JP2007073237A - Vehicle loaded with fuel cell and method of controlling vehicle loaded with fuel cell - Google Patents

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宗久 堀口
Nobuaki Miki
修昭 三木
Masafumi Kobayashi
雅史 小林
Kihachi Hayashida
林田　　機八
Junji Narita
淳二 成田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to fully utilize regenerative power. <P>SOLUTION: The vehicle loaded with a fuel cell is provided with a plurality of fuel cell sections, a fuel cell operating section treatment means supplying each fuel cell section with fuel and air to have the fuel cell section operate, a drive motor made to drive receiving a current generated at each fuel cell section, a regeneration treatment means making a first fuel cell section operate as an electrolytic device to generate hydrogen gas and oxygen gas, and an output changing treatment means supplying the generated oxygen gas to a second fuel cell section. Since the first fuel cell section is made to operate as the electrolytic device, hydrogen gas and oxygen gas are generated, and the oxygen gas generated is to be supplied to the second fuel cell section, regenerative power can be fully utilized. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池搭載車両及び燃料電池搭載車両の制御方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell vehicle and a method for controlling the fuel cell vehicle.

従来、燃料電池を搭載した車両（以下「燃料電池搭載車両」という。）においては、積層型の燃料電池によって発生させられた電力を交流の電流、すなわち、交流電流として駆動モータに供給し、該駆動モータを駆動することによってトルクを発生させるようにしている。   Conventionally, in a vehicle equipped with a fuel cell (hereinafter referred to as “vehicle equipped with a fuel cell”), the electric power generated by the stacked fuel cell is supplied to the drive motor as an alternating current, that is, an alternating current. Torque is generated by driving the drive motor.

そのために、前記燃料電池搭載車両に燃料電池システムが配設され、該燃料電池システムは、高圧水素が液体水素として貯蔵された燃料タンク、前記燃料電池を構成し、前記燃料タンクから排出された水素ガス及び空気を受ける燃料電池スタック、該燃料電池スタックから排出された空気、蒸気及び水から成る混合流中の蒸気を凝縮させる凝縮器等を備える。前記燃料電池スタックには、上端部に空気を供給するための供給マニホルドが、下端部に混合流を排出する排出マニホルドが形成される。   For this purpose, a fuel cell system is provided in the vehicle equipped with the fuel cell. The fuel cell system comprises a fuel tank in which high-pressure hydrogen is stored as liquid hydrogen, the fuel cell, and hydrogen discharged from the fuel tank. A fuel cell stack that receives gas and air, a condenser that condenses the vapor in the mixed flow composed of air, vapor, and water discharged from the fuel cell stack, and the like. The fuel cell stack is formed with a supply manifold for supplying air to the upper end and an exhaust manifold for discharging the mixed flow at the lower end.

そして、前記燃料電池スタックにおいては、スタックケース内にモジュールが収容され、該モジュールにおいて、前記水素ガスの水素と空気中の酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って直流の電流、すなわち、直流電流が発生させられる。そのために、前記モジュールは、燃料電池の要素を構成する複数の単位セルを互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成り、前記各単位セルは、電解質膜を挟んで空気極及び燃料極を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ（ＭＥＡ）、並びに隣接する単位セルのメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ間を分離し、前記空気極に臨ませて空気流路を、前記燃料極に臨ませて燃料流路を形成するセパレータを備える。   In the fuel cell stack, a module is housed in a stack case. In the module, hydrogen of the hydrogen gas and oxygen in the air are reacted to generate water, and a direct current is generated along with the reaction. Current, that is, a direct current is generated. For this purpose, the module is composed of an assembly formed by electrically connecting a plurality of unit cells constituting the elements of the fuel cell to each other in series, and each unit cell has an air electrode with an electrolyte membrane interposed therebetween. And the membrane electrode assembly (MEA) formed by disposing the fuel electrode, and the membrane electrode assembly of the adjacent unit cell are separated from each other so as to face the air electrode. And a separator that forms a fuel flow path facing the fuel electrode.

ところで、前記燃料電池搭載車両に電解装置を搭載し、燃料電池搭載車両の制動時に発生させられた回生電力を電解装置に供給することによって水素ガスを発生させ、該水素ガスを回収するようにした燃料電池システムが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−９９７０７号公報 By the way, an electrolysis device is mounted on the fuel cell vehicle, and hydrogen gas is generated by supplying regenerative power generated during braking of the fuel cell vehicle to the electrolysis device, and the hydrogen gas is recovered. A fuel cell system is provided (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-7-99707

しかしながら、前記従来の燃料電池システムにおいては、電解装置が別途配設され、回生電力を供給することによって発生させられた水素ガスを回収するようになっているが、酸素は回収しないので、回生電力を十分に利用することができない。   However, in the conventional fuel cell system, an electrolyzer is separately provided to recover the hydrogen gas generated by supplying regenerative power, but oxygen is not recovered. Cannot be fully utilized.

また、電解装置は、回生電力が供給されていない間は稼働することがない。   Moreover, the electrolyzer does not operate while regenerative power is not supplied.

本発明は、前記従来の燃料電池システムの問題点を解決して、回生電力を十分に利用することができる燃料電池搭載車両及び燃料電池搭載車両の制御方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the problems of the conventional fuel cell system and to provide a fuel cell-equipped vehicle and a control method for the fuel cell-equipped vehicle that can sufficiently utilize regenerative power.

そのために、本発明の燃料電池搭載車両においては、複数の燃料電池区分と、該各燃料電池区分に燃料及び空気を供給して各燃料電池区分を稼働させる燃料電池区分稼働処理手段と、前記各燃料電池区分において発生させられた電流を受けて駆動される駆動モータと、前記各燃料電池区分のうちの第１の燃料電池区分を電解装置として稼働させ、水素ガス及び酸素ガスを発生させる回生処理手段と、発生させられた酸素ガスを第２の燃料電池区分に供給する出力変更処理手段とを有する。   Therefore, in the fuel cell vehicle according to the present invention, a plurality of fuel cell sections, fuel cell section operation processing means for operating each fuel cell section by supplying fuel and air to each fuel cell section, A drive motor driven by receiving a current generated in the fuel cell section, and a regenerative process for operating the first fuel cell section of each of the fuel cell sections as an electrolyzer and generating hydrogen gas and oxygen gas And an output change processing means for supplying the generated oxygen gas to the second fuel cell section.

本発明の他の燃料電池搭載車両においては、さらに、燃料電池搭載車両を走行させるのに伴って、燃料電池に加わる負荷を算出する負荷算出処理手段を有する。   Another fuel cell vehicle according to the present invention further includes load calculation processing means for calculating a load applied to the fuel cell as the fuel cell vehicle is driven.

そして、前記燃料電池区分稼働処理手段は、算出された負荷に応じて各燃料電池区分のうちの所定の燃料電池区分を選択し、選択された燃料電池区分に燃料及び空気を供給し、前記燃料電池区分を稼働させる。   The fuel cell section operation processing means selects a predetermined fuel cell section among the fuel cell sections according to the calculated load, supplies fuel and air to the selected fuel cell section, and Activate the battery compartment.

本発明の燃料電池搭載車両の制御方法においては、複数の燃料電池区分に燃料及び空気を供給して各燃料電池区分を稼働させ、該各燃料電池区分において発生させられた電流を供給して駆動モータを駆動するようになっている。   In the control method for a vehicle equipped with a fuel cell according to the present invention, fuel and air are supplied to a plurality of fuel cell sections to operate each fuel cell section, and the current generated in each fuel cell section is supplied and driven. The motor is driven.

そして、前記各燃料電池区分のうちの第１の燃料電池区分を電解装置として稼働させ、水素ガス及び酸素ガスを発生させ、水素ガスを第１、第２の燃料電池区分にそれぞれ供給し、酸素ガスを第２の燃料電池区分に供給する。   Then, the first fuel cell section among the fuel cell sections is operated as an electrolyzer, hydrogen gas and oxygen gas are generated, hydrogen gas is supplied to the first and second fuel cell sections, respectively, and oxygen Gas is supplied to the second fuel cell section.

本発明によれば、燃料電池搭載車両においては、複数の燃料電池区分と、該各燃料電池区分に燃料及び空気を供給して各燃料電池区分を稼働させる燃料電池区分稼働処理手段と、前記各燃料電池区分において発生させられた電流を受けて駆動される駆動モータと、前記各燃料電池区分のうちの第１の燃料電池区分を電解装置として稼働させ、水素ガス及び酸素ガスを発生させる回生処理手段と、発生させられた酸素ガスを第２の燃料電池区分に供給する出力変更処理手段とを有する。   According to the present invention, in a fuel cell-equipped vehicle, a plurality of fuel cell sections, fuel cell section operation processing means for operating each fuel cell section by supplying fuel and air to each fuel cell section, A drive motor driven by receiving a current generated in the fuel cell section, and a regenerative process for operating the first fuel cell section of each of the fuel cell sections as an electrolyzer and generating hydrogen gas and oxygen gas And an output change processing means for supplying the generated oxygen gas to the second fuel cell section.

この場合、各燃料電池区分のうちの第１の燃料電池区分を電解装置として稼働させ、水素ガス及び酸素ガスを発生させ、発生させられた酸素ガスを第２の燃料電池区分に供給するようにしているので、発生させられた水素ガスだけでなく酸素ガスを利用することができる。したがって、回生電力を十分に利用することができる。   In this case, the first fuel cell section of each fuel cell section is operated as an electrolyzer, hydrogen gas and oxygen gas are generated, and the generated oxygen gas is supplied to the second fuel cell section. Therefore, not only the generated hydrogen gas but also oxygen gas can be used. Therefore, the regenerative power can be fully utilized.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は本発明の実施の形態における燃料電池システムの概念図、図２は本発明の実施の形態における燃料電池搭載車両の概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell system in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of a fuel cell-equipped vehicle in an embodiment of the present invention.

図において、１０は燃料電池搭載車両であり、該燃料電池搭載車両１０は車両本体１２を備え、該車両本体１２は、必要に応じて分割部１３によって、運転席側区分ＡＲ１及び乗員席側区分ＡＲ２に分割することができる。そして、運転席側区分ＡＲ１だけで燃料電池搭載車両１０を走行させることができるように構成される。   In the figure, reference numeral 10 denotes a fuel cell-equipped vehicle. The fuel cell-equipped vehicle 10 includes a vehicle main body 12. The vehicle main body 12 is divided into a driver seat side section AR1 and a passenger seat side section by a dividing unit 13 as necessary. It can be divided into AR2. And it is comprised so that the fuel cell mounting vehicle 10 can be drive | worked only by driver's seat side division AR1.

前記燃料電池搭載車両１０の前方（図において右方）の左右に駆動輪となる車輪Ｌｆ、Ｒｆが、燃料電池搭載車両１０の後方（図において左方）の左右に駆動輪となる車輪Ｌｒ、Ｒｒが配設され、各車輪Ｌｆ、Ｒｆ、Ｌｒ、Ｒｒのホイール内に駆動モータとしてのホイールモータＭｉ（ｉ＝１、２、３、４）がそれぞれ独立に駆動可能に配設される。そして、各ホイールモータＭｉに負荷装置としてのインバータＩｖｉ（ｉ＝１、２、３、４）が接続され、各インバータＩｖｉにコネクタＣｎ１を介して家庭用電源の接続口が配設される。   Wheels Lf, Rf that serve as driving wheels on the left and right of the front (right side in the figure) of the fuel cell-equipped vehicle 10 are wheels Lr that serve as driving wheels on the left and right of the rear (left side in the figure) of the fuel cell-equipped vehicle 10. Rr is disposed, and a wheel motor Mi (i = 1, 2, 3, 4) as a drive motor is disposed in each wheel Lf, Rf, Lr, Rr so as to be independently drivable. Then, an inverter Ivi (i = 1, 2, 3, 4) as a load device is connected to each wheel motor Mi, and a connection port of a household power source is provided to each inverter Ivi via a connector Cn1.

また、運転席側区分ＡＲ１に、各ホイールモータＭｉに供給される直流の電流、すなわち、直流電流ｉｄｉ（ｉ＝１、２、３、４）の供給源となる第１の電源装置としての、かつ、第１の燃料電池としての効率型燃料電池（ＦＣ）１５、第１の燃料供給部としての水素タンク１６、及び媒体供給部、かつ、酸素ガス供給装置としてのとしての酸素タンク１７が配設され、乗員席側区分ＡＲ２に、直流電流ｉｄｉの供給源となる第２の電源装置としての、かつ、第２の燃料電池としてのパワー型燃料電池（ＦＣ）１８、及び第２の燃料供給部としての水素タンク１９が配設される。   In addition, as a first power supply device serving as a supply source of a direct current supplied to each wheel motor Mi, that is, a direct current idi (i = 1, 2, 3, 4), to the driver seat side section AR1. In addition, an efficient fuel cell (FC) 15 as a first fuel cell, a hydrogen tank 16 as a first fuel supply unit, a medium supply unit, and an oxygen tank 17 as an oxygen gas supply device are arranged. Power type fuel cell (FC) 18 serving as a second power source and serving as a second power source and a second fuel supply to the passenger side section AR2 A hydrogen tank 19 is provided as a part.

本実施の形態において、燃料電池搭載車両１０は複数の燃料電池区分から成る燃料電池を備え、前記効率型燃料電池１５によって第１の燃料電池区分が、パワー型燃料電池１８によって第２の燃料電池区分が構成される。なお、前記効率型燃料電池１５は電解装置としての機能も有する。また、酸素タンク１７とパワー型燃料電池１８との間に開閉弁２１が配設される。   In the present embodiment, the fuel cell-equipped vehicle 10 includes a fuel cell composed of a plurality of fuel cell sections, the first fuel cell section is defined by the efficiency type fuel cell 15, and the second fuel cell is defined by the power type fuel cell 18. A division is configured. The efficient fuel cell 15 also has a function as an electrolyzer. An on-off valve 21 is disposed between the oxygen tank 17 and the power type fuel cell 18.

後述されるように、前記水素タンク１６には水素ガスが気体の状態で、水素タンク１９には水素ガスが高圧の気体の状態で貯蔵され、酸素タンク１７には酸素ガスが気体の状態で貯蔵される。なお、前記水素タンク１６、１９に代えて、水素ガスが充填（てん）された水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンクを使用することができる。その場合、前記水素吸蔵合金は、常温下で水素ガスを放出し、低温下で水素ガスを吸蔵する性質を有する。なお、寒冷地においては、燃料電池搭載車両１０が極めて低温の環境下に置かれることになるので、水素吸蔵合金は水素ガスを放出しなくなる。そこで、外気の温度が設定値より低くなると、図示されない加熱部としてのヒータが通電され、水素吸蔵合金が加熱される。   As will be described later, hydrogen gas is stored in the hydrogen tank 16 in a gaseous state, hydrogen gas is stored in the hydrogen tank 19 in a high-pressure gas state, and oxygen gas is stored in the oxygen tank 17 in a gas state. Is done. Instead of the hydrogen tanks 16 and 19, a hydrogen storage alloy tank containing a hydrogen storage alloy filled with hydrogen gas can be used. In this case, the hydrogen storage alloy has a property of releasing hydrogen gas at room temperature and storing hydrogen gas at low temperature. In a cold region, the fuel cell vehicle 10 is placed in an extremely low temperature environment, so that the hydrogen storage alloy does not release hydrogen gas. Therefore, when the temperature of the outside air becomes lower than the set value, a heater as a heating unit (not shown) is energized to heat the hydrogen storage alloy.

また、前記燃料電池搭載車両１０を走行させるに当たり、各ホイールモータＭｉを駆動するために図示されないモータ制御装置が配設される。該モータ制御装置の負荷算出処理手段としての車両要求トルク算出処理手段は、負荷算出処理としての車両要求トルク算出処理を行い、車速検出部としての図示されない車速センサによって検出された車速、負荷検出部としての図示されないアクセル開度センサによって検出され、図示されないアクセルペダルの踏込量で表されるアクセル開度を読み込み、燃料電池システムに要求されるトルク、すなわち、車両要求トルクを算出する。そのために、前記車両要求トルク算出処理手段は、前記モータ制御装置に内蔵された記憶装置の車両要求トルクマップを参照して、車速及びアクセル開度に対応する車両要求トルクＴＯを読み出す。なお、該車両要求トルクＴＯは、燃料電池搭載車両１０を走行させる際に、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８に加わる負荷を表す。   In order to drive the vehicle 10 equipped with the fuel cell, a motor control device (not shown) is provided to drive each wheel motor Mi. Vehicle demand torque calculation processing means as load calculation processing means of the motor control device performs vehicle request torque calculation processing as load calculation processing, and is detected by a vehicle speed sensor (not shown) as a vehicle speed detection portion and a load detection portion. Is read by an accelerator opening sensor (not shown), and an accelerator opening expressed by an accelerator pedal depression amount (not shown) is read to calculate a torque required for the fuel cell system, that is, a vehicle required torque. For this purpose, the vehicle request torque calculation processing means reads the vehicle request torque TO corresponding to the vehicle speed and the accelerator opening with reference to the vehicle request torque map of the storage device built in the motor control device. The vehicle required torque TO represents a load applied to the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 when the fuel cell vehicle 10 is driven.

続いて、前記モータ制御装置の駆動モータ目標トルク算出処理手段は、駆動モータ目標トルク算出処理を行い、前記車両要求トルクＴＯ、各ホイールモータＭｉに供給され、電流検出部としての図示されない電流センサによって検出された交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、図示されないレゾルバ等によって検出された各ホイールモータＭｉの磁極位置等を読み込み、各ホイールモータＭｉに要求される駆動モータトルクで表される駆動モータ目標トルクを算出する。そして、前記モータ制御装置の駆動信号発生処理手段は、駆動信号発生処理を行い、前記駆動モータ目標トルクに基づいてＰＷＭ信号を発生させ、該ＰＷＭ信号に基づいて駆動信号を発生させて各インバータＩｖｉに送る。したがって、各インバータＩｖｉは、前記駆動信号に基づいて３相の交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを発生させ、各交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを各ホイールモータＭｉに供給する。その結果、各ホイールモータＭｉが駆動され、駆動モータトルクが発生させられ、各車輪Ｌｆ、Ｒｆ、Ｌｒ、Ｒｒに駆動モータトルクが伝達され、燃料電池搭載車両１０が走行させられる。   Subsequently, the drive motor target torque calculation processing means of the motor control device performs a drive motor target torque calculation process, and is supplied to the vehicle required torque TO and each wheel motor Mi by a current sensor (not shown) as a current detection unit. The detected alternating currents iu, iv, iw, the magnetic pole position of each wheel motor Mi detected by a resolver (not shown), etc. are read, and the drive motor target torque represented by the drive motor torque required for each wheel motor Mi is read. calculate. The drive signal generation processing means of the motor control device performs a drive signal generation process, generates a PWM signal based on the drive motor target torque, generates a drive signal based on the PWM signal, and generates each inverter Ivi. Send to. Accordingly, each inverter Ivi generates a three-phase alternating current iu, iv, iw based on the drive signal, and supplies each alternating current iu, iv, iw to each wheel motor Mi. As a result, each wheel motor Mi is driven, a drive motor torque is generated, the drive motor torque is transmitted to each wheel Lf, Rf, Lr, Rr, and the fuel cell vehicle 10 is caused to travel.

また、燃料電池搭載車両１０を走行させているときに、運転者がアクセルペダルを緩めると、燃料電池搭載車両１０が制動され、前記各ホイールモータＭｉに、回生電力が回生電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとして発生させられる。そこで、本実施の形態において、回生電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、各インバータＩｖｉに供給され、該各インバータＩｖｉにおいて直流電流Ｉｄｉ（ｉ＝１、２、３、４）に変換され、該直流電流Ｉｄｉは効率型燃料電池１５に供給される。なお、前記回生電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは一次の回生電流を構成し、直流電流Ｉｄｉは二次の回生電流を構成する。   If the driver loosens the accelerator pedal while the fuel cell vehicle 10 is running, the fuel cell vehicle 10 is braked, and regenerative electric power is supplied to the wheel motors Mi by regenerative currents Iu, Iv, Iw. As generated. Therefore, in the present embodiment, the regenerative currents Iu, Iv, Iw are supplied to each inverter Ivi, converted into a direct current Idi (i = 1, 2, 3, 4) in each inverter Ivi, and the direct current Idi is supplied to the efficient fuel cell 15. The regenerative currents Iu, Iv, and Iw constitute a primary regenerative current, and the direct current Idi constitutes a secondary regenerative current.

前記効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８を選択的に稼働させるために、第１のリレーとしての効率型燃料電池（ＦＣ）リレーＲ１及び第２のリレーとしてのパワー型燃料電池（ＦＣ）リレーＲ２が配設される。また、効率型燃料電池１５に空気を供給するためにファンＦ１が、パワー型燃料電池１８に空気を供給するためにファンＦ２が配設される。   In order to selectively operate the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18, the efficient fuel cell (FC) relay R1 as the first relay and the power fuel cell (FC) as the second relay. A relay R2 is provided. A fan F1 is provided to supply air to the efficient fuel cell 15, and a fan F2 is provided to supply air to the power fuel cell 18.

次に、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８の稼働原理について説明する。   Next, the operating principle of the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 will be described.

この場合、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８の構造はほぼ同じであるので、パワー型燃料電池１８についてだけ説明する。   In this case, since the structures of the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 are substantially the same, only the power fuel cell 18 will be described.

図３は本発明の実施の形態におけるパワー型燃料電池の稼働原理を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the operating principle of the power type fuel cell in the embodiment of the present invention.

図において、１８はパワー型燃料電池、１１は積層型の燃料電池、本実施の形態においては、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する燃料電池スタック、２５は該燃料電池スタック１１に第１の反応媒体としての、かつ、第１の酸化剤としての空気を供給するための第１の媒体供給系としての空気供給系、２６は前記燃料電池スタック１１から排出された反応後の空気、蒸気及び水から成る混合流を排出するための混合流排出系、２７は前記燃料電池スタック１１に燃料としての水素ガスを供給するための燃料供給系としての水素ガス供給系、２８は前記燃料電池スタック１１に第２の反応媒体としての、かつ、第２の酸化剤としての酸素ガスを供給するための第２の媒体供給系としての酸素ガス供給系、２９は前記燃料電池スタック１１に水を供給するための冷却媒体供給部としての水供給系である。   In the figure, 18 is a power type fuel cell, 11 is a stacked type fuel cell, in the present embodiment, a fuel cell stack constituting a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and 25 is a second part of the fuel cell stack 11. An air supply system as a first medium supply system for supplying air as a first reaction medium and as a first oxidant, 26 is air after reaction discharged from the fuel cell stack 11, A mixed flow discharge system for discharging a mixed flow composed of steam and water, 27 is a hydrogen gas supply system as a fuel supply system for supplying hydrogen gas as fuel to the fuel cell stack 11, and 28 is the fuel cell. An oxygen gas supply system as a second medium supply system for supplying oxygen gas as a second reaction medium and a second oxidant to the stack 11, 29 is the fuel cell stack A water supply system as a cooling medium supply unit for supplying water to 1.

本実施の形態においては、燃料電池として固体高分子型燃料電池が使用されるようになっているが、該固体高分子型燃料電池に代えて、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、ヒドラジン型燃料電池、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を使用することもできる。   In the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as a fuel cell, but instead of the polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a solid oxide A type fuel cell (SOFC), a hydrazine type fuel cell, a direct methanol type fuel cell (DMFC), etc. can also be used.

前記燃料電池スタック１１は、筐（きょう）体としての図示されないスタックケース、及び該スタックケース内に収容されたスタックユニット１１ａを備える。そして、該スタックユニット１１ａは、図示されない複数のモジュール、該各モジュールを挟んで配設され、燃料電池スタック１１の端子を構成する一対の図示されないターミナル、並びに前記モジュール及びターミナルを挟んで配設され、絶縁材料によって形成された図示されないインシュレータを備える。   The fuel cell stack 11 includes a stack case (not shown) as a casing and a stack unit 11a accommodated in the stack case. The stack unit 11a is provided with a plurality of modules (not shown), a pair of terminals (not shown) that constitute the terminals of the fuel cell stack 11 and the modules and the terminals. And an insulator (not shown) formed of an insulating material.

ところで、前記各モジュールにおいて、前記水素ガス供給系２７によって供給された水素ガスの水素と、前記空気供給系２５によって供給された空気中の酸素、及び必要に応じて酸素ガス供給系２８によって供給された酸素ガスの酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って直流電流ｉｄｉが発生させられる。そのために、前記モジュールは、燃料電池スタック１１の要素を構成する複数の薄い膜状の単位セルを積層し、互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成る。   By the way, in each module, hydrogen of the hydrogen gas supplied by the hydrogen gas supply system 27, oxygen in the air supplied by the air supply system 25, and, if necessary, supplied by the oxygen gas supply system 28. The oxygen gas reacts with oxygen to produce water, and a direct current idi is generated along with the reaction. For this purpose, the module is composed of an assembly formed by stacking a plurality of thin membrane unit cells constituting elements of the fuel cell stack 11 and electrically connecting them in series.

前記各単位セルは、固体高分子から成り、イオン、本実施の形態においては、水素イオンを透過する固体電解質としての電解質膜を挟んで、拡散層から成る空気極、及び反応層から成る燃料極（水素極）を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ、並びに隣接する単位セルのメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ間を分離し、前記空気極に臨ませて空気流路を、前記燃料極に臨ませて燃料流路を形成するセパレータを備える。   Each unit cell is made of a solid polymer, and in the present embodiment, an air electrode composed of a diffusion layer and a fuel electrode composed of a reaction layer with an electrolyte membrane serving as a solid electrolyte that permeates ions, hydrogen ions in this embodiment. The membrane electrode assembly formed by disposing the (hydrogen electrode), and the membrane electrode assembly of the adjacent unit cell are separated, and the air flow path facing the air electrode, A separator that forms a fuel flow path facing the fuel electrode is provided.

前記空気極及び燃料極における電解質膜と接触する面には、水素と酸素との反応を促進するために、カーボンに、白金系触媒及び固体高分子を混合してペースト状とした物質がある程度の厚さで均一に分散させられ、触媒層が形成される。   In order to promote the reaction between hydrogen and oxygen, the surface of the air electrode and the fuel electrode in contact with the electrolyte membrane contains a certain amount of a paste material obtained by mixing a platinum-based catalyst and a solid polymer with carbon. The catalyst layer is formed by uniformly dispersing in thickness.

前記スタックケース内には、前記スタックユニット１１ａより上方に、空気供給系２５から供給された空気を各空気極に供給し、分配するための、第１のマニホルドとしての供給マニホルド２２が、スタックユニット１１ａより下方に、空気流路内の混合流を集め、混合流排出系２６に排出するための、第２のマニホルドとしての排出マニホルド２３が形成される。前記供給マニホルド２２及び排出マニホルド２３は、前記空気流路と連通させられる。そのために、前記セパレータにおける空気極と面する側には、垂直方向に延びる複数の溝が形成され、各溝によって前記空気流路が構成される。   In the stack case, a supply manifold 22 as a first manifold is provided above the stack unit 11a to supply and distribute the air supplied from the air supply system 25 to each air electrode. A discharge manifold 23 as a second manifold for collecting the mixed flow in the air flow path and discharging it to the mixed flow discharge system 26 is formed below 11a. The supply manifold 22 and the discharge manifold 23 are in communication with the air flow path. Therefore, a plurality of grooves extending in the vertical direction are formed on the side of the separator facing the air electrode, and the air flow path is constituted by each groove.

また、前記セパレータにおける燃料極と面する側は、全周が、隣接するメンブレン・エレクトロード・アッセンブリに対して接着剤によって接着され、シールされる。シールされた部分の内側には、マトリックス状に突出させて複数の突起が形成されているので、各突起間に、燃料極に水素ガスを供給するための複数の水平な燃料流路が形成される。なお、７１は燃料電池スタック１１の起電圧を検出する電圧検出部としての、複数の電圧センサ（Ｖ）である。   The entire surface of the separator facing the fuel electrode is adhered and sealed to the adjacent membrane electrode assembly with an adhesive. A plurality of protrusions are formed inside the sealed portion so as to protrude in a matrix, so that a plurality of horizontal fuel flow paths for supplying hydrogen gas to the fuel electrode are formed between the protrusions. The Reference numeral 71 denotes a plurality of voltage sensors (V) as voltage detection units for detecting an electromotive voltage of the fuel cell stack 11.

前記空気供給系２５は、供給マニホルド２２に空気を供給するための供給路２０、該供給路２０に配設された酸化剤供給装置としてのシロッコファン等から成る前記ファンＦ２、該ファンＦ２によって吸引される空気を濾（ろ）過するフィルタ２４等を備える。なお、前記酸化剤供給装置として、ファンＦ２に代えてコンプレッサ、空気ボンベ、空気タンク等を使用することができる。   The air supply system 25 includes a supply path 20 for supplying air to the supply manifold 22, a sirocco fan as an oxidant supply device disposed in the supply path 20, and the like, and suction by the fan F 2. And a filter 24 for filtering the air to be filtered. As the oxidant supply device, a compressor, an air cylinder, an air tank, or the like can be used instead of the fan F2.

また、前記混合流排出系２６は、排出マニホルド２３から排出された混合流のうちの空気及び蒸気を排出するための排出路３０、該排出路３０に接続された回収部材としての凝縮器３１、空気の温度を検出する温度検出部としての温度センサ（Ｔ）３２等を備える。   The mixed flow discharge system 26 includes a discharge path 30 for discharging air and steam in the mixed flow discharged from the discharge manifold 23, a condenser 31 as a recovery member connected to the discharge path 30, A temperature sensor (T) 32 is provided as a temperature detection unit that detects the temperature of the air.

前記水素ガス供給系２７は、水素タンク１９、該水素タンク１９に接続され、水素タンク１９から排出された水素ガスを燃料電池スタック１１に供給するための第１の燃料供給路５１、該第１の燃料供給路５１と前記燃料電池スタック１１との間を接続する第２の燃料供給路５２、該第２の燃料供給路５２と並列に形成され、第１の燃料供給路５１と前記燃料電池スタック１１との間を接続し、水素ガスを帰還させる燃料帰還路５３、該燃料帰還路５３に接続され、水素ガスを排出する燃料排出路５４等を備える。   The hydrogen gas supply system 27 is connected to the hydrogen tank 19, the hydrogen tank 19, a first fuel supply path 51 for supplying the hydrogen gas discharged from the hydrogen tank 19 to the fuel cell stack 11, A second fuel supply path 52 that connects between the fuel supply path 51 and the fuel cell stack 11, and is formed in parallel with the second fuel supply path 52. The first fuel supply path 51 and the fuel cell A fuel return path 53 that connects the stack 11 to return hydrogen gas, a fuel discharge path 54 that discharges hydrogen gas, and the like are connected to the fuel return path 53.

そして、前記第１の燃料供給路５１に、水素タンク１９側から燃料電池スタック１１側にかけて、第１の燃料供給路５１に排出された水素ガスの圧力（一次圧力）を検出する第１の圧力検出器としての水素ガス圧センサ（Ｐ）４２、前記第１の燃料供給路５１に排出された水素ガスの圧力を調整する第１の燃料供給圧調整部としての調圧弁４３Ａ、燃料電池スタック１１への水素ガスの供給量を調整する第１の燃料供給量調整部としての開閉弁４４Ａ、前記調圧弁４３Ａによって調整された水素ガスの圧力を更に調整する第２の燃料供給圧調整部としての調圧弁４３Ｂ、前記開閉弁４４Ａによって調整された水素ガスの供給量を更に調整する第２の燃料供給量調整部としての開閉弁４４Ｂ、及び該開閉弁４４Ｂによって調整され、燃料電池スタック１１に供給される直前の水素ガスの圧力（二次圧力）を検出する第２の圧力検出器としての水素ガス圧センサ（Ｐ）４５が配設される。   The first pressure for detecting the pressure (primary pressure) of the hydrogen gas discharged to the first fuel supply path 51 from the hydrogen tank 19 side to the fuel cell stack 11 side in the first fuel supply path 51. A hydrogen gas pressure sensor (P) 42 as a detector, a pressure regulating valve 43A as a first fuel supply pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the hydrogen gas discharged to the first fuel supply path 51, and the fuel cell stack 11 An on-off valve 44A as a first fuel supply amount adjusting unit that adjusts the supply amount of hydrogen gas to the fuel, and a second fuel supply pressure adjusting unit that further adjusts the pressure of the hydrogen gas adjusted by the pressure regulating valve 43A The pressure regulating valve 43B, the on-off valve 44B as a second fuel supply amount adjusting unit for further adjusting the supply amount of the hydrogen gas adjusted by the on-off valve 44A, and the on-off valve 44B are adjusted by the on-off valve 44B. Tsu second hydrogen gas pressure sensor (P) 45 as a pressure detector for detecting the pressure immediately before the hydrogen gas (secondary pressure) to be supplied to the click 11 is provided.

前記開閉弁４４Ａ、４４Ｂは、水素ガスの供給量を調整するだけでなく、燃料電池スタック１１への水素ガスの供給を行ったり、遮断したりする。なお、前記調圧弁４３Ａ、４３Ｂは、水素ガスの圧力を段階的に低くするために配設されるが、必要に応じて調圧弁を三つ以上配設することができる。   The on-off valves 44 </ b> A and 44 </ b> B not only adjust the supply amount of hydrogen gas but also supply or shut off hydrogen gas to the fuel cell stack 11. The pressure regulating valves 43A and 43B are disposed in order to lower the hydrogen gas pressure stepwise, but three or more pressure regulating valves may be disposed as necessary.

また、燃料帰還路５３には、燃料電池スタック１１側から水素タンク１９側にかけて、燃料濃度検出部としての水素濃度センサ（Ｃ）４６、吸引ポンプ４７及び逆止弁４８が配設され、該逆止弁４８と前記第１の燃料供給路５１とが接続される。前記逆止弁４８は、吸引ポンプ４７側から水素ガス圧センサ４５側に水素ガスが流れるのを許容し、水素ガス圧センサ４５側から吸引ポンプ４７側に水素ガスが流れるのを阻止する。   The fuel return path 53 is provided with a hydrogen concentration sensor (C) 46, a suction pump 47, and a check valve 48 as a fuel concentration detector from the fuel cell stack 11 side to the hydrogen tank 19 side. The stop valve 48 and the first fuel supply path 51 are connected. The check valve 48 allows hydrogen gas to flow from the suction pump 47 side to the hydrogen gas pressure sensor 45 side, and prevents hydrogen gas from flowing from the hydrogen gas pressure sensor 45 side to the suction pump 47 side.

そして、前記燃料帰還路５３における吸引ポンプ４７と逆止弁４８との間に前記燃料排出路５４が接続され、該燃料排出路５４に、燃料帰還路５３側から順に、逆止弁５５及び排出電磁弁５６が配設される。前記逆止弁５５は、吸引ポンプ４７側から排出電磁弁５６側に水素ガスが流れるのを許容し、排出電磁弁５６側から吸引ポンプ４７側に水素ガスが流れるのを阻止する。なお、前記水素タンク１９に代えて、水素吸蔵合金タンクを使用する場合、前記水素吸蔵合金は、常温下で水素ガスを放出し、低温下で水素ガスを吸蔵する性質を有するので、調圧弁４３Ａ、４３Ｂの開度を変えるだけで水素ガスの圧力を調整することができる。   The fuel discharge path 54 is connected between the suction pump 47 and the check valve 48 in the fuel return path 53, and the check valve 55 and the discharge are sequentially connected to the fuel discharge path 54 from the fuel return path 53 side. An electromagnetic valve 56 is provided. The check valve 55 allows hydrogen gas to flow from the suction pump 47 side to the discharge electromagnetic valve 56 side, and prevents hydrogen gas from flowing from the discharge electromagnetic valve 56 side to the suction pump 47 side. When a hydrogen storage alloy tank is used instead of the hydrogen tank 19, the hydrogen storage alloy has a property of releasing hydrogen gas at room temperature and storing hydrogen gas at a low temperature. The pressure of hydrogen gas can be adjusted simply by changing the opening of 43B.

また、前記酸素ガス供給系２８は、前記酸素タンク１７、該酸素タンク１７に接続され、酸素タンク１７内から排出された酸素ガスを供給マニホルド２２に供給するための酸素ガス供給路５７を備え、該酸素ガス供給路５７に酸素タンク１７内の圧力を検出する第３の圧力検出器としての酸素ガス圧センサ（Ｐ）４１が配設され、前記酸素ガス供給路５７に酸素ガスを選択的に供給マニホルド２２に供給する前記開閉弁２１が配設される。   The oxygen gas supply system 28 includes the oxygen tank 17 and an oxygen gas supply path 57 connected to the oxygen tank 17 for supplying oxygen gas discharged from the oxygen tank 17 to the supply manifold 22. An oxygen gas pressure sensor (P) 41 as a third pressure detector for detecting the pressure in the oxygen tank 17 is disposed in the oxygen gas supply path 57, and oxygen gas is selectively supplied to the oxygen gas supply path 57. The on-off valve 21 that supplies the supply manifold 22 is disposed.

前記水供給系２９は、水供給源としての水タンク６１、水供給装置としてのポンプ６２、空気極冷却装置としての噴射装置（インジェクタ）６３、前記水タンク６１から排出された水を噴射装置６３に供給するための供給路６０、排出マニホルド２３の下部に溜（た）まり、排出マニホルド２３から排出された水、及び凝縮器３１において分離させられた水を回収し、水タンク６１に供給するための水帰還路５９、回収された水を水タンク６１に供給する水回収ポンプ６５、並びに水回収ポンプ６５と水タンク６１との間に配設された逆止弁６６を備える。該逆止弁６６は、水回収ポンプ６５側から水タンク６１側に水が流れるのを許容し、水タンク６１側から水回収ポンプ６５側に水が流れるのを阻止する。   The water supply system 29 includes a water tank 61 as a water supply source, a pump 62 as a water supply device, an injection device (injector) 63 as an air electrode cooling device, and an injection device 63 that discharges water discharged from the water tank 61. Is collected in the lower portion of the supply manifold 60 and the discharge manifold 23, and the water discharged from the discharge manifold 23 and the water separated in the condenser 31 are collected and supplied to the water tank 61. A water return path 59 for supplying the recovered water to the water tank 61, and a check valve 66 disposed between the water recovery pump 65 and the water tank 61. The check valve 66 allows water to flow from the water recovery pump 65 side to the water tank 61 side, and prevents water from flowing from the water tank 61 side to the water recovery pump 65 side.

なお、前記凝縮器３１に凝縮促進部材として図示されない冷却ファンが配設され、該冷却ファンを作動させて冷却媒体としての空気を凝縮器３１に供給し、該凝縮器３１を冷却する。また、前記冷却ファンの回転速度を高くし、送風量を多くすることによって、蒸気の凝縮量を多くすることができる。   The condenser 31 is provided with a cooling fan (not shown) as a condensation promoting member. The cooling fan is operated to supply air as a cooling medium to the condenser 31 to cool the condenser 31. Moreover, the amount of steam condensation can be increased by increasing the rotational speed of the cooling fan and increasing the air flow rate.

前記水タンク６１には、水位検出部としての水位センサ（Ｌ）６４が配設され、該水位センサ６４によって水タンク６１内の水の量を表す水位が検出される。そして、水位があらかじめ設定された下限値以下になると、通知部材としての図示されないアラームが点滅し、水が不足していることを運転者に通知する。この場合、運転者は、例えば、前記冷却ファンの回転速度を高くすることによって凝縮器３１の能力を高くし、水の回収量を多くする。   The water tank 61 is provided with a water level sensor (L) 64 as a water level detection unit, and the water level sensor 64 detects a water level indicating the amount of water in the water tank 61. When the water level falls below a preset lower limit value, an alarm (not shown) as a notification member blinks to notify the driver that water is insufficient. In this case, for example, the driver increases the capacity of the condenser 31 by increasing the rotational speed of the cooling fan, and increases the amount of water collected.

なお、水位があらかじめ設定された上限値以上になったときに、水が過剰であることを運転者に通知することもできる。その場合、運転者は、例えば、前記冷却ファンの回転速度を低くすることによって凝縮器３１の能力を低くし、水の回収量を少なくする。なお、前記水位センサ６４及び冷却ファンは図示されない制御部に接続されるので、該制御部は、水位センサ６４によって検出された水位に対応させて自動的に冷却ファンの回転速度を変更することができる。   In addition, when the water level is equal to or higher than a preset upper limit value, the driver can be notified that the water is excessive. In that case, a driver | operator makes the capability of the condenser 31 low by making low the rotational speed of the said cooling fan, for example, and reduces the collection | recovery amount of water. Since the water level sensor 64 and the cooling fan are connected to a control unit (not shown), the control unit can automatically change the rotation speed of the cooling fan in accordance with the water level detected by the water level sensor 64. it can.

前記構成のパワー型燃料電池１８において、前記水素タンク１９から水素ガスが排出されると、第１の燃料供給路５１において、水素ガスは、圧力が調圧弁４３Ａ、４３Ｂによって調整され、供給量が開閉弁４４Ａ、４４Ｂによって調整されて第２の燃料供給路５２に送られ、燃料電池スタック１１に供給され、該燃料電池スタック１１内の各燃料流路に分配され、該各燃料流路を流れる。   In the power type fuel cell 18 having the above-described configuration, when hydrogen gas is discharged from the hydrogen tank 19, the pressure of the hydrogen gas is adjusted by the pressure regulating valves 43A and 43B in the first fuel supply passage 51, and the supply amount is increased. It is adjusted by the on-off valves 44A and 44B, sent to the second fuel supply path 52, supplied to the fuel cell stack 11, distributed to the fuel flow paths in the fuel cell stack 11, and flows through the fuel flow paths. .

一方、前記ファンＦ２を作動させることによって、車外から取り込まれた空気が前記供給マニホルド２２に供給され、各空気流路に分配され、該各空気流路を下方に向けて流れる。このとき、必要に応じて酸素タンク１７から排出された酸素ガスが、同様に供給マニホルド２２に供給される。   On the other hand, by operating the fan F2, the air taken from the outside of the vehicle is supplied to the supply manifold 22, is distributed to each air flow path, and flows downward through each air flow path. At this time, the oxygen gas discharged from the oxygen tank 17 is similarly supplied to the supply manifold 22 as necessary.

ところで、前記空気極はカソードとして、燃料極はアノードとして機能し、空気極に空気を、燃料極に水素ガスを供給し、空気極及び燃料極に前記セパレータを介してインバータＩｖｉを接続すると、燃料極において形成される水素イオンが、プロトン（Ｈ+ ）の形態で水分を含んだ電解質膜内を空気極側に移動し、空気中の酸素と結合して水を生成する。また、前記燃料極で発生した電子がインバータＩｖｉを介して空気極側に移動し、直流電流ｉｄｉが発生する。このように、空気流路内を空気が、燃料流路内を水素ガスが流れると、酸素と水素とが反応して水が生成され、これに伴って直流電流ｉｄｉが発生させられる。なお、燃料電池スタック１１によって発生させられた電圧、すなわち、出力電圧は前記電圧センサ７１によって、燃料電池スタック１１によって発生させられた直流電流ｉｄｉは、電流検出部としての図示されない電流センサによってそれぞれ検出される。 When the air electrode functions as a cathode and the fuel electrode functions as an anode, air is supplied to the air electrode, hydrogen gas is supplied to the fuel electrode, and the inverter Ivi is connected to the air electrode and the fuel electrode via the separator. Hydrogen ions formed at the electrode move to the air electrode side in the electrolyte membrane containing moisture in the form of protons (H + ), and combine with oxygen in the air to generate water. Also, electrons generated at the fuel electrode move to the air electrode side via the inverter Ivi, and a direct current idi is generated. Thus, when air flows in the air flow path and hydrogen gas flows in the fuel flow path, oxygen and hydrogen react to generate water, and a direct current idi is generated accordingly. The voltage generated by the fuel cell stack 11, that is, the output voltage is detected by the voltage sensor 71, and the direct current idi generated by the fuel cell stack 11 is detected by a current sensor (not shown) as a current detector. Is done.

ところで、前記水素と酸素とが反応する際に熱が発生するが、該熱によって燃料電池スタック１１の温度が高くなり過ぎると、電解質膜のプロトンの伝導機能の確保に必要となる水分が放出され、抵抗が大きくなってしまう。そこで、前記供給マニホルド２２の上端に前記噴射装置６３を配設し、該噴射装置６３からモジュールに向けて、冷却用の水を霧状に噴射するようにしている。   By the way, heat is generated when the hydrogen and oxygen react with each other. If the temperature of the fuel cell stack 11 becomes too high due to the heat, moisture necessary for ensuring the proton conducting function of the electrolyte membrane is released. , Resistance will increase. Therefore, the injection device 63 is disposed at the upper end of the supply manifold 22, and water for cooling is sprayed from the injection device 63 toward the module in the form of a mist.

そして、前記水は、空気と共に前記空気流路を下方に向けて流れ、その間に周囲の空気、空気極の表面、電解質膜の表面等から熱を奪って蒸発して蒸気となり、該蒸気によって潜熱冷却が行われ、燃料電池スタック１１が冷却される。さらに、前記蒸気又は蒸気にならない液滴の水は、空気極を通過して電解質膜に供給される。したがって、ファンＦ２による送風によって電解質膜が必要以上に乾燥するのを防止することができる。   The water flows downward along the air flow path together with the air, and in the meantime, it takes heat from the surrounding air, the surface of the air electrode, the surface of the electrolyte membrane, and the like to evaporate into vapor, and the vapor generates latent heat. Cooling is performed, and the fuel cell stack 11 is cooled. Further, the vapor or water of droplets that do not become vapor passes through the air electrode and is supplied to the electrolyte membrane. Therefore, it is possible to prevent the electrolyte membrane from being dried more than necessary by blowing air from the fan F2.

このように、燃料電池スタック１１が冷却されるので、燃料電池スタック１１、特に、空気極及び電解質膜が熱によって破損するのを防止することができるだけでなく、電解質膜において水分が蒸発するのを防止することができる。そして、反応した酸素以外の成分から成る残りの空気、燃料電池スタック１１の冷却に伴って発生した蒸気、及び反応によって生成された水は、混合流として排出マニホルド２３に送られる。   As described above, since the fuel cell stack 11 is cooled, not only can the fuel cell stack 11, particularly the air electrode and the electrolyte membrane, be prevented from being damaged by heat, but also water can be evaporated in the electrolyte membrane. Can be prevented. The remaining air composed of components other than the reacted oxygen, the steam generated as the fuel cell stack 11 is cooled, and the water produced by the reaction are sent to the discharge manifold 23 as a mixed flow.

そして、排出マニホルド２３から排出された混合流のうちの空気及び蒸気は、排出路３０を介して凝縮器３１に供給され、蒸気は、凝縮器３１によって凝縮されて水になり、該水は、水帰還路５９を介して水タンク６１に供給され、水タンク６１に蓄えられるとともに、噴射装置６３に供給され、該噴射装置６３からモジュールに向けて噴射される。前記空気は凝縮器３１の外部に排出される。   Then, air and steam in the mixed flow discharged from the discharge manifold 23 are supplied to the condenser 31 via the discharge passage 30, and the steam is condensed by the condenser 31 to become water, The water is supplied to the water tank 61 through the water return path 59, stored in the water tank 61, supplied to the injection device 63, and injected from the injection device 63 toward the module. The air is discharged outside the condenser 31.

なお、前記効率型燃料電池１５（図１）及びパワー型燃料電池１８は、いずれも、図３に示されるような構造を有するが、効率型燃料電池１５において、燃料電池スタック１１の寸法が小さくされ、ポンプ６２を作動させる際の回転速度が低くされ、噴射装置６３から噴射される水の量が少なくされるとともに、ファンＦ１の回転速度が低くされ、供給マニホルド２２に供給される空気の量が少なくされる。なお、ポンプ６２を停止させ、噴射装置６３から噴射される水の量を零（０）にしたり、ファンＦ１を停止させ、供給マニホルド２２に供給される空気の量を零にしたりして、自然空冷で効率型燃料電池１５を冷却することができる。   Both the efficient fuel cell 15 (FIG. 1) and the power fuel cell 18 have a structure as shown in FIG. 3, but in the efficient fuel cell 15, the size of the fuel cell stack 11 is small. The rotational speed when operating the pump 62 is lowered, the amount of water ejected from the injection device 63 is reduced, the rotational speed of the fan F1 is lowered, and the amount of air supplied to the supply manifold 22 Is reduced. The pump 62 is stopped and the amount of water injected from the injection device 63 is reduced to zero (0), or the fan F1 is stopped and the amount of air supplied to the supply manifold 22 is reduced to zero. The efficient fuel cell 15 can be cooled by air cooling.

すなわち、効率型燃料電池１５においては、該効率型燃料電池１５を動作させるための補機類の消費電力が、パワー型燃料電池１８を動作させるための補機類の消費電力より小さいので、効率型燃料電池１５を動作させる際の効率をその分高くすることができる。ところが、空気の供給及び空気による冷却が、出力として要求される直流電流に対して十分ではないので、直流電流ｉｄｉが多くなる側では効率型燃料電池１５の効率が低下してしまう。   That is, in the efficient fuel cell 15, the power consumption of auxiliary equipment for operating the efficient fuel cell 15 is smaller than the power consumption of auxiliary equipment for operating the power fuel cell 18. The efficiency at the time of operating the fuel cell 15 can be increased accordingly. However, since the supply of air and the cooling by air are not sufficient for the direct current required as an output, the efficiency of the efficient fuel cell 15 decreases on the side where the direct current idi increases.

これに対して、パワー型燃料電池１８においては、燃料電池スタック１１の寸法が効率型燃料電池１５と比べて大きくされ（同じでもよい。）、ポンプ６２を駆動する際の回転速度が高くされ、噴射装置６３から噴射される水の量が多くされるとともに、ファンＦ２の回転速度が高くされ、供給マニホルド２２に供給される空気の量が多くされる。   On the other hand, in the power type fuel cell 18, the size of the fuel cell stack 11 is made larger than the efficiency type fuel cell 15 (may be the same), and the rotation speed when driving the pump 62 is increased, The amount of water ejected from the ejection device 63 is increased, the rotational speed of the fan F2 is increased, and the amount of air supplied to the supply manifold 22 is increased.

この場合、補機類の消費電力はその分大きくなり、パワー型燃料電池１８の効率は低くなるが、空気の供給及び空気による冷却が、出力として要求される直流電流に対して十分になるので、直流電流ｉｄｉが多くなる。   In this case, the power consumption of the auxiliary equipment is increased accordingly, and the efficiency of the power type fuel cell 18 is lowered, but the supply of air and the cooling by the air are sufficient for the direct current required as the output. The direct current idi increases.

次に、前記構成の燃料電池システムの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell system having the above configuration will be described.

図４は本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御回路を示すブロック図、図５は本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御回路の動作を示すフローチャート、図６は本発明の実施の形態における効率型燃料電池及びパワー型燃料電池の特性の第１の比較図、図７は本発明の実施の形態における効率型燃料電池及びパワー型燃料電池の特性の第２の比較図である。   FIG. 4 is a block diagram showing a control circuit of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control circuit of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a second comparison diagram of the characteristics of the efficiency type fuel cell and the power type fuel cell in the embodiment of the present invention. .

図において、７０は制御部、Ｒ１は効率型燃料電池１５を稼働させるための効率型燃料電池リレー、Ｒ２はパワー型燃料電池１８を稼働させるためのパワー型燃料電池リレー、２１は酸素ガス供給路５７に配設された開閉弁、４１は酸素ガス圧センサである。前記制御部７０は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の記憶装置、入出力インタフェース等を備え、コンピュータとして機能する。   In the figure, 70 is a control unit, R1 is an efficient fuel cell relay for operating the efficient fuel cell 15, R2 is a power fuel cell relay for operating the power fuel cell 18, and 21 is an oxygen gas supply path. The open / close valve 41 is an oxygen gas pressure sensor. The control unit 70 includes a calculation device such as a CPU and MPU, a storage device such as a semiconductor memory, an input / output interface, and the like, and functions as a computer.

次に、制御部７０の図示されない燃料電池区分稼働処理手段としての燃料電池稼働処理手段は、燃料電池区分稼働処理としての燃料電池稼働処理を行い、モータ制御装置において算出された車両要求トルクＴＯを読み込み、該車両要求トルクＴＯが、閾（しきい）値ＴＯｔｈ以上であるかどうかを判断する。   Next, a fuel cell operation processing unit (not shown) as a fuel cell segment operation processing unit (not shown) of the control unit 70 performs a fuel cell operation process as a fuel cell segment operation process, and uses the vehicle required torque TO calculated by the motor control device. It is read and it is determined whether or not the vehicle required torque TO is equal to or greater than a threshold value (threshold value) TOth.

そして、前記燃料電池稼働処理手段は、前記車両要求トルクＴＯが閾値ＴＯｔｈ以上である場合、パワー型燃料電池リレーＲ２をオンにしてパワー型燃料電池１８を選択し、稼働させ、効率型燃料電池リレーＲ１をオフにして効率型燃料電池１５の稼働を停止させる。また、前記車両要求トルクＴＯが閾値ＴＯｔｈより小さい場合、効率型燃料電池リレーＲ１をオンにして効率型燃料電池１５を選択し、稼働させ、パワー型燃料電池リレーＲ２をオフにしてパワー型燃料電池１８の稼働を停止させる。   When the vehicle required torque TO is equal to or greater than the threshold value TOth, the fuel cell operation processing means turns on the power type fuel cell relay R2 to select and operate the power type fuel cell 18, and the efficient type fuel cell relay. R1 is turned off and the operation of the efficient fuel cell 15 is stopped. When the vehicle required torque TO is smaller than the threshold value TOth, the efficient fuel cell relay R1 is turned on to select and operate the efficient fuel cell 15, and the power fuel cell relay R2 is turned off to turn on the power fuel cell. The operation of 18 is stopped.

ところで、駆動モータ目標トルクが算出されたときに効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８に要求される出力を出力要求（効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８において発生させられる直流電流ｉｄｉの指令値に相当する。）としたとき、該出力要求を変化させたときの、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８において発生させられる出力電圧は、図６に示されるように変化する。   By the way, when the drive motor target torque is calculated, the output required for the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 is output (direct current idi generated in the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18). When the output request is changed, the output voltage generated in the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 changes as shown in FIG. .

すなわち、効率型燃料電池１５において、ラインＬ１で示されるように、出力要求が小さい領域で発生させられる出力電圧は高いが、出力要求を大きくすると、出力電圧は急激に低くなるのに対して、パワー型燃料電池１８においては、出力要求を大きくしても、ラインＬ２で示されるように、発生させられる出力電圧は十分に高くすることができる。さらに、パワー型燃料電池１８において、開閉弁２１を開放して、酸素タンク１７の酸素ガスを供給マニホルド２２に送ると、ラインＬ３で示されるように、発生させられる出力電圧は更に十分に高くすることができる。   That is, in the efficient fuel cell 15, as shown by the line L1, the output voltage generated in the region where the output request is small is high, but when the output request is increased, the output voltage rapidly decreases. In the power type fuel cell 18, even if the output request is increased, the generated output voltage can be sufficiently increased as shown by the line L2. Further, in the power type fuel cell 18, when the on-off valve 21 is opened and the oxygen gas in the oxygen tank 17 is sent to the supply manifold 22, the generated output voltage is further sufficiently increased as shown by the line L 3. be able to.

これに対して、出力要求を変化させたときの、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８の効率は、図７に示されるように変化する。   In contrast, the efficiency of the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 when the output request is changed changes as shown in FIG.

すなわち、効率型燃料電池１５の効率は、ラインＬ１１で示されるように、出力要求が小さい領域で高く、ピーク値Ｐを採り、出力要求を大きくすると、急激に低くなる。また、パワー型燃料電池１８の効率は、ラインＬ１２で示されるように、出力要求が小さい領域で低いが、出力要求を大きくすると、十分に高くすることができる。さらに、開閉弁２１を開放して、酸素タンク１７の酸素ガスを供給マニホルド２２に送ったときのパワー型燃料電池１８の効率は、ラインＬ１３で示されるように、更に十分に高くすることができる。   That is, as indicated by the line L11, the efficiency of the efficient fuel cell 15 is high in a region where the output request is small, and when the peak value P is taken and the output request is increased, the efficiency rapidly decreases. Further, the efficiency of the power type fuel cell 18 is low in the region where the output request is small as indicated by the line L12, but can be sufficiently increased if the output request is increased. Further, the efficiency of the power type fuel cell 18 when the on-off valve 21 is opened and the oxygen gas in the oxygen tank 17 is sent to the supply manifold 22 can be further sufficiently increased as shown by the line L13. .

そこで、本実施の形態において、ラインＬ１１とラインＬ１２、Ｌ１３とが交差する点の出力要求を第１の閾値α１としたとき、前記閾値ＴＯｔｈは、第１の閾値α１に対応させて設定される。   Therefore, in the present embodiment, when the output request at the point where the line L11 and the lines L12, L13 intersect is the first threshold value α1, the threshold value TOth is set in correspondence with the first threshold value α1. .

したがって、出力要求が第１の閾値α１より小さい場合に、効率型燃料電池１５が稼働させられ、出力要求が第１の閾値α１以上になると、パワー型燃料電池１８が稼働させられるので、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８の出力電圧及び効率を常に高くすることができる。   Therefore, when the output request is smaller than the first threshold value α1, the efficient fuel cell 15 is operated, and when the output request is equal to or greater than the first threshold value α1, the power type fuel cell 18 is operated. The output voltage and efficiency of the fuel cell 15 and the power type fuel cell 18 can always be increased.

そして、第１の閾値α１より大きい第２の閾値α２が設定され、制御部７０の図示されない出力変更処理手段は、出力変更処理を行い、出力要求が第２の閾値α２以上であるかどうかを判断し、出力要求が第２の閾値α２以上である場合、前記開閉弁２１を開放し、酸素タンク１７の酸素ガスをパワー型燃料電池１８の供給マニホルド２２に送る。その結果、前述されたように、パワー型燃料電池１８の出力電圧は、ラインＬ３で示されるように高くなり、パワー型燃料電池１８の効率はラインＬ１３で示されるように高くなる。   Then, a second threshold value α2 larger than the first threshold value α1 is set, and an output change processing unit (not shown) of the control unit 70 performs an output change process, and determines whether or not the output request is equal to or greater than the second threshold value α2. If the output request is greater than or equal to the second threshold value α2, the on-off valve 21 is opened, and the oxygen gas in the oxygen tank 17 is sent to the supply manifold 22 of the power type fuel cell 18. As a result, as described above, the output voltage of the power type fuel cell 18 becomes high as shown by the line L3, and the efficiency of the power type fuel cell 18 becomes high as shown by the line L13.

また、出力要求が第２の閾値α２より小さくなると、出力変更処理手段は、開閉弁２１を閉鎖し、酸素ガスの供給を停止させる。   When the output request becomes smaller than the second threshold value α2, the output change processing unit closes the on-off valve 21 and stops the supply of oxygen gas.

したがって、出力要求が大きくなっても、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８の出力電圧及び効率を常に高くすることができる。   Therefore, the output voltage and efficiency of the efficient fuel cell 15 and the power type fuel cell 18 can always be increased even if the output demand increases.

このように、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８の特性の良いところを利用することができるので、燃料電池システムの稼働効率を高くすることができる。   In this way, since the good characteristics of the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 can be used, the operating efficiency of the fuel cell system can be increased.

また、例えば、乗車している人数が少なく、出力要求が小さい場合には、効率型燃料電池１５だけを稼働させて燃料電池搭載車両１０（図２）を走行させることができるので、燃料電池システムの稼働効率を高くすることができる。   Further, for example, when the number of passengers is small and the output requirement is small, only the fuel cell 15 (FIG. 2) can be driven by operating only the efficient fuel cell 15, so that the fuel cell system The operating efficiency can be increased.

次に、図４のフローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 車両要求トルクＴＯが閾値ＴＯｔｈ以上であるかどうかを判断する。車両要求トルクＴＯが閾値ＴＯｔｈ以上である場合はステップＳ２に進み、車両要求トルクＴＯが閾値ＴＯｔｈより小さい場合はステップＳ３に進む。
ステップＳ２ パワー型燃料電池リレーＲ２をオンにする。
ステップＳ３ 効率型型燃料電池リレーＲ１をオンにし、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ４ 出力要求が第２の閾値α２以上であるかどうかを判断する。出力要求が第２の閾値α２以上である場合はステップＳ５に進み、出力要求が第２の閾値α２より小さい場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ５ 酸素タンク１７の圧力が一定値以上であるかどうかを判断する。酸素タンク１７の圧力が一定値以上である場合はステップＳ６に進み、酸素タンク１７の圧力が一定値より低い場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ６ 開閉弁２１を開放する。
ステップＳ７ 出力要求が第２の閾値α２より小さいかどうかを判断する。出力要求が第２の閾値α２より小さい場合はステップＳ８に進み、出力要求が第２の閾値α２以上である場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ８ 開閉弁２１を閉鎖し、処理を終了する。 Next, the flowchart of FIG. 4 will be described.
Step S1: It is determined whether the vehicle required torque TO is equal to or greater than a threshold value TOth. When the vehicle request torque TO is equal to or greater than the threshold value TOth, the process proceeds to step S2, and when the vehicle request torque TO is smaller than the threshold value TOth, the process proceeds to step S3.
Step S2: The power type fuel cell relay R2 is turned on.
Step S3: The efficiency type fuel cell relay R1 is turned on, and the process returns to Step S1.
Step S4: Determine whether the output request is equal to or greater than the second threshold value α2. When the output request is greater than or equal to the second threshold value α2, the process proceeds to step S5, and when the output request is smaller than the second threshold value α2, the process returns to step S1.
Step S5: It is determined whether or not the pressure in the oxygen tank 17 is a certain value or more. When the pressure in the oxygen tank 17 is equal to or higher than a certain value, the process proceeds to step S6, and when the pressure in the oxygen tank 17 is lower than the certain value, the process returns to step S1.
Step S6: The on-off valve 21 is opened.
Step S7: It is determined whether the output request is smaller than the second threshold value α2. When the output request is smaller than the second threshold value α2, the process proceeds to step S8, and when the output request is equal to or greater than the second threshold value α2, the process returns to step S1.
Step S8: The on-off valve 21 is closed and the process is terminated.

ところで、前述されたように、各ホイールモータＭｉを駆動する場合、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８で発生させられた直流電流ｉｄｉは、各インバータＩｖｉに供給され、該各インバータＩｖｉにおいて交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに変換され、該交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは各ホイールモータＭｉに供給される。そして、運転者がアクセルペダルから足を離したときのように、燃料電池搭載車両１０が制動させられると、各ホイールモータＭｉにおいて回生電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが発生させられる。そこで、制御部７０の図示されない回生処理手段は、回生処理を行い、前記各インバータＩｖｉに駆動信号を供給し、回生電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを直流電流Ｉｄｉに変換する。また、制御部７０の図示されない電解処理手段は、電解処理を行い、直流電流Ｉｄｉを効率型燃料電池１５に供給し、効率型燃料電池１５を電解装置として機能させて稼働させ、効率型燃料電池１５において、水素ガス及び酸素ガスを発生させ、水素ガスを水素タンク１６に、酸素ガスを酸素タンク１７に貯蔵する。   By the way, as described above, when each wheel motor Mi is driven, the direct current idi generated in the efficient fuel cell 15 and the power fuel cell 18 is supplied to each inverter Ivi, and in each inverter Ivi. The alternating currents iu, iv, iw are converted into the alternating currents iu, iv, iw, and the alternating currents iu, iv, iw are supplied to the wheel motors Mi. When the fuel cell-equipped vehicle 10 is braked as when the driver removes his / her foot from the accelerator pedal, regenerative currents Iu, Iv, and Iw are generated in each wheel motor Mi. Therefore, a regenerative processing unit (not shown) of the control unit 70 performs a regenerative process, supplies a drive signal to each of the inverters Ivi, and converts the regenerative currents Iu, Iv, Iw into a direct current Idi. Further, the electrolytic treatment means (not shown) of the control unit 70 performs electrolytic treatment, supplies the direct current Idi to the efficient fuel cell 15, operates the efficient fuel cell 15 as an electrolytic device, and operates the efficient fuel cell. 15, hydrogen gas and oxygen gas are generated, and the hydrogen gas is stored in the hydrogen tank 16 and the oxygen gas is stored in the oxygen tank 17.

続いて、効率型燃料電池１５を電解装置として機能させて稼働させる場合、及び酸素タンク１７からパワー型燃料電池１８に酸素ガスを供給する場合の燃料電池システムの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell system when the efficient fuel cell 15 is operated as an electrolyzer and when oxygen gas is supplied from the oxygen tank 17 to the power fuel cell 18 will be described.

図８は本発明の実施の形態におけるパワー型燃料電池に酸素ガスを供給する場合の燃料電池システムの動作を示す図、図９は本発明の実施の形態における効率型燃料電池を電解装置として機能させて稼働させる場合の燃料電池システムの動作を示す図である。なお、図において、水素タンク１６内における水素ガス及び酸素タンク１７内における酸素ガスに、水素ガス及び酸素ガスの量を表すために境界面が便宜上記載されているが、実際は、水素ガス及び酸素ガスのいずれも気体の状態であるので境界面はない。   FIG. 8 is a diagram showing the operation of the fuel cell system when oxygen gas is supplied to the power type fuel cell according to the embodiment of the present invention, and FIG. 9 functions as the electrolysis device of the efficiency type fuel cell according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows operation | movement of the fuel cell system in the case of making it operate | move. In the figure, the hydrogen gas in the hydrogen tank 16 and the oxygen gas in the oxygen tank 17 are shown for convenience in order to represent the amounts of hydrogen gas and oxygen gas, but in reality, the hydrogen gas and oxygen gas Since both are in a gas state, there is no boundary surface.

図において、Ｍｉはホイールモータ、Ｉｖｉはインバータ、１５は効率型燃料電池、１６は水素タンク、１７は酸素タンク、１８はパワー型燃料電池、６１は水タンク、２１、８１、８２は開閉弁である。   In the figure, Mi is a wheel motor, Ivi is an inverter, 15 is an efficient fuel cell, 16 is a hydrogen tank, 17 is an oxygen tank, 18 is a power fuel cell, 61 is a water tank, 21, 81 and 82 are on-off valves. is there.

燃料電池システムにおいて、各ホイールモータＭｉを駆動する場合、すなわち、発電時に、図８に示されるように、パワー型燃料電池１８において、供給路２０を介して空気が、第２の燃料供給路５２及び開閉弁８１を介して水素ガスが、酸素ガス供給路５７及び開閉弁２１を介して酸素ガスが供給されると、空気極において、
Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ
の反応が起こり、燃料極において、
２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-
の反応が起こる。 In the fuel cell system, when each wheel motor Mi is driven, that is, during power generation, as shown in FIG. 8, in the power type fuel cell 18, air is supplied to the second fuel supply path 52 via the supply path 20. When hydrogen gas is supplied through the on-off valve 81 and oxygen gas is supplied through the oxygen gas supply path 57 and the on-off valve 21,
O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O
The reaction of
2H 2 → 4H + + 4e -
Reaction occurs.

その結果、前述されたように、パワー型燃料電池１８で直流電流ｉｄｉが発生させられ、該直流電流ｉｄｉは、各インバータＩｖｉに供給され、該各インバータＩｖｉにおいて交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに変換され、該交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗはホイールモータＭｉに供給される。なお、発生した水は、排出マニホルド２３から排出され、水帰還路５９、ポンプ６２及び開閉弁８２を介して水タンク６１に供給される。   As a result, as described above, a direct current idi is generated in the power type fuel cell 18, and the direct current idi is supplied to each inverter Ivi and converted into alternating currents iu, iv, iw in each inverter Ivi. Then, the alternating currents iu, iv, iw are supplied to the wheel motor Mi. The generated water is discharged from the discharge manifold 23 and supplied to the water tank 61 through the water return path 59, the pump 62 and the on-off valve 82.

また、運転者がアクセルペダルから足を離したときのように、燃料電池搭載車両１０が制動させられる場合、すなわち、回生時に、図９に示されるように、各ホイールモータＭｉにおいて回生電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが発生させられ、該回生電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは各インバータＩｖｉに供給され、該各インバータＩｖｉにおいて直流電流Ｉｄｉに変換され、該直流電流Ｉｄｉは電解装置として機能する効率型燃料電池１５に供給される。   Further, when the fuel cell-equipped vehicle 10 is braked as when the driver removes his / her foot from the accelerator pedal, that is, during regeneration, as shown in FIG. 9, the regenerative current Iu, Iv, Iw is generated, the regenerative currents Iu, Iv, Iw are supplied to each inverter Ivi, converted into a direct current Idi in each inverter Ivi, and the direct current Idi functions as an electrolyzer. 15 is supplied.

このとき、水タンク６１内の水は、水帰還路５９、ポンプ６２及び開閉弁８２を介して排出マニホルド２３に供給され、該排出マニホルド２３から効率型燃料電池１５内に供給される。   At this time, the water in the water tank 61 is supplied to the exhaust manifold 23 through the water return path 59, the pump 62 and the on-off valve 82, and is supplied from the exhaust manifold 23 into the efficient fuel cell 15.

そして、効率型燃料電池１５の空気極において、
２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ-
の反応が起こり、燃料極において、
４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2
の反応が起こる。 And in the air electrode of the efficient fuel cell 15,
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e −
The reaction of
4H + + 4e - → 2H 2
Reaction occurs.

その結果、発生した水素ガスは、第２の燃料供給路５２及び開閉弁８１を介して水素タンク１６に供給され、該水素タンク１６に貯蔵され、発生した酸素ガスは、酸素ガス供給路５７及び開閉弁２１を介して酸素タンク１７に供給され、酸素タンク１７に貯蔵される。   As a result, the generated hydrogen gas is supplied to the hydrogen tank 16 via the second fuel supply path 52 and the on-off valve 81 and stored in the hydrogen tank 16, and the generated oxygen gas is supplied to the oxygen gas supply path 57 and It is supplied to the oxygen tank 17 through the on-off valve 21 and stored in the oxygen tank 17.

このように、発生した水素ガス及び酸素ガスを水素タンク１６及び酸素タンク１７に貯蔵し、その後、直流電流ｉｄｉを発生させるのに使用することができるので、回生電力を十分に利用することができる。また、発生した酸素ガスをパワー型燃料電池１８に供給することによって、パワー型燃料電池１８の出力電圧及び効率を高くすることができる。   Thus, since the generated hydrogen gas and oxygen gas can be stored in the hydrogen tank 16 and the oxygen tank 17 and then used to generate the direct current idi, the regenerative power can be fully utilized. . Further, by supplying the generated oxygen gas to the power type fuel cell 18, the output voltage and efficiency of the power type fuel cell 18 can be increased.

なお、各インバータＩｖｉをコネクタＣｎ１（図２）を介して家庭用電源と接続し、家庭用電源の交流電流を各インバータＩｖｉに供給し、該各インバータＩｖｉにおいて交流電流を直流電流Ｉｄｉに変換して効率型燃料電池１５に送ることができる。したがって、このとき、発生した水素ガス及び酸素ガスを水素タンク１６及び酸素タンク１７に貯蔵することによって、水素タンク１６内の水素ガス及び酸素タンク１７内の酸素ガスの量を多くすることができる。   Each inverter Ivi is connected to a household power supply via a connector Cn1 (FIG. 2), the alternating current of the household power supply is supplied to each inverter Ivi, and the alternating current is converted into a direct current Idi in each inverter Ivi. Can be sent to the efficient fuel cell 15. Therefore, by storing the generated hydrogen gas and oxygen gas in the hydrogen tank 16 and the oxygen tank 17 at this time, the amount of the hydrogen gas in the hydrogen tank 16 and the oxygen gas in the oxygen tank 17 can be increased.

本実施の形態において、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８を燃料電池の稼働単位を表す燃料電池区分とし、燃料電池システムに加わる負荷に応じて、効率型燃料電池１５及びパワー型燃料電池１８が選択的に稼働させられるようになっているが、燃料電池を構成する燃料電池スタック、モジュール、単位セルを燃料電池区分とすることができる。   In the present embodiment, the efficient fuel cell 15 and the power type fuel cell 18 are classified as fuel cell units representing the unit of operation of the fuel cell, and the efficient type fuel cell 15 and the power type fuel cell according to the load applied to the fuel cell system. However, the fuel cell stack, the module, and the unit cell constituting the fuel cell can be classified as the fuel cell.

本発明の実施の形態における燃料電池システムの概念図である。1 is a conceptual diagram of a fuel cell system in an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における燃料電池搭載車両の概念図である。1 is a conceptual diagram of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態におけるパワー型燃料電池の稼働原理を示す図である。It is a figure which shows the working principle of the power type fuel cell in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control circuit of the fuel cell system in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御回路の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control circuit of the fuel cell system in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における効率型燃料電池及びパワー型燃料電池の特性の第１の比較図である。It is a 1st comparison figure of the characteristic of the efficiency type fuel cell and power type fuel cell in an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態における効率型燃料電池及びパワー型燃料電池の特性の第２の比較図である。It is the 2nd comparative view of the characteristic of the efficiency type fuel cell and power type fuel cell in an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態におけるパワー型燃料電池に酸素ガスを供給する場合の燃料電池システムの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the fuel cell system in the case of supplying oxygen gas to the power type fuel cell in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における効率型燃料電池を電解装置として機能させて稼働させる場合の燃料電池システムの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the fuel cell system in the case of making the efficiency type fuel cell in embodiment of this invention function as an electrolysis apparatus, and operate | moving.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池搭載車両
１５ 効率型燃料電池
１８ パワー型燃料電池
７０ 制御部
Ｍｉ ホイールモータ
10 Fuel Cell Vehicle 15 Efficient Fuel Cell 18 Power Fuel Cell 70 Control Unit Mi Wheel Motor

Claims (3)

複数の燃料電池区分と、該各燃料電池区分に燃料及び空気を供給して各燃料電池区分を稼働させる燃料電池区分稼働処理手段と、前記各燃料電池区分において発生させられた電流を受けて駆動される駆動モータと、前記各燃料電池区分のうちの第１の燃料電池区分を電解装置として稼働させ、水素ガス及び酸素ガスを発生させる回生処理手段と、発生させられた酸素ガスを第２の燃料電池区分に供給する出力変更処理手段とを有することを特徴とする燃料電池搭載車両。   A plurality of fuel cell sections, fuel cell section operation processing means for operating each fuel cell section by supplying fuel and air to each fuel cell section, and driving by receiving current generated in each fuel cell section And a regenerative processing means for operating the first fuel cell section of each of the fuel cell sections as an electrolysis device to generate hydrogen gas and oxygen gas, and the generated oxygen gas to the second A fuel cell-equipped vehicle comprising output change processing means for supplying fuel cell sections. 燃料電池搭載車両を走行させるのに伴って、燃料電池に加わる負荷を算出する負荷算出処理手段を有するとともに、前記燃料電池区分稼働処理手段は、算出された負荷に応じて各燃料電池区分のうちの所定の燃料電池区分を選択し、選択された燃料電池区分に燃料及び空気を供給し、前記燃料電池区分を稼働させる請求項１に記載の燃料電池搭載車両。   In addition to having load calculation processing means for calculating a load applied to the fuel cell as the vehicle equipped with the fuel cell travels, the fuel cell section operation processing means includes a fuel cell classification operation unit according to the calculated load. The fuel cell-equipped vehicle according to claim 1, wherein a predetermined fuel cell section is selected, fuel and air are supplied to the selected fuel cell section, and the fuel cell section is operated. 複数の燃料電池区分に燃料及び空気を供給して各燃料電池区分を稼働させ、該各燃料電池区分において発生させられた電流を供給して駆動モータを駆動するようにした燃料電池搭載車両の制御方法において、前記各燃料電池区分のうちの第１の燃料電池区分を電解装置として稼働させ、水素ガス及び酸素ガスを発生させ、発生させられた酸素ガスを第２の燃料電池区分に供給することを特徴とする燃料電池搭載車両の制御方法。
Control of a vehicle equipped with a fuel cell by supplying fuel and air to a plurality of fuel cell segments to operate each fuel cell segment and supplying a current generated in each fuel cell segment to drive a drive motor In the method, the first fuel cell section among the fuel cell sections is operated as an electrolyzer, hydrogen gas and oxygen gas are generated, and the generated oxygen gas is supplied to the second fuel cell section. A control method for a vehicle equipped with a fuel cell.
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