料電池車両１に供給するコンプレッサ（燃料供給装置）１６と、コンプレッサ１６を制御するコンプレッサコントローラ（制御手段）１７とを備える。コンプレッサ１６はモータ１６ａを備え、モータ１６ａにはコンプレッサコントローラ１７から配線１８を介して電力が供給される。
さらに、水素ステーション２は、コンプレッサコントローラ１７を含む設備系全体を制御するメインコントローラ（制御手段）２０を備える。コンプレッサコントローラ１７には外部の商用電源から電力が供給されており、該電力はコンプレッサコントローラ１７から配線１９を介してメインコントローラ２０に対しても供給されている。なお、本燃料充填システムが電力供給のない地域に設置される場合には、コンプレッサコントローラ１７に商用電源は供給されない。
メインコントローラ２０は、コンプレッサコントローラ１７と制御信号線２３により接続されており、該制御信号線２３を介してメインコントローラ２０からコンプレッサコントローラ１７に対して制御信号が与えられ、コンプレッサコントローラ１７からメインコントローラ２０に対して誤信号チェック信号が返されるようになっている。
コンプレッサ１６から燃料電池車両１に搭載された高圧水素タンク６への水素充填は、燃料電池車両１に対して着脱可能なガス供給管２１により行われる。充填時においてガス供給管２１は、燃料電池車両１側のガス供給管２２と接続され、コンプレッサ１６によって蓄圧器１４内からガス配管１５に放出された水素が圧縮されてガス供給管２１，２２を経て高圧水素タンク６に充填される。
燃料電池車両１および水素ステーション２には、電力出力手段３０として以下の構成が設けられている。燃料電池車両１は、燃料電池車両１からメインコントローラ２０に対して供給される電力をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣ変換器３１と、燃料電池３からＤＣ／ＡＣ変換器３１に電力を供給する電力供給配線３２および該電力供給配線３２に介装されたスイッチ３２ａと、二次電池４からＤＣ／ＡＣ変換器３１に対して電力を供給する電力供給配線３３および該電力供給配線３３に介装されたスイッチ３３ａとを備えている。
電力出力手段３０は上記に加えて更に、燃料電池車両１から水素ステーション２に対して非接触で電力供給する非接触給電装置３５の給電側を構成する給電器３５ａと、同様に信号線を非接触で接続する非接触式信号送受信装置３６の燃料電池車両側送受信器３６ａと、を備えている。
水素ステーション２は、非接触給電装置３５の受電器３５ｂと、非接触式信号送受信装置３６の水素ステーション側送受信器３６ｂとを備えている。非接触給電装置３５および非接触式信号送受信装置３６は、既知の技術、例えば誘導作用により電力を誘電する非接触給電方法を採用することができる。非接触式信号送受信装置３６による信号の送受信は、電力の大小により行うことができる。なお、受電器３５ｂおよび送受信器３６ｂを一つのコネクタにまとめることで、一度の操作で燃料電池車両１側と接続することができる。
ＤＣ／ＡＣ変換器３１とメインコントローラ２０との間は、給電線４０，非接触給電装置３５，および給電線４１により電気的に接続可能であり、車両コントローラ５とメインコントローラ２０との間は、信号線４２，非接触式信号送受信装置３６，および信号線４３により接続可能となっている。
なお、車両コントローラ５は燃料電池車両１の各構成要素（燃料電池３、二次電池４、高圧水素タンク６、スイッチ１２，３２ａ，３３ａなど）の制御を行う。車両コントローラ５から各構成要素に対して破線で示した制御信号が送信され、各構成要素から車両コントローラ５に対しては誤信号チェック信号が返される。
車両走行時、燃料電池車両１の車両コントローラ５は、車両の走行状態や二次電池４の残容量（ＳＯＣ）等に基づき設定される蓄電要求に応じて、適宜スイッチ１２を閉じ、これにより、燃料電池３によって発電された電力の一部又は全部が二次電池４に蓄電される。
次に、本水素充填システムにおける燃料電池車両１に対する水素充填方法について説明する。
＜商用電源通電時における充填＞
通常通電時（コンプレッサコントローラ１７に商用電源が供給されている状態）においては、まず利用者がガス供給管２１を燃料電池車両１側のガス供給管２２と接続する。メインコントローラ２０は、コンプレッサコントローラ１７を介してモータ１６ａを駆動する。すると、蓄圧器１４からガス配管１５に放出された水素は、コンプレッサ１６によって所定圧に圧縮され、燃料電池車両１側の高圧水素タンク６に充填される。充填終了後は、利用者がガス供給管２１をガス供給管２２と切り離す。
＜停電時における充填＞
災害時等、停電によって商用電源が停止した場合、または元々電力供給が行われていない場合には、以下のように充填を行う。まず利用者がガス供給管２１を燃料電池車両１側のガス供給管２２と接続する。さらに、非接触給電装置３５の受電側３５ｂを給電側３５ａと接続し、非接触式信号送受信装置３６の水素ステーション２側の送受信器３６ｂを燃料電池車両側の送受信器３６ａに接続する。
車両コントローラ５は、スイッチ３２ａをＯＦＦ、スイッチ３３ａをＯＮとすることにより、二次電池４をＤＣ／ＡＣ変換器３１に接続する。これにより、二次電池４に蓄電されている電力がＤＣ／ＡＣ変換器３１から非接触給電装置３５を経てメインコントローラ２０に給電される。メインコントローラ２０は、非接触式信号送受信装置３６によって車両コントローラ５と接続されており、受電に必要な制御信号が車両コントローラ５からメインコントローラ２０との間で送受信される。
メインコントローラ２０は、配線１９を介してコンプレッサコントローラ１７に給電し、さらに制御信号線２３を介してコンプレッサコントローラ１７に充填のための制御信号を与える。コンプレッサコントローラ１７は、上記通常通電時と同様に、コンプレッサ１６によって蓄圧器１４からガス配管１５に放出された水素を所定圧に圧縮し、高圧水素タンク６に充填する。
このように、停電によって商用電源が停止した場合、または元々電力供給が行われていない場合であっても、燃料電池車両１の高圧水素タンク６に対して水素の充填を行うことができる。特に、本実施形態においては、コンプレッサ１６によって水素を圧縮することで、高圧水素タンク６に対して最大限まで充填することが可能である。
なお、通常、二次電池４は給電に十分な状態に充電されているため、上記の例では二次電池４を電源として給電を行っている。しかしながら、二次電池４の残容量が十分にない場合（例えば、４０％以下）等においては、燃料電池３を電源として用いてもよい。この場合は、燃料電池３に発電を行わせるとともに、スイッチ３２ａをＯＮ、スイッチ３３ａをＯＦＦとする。また、二次電池４と燃料電池３を併用すれば、より高速な充填を実現することができる。
また、上記においては燃料電池車両１から水素ステーション２への給電方法として誘電式の非接触給電方法を採用したが、非接触式でなくともよい。この場合は、コネクタ等を用い燃料電池車両１と水素ステーション２との間で給電線４０，４１及び信号線４２，４３を実際に接続する。
＜他の実施形態＞
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。例えば、燃料貯蔵容器としては、水素吸蔵合金，高圧タンク，および燃料タンク等を採用することができる。電力供給手段としては、例えば燃料電池，エンジンと発電機のハイブリッドシステム，及び太陽電池等に代表される発電機や、例えばバッテリ及びコンデンサ等に代表される電力貯蔵容器を採用することができる。
移動体としては、例えば車両，船舶，ロボット，及び携帯端末等を採用することができる。燃料供給装置としては、例えば供給ポンプ及び温度調整装置（例えば、水素吸蔵合金用）を採用することができる。
本発明の一実施形態を模式的に示した図である。
符号の説明
１…燃料電池車両、２…水素ステーション、３…燃料電池（電力供給手段）、４…二次電池（電力供給手段、電力貯蔵器）、５…車両コントローラ、６…高圧水素タンク（燃料貯蔵容器）、１４…蓄圧器、１６…コンプレッサ（燃料供給装置）、１７…コンプレッサコントローラ（制御手段）、２０…メインコントローラ（制御手段）、３０…電力出力手段

Claims (4)

  1. 移動体への燃料補給方法であって、
    前記移動体に搭載され、電力を供給可能な電力供給手段により出力された電力を、移動体外部の燃料供給装置に供給し、
    前記電力供給手段から供給された電力にて前記燃料供給装置を作動させて前記移動体に燃料を供給することを特徴とする燃料供給方法。
  2. 前記電力供給手段は、前記移動体に搭載された電力貯蔵器であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給方法。
  3. 移動体への燃料補給装置であって、
    前記移動体に搭載され、燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器と、
    前記移動体に搭載され、電力を供給可能な電力供給手段と、
    前記燃料貯蔵容器に燃料を補給する移動体外部の燃料供給装置に対し、前記電力供給手段から電力を出力する電力出力手段と、
    前記電力出力手段により出力される電力により前記燃料供給装置を作動させる制御手段と、を具備することを特徴とする燃料補給装置。
  4. 前記電力供給手段は、電力貯蔵器であることを特徴とする請求項３に記載の燃料補給装置。


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