JP2011181509A - 燃料電池用燃料補給システムおよび移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を備える装置に対して燃料の補給を行なう際の安全性を向上させる。
【解決手段】燃料電池３０を搭載する電気自動車１０は、燃料を貯蔵する燃料タンク２０と、燃料タンク２０に連通して車体表面で開口するコネクタ受け部４０とを備えており、このコネクタ受け部４０に、所定の水素供給装置が備えるコネクタを接続して、水素供給装置から電気自動車１０への燃料の補給を行なう。コネクタ受け部４０には、これを覆うフューエルリッドが設けられている。燃料補給を行なう際にフューエルリッドを開く指示を入力したときに、燃料電池３０が運転していると判定されると、フューエルリッドは開かない。また、電気自動車１０において燃料電池３０の始動の指示を入力したときに、フューエルリッドが開いていると判定されると、燃料電池３０の始動は行なわれない。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用燃料補給システムおよび移動体に関し、詳しくは、燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料の補給に関わる燃料電池用燃料補給システム、および移動体に関する。

従来、燃料電池が出力する電気エネルギを駆動エネルギとして用いる電気自動車が、種々提案されている。燃料電池を用いて発電を行なうためには、燃料電池に対して水素などの燃料を供給する必要がある。そのため、このような電気自動車としては、燃料電池の燃料として水素を搭載する構成や、炭化水素や炭化水素化合物などの原燃料を搭載し、これらの原燃料を改質することによって水素ガスを生成して燃料電池に供給する構成などが知られている。

燃料電池の燃料として水素を搭載する構成としては、例えば、水素吸蔵合金を備える貯蔵用のタンクを車両に搭載し、燃料電池に供給する燃料としての水素をこの水素吸蔵合金に吸蔵させる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構成とすることによって、移動体である車両に水素を搭載する際の安全性をより向上させることができる。

特開２０００−８８１９６号公報

しかしながら、水素吸蔵合金を用いて車両に水素を搭載する場合であっても、車両が走行を続行するためには、水素吸蔵合金を備える上記貯蔵用のタンクに対して水素の補給を行なうことが必要である。このように水素を補給する動作を行なう際にも、充分な安全性が確保されることが望ましいが、燃料電池を備える装置に対して燃料を補給する際の安全性の確保については、充分な検討が成されていなかった。

本発明の燃料電池用燃料補給システムおよびこれを移動体は、こうした問題を解決し、水素などの燃料のほか上記原燃料を搭載する場合も含め、燃料電池を備える装置に対して燃料あるいは前記原燃料の補給を行なう際の安全性を向上させることを目的としてなされ、次の構成を採った。

本発明の第１の燃料電池用燃料補給システムは、燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を補給する燃料電池用燃料補給システムであって、
前記燃料電池と、
前記燃料あるいは前記原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段に前記燃料あるいは前記原燃料を補給する際には、前記貯蔵手段に接続することによって前記補給を行なう補給手段と、
前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定する燃料電池稼働状態判定手段と、
前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記補給手段から前記貯蔵手段への前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する補給禁止手段と、
を備えることを要旨とする。

以上のように構成された本発明の第１の燃料電池用燃料補給システムは、燃料電池と、燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段とを備える。前記貯蔵手段に前記燃料あるいは前記原燃料を補給する際には、補給手段を、前記貯蔵手段に接続する。そのとき、前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定し、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記補給手段から前記貯蔵手段への前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する。

本発明の第１の移動体は、燃料電池を搭載し、前記燃料電池が発生する電気エネルギを、移動のための駆動エネルギ源として用いる移動体であって、
前記燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定する燃料電池稼働状態判定手段と、
前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記燃料あるいは前記原燃料を補給するために前記移動体の外部に設けた所定の補給装置から、前記貯蔵手段への、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する補給禁止手段と
を備えることを要旨とする。

以上のように構成された本発明の第１の移動体は、移動のための駆動エネルギである電気エネルギを発生する燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段を備える。前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定し、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記燃料あるいは前記原燃料を補給するために前記移動体の外部に設けた所定の補給装置から、前記貯蔵手段への、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する。

本発明の燃料補給制御方法は、燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を補給する動作を制御する燃料補給制御方法であって、
（ａ）前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程において、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記燃料電池と共に設けられ、前記燃料あるいは前記原燃料を貯蔵する貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する工程と
を備えることを要旨とする。

このような本発明の第１の燃料電池用燃料補給システム、あるいは本発明の第１の移動体、あるいは本発明の燃料補給制御方法によれば、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記貯蔵手段に対する前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止するため、燃料電池の発電中に燃料あるいは原燃料の補給の動作を行なうことがなく、燃料電池の発電中における安全性、および、燃料や原燃料の補給を行なう際の安全性を確保することができる。すなわち、貯蔵手段と燃料補給装置との接続を伴う燃料補給の動作と、燃料電池の発電とを同時に行なうことがなく、安全性を確保することができる。なお、ここで燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかの判定は、実際に燃料電池から発電が行なわれているかどうかに基づく他、燃料電池の始動に関する指示が入力されているかどうか等に基づいて行なうこととしても良い。

本発明の第１の燃料電池用燃料補給システムにおいて、
前記燃料電池の運転開始に関する指示、および、前記燃料電池の運転停止に関する指示を入力する入力手段をさらに備え、
前記燃料電池稼働状態判定手段は、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転開始が指示されており、その後、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転停止が指示されていないときに、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定することとしてもよい。

また、本発明の第１の移動体において、
前記燃料電池の運転開始に関する指示、および、前記燃料電池の運転停止に関する指示を入力する入力手段をさらに備え、
前記燃料電池稼働状態判定手段は、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転開始が指示されており、その後、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転停止が指示されていないときに、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定することとしてもよい。

このような構成とすれば、燃料電池の運転開始がすでに指示されていれば、燃料電池から充分な電力が出力されるようになる前であっても、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止することができ、安全性を高めることができる。

本発明の第１の燃料電池用燃料補給システムにおいて、
前記燃料電池における出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記補給禁止手段は、前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態でないと判定したときにも、前記電圧手段が検出する前記出力電圧が、所定の値以上であるときには、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止することとしてもよい。

また、本発明の第１の移動体において、
前記燃料電池における出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記補給禁止手段は、前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態でないと判定したときにも、前記電圧手段が検出する前記出力電圧が、所定の値以上であるときには、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止することとしてもよい。

このような構成とすれば、前記燃料電池が発電を行なう状態でないと判定される場合であっても、燃料電池からの出力電圧が所定の値以上であるときには、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止するため、さらに安全性を向上させることができる。例えば、燃料電池では、燃料電池の運転停止に関わる指示が入力されて燃料ガスおよび酸化ガスの供給が停止されても、すでに燃料電池に供給されたガスが消費されてしまうまでは電気化学反応が進行する。燃料電池の運転停止に関わる指示が入力されることで、燃料電池が発電を行なう状態ではないと判断される場合にも、上記したように電気化学反応がある程度進行する間は燃料あるいは原燃料の補給の開始が禁止されるため、非所望の出力電圧が生じているときに燃料補給を行なってしまうことがない。

本発明の第１の移動体において、
前記移動体の移動のための駆動エネルギを発生し、前記燃料電池とは異なる他のエネルギ源と、
前記他のエネルギ源の駆動が禁止されているかどうかを判定する駆動禁止判定手段と
をさらに備え、
前記補給禁止手段は、前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときに加えて、前記駆動禁止判定手段が、前記他のエネルギ源の駆動が禁止されていないと判定したときには、前記貯蔵手段への前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止することとしてもよい。

このような構成とすれば、前記他のエネルギ源の駆動が禁止されていないとき、すなわち、移動体が移動してしまう可能性があるときに、燃料補給の動作を開始してしまうことがなく、燃料補給の動作の安全性を向上させることができる。

本発明の第２の燃料電池用燃料補給システムは、燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を補給する燃料電池用燃料補給システムであって、
前記燃料電池と、
前記燃料あるいは前記原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段に前記燃料あるいは前記原燃料を補給する際には、前記貯蔵手段に接続することによって前記補給を行なう補給手段と、
前記補給手段から前記貯蔵手段に対して前記燃料あるいは前記原燃料が補給されているかどうかを判定する燃料補給状態判定手段と、
前記燃料補給状態判定手段が、前記燃料あるいは前記原燃料が補給されていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する発電禁止手段と
を備えることを要旨とする。

以上のように構成された本発明の第２の燃料電池用燃料補給システムは、燃料電池と、燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段とを備える。前記貯蔵手段に前記燃料あるいは前記原燃料を補給する際には、補給手段を、前記貯蔵手段に接続する。このように、前記補給手段から前記貯蔵手段に対して前記燃料あるいは前記原燃料が補給されているかどうかを判定し、前記燃料あるいは前記原燃料が補給されていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する。

本発明の第２の移動体は、燃料電池を搭載し、前記燃料電池が発生する電気エネルギを、移動のための駆動エネルギ源として用いる移動体であって、
前記燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
前記燃料あるいは前記原燃料を補給するために前記移動体の外部に設けた所定の補給装置から、前記貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれているかどうかを判定する燃料補給状態判定手段と、
前記燃料補給状態判定手段が、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する発電禁止手段と
を備えることを要旨とする。

以上のように構成された本発明の第２の移動体は、移動のための駆動エネルギである電気エネルギを発生する燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段を備える。前記燃料あるいは前記原燃料を補給するために前記移動体の外部に設けた所定の補給装置から、前記貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれているかどうかを判定し、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する。

本発明の燃料電池の運転制御方法は、
（ａ）前記燃料電池と共に設けられ、前記燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料が補給されているかどうかを判定する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程において、前記燃料あるいは前記原燃料が補給されていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する工程と
を備えることを要旨とする。

このような本発明の第２の燃料電池用燃料補給システム、あるいは、本発明の第２の移動体、あるいは、本発明の燃料電池の運転制御方法によれば、前記貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれていると判定したときには、燃料電池における発電の開始を禁止するため、燃料あるいは原燃料の補給を行なっているときに燃料電池が運転されることがなく、燃料あるいは原燃料の補給の動作の安全性を確保することができる。すなわち、貯蔵手段と燃料補給装置との接続を伴う燃料補給の動作と、燃料電池の発電とを同時に行なうことがなく、安全性を確保することができる。なお、ここで、燃料あるいは原燃料の補給が行なわれているかどうかの判定は、実際に燃料あるいは原燃料が貯蔵手段に供給されているかどうかに基づく他、燃料あるいは原燃料の補給の動作を始める際に入力されるべき所定の指示が入力されているかどうか等に基づくこととしても良い。

本実施例の第２の移動体において、前記燃料補給状態判定手段が、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれていると判定したときには、前記移動体の移動を禁止する移動禁止手段をさらに備えることとしても良い。

このような構成とすれば、燃料あるいは原燃料の補給が行なわれているときには移動体が移動することがないため、燃料補給の動作の安全性を向上させることができる。

本発明の第１および第２の燃料電池用燃料補給システムにおいて、前記貯蔵手段は、前記燃料電池に供給する燃料である水素を貯蔵し、該水素を貯蔵するための水素吸蔵合金を備えることとしても良い。

また、本発明の第１および第２の移動体において、前記貯蔵手段は、前記燃料電池に供給する燃料である水素を貯蔵し、該水素を貯蔵するための水素吸蔵合金を備えることとしても良い。

また、本発明の第１および第２の燃料電池用燃料補給システムにおいて、前記燃料電池および前記貯蔵手段は、移動のための駆動エネルギとして前記燃料電池が発生する電気エネルギを用いる移動体に搭載されることとしてもよい。

電気自動車１０の全体構成を示す説明図である。 単セル３８の構成を例示する断面図である。 電気自動車１０と水素供給装置の様子を表わす説明図である。 コネクタ受け部４０の様子を表わす説明図である。 水素供給装置８０の要部の構成を表わす説明図である。 燃料補給時処理ルーチンを表わすフローチャートである。 燃料電池始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。

以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
１．電気自動車の全体構成
２．水素の補給に関わる構成
３．水素の補給の際に行なわれる制御
４．電気自動車のその他の構成

（１）電気自動車の全体構成：
はじめに、本発明の実施例としての電気自動車の構成について説明する。図１は、本発明の一実施例としての電気自動車１０の全体構成を示す説明図である。この電気自動車１０は、燃料タンク２０，燃料電池３０，コネクタ受け部４０，制御部５０を備え、その他にモータ７０などの所定の車両構造を備えている。以下、電気自動車１０が備えるこれらの各構成要素について順次説明する。

燃料タンク２０は、外部から供給される水素ガスを貯蔵するものであり、必要に応じて水素ガスを燃料電池３０に供給する。燃料タンク２０は、その内部に水素吸蔵合金を備えており、この水素吸蔵合金に吸蔵することによって水素ガスを貯蔵する構成となっている。水素吸蔵合金は、その種類によって、水素吸蔵合金自身の重量、吸蔵可能な水素量、水素吸蔵時に発生する熱量、水素放出時に要する熱量、取り扱い時に要する圧力等が異なる。自動車車載用途としては、比較的低温（１００℃以下）、低圧（１０ｋｇ／ｃｍ^２ 以下）で水素の充填・放出が可能な合金を用いることが望ましい（例えばチタン系合金または希土類系合金）。

燃料タンク２０には、この燃料タンク２０内部に水素ガスを供給するための水素ガス導入路４７と、燃料タンク２０内の水素吸蔵合金から取り出された水素ガスを燃料電池３０に導くための燃料供給路２２が接続されている。後述するように、電気自動車１０には、外部に設けられた所定の水素供給装置から水素ガスが供給されるが、この水素供給装置から供給される水素ガスは、コネクタ受け部４０および水素ガス導入路４７を介して燃料タンク２０内に供給され、水素吸蔵合金に吸蔵されることによって燃料タンク２０内に貯蔵される。また、燃料タンク２０内の水素吸蔵合金から放出された水素ガスは、燃料供給路２２を介して燃料ガスとして燃料電池３０に供給される。

燃料供給路２２にはバルブ２２Ａが設けられている。このバルブ２２Ａは制御部５０と接続しており、制御部５０によってその開閉状態が制御される。バルブ２２Ａの開放状態を調節することによって、燃料電池３０に供給される燃料ガス量を増減することができ、これによって燃料電池３０での発電量が制御される。

さらに、燃料供給路２２には加湿器６６が設けられており、燃料供給路２２を通過する燃料ガスを加湿している。このように、加湿器６６によって燃料ガスを加湿することで、燃料電池が備える後述する固体高分子膜が乾燥してしまうのを防いでいる。本実施例の加湿器６６では、多孔質膜を利用して燃料ガスの加湿を行なっている。すなわち、燃料タンク２０から供給された燃料ガスと温水とを所定の圧力の下で多孔質膜によって隔てることで、所定量の水蒸気を温水側から燃料ガス側へと多孔質膜を介して供給している。ここで、加湿に用いる温水としては、例えば燃料電池３０の冷却水を挙げることができる。本実施例の燃料電池３０は、後述するように固体高分子型燃料電池であり、運転温度を８０〜１００℃の温度範囲に保つために周囲に冷却水を循環させている。この燃料電池３０によって昇温された温水を、燃料ガスの加湿に利用することができる。

上記燃料タンク２０への水素の貯蔵は、燃料タンク２０が備える水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることによって行なうが、その際に発熱が起こる。そこで燃料タンク２０は、水素を貯蔵する際に生じる熱を排出する構造として、熱交換部２６を備えている。熱交換部２６は、内部に冷却水を循環させる冷却水路４５によって形成されており、この冷却水路４５は、コネクタ受け部４０において開口している。すなわち、冷却水路４５の端部は、コネクタ受け部４０において水流路接続部４２を形成している。また、冷却水路４５は、燃料タンク２０の熱交換部２６を形成した後、冷却水路４３となり、この冷却水路４３の端部は、水流路接続部４４を形成してコネクタ受け部４０において開口している。燃料タンク２０内の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際には、冷却水は、水流路接続部４２を介して熱交換部２６に導入され、水素吸蔵合金との間で熱交換を行ない、水素の吸蔵に伴って生じた熱によって昇温する。昇温した冷却水は、水流路接続部４４を介して外部に排出され、このようにして燃料タンク２０から熱を取り除くことで、上記水素を吸蔵させる動作を促すと共に、燃料タンク２０が非所望の温度に昇温するのを防止している。

また、電気自動車１０において、冷却水路４５および冷却水路４３はその所定の箇所で分岐しており、これら分岐した流路は燃料電池３０内に配管して燃料電池３０内で熱交換部３９を形成し、この熱交換部３９においてこれらの流路は接続している。また、冷却水路４５および冷却水路４３から熱交換部３９側に流路が分岐する位置には、流路を切り替える切り替えバルブが設けられている。冷却水路４５の分岐点には切り替えバルブ４２Ａが設けられており、冷却水路４３の分岐点には切り替えバルブ４４Ａが設けられている。これらの切り替えバルブ４２Ａ，４４Ａは制御部５０に接続されており、制御部５０が出力する駆動信号によって流路の切り替えが行なわれる。水素供給装置から燃料タンク２０へ水素が供給されるときには、コネクタ受け部４０を介して接続される外部の燃料供給装置側と、熱交換部２６側との間で冷却水が流通するように、切り替えバルブ４２Ａ，４４Ａが制御され、熱交換部３９に至る流路は閉鎖される。

一方、燃料タンク２０内の水素を利用して電気自動車１０が走行するときには、切り替えバルブ４２Ａ，４４Ａの開閉状態が制御されて、熱交換部２６を形成する流路と熱交換部３９を形成する流路とが連通する。このような場合には、冷却水は、燃料タンク２０が備える熱交換部２６と、燃料電池３０が備える熱交換部３９との間を循環する。このような構成とすることによって本実施例の電気自動車１０では、燃料電池３０で発生する熱量を利用して水素吸蔵合金から水素を取り出している。すなわち、燃料電池３０による発電が行なわれるときには、電気エネルギに変換されなかったエネルギが熱エネルギとして放出されるため熱が発生するが、熱交換部３９を通過する冷却水は、燃料電池３０との間で熱交換を行なうことによって、燃料電池３０の運転温度を８０〜１００℃の温度範囲に保つと共に、冷却水自身は昇温する。また、燃料タンク２０において、水素吸蔵合金に吸蔵させた水素を取り出すには外部から熱量を与える必要があるが、熱交換部３９で昇温した冷却水は熱交換部２６に導入されることによって燃料タンク２０に必要な熱量を与えて水素を取り出し可能とし、これに伴って熱交換部２６を通過する冷却水は降温する。このように、冷却水は、熱交換部３９と熱交換部２６との間を循環することによって、燃料電池３０で生じた熱を燃料タンク２０において利用可能としている。

また、冷却水路４５にはポンプ２９が設けられており、このポンプ２９は、制御部５０の制御を受けて、冷却水路４５およびこれと接続する流路内で冷却水を循環させる。なお、本実施例では、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に、冷却水路４５内に冷却水を循環させて燃料タンク２０を冷却する構成としたが、水以外の流体を循環させることによって冷却を行なうこととしてもよい。また、燃料タンク２０の冷却を空冷によって行なうこととしても良い。

さらに、本実施例の電気自動車１０では、燃料タンク２０に加熱装置２５が設けられている。この加熱装置２５は、燃料タンク２０を加熱するための装置である。上記したように、電気自動車１０では、燃料タンク２０が備える水素吸蔵合金に蓄えた水素を取り出す際に、燃料電池３０で生じた熱を利用しているが、冷却水によって燃料電池３０から伝えられる熱だけでは不足する場合、あるいは、電気自動車１０の始動時などにおいて燃料電池３０が充分に昇温していないときに燃料タンク２０に供給する熱を補う必要がある場合などに、この加熱装置２５を用いて燃料タンク２０の加熱を行なう。加熱装置２５は、例えば、ヒータによって構成することができ、電気自動車１０が備える後述する２次電池から供給される電力を用いて加熱を行なうこととすればよい。加熱装置２５は、制御部５０に接続されており、制御部５０によって加熱状態を制御することで、所望の水素を取り出すために必要な熱を確保することができる。あるいは、加熱装置２５は、燃焼反応によって熱を生じることとしても良い。この場合には、燃料タンク２０から取り出した水素や、燃料電池３０から排出される後述する燃料排ガスを、燃焼の燃料として用いることができる。

燃料タンク２０には、さらに、水素残量モニタ２７が設けられている。水素残量モニタ２７は、燃料タンク２０から燃料電池３０へ供給された水素量と供給時間とを積算するものであり、この値を基に制御部５０は燃料タンク２０における水素残量を演算する。燃料タンク２０から燃料電池３０に供給された水素量は、燃料供給路２２を通過する水素ガスの流量を直接測定する他、燃料電池３０からの出力などを基に間接的に推定することもできる。水素残量モニタ２７からの信号に基づいて、燃料タンク２０内の水素残量が所定量以下に成ったと判断されると、制御部５０は、車両の使用者が認識可能となるように設けた所定の警告装置に信号を出力する。このように、水素残量が残り少ないことを使用者に知らせることによって、使用者が水素を補給する動作を促す。

また、燃料タンク２０には、水素充填量モニタ２８が設けられている。水素充填量モニタ２８は、圧力センサとして構成されており、燃料タンク２０内の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に、水素吸蔵合金に充分量の水素が吸蔵されたときにこれを検出する。水素充填時、すなわち、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際には、燃料タンク２０内は外部から水素を供給することで所定の圧力に加圧されているが、水素吸蔵合金に充分量の水素が吸蔵されて、水素が吸蔵される速度が低下したときには、燃料タンク２０内の圧力が上昇する。したがって、燃料タンク２０内に圧力センサを設け、上記圧力の上昇を検出することによって、充分量の水素が充填されたことを知ることができる。水素充填量モニタ２８は制御部５０に接続されており、水素充填の動作の終了に関わる信号は、制御部５０に入力される。

燃料電池３０は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セル３８を複数積層したスタック構造を有している。燃料電池３０は、アノード側に水素からなる燃料ガスの供給を受け、カソード側には酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて以下に示す電気化学反応によって起電力を得る。

Ｈ_２ → ２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ …（１）
（１／２）Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ → Ｈ_２Ｏ …（２）
Ｈ_２＋（１／２）Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ …（３）

（１）式は燃料電池のアノード側における反応、（２）式は燃料電池のカソード側における反応を示し、（３）式は電池全体で起こる反応を表わす。図２は、この燃料電池３０を構成する単セル３８の構成を例示する断面図である。単セル３８は、電解質膜３１と、アノード３２およびカソード３３と、セパレータ３４，３５とから構成されている。

アノード３２およびカソード３３は、電解質膜３１を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス拡散電極である。セパレータ３４，３５は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード３２およびカソード３３との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。アノード３２とセパレータ３４との間には燃料ガス流路３４Ｐが形成されており、カソード３３とセパレータ３５との間には酸化ガス流路３５Ｐが形成されている。セパレータ３４，３５は、図２ではそれぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両面にリブが形成されており、片面はアノード３２との間で燃料ガス流路３４Ｐを形成し、他面は隣接する単セルが備えるカソード３３との間で酸化ガス流路３５Ｐを形成する。このように、セパレータ３４，３５は、ガス拡散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を果たしている。

ここで、電解質膜３１は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）を使用した。電解質膜３１の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が塗布されている。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、この触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添加してペースト化し、電解質膜３１上にスクリーン印刷するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持したカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを作製し、このシートを電解質膜３１上にプレスする構成も好適である。また、白金などの触媒は、電解質膜３１ではなく、電解質膜３１を接するアノード３２およびカソード３３側に塗布することとしてもよい。

アノード３２およびカソード３３は、共に炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、本実施例では、アノード３２およびカソード３３をカーボンクロスにより形成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルトにより形成する構成も好適である。

セパレータ３４，３５は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ３４，３５はその両面に、平行に配置された複数のリブを形成しており、既述したように、アノード３２の表面とで燃料ガス流路３４Ｐを形成し、隣接する単セルのカソード３３の表面とで酸化ガス流路３５Ｐを形成する。ここで、各セパレータの表面に形成されたリブは、両面ともに平行に形成する必要はなく、面毎に直交するなど所定の角度をなすこととしてもよい。また、リブの形状は平行な溝状である必要はなく、ガス拡散電極に対して燃料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。

以上、燃料電池３０の基本構造である単セル３８の構成について説明した。実際に燃料電池３０として組み立てるときには、セパレータ３４、アノード３２、電解質膜３１、カソード３３、セパレータ３５の順序で構成される単セル３８を複数組積層し（本実施例では１００組）、その両端に緻密質カーボンや銅板などにより形成される集電板を配置することによって、スタック構造を構成する。なお、本実施例では、燃料電池３０として固体高分子型燃料電池を用いることとしたが、りん酸型燃料電池など他種の燃料電池を電気自動車に搭載する場合にも、同様に本発明を適用することが可能である。

図１に示すように、電気自動車１０では、燃料タンク２０が備える水素吸蔵合金に吸蔵されていた水素は、水素吸蔵合金から放出されると、燃料供給路２２を介して上記燃料電池３０のアノード側に燃料ガスとして供給され、上記燃料ガス流路３４Ｐにおいて電気化学反応に供される。電解質膜３１のアノード側で（１）式に示した反応によって生じたプロトンは水和してカソード側へと移動するため、カソード側では水が消費されることになるが、既述したように燃料ガスを加湿することによって電解質膜３１で不足する水分を補っている。電気化学反応に供された残りの燃料排ガスは、燃料ガス流路３４Ｐから燃料排出路２４に排出されるが、この燃料排出路２４は燃料供給路２２に接続しており、燃料排ガスは再び燃料ガスとして燃料電池３０に供給される。ここで、燃料排出路２４にはポンプ６８が設けられており、燃料排ガスを加圧して燃料供給路２２に供給している。

一方、酸化ガス流路３５Ｐへは、酸化ガス供給路６２を介して酸化ガスである空気が供給される。酸化ガス供給路６２にはコンプレッサ６０が設けられており、外部から取り込んだ空気を加圧して燃料電池３０に供給する構成となっている。電気化学反応に供された酸化排ガスは、酸化ガス流路３５Ｐから酸化ガス排出路６４を経由して、外部に排出される。

なお、燃料電池３０には、電圧センサ２３が設けられている。電圧センサ２３は、燃料電池３０の出力電圧を検出して、検出した電圧に関する情報を、後述する制御部５０に入力する。

制御部５０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６および入出力ポート５８からなる。ＣＰＵ５２は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行する。ＲＯＭ５４には、ＣＰＵ５２で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データなどが予め格納されており、ＲＡＭ５６には、同じくＣＰＵ５２で各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされる。入出力ポート５８は、水素供給装置側から信号を入力すると共に、ＣＰＵ５２での演算結果に応じて、コンプレッサ６０をはじめ、燃料電池３０の運転に関わる各部に駆動信号を出力して電気自動車１０を構成する各部の駆動状態を制御する。

コネクタ受け部４０は、電気自動車１０の外表面の所定の位置に設けられた構造であり、外部に設けた所定の水素供給装置が備えるコネクタと接続可能な構造を有している。コネクタ受け部４０は、水素流路接続部４６と、接続端子４８と、水流路接続部４２，４４とを備えている。水素流路接続部４６は水素ガス導入路４７の端部構造であり、接続端子４８は制御部５０と接続する信号線４９の端部構造であり、水流路接続部４２，４４はそれぞれ冷却水路４５，４３の端部構造である。水素供給装置が備えるコネクタをコネクタ受け部４０に接続し、上記各接続部を上記コネクタが備える所定の接続部に接続することによって、水素供給装置側と電気自動車１０側との間で、水素ガスおよび冷却水が流通可能となる。また、コネクタをコネクタ受け部４０に接続し、接続端子４８を水素供給装置側の所定の端子に接続することによって、水素供給装置と電気自動車１０との間で、制御部５０が実行する制御に関わる情報のやり取りが可能となる。なお、水素流路接続部４６および水流路接続部４２，４４のそれぞれには、電磁バルブが備えられている。これらの電磁バルブは、制御部５０と接続しており、制御部５０が出力する駆動信号によって開閉される。これらの電磁バルブを閉状態にすることで、電気自動車１０と水素供給装置との間の水素ガスや冷却水の流通を、電気自動車側で停止することができる。

燃料電池３０における電気化学反応によって生じた電力はモータ７０に供給され、モータ７０において回転駆動力を発生させる。この回転駆動力は、電気自動車１０の車軸を介して、車両の前輪および／または後輪に伝えられ、車両を走行させる動力となる。このモータ７０は、制御装置７２の制御を受ける。制御装置７２は、アクセルペダル７２ａの操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ７２ｂなどとも接続されている。また、制御装置７２は、制御部５０とも接続しており、この制御部５０との間でモータ７０の駆動などに関する種々の情報のやり取りをしている。

なお、電気自動車１０は、図示しない２次電池を備えており、電気自動車１０の坂道登坂時や高速走行時などのように負荷が増大した場合には、この２次電池によってモータ７０に供給する電力を補い、高い駆動力を得ることが可能となっている。この２次電池は、電気自動車１０の燃料タンク２０に水素を供給する際に、制御部５０が動作したり冷却水路４５内に水を循環させるために要する電力を供給するなど、燃料電池３０による発電が行なわれない場合を含めて、電気自動車１０の各部で要する電力を供給するエネルギ源として働く。

（２）水素の補給に関わる構成：
以上、本実施例の電気自動車１０の構成について説明したが、次に、電気自動車１０の燃料タンク２０内に水素を充填する動作に関わる構成についてさらに詳しく説明する。図３は、電気自動車１０と、これに水素を補給するための水素供給装置８０の様子を表わす説明図である。電気自動車１０の車体外表面の所定の位置には、既述したコネクタ受け部４０が設けられているが、図３では、このコネクタ受け部４０が設けられた位置を領域Ｆで表わしている。車両外表面の領域Ｆに設けたコネクタ受け部４０の様子は、図４に示した。車両に水素ガスを供給する水素供給装置８０は、外部に延出する２本の管状構造である水素供給部８２および冷却水供給部８４を有しており、これら供給部によって水素ガスあるいは冷却水を電気自動車１０に供給可能となっている。この水素供給部８２および冷却水供給部８４の様子は、図４においてさらに詳しく示した。水素供給装置８０が備える水素供給部８２は、その端部に第１コネクタ８６を備えている。また、水素供給装置８０が備える冷却水供給部８４は、その端部に第２コネクタ８８を備えている。

図４に示すように、コネクタ受け部４０は、水素補給口１４と冷却水補給口１２とを備えている。電気自動車１０の車体の外表面に開口する水素補給口１４は、既述した水素流路接続部４６を備えており（図４では図示せず）、電気自動車１０内部に設けられた水素ガス導入路４７を介して、燃料タンク２０に接続している。さらに、水素補給口１４は、制御部５０に接続する既述した接続端子４８を備えている（図４では図示せず）。また、同じく電気自動車１０の車体の外表面に開口する冷却水補給口１２は、冷却水路４３，４５を介して熱交換部２６に接続する既述した水流路接続部４２，４４を備えている（図４では図示せず）。コネクタ受け部４０が備える水素補給口１４は、上記第１コネクタ８６を、はめ込みによって取り付け可能な構成を有しており、コネクタ受け部４０が備える冷却水補給口１２は、第２コネクタ８８を、はめ込みによって取り付け可能な構成を有している。

図５は、水素供給装置８０の要部の構成を表わす説明図である。第１コネクタ８６は、水素流路接続部９６と接続端子９８とを備えている。第１コネクタ８６を上記水素補給口１４に取り付けたときには、水素流路接続部９６は、電気自動車１０側の既述した水素流路接続部４６に接続され、接続端子９８は、電気自動車１０側の接続端子４８に接続される。また、第２コネクタ８８は、水流路接続部４２，４４を備えている。第２コネクタ８８を上記冷却水補給口１２に取り付けたときには、水流路接続部９２は、電気自動車１０側の水流路接続部４２に接続され、水流路接続部９４は、電気自動車１０側の水流路接続部４４に接続される。

第１コネクタ８６が備える水素流路接続部９６では、水素供給装置８０内に設けられた水素ガス導入路９７の一方の端部が開口している。水素ガス導入路９７の他方の端部は、図示しない水素貯蔵部に連通している。本実施例の水素供給装置８０は、充分量の水素を貯蔵する水素貯蔵部を備え、この水素貯蔵部に貯蔵した水素を、上記第１コネクタ８６およびコネクタ受け部４０を介して電気自動車に供給する。あるいは、水素供給装置は、このように充分量の水素を貯蔵し、これを外部に供給する装置とする他に、炭化水素や炭化水素化合物などの原燃料を改質して水素を含有するガスを製造すると共に、製造したガスから水素を精製して外部に供給する装置とする構成も可能である。

第２コネクタ８８が備える水流路接続部９２，９４では、それぞれ、水素供給装置８０内に設けられた冷却水路９５，９３が開口している。冷却水路９５，９３は、熱交換部９０において互いに連通している。また、冷却水路９５には、冷却水を循環させるためのポンプ９１が設けられている。熱交換部９０は、ラジエータ構造を有しており、上記冷却水路に導かれて内部を通過する冷却水を降温させる。電気自動車１０の燃料タンクに水素を補給する動作は発熱を伴うため燃料タンク２０の冷却を行なうが、これら熱交換部９０およびポンプ９１は、燃料タンク２０を冷却することで昇温した冷却水を、水素供給装置８０側で降温させるための構造である。

水素供給装置８０は、さらに、制御部１５０を備えている。制御部１５０は、電気自動車１０が備える制御部５０と同様に、ＣＰＵ１５２，ＲＯＭ１５４，ＲＡＭ１５６，入出力ポート１５８を備えている。第１コネクタ８６に設けられた既述した接続端子９８は、信号線４９を介して制御部１５０と接続している。したがって、第１コネクタ８６を水素補給口１４に取り付けたときには、制御部１５０は、電気自動車１０が備える制御部５０との間で情報のやり取りが可能となる。制御部１５０は、上記ポンプ９１とも接続しており、これに対して駆動信号を出力する。また、水素流路接続部９６および水流路接続部９２，９４のそれぞれには、電磁バルブが備えられているが、これらの電磁バルブは、制御部１５０と接続しており、制御部１５０が出力する駆動信号によって開閉される。これらの電磁バルブを閉状態にすることで、電気自動車１０と水素供給装置８０との間の、水素ガスや冷却水の流通を、水素供給装置８０側で停止することができる。

また、電気自動車１０側に設けられたコネクタ受け部４０は、ヒンジ１５を介して開閉自在に車体外表面に取り付けられ、上記冷却水補給口１２および水素補給口１４を覆う蓋体であるフューエルリッド１８を備えている。このフューエルリッド１８と、コネクタ受け部４０が設けられた車体側には、互いに対応する位置に、それぞれ爪部１９と係合部１７とが設けられている（図４参照）。燃料の補給を行なわないときには、コネクタ受け部４０は、上記爪部１９および係合部１７とを係合させることによって、フューエルリッド１８が閉じた状態となっている。

本実施例の電気自動車１０では、その運転席の近傍に、オープナレバーが設けられている。オープナレバーは、上記係合部１７と所定のリレーを介して電気的に接続されており、オープナレバーに操作力が加えられると、この操作力が係合部１７に伝達され、係合部１７と爪部１９との係合状態が解除されることによってフューエルリッド１８が開く。なお、上記オープナレバーに加えられた操作力を伝える機構は、上記した電気式のものに代えて、所定のケーブルによって上記係合部１７と接続する機械式とすることもできる。

水素の補給を行なう際には、オープナレバーを操作して上記係合部１７と爪部１９との係合状態の解除を行なってフューエルリッド１８を開け、冷却水補給口１２および水素補給口１４に対して、それぞれ、第２コネクタ８８および第１コネクタ８６を接続する。このように各コネクタが電気自動車１０側に接続され、互いに通信し合う制御部５０および制御部１５０のそれぞれから駆動信号が出力されて、各接続部が備える既述した電磁バルブが開状態となると、水素供給装置８０から燃料タンク２０内に水素が供給可能となると共に、水素供給装置８０と電気自動車１０との間で冷却水が流通可能となる。その際、制御部５０および制御部１５０のそれぞれから駆動信号を出力されるポンプ２９およびポンプ９１が駆動されることで、電気自動車１０と水素供給装置８０との間で冷却水が循環する。この冷却水は、熱交換部２６を通過する際に、水素吸蔵合金が水素を吸蔵するのに伴って発熱する燃料タンク２０を冷却することで昇温し、水素供給装置８０側の熱交換部９０を通過することで降温する。水素補給の動作の終了を検出する水素充填量モニタ２８からの信号を入力すると、制御部５０および制御部１５０は、ポンプ２９および９１の駆動を停止すると共に、各接続部が備える電磁バルブを閉状態にして、水素供給装置８０から燃料タンク２０内への水素の供給を停止すると共に、水素供給装置８０と電気自動車１０との間の冷却水の循環を停止する。

なお、本実施例では、熱交換部９０を水素供給装置８０に設け、水素を補給する動作を行なう際には、電気自動車１０と水素供給装置８０との間で冷却水を循環させて燃料タンク２０を冷却することとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、燃料タンク２０を冷却する冷却水は、電気自動車１０と水素供給装置８０との間で循環させて水素供給装置８０で繰り返し降温させる代わりに、電気自動車から取り出して、所定量の熱を有する温水として他の用途に用いることとしても良い。この場合には、電気自動車に対しては、水素の補給を行なう間、充分に低温である冷却水を電気自動車の外部から供給し続ければよい。

（３）水素の補給の際に行なわれる制御：
次に、電気自動車１０に対して水素の補給を行なう際に実行される制御について説明する。図５は、電気自動車１０に水素の補給を行なおうとする際に実行される燃料補給時処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、電気自動車１０への水素の補給の動作に先立って、既述したフューエルリッド１８を開けるために車両の使用者によってオープナレバーが操作されたときに、電気自動車１０の制御部５０によって実行される。

本ルーチンが実行されると、まず、制御部５０のＣＰＵ５２は、燃料電池３０の始動を指示する所定のスタートスイッチがオン状態となっているかどうかを判断する（ステップＳ２００）。このスタートスイッチは、従来知られるガソリンエンジンを搭載した自動車におけるイグニションスイッチに対応するスイッチであり、燃料電池３０の始動および停止に関する指示を使用者によって入力するために設けられたものである。ステップＳ２００において、スタートスイッチがオンである、すなわち、燃料電池３０の始動が指示されていると判断したときには、オープナレバーが操作されたにもかかわらずフューエルリッド１８を開かず、また、オープナレバーを操作したことによる信号の入力をキャンセルして本ルーチンを終了する（ステップＳ２３０）。なお、この場合には、電気自動車１０において所定の位置に表示を行なう、あるいは警告音や音声を発するなどにより、スタートスイッチがオンとなっているためにフューエルリッド１８が開かないことを使用者に認識させる構成とすることとが望ましい。

ステップＳ２００において、スタートスイッチがオフであると判断したときには、燃料電池３０の出力電圧が４０Ｖ以下であるかどうかを判断する（ステップＳ２１０）。既述したように、燃料電池３０には電圧センサ２３が設けられているが、ステップＳ２１０では、この電圧センサ２３から入力される信号に基づいて、燃料電池３０の出力電圧が４０Ｖ以下であるかどうかを判断する。ステップＳ２１０の判断を行なうときには、ステップＳ２００においてすでにスタートスイッチがオフであること、すなわち、燃料電池３０の運転が停止されていることが判断されているが、このステップＳ２１０は、水素の充填を行なう際の安全性をさらに高めるための工程である。スタートスイッチをオフにすることで燃料電池３０の発電を停止して、燃料電池３０へのガスの供給を停止したときには、燃料電池３０の出力電圧は、定常状態の数百ボルトから直ちに出力電圧が略０となるわけではなく、燃料電池３０内部に残留するガスが消費されてしまうまでの間、徐々に出力電圧が低下するという性質を有している。燃料電池３０の出力電圧値が充分に小さい値であるかどうかを確かめることによって、燃料電池３０から非所望の出力がある状態で水素の補給を行なうのを防いでいる。なお、ステップＳ２１０で判断に用いる値は、４０Ｖに限るものではなく、燃料電池３０からの出力電圧値が充分に小さくなったと判断できる値であれば、任意に設定することができる。

ステップＳ２１０において、燃料電池３０の出力電圧値が４０Ｖ以下であると判断すると、既述した所定のリレーを接続することでフューエルリッド１８を開いて（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２１０において、燃料電池３０の出力電圧値が４０Ｖを越えていると判断すると、燃料電池３０から放電させることによって出力電圧の低下を図る（ステップＳ２４０）。本実施例の電気自動車１０では、燃料電池３０に、図示しない所定の放電抵抗が接続可能となっており、ステップＳ２４０では、燃料電池３０と上記放電抵抗とを所定時間のあいだ接続することによって、燃料電池３０内部に残留するガスを消費する発電を積極的に行なわせ、それによって燃料電池の出力電圧値を低下させる。

ステップＳ２４０において燃料電池３０の放電を行なわせると、再びステップＳ２１０に戻って出力電圧が充分に低下したかどうかを判断し、出力電圧が４０Ｖ以下に低下するまで、ステップＳ２４０およびステップＳ２１０の動作を繰り返す。燃料電池の放電によって充分に出力電圧が低下すると、既述したステップＳ２２０に移行してフューエルリッド１８を開き、本ルーチンを終了する。なお、上記説明では、ステップＳ２４０において燃料電池の放電を行なう際に、燃料電池を所定の放電抵抗に接続したが、放電用の抵抗を別途用意する代わりに、電気自動車１０に搭載されて電力を消費する所定の装置に燃料電池を接続し、燃料電池の放電を行なわせることとしても良い。

なお、上記燃料補給時処理ルーチンが実行されたときには、ステップＳ２００においてスタートスイッチがオンであると判断されると、オープナーレバーからの信号が入力されている状態が維持されるが、この信号は、フューエルリッド１８が次回に閉じられたときにキャンセルされる。すなわち、フューエルリッド１８が備える爪部１９に係合する係合部１７には所定のセンサが設けられており、フューエルリッド１８が閉じられて爪部１９が係合部１７に係合し、これが検知されると、オープナーレバーから入力された信号がキャンセルされる。したがって、オープナーレバーから信号が入力されたか、あるいはこの信号がキャンセルされたかどうかを判定することで、フューエルリッド１８の開閉状態を知ることができる。

上記図６に示した燃料補給時処理ルーチンは、燃料電池の運転中に水素の補給を行なうのを防止するための動作である。次に、水素の補給中に燃料電池を始動させるのを防止するための動作について説明する。図７は、電気自動車１０で実行される燃料電池始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池３０を始動するために、既述したスタートスイッチが車両の使用者によって操作されたときに、電気自動車１０の制御部５０によって実行される。

本ルーチンが実行されると、制御部５０のＣＰＵ５２は、フューエルリッド１８が開放されているかどうかを判断する（ステップＳ３００）。フューエルリッド１８が閉じていると判断したときには、燃料電池３０を始動して（ステップＳ３１０）、本ルーチンを終了する。ここで、燃料電池の始動とは、燃料タンク２０を加熱して水素吸蔵合金から取り出した水素を燃料ガスとして燃料電池３０に供給し始めると共に、コンプレッサ６０を駆動して圧縮空気を酸化ガスとして燃料電池３０に供給し始めることを含む、燃料電池３０の始動に関わる一連の動作の開始を指すものである。

ステップＳ３００において、フューエルリッド１８が開いていると判断したときには、燃料電池３０の始動を禁止すると共に、フューエルリッド１８が開いているために燃料電池３０が始動しないことを使用者に認識可能となるように、警告ランプを点灯して警告音を発し、スタートスイッチを操作することによって入力された信号をキャンセルして（ステップＳ３２０）、本ルーチンを終了する。もとより、上記した使用者に認識させるための動作は、使用者が認識可能となる構成であれば、警告ランプを点灯したり警告音を発する他、異なる構成としても良い。

なお、ステップＳ３００におけるフューエルリッド１８の開閉状態に関する判断は、既述したように、オープナレバーを操作することによる信号の入力があるかどうかによって行なう。オープナレバーが操作されて図６に示した燃料補給時処理ルーチンが実行されている場合には、例えば、ステップＳ２２０のフューエルリッド１８を開く動作が行なわれる前であって、ステップＳ２４０における燃料電池３０からの放電を実行中であっても、フューエルリッド１８が開いていると判断される。

以上のように構成された本実施例の電気自動車１０および水素供給装置８０によれば、オープナレバーを操作しても、スタートスイッチがオンのときにはフューエルリッド１８が開かないため、水素補給が開始されず、燃料電池３０の運転中に水素補給の動作が行なわれるのを防止することができる。したがって、水素補給を行なう際の安全性を向上させることができる。特に、本実施例のように燃料電池を電気自動車などの移動体に搭載して移動のための駆動エネルギ源とする場合には、燃料電池の運転中には電気自動車の移動が行なわれる可能性があるが、燃料電池の運転中には水素補給が禁止されることにより、水素の補給中に電気自動車が移動してしまうおそれがなく、水素補給時の安全性をさらに高めることができる。

なお、上記実施例では、図６のステップＳ２００において、燃料電池の始動を指示するためのスタートスイッチがオフであることを判断することによって、水素の補給中に電気自動車が移動してしまうのを防いでいるが、本実施例の電気自動車１０においては、燃料電池が停止中であっても、既述した２次電池から供給される電力を用いて走行するモードを設定することが可能である。このような場合には、図６のステップＳ２００において、燃料電池が運転されていないかどうかだけでなく、上記した２次電池を駆動エネルギ源とする走行モードが選択されない状態であるかどうかの判断を行なうことにより、水素補給中に電気自動車が移動してしまうのを防ぐことができる。電気自動車が移動中でないか、および、移動可能であるかどうかを判断することができれば、他の条件によってステップＳ２００の判断を行なうこととしても良い。

さらに、本実施例では、水素の補給を行なおうとオープナレバーを操作した際に、スタートスイッチがオフであって燃料電池の運転停止が指示されている場合であっても、燃料電池の出力電圧が所定の値を超えるときには、フューエルリッド１８を開くことなく水素補給の開始を禁止している。したがって、燃料電池からの出力電圧が所定値を越える状態であるときに水素の補給を行なってしまうことがなく、水素補給の動作の安全性を確保することができる。

また、本実施例の電気自動車によれば、燃料電池を始動させようとスタートスイッチをオンにしたときに、フューエルリッド１８が開いている場合には、燃料電池の始動が禁止されるため、水素の補給中に燃料電池を始動してしまうのを防止することができ、水素補給の動作の安全性を確保することができる。なお、フューエルリッド１８が開いているときには、燃料電池の始動を禁止するだけでなく、既述した２次電池を駆動エネルギ源として用いる走行を含めて、車両の移動を禁止する構成とすることにより、水素補給時の安全性をさらに高めることができる。

なお、既述した実施例の燃料電池始動時処理ルーチンのステップＳ３００では、水素の補給を行なっているかどうかの判断は、フューエルリッド１８が開いているかどうかに基づいて行なったが、異なる条件に基づいて判断することとしても良い。例えば、電気自動車側の制御部５０と水素供給装置８０側の制御部１５０とが通信可能に接続されているかどうかに基づいて判断することとしてもよいし、水素補給の開始を指示する所定の信号（水素供給装置８０から水素を送り出す動作や冷却水を循環させる動作を開始するために、使用者が操作する所定のスイッチからの指示信号）が入力されているかどうかに基づいて判断することとしても良い。本実施例のように、フューエルリッド１８の開閉状態に基づいて判断する場合には、水素供給装置８０と電気自動車１０との間で水素の流路の接続が行なわれる前に、水素の補給を行なっているかどうかを判断することができるので、より安全性を高めることができる。

既述した実施例では、一旦オープナレバーを操作して燃料補給時処理ルーチンが実行されると、オープナーレバーの操作時には燃料電池の出力電圧が所定値以上であってフューエルリッド１８が開かない場合にも、放電の動作を繰り返して出力電圧を低下させることにより、最終的にはフューエルリッド１８が開く構成となっているが、異なる構成とすることもできる。例えば、オープナレバーが操作されたときに燃料電池の出力電圧が所定値（上記実施例では４０Ｖ）を越える場合には、燃料電池を放電抵抗と接続する動作のみを行なって上記ルーチンを終了することとし、フューエルリッド１８を開くためには再びオープナレバーを操作することを要する構成としても良い。このような場合には、燃料電池の出力電圧が高いためにフューエルリッド１８の開放を禁止していることを、使用者に認識可能となるように、所定の場所に表示を行なったり警報を発したりすることが望ましい。なお、このような場合には、放電の動作に伴って、オープナレバーを操作することによる入力信号がリセットされるため、再びオープナレバーを操作する前にスタートスイッチをオンにして、図７の燃料電池始動時処理ルーチンを実行させると、ステップＳ３００では、フューエルリッド１８は開いていないと判断されることになる。

また、既述した実施例の燃料補給時処理ルーチンでは、燃料電池が運転中であると判断したときには、オープナーレバーを操作してもフューエルリッド１８を開かないことにより、水素補給の開始を禁止したが、異なる構成とすることもできる。例えば、オープナーレバーの操作によってフューエルリッド１８が開いてコネクタをコネクタ受け部に接続した際にも、スタートスイッチがオン状態である場合（燃料電池が運転中の場合）には、既述した各接続部が備える電磁バルブが開かない構成とすることにより、水素補給の開始を禁止することとしてもよい。

なお、既述した実施例の燃料補給時処理ルーチンでは、スタートスイッチがオフ状態であっても、燃料電池の出力電圧が所定値以下に低下するまではフューエルリッド１８を開かない構成としたが、燃料電池の出力電圧値が所定値を越えるときに水素補給の開始を禁止する動作として、異なる構成をとることもできる。例えば、オープナーレバーを操作したときには、スタートスイッチがオフであればフューエルリッド１８を開いてコネクタの接続を可能とし、コネクタとコネクタ受け部とが接続されて水素補給の開始のための所定の指示が入力されても、燃料電池の出力電圧が所定値以下になるまでは制御部５０および制御部１５０に待機させて、燃料電池の出力電圧が所定値以下に低下した後に電磁バルブの開放やポンプの駆動を行なわせ、水素の補給を開始する構成とすることができる。このような構成とすれば、水素補給時の動作の操作性を向上させることができる。すなわち、水素補給を行なおうとする使用者は、燃料電池の放電電圧が所定値を越える場合に、燃料電池の放電が終了してフューエルリッド１８が開ける状態になるまで待機する必要がなく、水素供給装置８０と電気自動車１０との間を上記コネクタおよびコネクタ受け部を介して接続し、水素補給の開始のための所定の指示を入力して、水素補給の開始に関わる動作を終えてしまうことが可能となる。このような場合には、コネクタを接続してから実際に水素の補給が開始されるまでの間（燃料電池の出力電圧が所定値以下に低下するまでの間）は、電気自動車１０あるいは水素供給装置８０の少なくともいずれかにおいて、電圧を降下させるために待機中であることを認識可能となるように、所定の場所に表示を行なったり警報を発したりすることとすればよい。

また、図７の燃料電池始動時処理ルーチンでは、ステップＳ３００においてフューエルリッド１８が開いていると判断した場合には、燃料電池の始動を禁止してスタートスイッチの操作がキャンセルされる構成としたが、異なる構成としても良い。例えば、ステップＳ３２０において燃料電池の始動を禁止すると共に警告ランプの点灯や警告音を発する動作を行なった後は、このルーチンを終了することなくステップＳ３００に戻ることとし、水素充填の動作を終えてフューエルリッド１８が閉じられると、ステップＳ３１０に移行して燃料電池を始動する構成としても良い。

既述した実施例の電気自動車１０および水素供給装置８０の構成は、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、水素供給装置８０は、水素を電気自動車１０に供給すると共に、電気自動車１０との間で冷却水の循環を行なうこととしたが、冷却水は水素供給装置８０とは異なる装置から循環させることとし、水素供給のための装置と、冷却水を供給するための装置とは別体としても良い。また、水素補給時に燃料タンク２０を冷却するための冷却装置（上記実施例では、水素供給装置８０側に設けた熱交換部９０に相当）は、電気自動車１０側に搭載する構成も可能である。また、上記実施例では、単一の蓋体であるフューエルリッド１８によって開閉されるコネクタ受け部４０に、第１コネクタ８６および第２コネクタ８８を接続して水素および冷却水を電気自動車１０に供給することとしたが、水素を供給するコネクタおよび冷却水を供給するコネクタは、それぞれ、離れた場所に設けた異なるコネクタ受け部に接続することとしても良い。あるいは、単一のコネクタを電気自動車１０に接続することで、水素と冷却水との両方の流路を、電気自動車１０と水素供給装置８０との間で接続する構成としても良い。また、水素供給装置８０から電気自動車１０へ水素を供給する流路を開閉するために水素流路接続部９６に設けた電磁バルブは、異なる位置に設けることが可能であり、水素ガス導入路９７の任意の位置に設けることができる。また、燃料タンク２０は、水素吸蔵合金に吸蔵させる以外の方法によって水素を蓄える構成としても良い。

（４）電気自動車のその他の構成：
既述した実施例の電気自動車１０は、水素吸蔵合金を有する燃料タンク２０を備え、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることによって水素を蓄える構成としたが、異なる燃料を搭載する電気自動車においても、本発明を適用することが可能である。電気自動車が備える燃料タンクには、水素に代えて炭化水素あるいは炭化水素化合物からなる燃料を蓄えることとし、このような燃料（原燃料）を改質して水素を生成するための装置を電気自動車にさらに搭載することとしても良い。水素を精製する原燃料となる炭化水素あるいは炭化水素化合物としては、天然ガス（メタン）などの気体燃料や、アルコールやガソリンといった液体燃料など、種々のものを用いることができる。これらの原燃料から水素を生成するための装置としては、貴金属系の触媒を備え、水蒸気改質反応や部分酸化反応を促進して上記燃料から水素リッチガスを生成するための改質器や、生成した水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減するための一酸化炭素選択酸化触媒を備える一酸化炭素低減装置など、周知の装置を用いることができる。

このような場合にも、電気自動車が備える燃料タンクに上記原燃料を補給する際に本発明を適用し、既述した実施例と同様の動作を行ない、原燃料の補給時に燃料電池の運転を開始するのを禁止したり、燃料電池の運転中に原燃料の補給の開始を禁止することによって、原燃料を補給する際の安全性を高めることができる。

なお、上記実施例では、本発明を車両へ適用する構成を例示したが、車両の他、船舶、航空機、飛翔体など、燃料電池からの出力を利用して移動する種々の移動体に適用することができる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる様態で実施し得ることは勿論である。

１０…電気自動車
１２…冷却水補給口
１４…水素補給口
１５…ヒンジ
１７…係合部
１８…フューエルリッド
１９…爪部
２０…燃料タンク
２２…燃料供給路
２２Ａ…バルブ
２３…電圧センサ
２４…燃料排出路
２５…加熱装置
２６…熱交換部
２７…水素残量モニタ
２８…水素充填量モニタ
２９…ポンプ
３０…燃料電池
３１…電解質膜
３２…アノード
３３…カソード
３４，３５…セパレータ
３４Ｐ…燃料ガス流路
３５Ｐ…酸化ガス流路
３８…単セル
３９…熱交換部
４０…コネクタ受け部
４２，４４…水流路接続部
４２Ａ，４４Ａ…バルブ
４３，４５…冷却水路
４６，９６…水素流路接続部
４７，９７…水素ガス導入路
４８，９８…接続端子
４９…信号線
５０，１５０…制御部
５２，１５２…ＣＰＵ
５４，１５４…ＲＯＭ
５６，１５６…ＲＡＭ
５８，１５８…入出力ポート
６０…コンプレッサ
６２…酸化ガス供給路
６４…酸化ガス排出路
６６…加湿器
６８…ポンプ
７０…モータ
７２…制御装置
７２ａ…アクセルペダル
７２ｂ…アクセルペダルポジションセンサ
８０…水素供給装置
８２…水素供給部
８４…冷却水供給部
８６…第１コネクタ
８８…第２コネクタ
９０…熱交換部
９１…ポンプ
９２，９４…水流路接続部
９５，９３…冷却水路

Claims (15)

1. 燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を補給する燃料電池用燃料補給システムであって、
   前記燃料電池と、
   前記燃料あるいは前記原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
   前記貯蔵手段に前記燃料あるいは前記原燃料を補給する際には、前記貯蔵手段に接続することによって前記補給を行なう補給手段と、
   前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定する燃料電池稼働状態判定手段と、
   前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記補給手段から前記貯蔵手段への前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する補給禁止手段と、
   を備える燃料電池用燃料補給システム。
2. 請求項１記載の燃料電池用燃料補給システムであって、
   前記燃料電池の運転開始に関する指示、および、前記燃料電池の運転停止に関する指示を入力する入力手段をさらに備え、
   前記燃料電池稼働状態判定手段は、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転開始が指示されており、その後、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転停止が指示されていないときに、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定する
   燃料電池用燃料補給システム。
3. 請求項１または２記載の燃料電池用燃料補給システムであって、
   前記燃料電池における出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
   前記補給禁止手段は、前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態でないと判定したときにも、前記電圧手段が検出する前記出力電圧が、所定の値以上であるときには、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止することを特徴とする
   燃料電池用燃料補給システム。
4. 燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を補給する燃料電池用燃料補給システムであって、
   前記燃料電池と、
   前記燃料あるいは前記原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
   前記貯蔵手段に前記燃料あるいは前記原燃料を補給する際には、前記貯蔵手段に接続することによって前記補給を行なう補給手段と、
   前記補給手段から前記貯蔵手段に対して前記燃料あるいは前記原燃料が補給されているかどうかを判定する燃料補給状態判定手段と、
   前記燃料補給状態判定手段が、前記燃料あるいは前記原燃料が補給されていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する発電禁止手段と
   を備える燃料電池用燃料補給システム。
5. 前記貯蔵手段は、前記燃料電池に供給する燃料である水素を貯蔵し、該水素を貯蔵するための水素吸蔵合金を備える
   請求項１ないし４いずれか記載の燃料電池用燃料補給システム。
6. 前記燃料電池および前記貯蔵手段は、移動のための駆動エネルギとして前記燃料電池が発生する電気エネルギを用いる移動体に搭載されることを特徴とする
   請求項１ないし５いずれか記載の燃料電池用燃料補給システム。
7. 燃料電池を搭載し、前記燃料電池が発生する電気エネルギを、移動のための駆動エネルギ源として用いる移動体であって、
   前記燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
   前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定する燃料電池稼働状態判定手段と、
   前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記燃料あるいは前記原燃料を補給するために前記移動体の外部に設けた所定の補給装置から、前記貯蔵手段への、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する補給禁止手段と
   を備える移動体。
8. 請求項７記載の移動体であって、
   前記燃料電池の運転開始に関する指示、および、前記燃料電池の運転停止に関する指示を入力する入力手段をさらに備え、
   前記燃料電池稼働状態判定手段は、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転開始が指示されており、その後、前記入力手段を介して前記燃料電池の運転停止が指示されていないときに、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定する
   移動体。
9. 請求項７または８記載の移動体であって、
   前記燃料電池における出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
   前記補給禁止手段は、前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態でないと判定したときにも、前記電圧手段が検出する前記出力電圧が、所定の値以上であるときには、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止することを特徴とする
   移動体。
10. 請求項７ないし９いずれか記載の移動体であって、
    前記移動体の移動のための駆動エネルギを発生し、前記燃料電池とは異なる他のエネルギ源と、
    前記他のエネルギ源の駆動が禁止されているかどうかを判定する駆動禁止判定手段と
    をさらに備え、
    前記補給禁止手段は、前記燃料電池稼働状態判定手段が、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときに加えて、前記駆動禁止判定手段が、前記他のエネルギ源の駆動が禁止されていないと判定したときには、前記貯蔵手段への前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する
    移動体。
11. 燃料電池を搭載し、前記燃料電池が発生する電気エネルギを、移動のための駆動エネルギ源として用いる移動体であって、
    前記燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
    前記燃料あるいは前記原燃料を補給するために前記移動体の外部に設けた所定の補給装置から、前記貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれているかどうかを判定する燃料補給状態判定手段と、
    前記燃料補給状態判定手段が、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する発電禁止手段と
    を備える移動体。
12. 前記燃料補給状態判定手段が、前記燃料あるいは前記原燃料の補給が行なわれていると判定したときには、前記移動体の移動を禁止する移動禁止手段をさらに備える
    請求項１１記載の移動体。
13. 前記貯蔵手段は、前記燃料電池に供給する燃料である水素を貯蔵し、該水素を貯蔵するための水素吸蔵合金を備える
    請求項７ないし１２いずれか記載の移動体。
14. 燃料電池に供給する燃料、あるいは、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を補給する動作を制御する燃料補給制御方法であって、
    （ａ）前記燃料電池が発電を行なう状態であるかどうかを判定する工程と、
    （ｂ）前記（ａ）工程において、前記燃料電池が発電を行なう状態であると判定したときには、前記燃料電池と共に設けられ、前記燃料あるいは前記原燃料を貯蔵する貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料の補給の開始を禁止する工程と
    を備える燃料補給制御方法。
15. 燃料電池の運転制御方法であって、
    （ａ）前記燃料電池と共に設けられ、前記燃料電池に供給する燃料、あるいは、前記燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料を貯蔵する貯蔵手段に対して、前記燃料あるいは前記原燃料が補給されているかどうかを判定する工程と、
    （ｂ）前記（ａ）工程において、前記燃料あるいは前記原燃料が補給されていると判定したときには、前記燃料電池における発電の開始を禁止する工程と
    を備える運転制御方法。

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