JP4327992B2

JP4327992B2 - 燃料電池電気自動車

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Publication number: JP4327992B2
Application number: JP2000161911A
Authority: JP
Inventors: 剛司片野; 知樹小林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001341545A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレーキ倍力装置を備える燃料電池電気自動車に関し、特に、燃料電池のガス供給手段で発生させた正圧／負圧によってブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧を調整する燃料電池電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池は電気エネルギを発生させる際に環境に対してクリーンなことから、燃料電池システムを搭載する燃料電池電気自動車の開発が盛んに行なわれている。燃料電池は、水素ガスと酸素ガスを化学反応させて水を生成するとともに、この化学エネルギから電気エネルギを発生する。そのため、燃料電池システムには、燃料電池に供給ガス（水素ガスおよび酸素ガス）を供給するガス供給装置をアノード極側とカソード極側に各々備える。
【０００３】
一般に、自動車には、ドライバによるブレーキペダルの操作力を軽減するために、ブレーキ倍力装置としてブレーキブースタが備えられる。自動車用のブレーキブースタは、バキュームサーボ式が大部分を占め、倍力源を負圧とする。また、圧縮空気を倍力源とするエアサーボ式のブレーキブースタもある。そこで、エンジン等の内燃機関を動力源とする自動車の場合、エンジンの吸気マニホールドから負圧を取り出して、ブレーキブースタの倍力源としている。ところが、電気自動車の場合、エンジン等がないため、ブレーキブースタ専用に負圧源等の倍力源を設けなければならない。例えば、実用新案登録番号２５９５０７４号公報には、電気自動車用電動機のブースタ負圧源確認制御について開示されている。この電気自動車は、ブレーキブースタ専用の倍力源として負圧ポンプを備え、この負圧ポンプによってブレーキブースタ用の負圧タンクに負圧を蓄えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、燃料電池電気自動車にブレーキ倍力装置を搭載する場合、ブレーキブースタ用タンクを負圧または正圧に調整するために、負圧ポンプ等の倍力源を専用に備えなければならなかった。しかも、この専用の倍力源のために、専用スペースを必要とするのでブレーキシステムが大型化するとともに、ブレーキシステムの構成も複雑化する。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、ブレーキ倍力装置専用の倍力源を必要としない燃料電池電気自動車を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明に係る燃料電池電気自動車は、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクを備える燃料電池電気自動車であって、燃料電池のカソード極側へ酸化ガスを供給するガス供給手段を備え、前記ガス供給手段の吐出側に発生する正圧または前記ガス供給手段の吸引側に発生する負圧によって、前記ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧を所定の圧力にすることを特徴とする。
この燃料電池電気自動車によれば、燃料電池システムのガス供給手段で発生させた正圧によってブレーキ倍力装置用蓄圧タンクに酸化ガスを送り込み、またはガス供給手段で発生させた負圧によってブレーキ倍力装置用蓄圧タンク内の空気を引き込み、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧を調整することができる。そのため、ブレーキ倍力装置専用に倍力源を設ける必要がない。
なお、所定の圧力とは、各ブレーキ倍力装置で設定される倍力比（一般に、３〜７倍程度）に応じて設定する。ちなみに、本実施の形態では、この所定の圧力を、エアサーボ式ブレーキブースタの場合には６０ｋＰａＧ（０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）とし、バキュームサーボ式ブレーキブースタの場合には−８０ｋＰａＧ（−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）とする。
【０００７】
さらに、前記燃料電池電気自動車において、前記ガス供給手段は、前記ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧の状態に応じて制御されることを特徴とする。
この燃料電池電気自動車によれば、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧に応じてガス供給手段を制御することによって、常時、必要十分以上の圧力をブレーキ倍力装置用蓄圧タンクに蓄えておくことができる。さらに、圧力制御手段が開閉することによって燃料電池への供給ガス量が増減するが、圧力制御手段が閉じた時でも、ガス供給手段によって燃料電池への供給ガス量を増加させることによって、常時、燃料電池へは必要十分な酸化ガスを供給することができる。
【０００８】
しかも、前記燃料電池電気自動車において、前記ガス供給手段によって発生する正圧または負圧を制御する圧力制御手段を備えることを特徴とする。
この燃料電池電気自動車によれば、ガス供給手段での消費電力を抑えつつ、圧力制御手段によってガス供給手段の吐出側で発生している正圧またはガス供給手段の吸引側で発生している負圧を所定の圧力に調整することができる。
【０００９】
また、前記燃料電池電気自動車において、前記圧力制御手段は、前記ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧の状態に応じて制御されることを特徴とする。
この燃料電池電気自動車によれば、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧に応じて圧力制御手段を制御することによって、常時、必要十分以上の圧力をブレーキ倍力装置用蓄圧タンクに蓄えておくことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池電気自動車の実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明に係る燃料電池電気自動車は、燃料電池のカソード極側に酸化ガスを供給するガス供給手段によって発生する負圧（大気圧以下の圧力）または正圧を（大気圧以上の圧力）利用して、ブレーキブースタ（ブレーキ倍力装置）用タンクの内圧を調整する。
【００１２】
本実施の形態に燃料電池電気自動車では、ブレーキシステムにブレーキブースタを備えるとともに、自動車の動力源であるモータに電気エネルギを供給する燃料電池システムを備える。本実施の形態では、ブレーキブースタとして、圧縮空気（正圧）を利用するエアサーボ式ブレーキブースタを備える燃料電池電気自動車を第１の実施の形態とし、負圧を利用するバキュームサーボ式ブレーキブースタを備える燃料電池電気自動車を第２の実施の形態とする。また、本実施の形態では、燃料電池システムにおいて、燃料電池のカソード極側に供給空気を供給する空気供給装置を備えるとともに、燃料電池のアノード極側に供給水素を供給する水素供給装置を備える。この空気供給装置は、燃料電池の下流側に配置されたコンプレッサ（ガス供給手段）によって、負圧により排出空気を燃料電池内から吸引することによって供給空気を燃料電池に供給する。なお、第１の実施の形態では、コンプレッサの下流側（吐出側）で発生する正圧をエアサーボ式ブレーキブースタの倍力源とし、第２の実施の形態では、コンプレッサの上流側（吸入側）で発生する負圧をバキュームサーボ式ブレーキブースタの倍力源とする。さらに、第１の実施の形態では、コンプレッサの吐出圧（正圧）（ひいては、エアサーボ式ブレーキブースタ用タンクの内圧）をコンプレッサの下流に設けた圧力制御弁で調整し、第２の実施の形態では、コンプレッサの吸入圧（負圧）（ひいては、バキュームサーボ式ブレーキブースタ用タンクの内圧）をコンプレッサの上流に設けた負圧制御弁で調整する。
なお、本実施の形態では、酸化ガスを空気とする。また、本実施の形態では、燃料電池に供給する供給空気に対して、加湿器に加湿される前の乾燥空気である供給空気に符号としてＡｄを付し、加湿器に加湿された後の湿潤空気である供給空気に符号としてＡｗを付す。
【００１３】
まず、図１乃至図５を参照して、第１の実施の形態の燃料電池電気自動車ＥＶＡについて説明する。燃料電池電気自動車ＥＶＡは、燃料電池システムＦＣＳＡとブレーキシステムＢＡを備える。この燃料電池電気自動車ＥＶＡは、燃料電池システムＦＣＳＡのコンプレッサ２４の下流側の正圧によってブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａに圧縮された排出空気Ａｅを送り込み、さらに燃料電池システムＦＣＳＡの圧力制御弁２５の開度によってブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧を調整する。
なお、第１の実施の形態では、燃料電池電気自動車ＥＶＡが、特許請求の範囲に記載の燃料電池電気自動車に相当する。
【００１４】
最初に、図１を参照して、燃料電池システムＦＣＳＡの構成について説明する。燃料電池システムＦＣＳＡは、主に、燃料電池１、空気供給装置２Ａ、水素供給装置３および制御装置４Ａ等から構成される。
【００１５】
まず、図２を参照して、燃料電池１について説明する。燃料電池１は、電解質膜１ｃを挟んでカソード極側（酸素（空気）極側）とアノード極側（水素極側）とに分けられ、それぞれの側に白金系の触媒を含んだ電極が設けられ、カソード電極１ｂおよびアノード電極１ｄを形成している。電解質膜１ｃとしては、固体高分子膜、例えばプロトン交換膜であるパーフロロカーボンスルホン酸膜が使われる。この電解質膜１ｃは、固体高分子中にプロトン交換基を多数持ち、飽和含水することにより常温で２０Ω−プロトン以下の低い比抵抗を示し、プロトン導伝性電解質として機能する。なお、カソード電極１ｂに含まれる触媒は酸素から酸素イオンを生成する触媒であり、アノード電極１ｄに含まれる触媒は水素からプロトンを生成する触媒である。
【００１６】
この燃料電池１は、カソード極側ガス通路１ａに供給空気Ａｗが供給され、アノード極側ガス通路１ｅに供給水素Ｈｓが供給されると、アノード電極１ｄで水素が触媒作用でイオン化してプロトンが生成する。この生成したプロトンが、電解質膜１ｃ中を移動してカソード電極１ｂに到達する。そして、カソード電極１ｂに到達したプロトンは、触媒の存在下、供給空気Ａｗの酸素から生成した酸素イオンと直ちに反応して水を生成する。生成した水および未使用の酸素を含む供給空気Ａｗは、排出空気Ａｅとして燃料電池１のカソード極側の出口から排出される。また、アノード電極１ｄでは水素がイオン化する際に電子ｅ^-が生成するが、この生成した電子ｅ^-は、モータ等の外部負荷Ｍを経由してカソード電極１ｂに達する。
【００１７】
次に、図１を参照して、空気供給装置２Ａの構成について説明する。空気供給装置２Ａは、エアクリーナ２１、熱交換器２２、加湿器２３、コンプレッサ２４、圧力制御弁２５、流量センサＱ、温度センサＴ１，Ｔ２および湿度センサＨ等から構成される。なお、空気供給装置２Ａは、制御装置４Ａに制御されるので、制御装置４Ａを構成に含む。
【００１８】
エアクリーナ２１は、図示しないフィルタ等から構成され、燃料電池１のカソード極側に供給される空気（供給空気Ａｄ）をろ過して、供給空気Ａｄに含まれるごみ等を取り除く。
【００１９】
熱交換器２２は、図示しない低温流体側流路および高温流体側流路を備えるプレート式熱交換器等から構成され、燃料電池１のカソード極側から排出されコンプレッサ２４で圧縮されて高温となった排出空気Ａｅとエアクリーナ２１でろ過した供給空気Ａｄを熱交換する。この熱交換器２２により、供給空気Ａｄが加熱され、燃料電池１に導入される。なお、燃料電池１は、８０〜９０℃程度の温度で運転される。このため、供給空気Ａｄ（Ａｗ）は、６０〜７５℃に温度制御されて燃料電池１に導入される。この供給空気Ａｄ（Ａｗ）の温度制御の詳細は後述する。
【００２０】
加湿器２３は、図示しないベンチュリ、サイフォンおよび水貯蔵タンク等から構成され、水貯蔵タンクに貯蔵された加湿用の水をベンチュリ効果で吸い上げて噴霧し、供給空気Ａｄを加湿し、湿潤空気の供給空気Ａｗとする。そして、この加湿された供給空気Ａｗは、燃料電池１のカソード極側に供給される。なお、サイフォンには、ステッピングモータにより駆動して該サイフォンを通流する水の流量を制御するニードルが挿入されている（つまり、サイフォンとニードルでニードル弁を構成している）。このように、供給空気Ａｄを加湿するのは、燃料電池１を加湿し、図２に示す電解質膜１ｃが乾燥するのを防止するためである。ちなみに、電解質膜１ｃが乾燥すると、プロトンの移動が阻害され起電力が低下する。なお、燃料電池１を加湿しすぎても、図２に示すカソード電極側ガス通路１ａや図示しない拡散層が水没し、供給空気Ａｗの通流が阻害され起電力が低下する。ちなみに、加湿器２３は、制御装置４Ａの制御信号によりニードル弁の開度が制御される。
【００２１】
コンプレッサ２４は、図示しないスーパーチャージャおよびこれを駆動するモータ等から構成され、燃料電池１で酸化剤ガスとして使用された後の供給空気Ａｗ、つまり燃料電池１のカソード極側から排出される排出空気Ａｅを吸引し、圧縮して後段の熱交換器２２に送出する。このコンプレッサ２４は、供給空気Ａｗを吸引することにより、燃料電池１のカソード極側を負圧（大気圧以下の圧力）で運転する役割を有する。また、コンプレッサ２４は、排出空気Ａｅを断熱圧縮することにより排出空気Ａｅの温度を高め、排出空気Ａｅを加熱するための熱源の役割を有する。さらに、コンプレッサ２４は、下流側（吐出側）で排出空気Ａｅを圧縮して圧力を上昇させて正圧とし、この正圧によってブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａに圧縮された排出空気Ａｅを送り込む役割も有する。ちなみに、コンプレッサ２４は、制御装置４Ａからの制御信号によりモータ回転数が制御される。
なお、第１の実施の形態では、コンプレッサ２４が、特許請求の範囲に記載のガス供給手段に相当する。
【００２２】
圧力制御弁２５は、図示しないバタフライ弁およびこれを駆動するステッピングモータ等から構成され、コンプレッサ２４から吐出される排出空気Ａｅの圧力を調整する。ちなみに、圧力制御弁２５により排出空気Ａｅが通流する流路を絞ると、コンプレッサ２４の吐出圧が高まり、これに対応して排出空気Ａｅの温度上昇幅が増加する。また、この逆の動作を行なうと、コンプレッサ２４の吐出圧が低くなり、これに対応して排出空気Ａｅの温度上昇幅が低減する。さらに、圧力制御弁２５は、前記したようにコンプレッサ２４の吐出圧を調整できるので、ブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧を所定の圧力に調整する役割も有する。ちなみに、圧力制御弁２５は、制御装置４Ａの制御信号により開度が制御される。
なお、第１の実施の形態では、圧力制御弁２５が、特許請求の範囲に記載の圧力制御手段に相当する。
【００２３】
流量センサＱは、可動プレートあるいはホットワイヤ等から構成され、エアクリーナ２１を通流した後の供給空気Ａｄの流量を検出し、検出信号を制御装置４Ａに送信する。
【００２４】
温度センサＴ１は、サーミスタ等から構成され、燃料電池１のカソード極側の入口における供給空気Ａｗの温度を検出し、検出信号を制御装置４Ａに送信する。
【００２５】
温度センサＴ２は、温度センサＴ１と同様にサーミスタ等から構成され、コンプレッサ２４の出口における排出空気Ａｅの温度を検出し、検出信号を制御装置４Ａに送信する。
【００２６】
湿度センサＨは、高分子膜系の湿度センサ等から構成され、燃料電池１のカソード極側の入口における供給空気Ａｗの湿度を検出し、検出信号を制御装置４Ａに送信する。
【００２７】
次に、図１を参照して、水素供給装置３の構成について説明する。水素供給装置３は、主に、水素ガスボンベ３１、レギュレータ３２および水素循環ポンプ３３および三方弁３４等から構成される。
【００２８】
水素ガスボンベ３１は、図示しない高圧水素容器から構成され、燃料電池１のアノード極側に導入される供給水素Ｈｓを貯蔵する。貯蔵する圧力は、１５〜２０ＭＰａＧ（１５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）である。なお、水素ガスボンベ３１は、水素吸蔵合金を内蔵し、１ＭＰａＧ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）程度の圧力で水素を貯蔵する水素吸蔵合金タイプである場合もある。
【００２９】
レギュレータ３２は、図示しないダイヤフラムや調整バネ等から構成され、高圧で貯蔵された供給水素Ｈｓを所定の圧力まで減圧させ、一定圧力で使用できるように圧力調整する圧力調整弁である。なお、ダイヤフラムに入力される基準圧を大気圧にすると、水素ガスボンベ３１に貯蔵された供給水素Ｈｓの圧力を大気圧近辺にまで減圧することができる。また、ダイヤフラムに入力される基準圧を負圧で運転している空気供給装置２Ａの負圧部分の圧力にすると、水素ガスボンベ３１に貯蔵された供給水素Ｈｓの圧力を当該負圧部分の圧力近辺にまで減圧することができる。本実施の形態では、水素供給装置３を負圧で運転するため、レギュレータ３２には、空気供給装置２Ａのコンプレッサ２４の吸入側の圧力が基準圧として入力される。
【００３０】
水素循環ポンプ３３は、図示しないエジェクタ等から構成され、燃料電池１のアノード極側に向かう供給水素Ｈｓの流れを利用して、燃料電池１で燃料ガスとして使用された後の供給水素Ｈｓ、つまり燃料電池１のアノード極側から排出され三方弁３４を通流する排出水素Ｈｅを吸引し循環させる。
【００３１】
三方弁３４は、図示しない流路切替器から構成され、排出水素Ｈｅの流路を切り替えて、排出位置、循環位置にする。三方弁３４を排出位置に切り替えた場合には、三方弁３４は、燃料電池１のアノード極側ガス通路１ｅ（図２参照）（すなわち、アノード極側出口）と図示しない排出水素Ｈｅの排出口を連通する。すると、排出水素Ｈｅは、三方弁３４を介して水素供給装置３の系外に排出される。他方、三方弁３４を循環位置に切り替えた場合には、三方弁３４は、燃料電池１のアノード極側ガス通路１ｅ（すなわち、アノード極側出口）と水素循環ポンプ３３を連通する。すると、排出水素Ｈｅは、三方弁３４を介して水素循環ポンプ３３に導かれる。
【００３２】
次に、図１を参照して、ブレーキシステムＢＡの構成について説明する。ブレーキシステムＢＡは、主に、ブレーキペダル５０、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａ、ブレーキブースタ用タンク５２Ａ、逆止弁５３Ａ、マスタシリンダ５４、圧力センサＰおよび図示しないホイールシリンダやこのホイールシリンダとマスタシリンダ５４とを結ぶブレーキ液圧通路等から構成される。
【００３３】
ブレーキペダル５０は、ドライバの足による踏力を受け、この踏力によってブレーキを作動させるペダルである。
【００３４】
エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａは、ブレーキペダル５０とマスタシリンダ５４の間に設けられ、圧縮空気（正圧）を利用してドライバの踏力を軽減する装置である。エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａは、２つのダイアフラムを備えるタンデム式であり、ブレーキブースタ用タンク５２Ａに蓄えられている圧縮された排出空気Ａｅによってダイヤフラムを押圧する。そして、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａは、この押圧力によってドライバの踏力を倍力し、この倍力でマスタシリンダ５４のピストンを押圧する。なお、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａでは、踏力に対して何倍の倍力を発生させるかの倍力比がブレーキシステムＢＡ毎に設定される。
第１の実施の形態では、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａが、特許請求の範囲に記載のブレーキ倍力装置に相当する。
【００３５】
ブレーキブースタ用タンク５２Ａは、燃料電池システムＦＣＳＡのコンプレッサ２４から吐出されて圧縮された排出空気Ａｅを蓄える圧力容器であり、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａに圧縮空気を供給する供給源である。ブレーキブースタ用タンク５２Ａは、逆止弁５３Ａの下流側配管５３ｂとエアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａのダイヤフラムを押圧する側に接続する。ちなみに、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａの倍力比はブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧に依存するので、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧は、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａで設定されている倍力比に応じて所定の圧力に調整される。なお、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧は、正圧の６０ｋＰａＧ（０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）に調整される。
なお、第１の実施の形態では、ブレーキブースタ用タンク５２Ａが、特許請求の範囲に記載のブレーキ倍力装置用蓄圧タンクに相当する。
【００３６】
逆止弁５３Ａは、図示しない弁体と弁座および弁体を弁座に付勢するバネ等の弾性部材等から構成され、自動的に燃料電池システムＦＣＳＡの排出空気Ａｅの流れをコンプレッサ２４の下流側（吐出側）からブレーキブースタ用タンク５２Ａの一方向に制限する。そこで、逆止弁５３Ａは、上流側配管５３ａがコンプレッサ２４の吐出側配管２４ａに接続され、下流側配管５３ｂがブレーキブースタ用タンク５２Ａに接続される。なお、吐出側配管２４ａは、熱交換器２２とコンプレッサ２４の吐出側とを接続する配管である。つまり、逆止弁５３Ａは、前記した弾性部材の弾性力がコンプレッサ２４の吐出圧より大きい場合、ブレーキブースタ用タンク５２Ａに蓄えられている排出空気Ａｅのコンプレッサ２４の下流側への通流を止める（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧（正圧）を保持する）。他方、逆止弁５３Ａは、前記した弾性部材の弾性力がコンプレッサ２４の吐出圧より小さい場合、コンプレッサ２４から吐出される圧縮された排出空気Ａｅをブレーキブースタ用タンク５２Ａに通流させる（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの正圧が大きくなる）。したがって、逆止弁５３Ａの弾性部材の弾性力によって、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧を、ほぼコンプレッサ２４の吐出圧とすることができる。なお、弾性部材の弾性力は、前記したブレーキブースタ用タンク５２Ａの調整される内圧に基づいて設定される。
【００３７】
マスタシリンダ５４は、シリンダ本体にピストンが挿入され、ブレーキペダル５０の踏み込みによる機械的な力を油圧力に変換する。つまり、ドライバによってブレーキペダル５０が踏み込まれ、その踏力がエアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａによって倍力されると、マスタシリンダ５４では、この倍力によってピストンが押圧され、このピストンを介してシリンダ本体内のブレーキ液に圧力が加わり、ブレーキ液圧を発生させる。さらに、ブレーキシステムＢＡでは、このブレーキ液圧がブレーキ液圧通路を介してホイールシリンダに伝達され、ホイールシリンダによってブレーキ液圧が車輪を制動するための機械的なブレーキ力に変換される。他方、ドライバによってブレーキペダル５０の踏み込みが開放されると、踏力が無くなるとともにエアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａによる倍力も無くなり、マスタシリンダ５４では、戻しバネの弾性力によりピストンが元に戻り、ブレーキ液圧も元に戻る。
【００３８】
圧力センサＰは、ブルドン管、ベローズ、ダイヤフラムあるいはストレインゲージ等から構成され、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧を検出し、検出信号を制御装置４Ａに送信する。
【００３９】
次に、図１を参照して、制御装置４Ａについて説明する。なお、制御装置４Ａは燃料電池システムＦＣＳＡを統括制御するが、ここでは、本発明に関する空気供給装置２Ａに対する制御について説明する。制御装置４Ａは、燃料電池１の要求出力に基づいて、空気供給装置２Ａに対して供給空気Ａｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御および湿度制御を行なう。なお、制御装置４Ａは、燃料電池１の要求出力を、ドライバによる電気自動車へのアクセルペダルの開度等から決定する。また、制御装置４Ａは、空気供給装置２Ａに対してブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａの圧力制御を行なう。
【００４０】
制御装置４Ａは、図示しないＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェイス、Ａ／Ｄ変換器、バス等から構成される。そして、制御装置４Ａは、前記の通り各センサＨ，Ｐ，Ｑ，Ｔ１，Ｔ２からの検出信号を受信するとともに、燃料電池１の要求出力に基づいて供給空気Ａｗ（Ａｄ）に対する目標量（目標流量、目標温度、目標湿度）を決定する。さらに、制御装置４Ａは、加湿器２３、コンプレッサ２４および圧力制御弁２５に対する制御信号を送信する。
【００４１】
まず、空気供給装置２Ａに対する供給空気Ａｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御および湿度制御について説明する。
【００４２】
流量制御では、制御装置４Ａは、燃料電池１のカソード極側の供給空気Ａｄ（Ａｗ）の流量が目標流量になるように、流量センサＱからの検出信号に基づいて、コンプレッサ２４のモータ回転数を増減させる。制御装置４Ａは、目標流量に基づいて、目標流量が増加した場合、コンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を増加するように制御信号を生成し、コンプレッサ２４に送信する。他方、制御装置４Ａは、目標流量が減少した場合、コンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を低減するように制御信号を生成し、コンプレッサ２４に送信する。この際、制御装置４Ａは、流量センサＱからの検出信号と目標流量の偏差がゼロになるようにフィードバック制御を行なう。ちなみに、コンプレッサ２４のモータが回転し、コンプレッサ２４が燃料電池１から排出される排出空気Ａｅを圧縮して吐出することによって、コンプレッサ２４の下流側では正圧となる。
【００４３】
温度制御では、制御装置４Ａは、燃料電池１のカソード極側入口に供給される供給空気Ａｗの温度が６０〜７５℃の目標温度になるように、温度センサＴ１からの検出信号に基づいて、圧力制御弁２５の開度をステッピングモータによりフィードバック制御する。具体的には、制御装置４Ａは、目標温度よりも供給空気Ａｗの温度が上昇した場合（上昇しそうになった場合）、圧力制御弁２５の開度が増加するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信する。すると、圧力制御弁２５の開度が増加することによって、コンプレッサ２４の吐出圧が低くなり、排出空気Ａｅの温度が低下する。そして、熱交換器２２では供給される排出空気Ａｅの温度が低下することによって熱交換量が減り、供給空気Ａｗの温度が低下する。他方、制御装置４Ａは、目標温度よりも供給空気Ａｗの温度が低下した場合（低下しそうになった場合）、圧力制御弁２５の開度が減少するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信する。すると、圧力制御弁２５の開度が減少することによって、コンプレッサ２４の吐出圧が高くなり、排出空気Ａｅの温度が上昇する。そして、熱交換器２２では供給される排出空気Ａｅの温度が上昇することによって熱交換量が増し、供給空気Ａｗの温度が上昇する。なお、コンプレッサ２４は、圧力制御弁２５の開度にかかわらず、目標流量の供給空気Ａｄ（Ａｗ）を燃料電池１に供給すべく動作する。
【００４４】
なお、図３に、コンプレッサ２４の圧力比（吐出圧／吸入圧）に対する排出空気Ａｅの温度上昇幅（ΔＴ＝吐出側温度−吸入側温度）の関係を示す。この図３より、圧力比を上昇（低下）させると温度上昇幅が増加（減少）するのがわかる。したがって、圧力制御弁２５を制御することにより、コンプレッサ２４の吐出側の排出空気Ａｅの温度を制御でき、結果として熱交換される供給空気Ａｄ（Ａｗ）の温度制御を行なうことができる。
【００４５】
ちなみに、フェイルアンドセーフ機構として、制御装置４Ａは、温度センサＴ２の検出信号が所定温度以上（本実施の形態では、１５０℃以上）になると、コンプレッサ２４等を保護すべく、圧力制御弁２５の開度の増加する制御信号および／またはコンプレッサ２４の吐出量を低減する制御信号を生成し、圧力制御弁２５および／またはコンプレッサ２４に送信する。すると、圧力制御弁２５の開度が増加および／またはコンプレッサ２４の回転数が減少することによって、コンプレッサ２４の吐出側の温度が下がり、コンプレッサ２４等が保護される。
【００４６】
湿度制御では、制御装置４Ａは、燃料電池１のカソード極側入口に供給される供給空気Ａｗの湿度が目標湿度になるように、湿度センサＨからの検出信号に基づいて、加湿器２３のニードル弁の開度をステッピングモータによりフィードバック制御する。具体的には、制御装置４Ａは、目標湿度よりも供給空気Ａｗの湿度が上昇した場合（上昇しそうになった場合）、ニードル弁の開度が減少するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、加湿器２３に送信する。これにより、ニードル弁を通流する水の量が減少し、供給空気Ａｗの湿度が低下する。他方、制御装置４Ａは、目標湿度よりも供給空気Ａｗの湿度が低下した場合（低下しそうになった場合）、ニードル弁の開度が増加するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、加湿器２３に送信する。これにより、ニードル弁を通流する水の量が増加し、供給空気Ａｗの湿度が上昇する。
【００４７】
次に、空気供給装置２Ａに対するブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａの圧力制御について説明する。制御装置４Ａは、ブレーキシステムＢＡのエアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａの倍力源（圧縮空気）を確保するために、圧力センサＰからの検出信号に基づいて、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧を所定圧力（正圧）以上となるように圧力制御弁２５の開度をステッピングモータにより制御する。なお、この所定圧力は、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａで設定されている倍力比に基づいて決定される。具体的には、制御装置４Ａは、所定圧力よりもブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が低い場合、圧力制御弁２５の開度が減少するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信する。すると、圧力制御弁２５の開度が減少することによって、コンプレッサ２４の吐出圧が高くなる。そして、この高くなっていく吐出圧が逆止弁５３Ａの弾性部材の弾性力より大きくなると、圧縮された排出空気Ａｅが逆止弁５３Ａを介してブレーキブースタ用タンク５２Ａに流入し、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が上昇する。やがて、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が所定圧力以上になると、制御装置４Ａは、圧力制御弁２５の開度が減少する制御を停止する。なお、制御装置４Ａは、空気供給装置２Ａに対するブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧制御では、前記した空気供給装置２Ａに対する温度制御を加味して制御信号を生成する。また、この内圧制御では、コンプレッサ２４のモータ回転数を制御することによってコンプレッサ２４の吐出圧を制御できるので、制御装置４Ａによってコンプレッサ２４のモータ回転数を制御してもよい。
【００４８】
それでは、図１，図４および図５を参照して、空気供給装置２Ａの動作について説明する。ここでは、空気供給装置２Ａによる燃料電池１への供給空気Ａｗの供給、空気供給装置２ＡによるブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａの圧力調整の順に説明する。
【００４９】
まず、空気供給装置２Ａによる燃料電池１へ供給空気Ａｗを供給する動作について説明する。この動作では、まず、制御装置４Ａが、ドライバのアクセルペダル操作に応じて、燃料電池１で要求出力が決定する。そして、制御装置４Ａは、前記したように、この要求出力に基づいて、供給空気Ａｗ（Ａｄ）の目標量（目標流量、目標温度、目標湿度）を決定し、空気供給装置２Ａに制御信号を送信する。
【００５０】
最初に、空気供給装置２Ａでは、制御装置４Ａからの制御信号により、目標流量となるように、コンプレッサ２４のモータが回転始動する。すると、空気供給装置２Ａでは、コンプレッサ２４の上流側で負圧（大気圧より低い圧力）になるとともに、コンプレッサ２４の下流側では排出空気Ａｅが圧縮されて正圧（大気圧より高い圧力）となる。ちなみに、この圧縮された排出空気Ａｅが、ブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧調整に利用される。この負圧によって、空気供給装置２Ａでは、燃料電池１の下流側において、燃料電池１から排出空気Ａｅを吸引し、熱交換器２２に送り込む。さらに、この負圧によって、空気供給装置２Ａでは、燃料電池１の上流側において、燃料電池１内に供給空気Ａｗを吸い込むことによって、供給空気Ａｗを燃料電池１に供給する。その結果、空気供給装置２Ａでは、この負圧吸気により、大気中からエアクリーナ２１に供給空気Ａｄを吸い込むことができる。
【００５１】
エアクリーナ２１は、供給空気Ａｄ中のゴミや埃等を取り除く。そして、空気供給装置２Ａでは、エアクリーナ２１から熱交換器２２に供給空気Ａｄを吸い込む。
【００５２】
さらに、熱交換器２２は、コンプレッサ２４で圧縮されて高温となった排出空気Ａｅと供給空気Ａｄとを熱交換する。なお、前記したように、熱交換器２２に送り込まれる排出空気Ａｅの温度は、燃料電池１のカソード極側入口に供給される供給空気Ａｗの温度が６０〜７５℃の目標温度となるように、圧力制御弁２５の開度調整によって制御される。そして、空気供給装置２Ａでは、加湿器２３に熱交換器２２で加熱された供給空気Ａｄを吸い込む。
【００５３】
そして、加湿器２３は、乾燥した供給空気Ａｄを加湿し、湿潤空気の供給空気Ａｗとする。加湿後、空気供給装置２Ａでは、供給空気Ａｗを燃料電池１に供給する。
【００５４】
続いて、空気供給装置２Ａでは、燃料電池１からの排出空気Ａｅをコンプレッサ２４による負圧で吸引し、熱交換器２２に送り込む。さらに、空気供給装置２Ａでは、排出空気Ａｅを熱交換器２２内に通流させた後、圧力制御弁２５を介して系外に排出する。
【００５５】
次に、図４のフローチャートに沿って、空気供給装置２ＡによるブレーキシステムＢＡのブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧調整する動作について説明する。まず、制御装置４Ａは、ドライバのアクセルペダル操作に応じて、燃料電池１の要求出力を決定する（ステップＳ１０）。そして、制御装置４Ａは、この要求出力に基づいて、供給空気Ａｗ（Ａｄ）の目標流量を決定する（ステップＳ１１）。ちなみに、制御装置４Ａは、予め実験やシミュレーション等によって得られたマップＭ１（図５の（ａ）図参照）に基づいて、要求出力から目標流量を決定する。なお、マップＭ１は、燃料電池１の要求出力に対して必要な供給空気Ａｗの目標流量の関係を示すマップである。
【００５６】
さらに、制御装置４Ａは、この目標流量に基づいて、燃料電池１で通常発電時におけるコンプレッサ２４のモータの回転数を決定し、コンプレッサ２４に制御信号を送信する。すると、空気供給装置２Ａでは、コンプレッサ２４が、制御信号のモータ回転数に従ってモータが回転する（ステップＳ１２）。ちなみに、制御装置４Ａは、予め実験やシミュレーション等によって得られたマップＭ２（図５の（ｂ）図参照）に基づいて、目標流量からコンプレッサ２４のモータ回転数を決定する。なお、マップＭ２は、燃料電池１で通常発電を行なう場合のコンプレッサ２４のモータ回転数と空気流量との関係を示すマップである。
【００５７】
さらに、制御装置４Ａは、圧力制御弁２５の開度が全開するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信する。すると、空気供給装置２Ａでは、圧力制御弁２５が、制御信号に従ってバタフライ弁を全開する（ステップＳ１３）。
【００５８】
続いて、制御装置４Ａは、圧力センサＰの検出信号からのブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が０．４ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（４０ｋＰａＧ）より小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。そして、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が０．４ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ以上の場合、圧力制御弁２５を全開にしているにもかかわらず、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧がブレーキ用の圧力としては十分に蓄圧されていると考えられるので、ステップＳ１０に戻って燃料電池１の要求出力を再決定する。ちなみに、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧は、逆止弁５３Ａの作用により、ほぼコンプレッサ２４の吐出圧と等しいとみなすことができる。
【００５９】
他方、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が０．４ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより小さい場合、制御装置４Ａは、コンプレッサ２４の吐出圧を０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（６０ｋＰａＧ）より大きくするために（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧を０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより大きい正圧に調整するために）、コンプレッサ２４のモータ回転数と圧力制御弁２５の開度を制御する。まず、制御装置４Ａは、供給空気Ａｗの目標流量に基づいて、コンプレッサ２４の吐出圧が０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ時におけるコンプレッサ２４のモータの回転数を決定し、コンプレッサ２４に制御信号を送信する。ここでは、制御装置４Ａは、ステップＳ１１で決定した目標流量を維持したまま、コンプレッサ２４のモータの回転数を再決定する。すると、空気供給装置２Ａでは、コンプレッサ２４が、制御信号のモータ回転数に従ってモータが回転する（ステップＳ１５）。ちなみに、制御装置４Ａは、予め実験やシミュレーション等によって得られたマップＭ３（図５の（ｃ）図参照）に基づいて、目標流量からコンプレッサ２４のモータ回転数を決定する。なお、マップＭ３は、コンプレッサ２４の吐出圧を０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（正圧）とした時のコンプレッサ２４のモータ回転数と空気流量との関係を示すマップである。
【００６０】
次に、制御装置４Ａは、圧力制御弁２５の開度が１ｄｅｇ閉じるようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信する。すると、空気供給装置２Ａでは、圧力制御弁２５のバタフライ弁が１ｄｅｇ閉じ、コンプレッサ２４の吐出圧が上昇する（ステップＳ１６）。すると、吐出圧が上昇するとともに、圧縮された排出空気Ａｅが逆止弁５３Ａを介してブレーキブースタ用タンク５２Ａに送り込まれ、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が上昇する。
【００６１】
続いて、制御装置４Ａは、圧力センサＰの検出信号からのブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（６０ｋＰａＧ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１７）。そして、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ以下の場合、ステップＳ１６に戻って、空気供給装置２Ａでは、圧力制御弁２５の開度をさらに１ｄｅｇ閉じ、コンプレッサ２４の吐出圧を上昇させる。
【００６２】
他方、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより大きい場合、ブレーキブースタ用タンク５２Ａは、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａに設定された倍力比を発生するのに必要な内圧（所定の正圧）に調整されたことになる。そこで、制御装置４Ａは、圧力制御弁２５の開度が全開するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信する。すると、空気供給装置２Ａでは、圧力制御弁２５が、制御信号に従ってバタフライ弁を全開し、コンプレッサ２４の吐出圧が低下する（ステップＳ１８）。ちなみに、コンプレッサ２４の吐出圧が低下しても、逆止弁５３Ａの作用により、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧が低下することはない。さらに、空気供給装置２Ａでは、ステップＳ１０に戻って、処理が続けられる。
【００６３】
この燃料電池電気自動車ＥＶＡによれば、燃料電池システムＦＣＳＡ（空気供給装置２Ａ）のコンプレッサ２４の下流側（吐出側）における正圧を利用して、エアサーボ式ブレーキブースタ５１Ａの倍力源となる圧縮された排出空気Ａｅをブレーキブースタ用タンク５２Ａに送り込むことができる。さらに、燃料電池電気自動車ＥＶＡは、燃料電池システムＦＣＳＡ（空気供給装置２Ａ）の圧力制御弁２５の開度制御を利用して、ブレーキブースタ用タンク５２Ａの内圧を所定圧力（正圧）に調整することができる。
【００６４】
次に、図６乃至図８を参照して、第２の実施の形態の燃料電池電気自動車ＥＶＢについて説明する。燃料電池電気自動車ＥＶＢは、燃料電池システムＦＣＳＢとブレーキシステムＢＢを備える。この燃料電池電気自動車ＥＶＢは、燃料電池システムＦＣＳＢのコンプレッサ２４の上流側の負圧によってブレーキシステムＢＢのブレーキブースタ用タンク５２Ｂから空気を吸引し、さらに燃料電池システムＦＣＳＢの負圧制御弁２６の開度によってブレーキースタ用タンク５２Ｂの内圧を調整する。なお、第２の実施の形態の燃料電池電気自動車ＥＶＢでは、第１の実施の形態の燃料電池電気自動車ＥＶＡと同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する
なお、第２の実施の形態では、燃料電池電気自動車ＥＶＢが、特許請求の範囲に記載の燃料電池電気自動車に相当する。
【００６５】
最初に、図６を参照して、燃料電池システムＦＣＳＢの構成について説明する。燃料電池システムＦＣＳＢは、主に、燃料電池１、空気供給装置２Ｂ、水素供給装置３および制御装置４Ｂ等から構成される。なお、燃料電池１と水素供給装置３の説明は、第１の実施の形態で説明したので省略する。
【００６６】
それでは、図６を参照して、空気供給装置２Ｂの構成について説明する。空気供給装置２Ｂは、エアクリーナ２１、熱交換器２２、加湿器２３、コンプレッサ２４、圧力制御弁２５、負圧制御弁２６、流量センサＱ、温度センサＴ１，Ｔ２および湿度センサＨ等から構成される。ちなみに、空気供給装置２Ｂは、第１の実施の形態の空気供給装置２Ａの構成に対してコンプレッサ２４の吐出側に負圧制御弁２６を追加し、コンプレッサ２４の吐出側の負圧を調整可能とした。なお、空気供給装置２Ｂは、制御装置４Ｂに制御されるので、制御装置４Ｂを構成に含む。
【００６７】
負圧制御弁２６は、図示しないバタフライ弁およびこれを駆動するステッピングモータ等から構成され、コンプレッサ２４の吸入側に配設されてコンプレッサ２４に吸引される排出空気Ａｅの圧力を調整する。ちなみに、負圧制御弁２６により燃料電池１のカソード極側から排出された排出空気Ａｅが通流する流路を絞ると、コンプレッサ２４の吸入圧が低くなる（すなわち、負圧が大きくなる）。また、この逆の動作を行なうと、コンプレッサ２４の吸入圧が高くなる（すなわち、負圧が小さくなる）。つまり、負圧制御弁２６は、コンプレッサ２４の吸入圧を調整できるので、ブレーキシステムＢＢのブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧を所定の圧力に調整する役割を有する。ちなみに、負圧制御弁２６は、制御装置４Ｂの制御信号により開度が制御される。
なお、第２の実施の形態では、負圧制御弁２６が、特許請求の範囲に記載の圧力制御手段に相当する。
【００６８】
なお、第１の実施の形態で記載したように、コンプレッサ２４は、上流側（吸入側）では燃料電池１のカソード極側から排出される排出空気Ａｅを吸引し負圧となっている。そこで、コンプレッサ２４は、この負圧によってブレーキシステムＢＢのブレーキブースタ用タンク５２Ｂから空気を吸引する役割も有する。
なお、第２の実施の形態では、コンプレッサ２４が、特許請求の範囲に記載のガス供給手段に相当する。
【００６９】
次に、図６を参照して、ブレーキシステムＢＢの構成について説明する。ブレーキシステムＢＢは、主に、ブレーキペダル５０、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂ、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ、逆止弁５３Ｂ、マスタシリンダ５４、圧力センサＰおよび図示しないホイールシリンダやこのホイールシリンダとマスタシリンダ５４とを結ぶブレーキ液圧通路等から構成される。
【００７０】
バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂは、ブレーキペダル５０とマスタシリンダ５４の間に設けられ、負圧を利用してドライバの踏力を軽減する装置である。バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂは、２つのダイアフラムを備えるタンデム式であり、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの負圧によってダイヤフラムを吸引する。そして、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂは、この吸引力によってドライバの踏力を倍力し、この倍力でマスタシリンダ５４のピストンを押圧する。なお、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂは、踏力に対して何倍の倍力を発生させるかの倍力比がブレーキシステムＢＢ毎に設定される。
第２の実施の形態では、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂが、特許請求の範囲に記載のブレーキ倍力装置に相当する。
【００７１】
ブレーキブースタ用タンク５２Ｂは、燃料電池システムＦＣＳＢのコンプレッサ２４の上流側で発生した負圧を蓄える負圧容器であり、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂに負圧を作用させる負圧源である。ブレーキブースタ用タンク５２Ｂは、逆止弁５３Ｂの上流側配管５３ｃとバキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂのダイヤフラムを吸引する側に接続する。ちなみに、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂの倍力比はブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧に依存するので、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧は、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂで設定されている倍力比に応じて所定の圧力に調整される。なお、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧は、負圧の−８０ｋＰａＧ（−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）に調整される。
なお、第２の実施の形態では、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂが、特許請求の範囲に記載のブレーキ倍力装置用蓄圧タンクに相当する。
【００７２】
逆止弁５３Ｂは、図示しない弁体と弁座および弁体を弁座に付勢するバネ等の弾性部材等から構成され、自動的にブレーキブースタ用タンク５２Ｂの空気の流れをブレーキブースタ用タンク５２Ｂからコンプレッサ２４の上流側（吸入側）の一方向に制限する。そこで、逆止弁５３Ｂは、上流側配管５３ｃがブレーキブースタ用タンク５２Ｂに接続され、下流側配管５３ｄがコンプレッサ２４の吸入側配管２４ｂに接続される。なお、吸入側配管２４ｂは、負圧制御弁２６の排出側とコンプレッサ２４の吸入側とを接続する配管である。つまり、逆止弁５３Ｂは、前記した弾性部材の弾性力がコンプレッサ２４の吸入圧より小さい場合、コンプレッサ２４の吸入側の排出空気Ａｅのブレーキブースタ用タンク５２Ｂへの通流を止める（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧（負圧）を保持する）。他方、逆止弁５３Ｂは、前記した弾性部材の弾性力がコンプレッサ２４の吸入圧より大きい場合、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ内の空気をコンプレッサ２４の吸入側に通流させる（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの負圧が大きくなる）。したがって、逆止弁５３Ｂの弾性部材の弾性力によって、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧を、ほぼコンプレッサ２４の吸入圧とすることができる。なお、弾性部材の弾性力は、前記したブレーキブースタ用タンク５２Ｂの調整される内圧に基づいて設定される。
【００７３】
ちなみに、ドライバによってブレーキペダル５０が踏み込まれ、その踏力がバキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂによって倍力されると、マスタシリンダ５４では、この倍力によってピストンが吸引され、このピストンを介してシリンダ本体内のブレーキ液に圧力が加わり、ブレーキ液圧を発生させる。さらに、ブレーキシステムＢＢでは、このブレーキ液圧がブレーキ液圧通路を介してホイールシリンダに伝達され、ホイールシリンダによってブレーキ液圧が車輪を制動するための機械的なブレーキ力に変換される。他方、ドライバによってブレーキペダル５０の踏み込みが開放されると、踏力が無くなるとともにバキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂによる倍力も無くなり、マスタシリンダ５４では、戻しバネの弾性力によりピストンが元に戻り、ブレーキ液圧も元に戻る。
【００７４】
次に、図６を参照して、制御装置４Ｂについて説明する。なお、制御装置４Ｂは燃料電池システムＦＣＳＢを統括制御するが、ここでは、本発明に関する空気供給装置２Ｂに対する制御について説明する。制御装置４Ｂは、燃料電池１の要求出力に基づいて、空気供給装置２Ｂに対して供給空気Ａｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御および湿度制御を行なう。なお、制御装置４Ｂは、燃料電池１の要求出力を、ドライバによる電気自動車へのアクセルペダルの開度等から決定する。また、制御装置４Ｂは、空気供給装置２Ｂに対してブレーキシステムＢＢのブレーキブースタ用タンク５２Ｂの圧力制御を行なう。
【００７５】
制御装置４Ｂは、図示しないＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェイス、Ａ／Ｄ変換器、バス等から構成される。そして、制御装置４Ｂは、前記の通り各センサＨ，Ｐ，Ｑ，Ｔ１，Ｔ２からの検出信号を受信するとともに、燃料電池１の要求出力に基づいて供給空気Ａｗ（Ａｄ）に対する目標量（目標流量、目標温度、目標湿度）を決定する。さらに、制御装置４Ｂは、加湿器２３、コンプレッサ２４、圧力制御弁２５および負圧制御弁２６に対する制御信号を送信する。
【００７６】
なお、空気供給装置２Ｂに対する供給空気Ａｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御および湿度制御では、制御装置４Ｂは第１の実施の形態の制御装置４Ａと同様の制御を行なうので、説明を省略する。
【００７７】
それでは、空気供給装置２Ｂに対するブレーキシステムＢＢのブレーキブースタ用タンク５２Ｂの圧力制御について説明する。制御装置４Ｂは、ブレーキシステムＢＢのバキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂの倍力源（負圧源）を確保するために、圧力センサＰからの検出信号に基づいて、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧を所定圧力（負圧）以下となるように負圧制御弁２６の開度をステッピングモータにより制御する。なお、この所定圧力は、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂで設定されている倍力比に基づいて決定される。具体的には、制御装置４Ｂは、所定圧力よりもブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が高い場合、負圧制御弁２６の開度が減少するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、負圧制御弁２６に送信する。すると、負圧制御弁２６の開度が減少することによって、コンプレッサ２４の吸入圧が低くなる。そして、この低くなっていく吸入圧が逆止弁５３Ｂの弾性部材の弾性力より小さくなると、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂから空気が逆止弁５３Ｂを介してコンプレッサ２４の吸入側に吸引され、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が低下する。やがて、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が所定圧力以下になると、制御装置４Ｂは、負圧制御弁２６の開度が減少する制御を停止する。なお、この内圧制御では、コンプレッサ２４のモータ回転数を制御することによってコンプレッサ２４の吸入圧を制御できるので、制御装置４Ｂによってコンプレッサ２４のモータ回転数を制御してもよい。
【００７８】
次に、図６乃至図８を参照して、空気供給装置２Ｂの動作について説明する。ここでは、空気供給装置２ＢによるブレーキシステムＢＢのブレーキブースタ用タンク５２Ｂの圧力調整について説明する。なお、空気供給装置２Ｂによる燃料電池１への供給空気Ａｗの供給動作については、第１の実施の形態の空気供給装置２Ａと同様の動作なので、説明を省略する。
【００７９】
それでは、図７のフローチャートに沿って、空気供給装置２ＢによるブレーキシステムＢＢのブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧調整する動作について説明する。まず、制御装置４Ｂは、ドライバのアクセルペダル操作に応じて、燃料電池１の要求出力を決定する（ステップＳ２０）。そして、制御装置４Ｂは、この要求出力に基づいて、供給空気Ａｗ（Ａｄ）の目標流量を決定する（ステップＳ２１）。ちなみに、制御装置４Ｂは、予め実験やシミュレーション等によって得られたマップＭ４（図８の（ａ）図参照）に基づいて、要求出力から目標流量を決定する。なお、マップＭ４は、燃料電池１の要求出力に対して必要な供給空気Ａｗの目標流量の関係を示すマップである。
【００８０】
さらに、制御装置４Ｂは、この目標流量に基づいて、燃料電池１で通常発電時におけるコンプレッサ２４のモータの回転数を決定し、コンプレッサ２４に制御信号を送信する。すると、空気供給装置２Ｂでは、コンプレッサ２４が、制御信号のモータ回転数に従ってモータが回転する（ステップＳ２２）。ちなみに、制御装置４Ｂは、予め実験やシミュレーション等によって得られたマップＭ５（図８の（ｂ）図参照）に基づいて、目標流量からコンプレッサ２４のモータ回転数を決定する。なお、マップＭ５は、燃料電池１で通常発電を行なう場合のコンプレッサ２４のモータ回転数と空気流量との関係を示すマップである。
【００８１】
さらに、制御装置４Ｂは、負圧制御弁２６の開度が全開するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、負圧制御弁２６に送信する。すると、空気供給装置２Ｂでは、負圧制御弁２６が、制御信号に従ってバタフライ弁を全開する（ステップＳ２３）。
【００８２】
続いて、制御装置４Ｂは、圧力センサＰの検出信号からのブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が−０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（−６０ｋＰａＧ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ２４）。そして、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が−０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ以下の場合（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ内の負圧が−０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより大きい場合）、負圧制御弁２６を全開にしているにもかかわらず、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧がブレーキ用の圧力としては十分な負圧となっていると考えられるので、ステップＳ２０に戻って燃料電池１の要求出力を再決定する。ちなみに、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧は、逆止弁５３Ｂの作用により、ほぼコンプレッサ２４の吸入圧と等しいとみなすことができる。
【００８３】
他方、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が−０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより大きい場合（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの負圧が−０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより小さい場合）、制御装置４Ｂは、コンプレッサ２４の吸入圧を−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（−８０ｋＰａＧ）より小さくするために（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧を−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより大きい負圧に調整するために）、コンプレッサ２４のモータ回転数と負圧制御弁２６の開度を制御する。まず、制御装置４Ｂは、供給空気Ａｗの目標流量に基づいて、コンプレッサ２４の吸入圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ時におけるコンプレッサ２４のモータの回転数を決定し、コンプレッサ２４に制御信号を送信する。ここでは、制御装置４Ｂは、ステップＳ２１で決定した目標流量を維持したまま、コンプレッサ２４のモータの回転数を再決定する。すると、空気供給装置２Ｂでは、コンプレッサ２４が、制御信号のモータ回転数に従ってモータが回転する（ステップＳ２５）。ちなみに、制御装置４Ｂは、予め実験やシミュレーション等によって得られたマップＭ６（図８の（ｃ）図参照）に基づいて、目標流量からコンプレッサ２４のモータ回転数を決定する。なお、マップＭ６は、コンプレッサ２４の吸入圧を−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（負圧）とした時のコンプレッサ２４のモータ回転数と空気流量との関係を示すマップである。
【００８４】
次に、制御装置４Ｂは、負圧制御弁２６の開度が１ｄｅｇ閉じるようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、負圧制御弁２６に送信する。すると、空気供給装置２Ｂでは、負圧制御弁２６のバタフライ弁が１ｄｅｇ閉じ、コンプレッサ２４の吸入圧が低下する（すなわち、コンプレッサ２４の吸入側の負圧が大きくなる）（ステップＳ２６）。すると、吸入圧が低下するとともに、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ内の空気が逆止弁５３Ｂを介してコンプレッサ２４の吸入側に吸引され、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が低下する（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ内の負圧が大きくなる）。
【００８５】
続いて、制御装置４Ｂは、圧力センサＰの検出信号からのブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（−８０ｋＰａＧ）より小さい（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ内の負圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより大きい）か否かを判定する（ステップＳ２７）。そして、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ以上の場合（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ内の負圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ以下の場合）、ステップＳ２６に戻って、空気供給装置２Ｂでは、負圧制御弁２６の開度をさらに１ｄｅｇ閉じ、コンプレッサ２４の吸入圧を低下させる。
【００８６】
他方、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより小さい場合（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂ内の負圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇより大きい場合）、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂは、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂに設定された倍力比を発生するのに必要な内圧（所定の負圧）に調整されたことになる。そこで、制御装置４Ｂは、負圧制御弁２６の開度が全開するようにステッピングモータを駆動する制御信号を生成し、負圧制御弁２６に送信する。すると、空気供給装置２Ｂでは、負圧制御弁２６が、制御信号に従ってバタフライ弁を全開し、コンプレッサ２４の吸入圧が上昇する（ステップＳ２８）。ちなみに、コンプレッサ２４の吸入圧が上昇しても（すなわ、コンプレッサ２４の吸入側の負圧が小さくなっても）、逆止弁５３Ｂの作用により、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧が上昇することはない（すなわち、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの負圧が小さくならない）。さらに、空気供給装置２Ｂでは、ステップＳ２０に戻って、処理が続けられる。
【００８７】
この燃料電池電気自動車ＥＶＢによれば、燃料電池システムＦＣＳＢ（空気供給装置２Ｂ）のコンプレッサ２４の上流側（吸入側）における負圧を利用して、バキュームサーボ式ブレーキブースタ５１Ｂの倍力源となる負圧源をブレーキブースタ用タンク５２Ｂに蓄えることができる。さらに、燃料電池電気自動車ＥＶＢは、燃料電池システムＦＣＳＢ（空気供給装置２Ｂ）の負圧制御弁２６の開度制御を利用して、ブレーキブースタ用タンク５２Ｂの内圧を所定圧力（負圧）に調整することができる。
【００８８】
以上、本発明は、前記の実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
例えば、ガス供給手段としてコンプレッサで構成したが、ポンプ等の酸化ガスを移動させる際に負圧または正圧を発生できる装置であればよい。
また、ブレーキブースタ用タンクの内圧を０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（６０ｋＰａＧ）や−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（−８０ｋＰａＧ）に設定したが、この数値に限定されることなく、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧はブレーキ倍力装置の倍力比に基づいて適宜設定する。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る燃料電池電気自動車は、燃料電池システムのガス供給手段で発生させた正圧または負圧によって、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧を所定の圧力に調整することができる。そのため、ブレーキ倍力装置専用に倍力源を備える必要がないし、さらに倍力源用に専用スペースを設ける必要もなく、ブレーキシステムも簡素化する。
【００９０】
本発明の請求項２に係る燃料電池電気自動車は、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧に応じてガス供給手段を制御することによって、常時、必要十分以上の圧力をブレーキ倍力装置用蓄圧タンクに蓄えておくことができる。さらに、圧力制御手段が開閉することによって燃料電池への供給ガス量が増減するが、圧力制御手段が閉じた時でも、ガス供給手段によって燃料電池への供給ガス量を増加させることによって、常時、燃料電池へは必要十分な酸化ガスを供給することができる。
【００９１】
本発明の請求項３に係る燃料電池電気自動車は、ガス供給手段によって圧力制御を行わなくても、圧力制御手段によってガス供給手段の吐出側で発生している正圧またはガス供給手段の吸引側で発生している負圧を所定の圧力に調整することができる。そのため、ガス供給手段の消費電力を低減することができる。
【００９２】
本発明の請求項４に係る燃料電池電気自動車は、ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧に応じて圧力制御手段を制御することによって、常時、必要十分以上の圧力をブレーキ倍力装置用蓄圧タンクに蓄えておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池自動車の燃料電池システムおよびブレーキシステムの構成図である。
【図２】図１の燃料電池の構成を模式化した説明図である。
【図３】図１のコンプレッサにおける圧力比と温度上昇幅の特性図である。
【図４】図１の空気供給装置によるブレーキブースタ用タンクの内圧調整のフローチャートである。
【図５】図１の空気供給装置に対する制御量を決定するためのマップであり、（ａ）は燃料電池の要求出力に対する供給空気の目標流量の関係を示すマップであり、（ｂ）は燃料電池の通常発電時におけるコンプレッサのモータ回転数に対する空気流量の関係を示すマップであり、（ｃ）はコンプレッサの吐出圧が０．６ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（６０ｋＰａＧ）時におけるコンプレッサのモータ回転数に対する空気流量の関係を示すマップである。
【図６】第２の実施の形態に係る燃料電池自動車の燃料電池システムおよびブレーキシステムの構成図である。
【図７】図６の空気供給装置によるブレーキブースタ用タンクの内圧調整のフローチャートである。
【図８】図６の空気供給装置に対する制御量を決定するためのマップであり、（ａ）は燃料電池の要求出力に対する供給空気の目標流量の関係を示すマップであり、（ｂ）は燃料電池の通常発電時におけるコンプレッサのモータ回転数に対する空気流量の関係を示すマップであり、（ｃ）はコンプレッサの吸入圧が−０．８ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ（−８０ｋＰａＧ）時におけるコンプレッサのモータ回転数に対する空気流量の関係を示すマップである。
【符号の説明】
１・・・燃料電池
２Ａ，２Ｂ・・・空気供給装置
３・・・水素供給装置
４Ａ，４Ｂ・・・制御装置
２４・・・コンプレッサ（ガス供給手段）
２５・・・圧力制御弁（圧力制御手段）
２６・・・負圧制御弁（圧力制御手段）
５１Ａ・・・エアサーボ式ブレーキブースタ（ブレーキ倍力装置）
５１Ｂ・・・バキュームサーボ式ブレーキブースタ（ブレーキ倍力装置）
５２Ａ，５２Ｂ・・・ブレーキブースタ用タンク（ブレーキ倍力装置用蓄圧タンク）
５３Ａ，５３Ｂ・・・逆止弁
ＢＡ，ＢＢ・・・ブレーキシステム
ＥＶＡ，ＥＶＢ・・・燃料電池電気自動車
ＦＣＳＡ，ＦＣＳＢ・・・燃料電池システム
Ｐ・・・圧力センサ

Claims

ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクを備える燃料電池電気自動車であって、
燃料電池のカソード極側へ酸化ガスを供給するガス供給手段を備え、
前記ガス供給手段の吐出側に発生する正圧または前記ガス供給手段の吸引側に発生する負圧によって、前記ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧を所定の圧力にすることを特徴とする燃料電池電気自動車。
前記ガス供給手段は、前記ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧の状態に応じて制御されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池電気自動車。
前記ガス供給手段によって発生する正圧または負圧を制御する圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池電気自動車。
前記圧力制御手段は、前記ブレーキ倍力装置用蓄圧タンクの内圧の状態に応じて制御されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池電気自動車。