JP4354122B2 - 燃料電池用水素供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池へ燃料としての水素を供給する燃料電池用水素供給装置に関するものであり、特に、水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンクと水素を圧縮貯蔵可能な水素タンクを併設した燃料電池用水素供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車等の移動体に搭載した燃料電池に水素を供給する水素供給装置には、予め水素を吸蔵させておいた水素吸蔵合金から水素を放出させて燃料電池に供給するようにしたものがある（特開２０００−８８１９６号公報等）。
【０００３】
この水素吸蔵合金においては、水素の吸蔵・放出に熱の出入りを伴い、水素を吸蔵させる時には水素吸蔵合金から熱を除去してやらなければならず、水素を放出させる時には水素吸蔵合金に熱を供給してやらなければならない。ここで、水素放出に必要な熱量は、水素吸蔵合金の熱容量により賄われるため、外部から熱を加えない限り水素放出によって水素吸蔵合金の温度が低下する。
【０００４】
そこで、この種の水素供給装置においては、水素吸蔵合金から水素を安定して放出することができるように、水素吸蔵合金を加熱するための加熱手段を備えている。この加熱手段には、燃料電池の発電時に生じる熱を回収してこの廃熱を加熱源とするものもあり、その際の熱媒体としては水等の液体や空気等の気体が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃料電池用水素供給装置においては、前記加熱手段を備えていても、燃料電池の運転条件によっては、加熱手段で供給可能な熱量では水素吸蔵合金が要求する熱量に不足する場合があり、そのため、水素吸蔵合金の温度が低下して、水素吸蔵合金から燃料電池に要求量の水素を供給するのが困難になる場合があった。
【０００６】
そこで、この発明は、水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンクと水素を圧縮状態で貯蔵する水素タンクを併設し、水素吸蔵タンクからの水素供給量と水素タンクからの水素供給量を制御することにより、燃料電池の要求水素量を常に安定して供給することができる燃料電池用水素供給装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明に係る燃料電池用水素供給装置は、燃料電池（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における燃料電池７）の燃料である水素を吸放出可能な水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンク（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における水素吸蔵タンク１）と、水素を圧縮状態で貯蔵可能な水素タンク（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における水素タンク１９）と、前記水素吸蔵合金から水素を放出させるために前記水素吸蔵タンクを加熱する加熱手段（例えば、後述する第１、第２の実施の形態におけるダクト３，合流ダクト２１，外気ダクト２３，冷気ダクト２５，熱交換チューブ５，流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6）と、前記水素吸蔵タンクから放出された水素と前記水素タンクから放出された水素を合流させて前記燃料電池へ供給可能にする水素流路（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における水素供給管９，１１，１３，１７）と、前記水素吸蔵タンクおよび水素タンクから放出される各水素流量を制御する流量制御手段（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における流量制御弁Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3）と、を備え、前記水素吸蔵合金の温度に応じて前記流量制御手段が前記各水素流量を制御する燃料電池用水素供給装置であって、前記流量制御手段は、前記水素吸蔵合金の温度が下限温度（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における下限値ｔ1）よりも低いときには前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給し、前記水素吸蔵合金の温度が上限温度（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における上限値ｔ2）よりも高いときには前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給し、前記水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときには、前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するとともに、前記水素吸蔵合金の温度変化率（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における温度変化率ｄＴ／ｄｔ）に応じて前記水素タンクから前記燃料電池に供給する水素の流量を制御することを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、流量制御手段で水素流量を制御することにより、水素吸蔵タンクを加熱しつつ水素吸蔵タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素吸蔵タンクと水素タンクの両方から水素を放出させこれらを合流させて燃料電池に供給することが可能となる。
【０００９】
また、水素吸蔵タンクおよび水素タンクから放出される水素の各水素流量を水素吸蔵合金の温度に応じて最適に制御することができる。
【００１０】
さらに、水素吸蔵合金の温度が該水素吸蔵合金からの水素放出量が低下する下限温度よりも低いときには、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を供給するのを停止して、水素タンクから燃料電池に水素を供給することが可能になる。
【００１１】
また、水素吸蔵合金の温度が上限温度よりも高いときには前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するので、水素吸蔵タンクからの水素放出量が増大し、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときには、水素吸蔵合金の温度変化率に応じて水素吸蔵タンクから放出される水素流量と水素タンクから放出される水素流量の流量比を最適に制御することが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときの前記温度変化率が上昇傾向にあるときには、前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するように前記流量制御手段を制御し、前記温度変化率が下降傾向にあるときには、前記水素吸蔵タンクおよび前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するように前記流量制御手段を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、燃料電池へ水素を安定供給しつつ、水素吸蔵合金の温度上昇および温度降下を抑制することが可能になる。
【００１４】
【００１５】
請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記流量制御手段は前記温度変化率が「０」（例えば、後述する第３の実施の形態におけるｄＴ／ｄｔ＝０）になるように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵合金の温度を一定温度に制御可能になる。
【００１６】
【００１７】
請求項４に記載した発明は、請求項２に記載の発明において、前記流量制御手段は、前記加熱手段によって加熱することで前記水素吸蔵タンクから放出される水素量に応じて前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵タンクから放出される水素量に応じて、水素タンクから放出すべき水素量を最適に制御することが可能になる。
【００１８】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載の発明において、前記流量制御手段は、前記水素吸蔵タンクから放出される水素量と前記水素タンクから放出される水素量の和が前記燃料電池の要求する要求水素量になるように、前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、燃料電池へ水素を過不足なく供給することが可能になる。
【００１９】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載の発明において、前記加熱手段によって前記水素吸蔵タンクを加熱する熱量を算出する加熱量算出手段（例えば、後述する第３の実施の形態におけるステップＳ３１７）と、前記加熱量算出手段で算出された加熱量に応じて前記水素吸蔵タンクから放出できる最大水素放出量を算出する最大水素放出量算出手段（例えば、後述する第３の実施の形態におけるステップＳ３２５）と、をさらに備え、前記流量制御手段は、前記最大水素放出量算出手段で算出された最大水素放出量に応じて前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵タンクから最大水素放出量の水素が放出されるので、水素吸蔵タンクの温度が変化しないようにすることができ、且つ、燃料電池の要求する要求水素量を満足させることが可能になる。
【００２０】
請求項７に記載した発明は、請求項６に記載の発明において、前記流量制御手段は、前記最大水素放出量で前記要求水素量を賄える場合には前記水素タンクから水素を放出しないように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素タンクの水素の使用量を減少させることが可能になる。
【００２１】
請求項８に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素吸蔵タンクから放出される水素量から該水素吸蔵タンクが必要とする必要熱量を算出する必要熱量算出手段（例えば、後述する第１または第３の実施の形態におけるステップＳ１０８，Ｓ３０８）をさらに備え、前記必要熱量算出手段で算出した必要熱量に応じて前記加熱手段を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、加熱手段から水素吸蔵タンクへ必要熱量を確実に供給することが可能になる。
請求項９に記載した発明は、請求項８に記載の発明において、前記加熱手段は、前記燃料電池の廃熱によって加熱された温度制御可能な熱媒体を供給して前記水素吸蔵タンクを加熱することを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載した発明は、請求項９に記載の発明において、前記水素吸蔵合金の温度に応じて前記熱媒体の目標温度を算出する目標温度算出手段（例えば、後述する第１または第３の実施の形態におけるステップＳ１１１，Ｓ１２１，Ｓ３１１，Ｓ３２１）を備え、前記熱媒体が目標温度になるように前記加熱手段を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に確実に制御することが可能になる。
【００２３】
請求項１１に記載した発明は、請求項１０に記載の発明において、前記加熱手段によって前記水素吸蔵タンクを加熱する加熱量と前記必要熱量算出手段で算出した必要熱量に応じて前記熱媒体の目標温度を補正することを特徴とする。
このように構成することにより、加熱量と必要熱量に応じて熱媒体の目標温度を補正しているので、熱媒体の温度をより早く正確に制御することが可能になる。
【００２４】
請求項１２に記載した発明は、請求項１１に記載の発明において、前記加熱量と前記必要熱量から前記水素吸蔵合金の温度変化率を算出し、この温度変化率が下降傾向にあるときは目標温度を前記目標温度算出手段で算出した目標温度よりも高く補正し、前記温度変化率が上昇傾向にあるときは目標温度を前記目標温度算出手段で算出した目標温度よりも低く補正することを特徴とする。
【００２５】
このように構成することにより、水素吸蔵合金の温度が下がる傾向にあると熱媒体の目標温度を高く補正され、水素吸蔵合金の温度が上がる傾向にあると熱媒体の目標温度を低く補正されるので、水素吸蔵合金の温度変化を予測して熱媒体をより速く目標温度に収束させることが可能になり、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に制御することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池用水素供給装置の実施の形態を図１から図１０の図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
初めに、この発明に係る燃料電池用水素供給装置の第１の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。
図１は水素供給装置を備えた自動車用燃料電池システムの構成図である。水素供給装置は熱媒体としての空気が流通するダクト３を備え、ダクト３内の下流部位には、内部に水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンク１が設置されている。水素吸蔵タンク１はステンレス製で、外周面に多数のフィン１ａを備えている。
【００２７】
ダクト３の内部であって水素吸蔵タンク１よりも上流側には熱交換チューブ５が設けられている。この熱交換チューブ５は、ダクト３の外部に設置された燃料電池（図１ではＦＣスタックと記す）７の冷却水回路（図示せず）に接続されていて、燃料電池７の冷却水が循環するようになっている。燃料電池７は固体高分子膜型燃料電池であって、水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて電気を発生させるタイプのものであり、前記冷却水は燃料電池７が発電時に発生する熱を除去するためのものである。燃料電池７を冷却することによって加熱された冷却水が熱交換チューブ５に導入され、熱交換チューブ５を通過する際にダクト３を流れる空気と熱交換し、これにより冷却水は冷却され再び燃料電池７の冷却水回路に戻るようになっている。つまり、熱交換チューブ５は燃料電池７の冷却ラジエータと言うことができる。そして、冷却水と熱交換して加熱された空気はダクト３を水素吸蔵タンク１へと流れ、水素吸蔵タンク１を加熱する。
【００２８】
水素吸蔵タンク１内において水素吸蔵合金から放出された水素は、水素供給管９，流量制御弁Ｖ1，水素供給管１１，流量制御弁Ｖ2，水素供給管１３を介して燃料電池７に供給されるようになっている。水素供給管９には調圧器２７が設けられており、水素供給管１３には流量計１５が設けられている。調圧器２７は、水素タンク１９から水素吸蔵タンク１に水素を供給するときに水素の圧力を減圧するものであり、調圧器２７の設定圧は水素吸蔵タンク１の常用耐圧と同一圧力に設定されている。流量計１５は水素供給管１３を流れる水素流量（すなわち、燃料電池７に供給される水素流量）に応じた出力信号を燃料電池用電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）３７に出力する。
【００２９】
また、ダクト３の外部には水素タンク１９が設置されている。この水素タンク１９は水素吸蔵タンク１よりも高圧で水素を圧縮して貯蔵可能になっている。水素タンク１９に貯蔵された水素も、水素供給管１７，流量制御弁Ｖ3，水素供給管１１，流量制御弁Ｖ2，水素供給管１３を介して、燃料電池７に供給可能になっており、水素タンク１９は、低温のため水素吸蔵合金から水素を放出できず、若しくは、水素吸蔵合金から放出される水素だけでは燃料電池７が要求する水素量を賄えないときに、水素を燃料電池７に供給する。
【００３０】
流量制御弁Ｖ1〜Ｖ3の弁体を駆動する駆動部（図示せず）はＥＣＵ３７に電気的に接続されており、ＥＣＵ３７からの指令信号に応じてそれぞれの弁体の開度制御が行われるようになっている。
【００３１】
一方、ダクト３において水素吸蔵タンク１と熱交換チューブ５との間には、合流ダクト２１が連結されており、この合流ダクト２１には、外気を導入可能な外気ダクト２３と、図示しないクーラーで冷却された冷気を導入可能な冷気ダクト２５が接続されている。
【００３２】
ダクト３内において水素吸蔵タンク１の下流にはファン２９が設けられており、ファン２９の駆動部（図示せず）はＥＣＵ３７に電気的に接続されていて、ＥＣＵ３７からの指令信号に応じて回転数制御されるようになっている。
【００３３】
また、ダクト３内において、合流ダクト２１との合流点と熱交換チューブ５との間には流量制御弁Ｖ4が設けられている。また、外気ダクト２３，冷気ダクト２５にもそれぞれ流量制御弁Ｖ５，Ｖ６が設けられている。これら流量制御弁Ｖ4〜Ｖ6の弁体を駆動する駆動部（図示せず）はＥＣＵ３７に電気的に接続されており、ＥＣＵ３７からの指令信号に応じてそれぞれの弁体の開度制御が行われるようになっている。
水素供給管９，水素供給管１７には圧力センサＰ1，Ｐ2が設けられており、これら圧力センサＰ1，Ｐ2は検出圧力に応じた出力信号をＥＣＵ３７に出力する。
【００３４】
水素吸蔵タンク１内には、内部に収容されている水素吸蔵合金の温度を検出するための温度センサＴＣ1が設けられている。また、ダクト３内において、熱交換チューブ５と流量制御弁Ｖ4との間、および、合流ダクト２１との合流点と水素吸蔵タンク１との間には、温度センサＴＣ2，ＴＣ3が設けられている。また、外気ダクト２３、冷気ダクト２５にも温度センサＴＣ5，ＴＣ4が設けられている。これら温度センサＴＣ1〜ＴＣ5は検出温度に応じた出力信号をＥＣＵ３７に出力する。
【００３５】
このように構成された燃料電池の水素供給装置においては、走行モードでは、流量制御弁Ｖ1，Ｖ2を開いて水素供給管９，１１，１３を連通し、流量制御弁Ｖ3を閉じて水素供給管１７を閉塞し、水素吸蔵タンク１内の水素吸蔵合金から放出した水素を燃料電池７に供給して発電する。そして、水素吸蔵タンク１内の水素吸蔵合金が水素を放出する際に水素吸蔵合金に奪われる熱を補うために、ファン２９によってダクト３内に導入した外気を、熱交換チューブ５を流れる燃料電池７の冷却水と熱交換することにより加熱し、加熱された外気を水素吸蔵タンク１の周囲に流すことにより、外気の熱をフィン１ａから吸熱させる。
【００３６】
また、燃料電池７への水素の安定供給を図るために、水素吸蔵タンク１内を所定の一定圧力となるように制御するが、そのために、水素吸蔵合金の温度、換言すれば水素吸蔵タンク１内の温度が、前記一定圧力を解離圧としたときに対応する温度（設定値ｔ0）となるように制御する。
【００３７】
そして、この水素供給装置における水素吸蔵合金の前記温度制御では、外気ダクト２３から導入される外気と、冷気ダクト２５から導入される冷気と、ダクト３の上流端から導入され熱交換チューブ５で加熱された外気（以下、加熱外気と称し、外気ダクト２３から導入される外気と区別する）とを所定流量比で混合することにより、水素吸蔵合金を所定温度に制御するのに必要な熱量を水素吸蔵タンク１に供給するようにしている。
【００３８】
しかしながら、燃料電池７の運転条件（すなわち、車両の運転条件）によっては、水素吸蔵タンク１を加熱する熱量が不足し、水素吸蔵合金から水素を全く放出することができなかったり、あるいは、水素放出可能であっても水素吸蔵タンク１（すなわち、水素吸蔵合金）が要求する熱量を満たさないため、燃料電池７が要求する水素要求量を水素吸蔵タンク１から供給することができない場合がある。
【００３９】
このようなときに、この第１の実施の形態における水素供給装置では、水素吸蔵合金の温度が下限値（下限温度）ｔ1よりも低いときには水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であって上限値（上限温度）ｔ2以下のときには、水素吸蔵タンク１だけから燃料電池７に水素を供給することによって、水素吸蔵タンク１が要求する熱量を該熱媒体（空気）で賄える場合（すなわち、水素を供給しても水素吸蔵タンク１の温度が低下しない場合）には水素吸蔵タンク１だけから水素供給を行い、水素吸蔵タンク１だけから燃料電池７に水素を供給したのでは水素吸蔵タンク１が要求する熱量を該熱媒体（空気）で賄えない場合（すなわち、水素を供給することで水素吸蔵合金の温度が低下してしまう場合）には水素吸蔵タンク１と水素タンク１９の両方から所定流量比で水素を燃料電池７に供給し、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときには水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給する。
【００４０】
次に、図２の図面を参照して、第１の実施の形態の走行モードにおける燃料電池への水素供給処理を説明する。なお、図２のフローチャートでは、水素吸蔵タンクをＭＨタンクと表記し、水素タンクをガスタンクと表記している。また、この実施の形態では、走行モードにおいて水素吸蔵合金の温度を設定値ｔ0となるように制御するものとする（下限値ｔ1＜ｔ0＜上限値ｔ2）。
【００４１】
水素供給装置は始動終了により走行モードに入り、ＥＣＵ３７は、まず、ステップＳ１０１において、温度センサＴＣ1の出力信号を読み取りこれに基づき水素吸蔵タンク１に収納されている水素吸蔵合金の温度を算出する。
次に、ステップＳ１０２に進み、車両のアクセル開度および出力等から燃料電池７の必要水素流量を予測する。
【００４２】
さらに、ステップＳ１０３に進み、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも小さいか否か判定する。下限値ｔ1は、水素吸蔵合金が水素放出可能か否かの閾値であり、水素吸蔵合金は、該合金温度が下限値ｔ1以上のときには水素を放出可能であり、合金温度が下限値ｔ1より低いと水素を放出することができない。
【００４３】
ステップＳ１０３において肯定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、水素吸蔵合金から水素を放出することができないので、ステップＳ１０４に進み、流量制御弁Ｖ1を全閉にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ3を全開にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００４４】
次に、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御し、さらに、ステップＳ１０６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最も高い温度の加熱空気を水素吸蔵タンク１へ送気して、水素吸蔵合金の温度の回復を図る。
【００４５】
次に、ステップＳ１０７に進み、運転停止指令があるか否か判定し、ステップＳ１０７において否定判定した場合にはステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０７において肯定した場合には本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ１０３において否定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であるときには、水素吸蔵合金から水素放出可能であるので、ステップＳ１０８に進み、水素吸蔵タンク１が必要とする必要熱量は水素吸蔵タンク１から放出される水素放出量に比例することから、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量に基づき最大必要熱量を予測する。
【００４７】
ここで、最大必要熱量とは、燃料電池７の要求水素流量の総てを水素吸蔵タンク１から放出させたときに水素吸蔵タンク１から奪われる熱量のことをいい、換言すれば、燃料電池７の要求水素流量の総てを水素吸蔵タンク１から放出させたときに水素吸蔵合金の温度を変化させないようにするために水素吸蔵タンク１に必要とされる供給熱量のことをいう。
【００４８】
次に、ステップＳ１０９に進み、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも大きいか否か判定する。上限値ｔ2は、水素吸蔵タンク１を冷却すべきとする閾値である。
ステップＳ１０９において肯定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも大きい場合には、ステップＳ１１０に進み、水素吸蔵タンク１への熱供給がないものとして、水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は必要熱量に比例することから、必要熱量に基づき水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を予測する。換言すれば、水素吸蔵タンク１を加熱する加熱量（この場合はｄＴ／ｄｔ＝０）とステップＳ１０８で算出した最大必要熱量との差から水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を算出する。
【００４９】
次に、ステップＳ１１１に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ１１０で予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）から、水素吸蔵タンク１に送気すべき空気の温度（以下、目標空気温度という）を設定する。詳述すると、図３に示す仮目標温度マップを参照して、水素吸蔵合金の温度に対応する仮目標温度を算出するとともに、図４に示す仮目標温度係数マップを参照して、予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に対応する仮目標温度係数を算出し、算出した仮目標温度に仮目標温度係数を乗じて目標空気温度を算出する。すなわち、仮目標温度係数を乗ずることにより目標空気温度を補正するのである。
【００５０】
ここで、図４に示す仮目標温度係数マップでは、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が「０」のとき、すなわち水素吸蔵合金の温度変化がないときの目標空気温度を基準にして、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合、すなわち、温度変化率が下降傾向にある場合には、目標空気温度が高くなるように仮目標温度係数が設定されており、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合、すなわち、温度変化率が上昇傾向にある場合には、目標空気温度が低くなるように仮目標温度係数が設定されている。
このように目標空気温度の補正を行うことにより、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度を真の目標空気温度に迅速に収束するように制御することができることとなる。
【００５１】
また、水素吸蔵合金の温度の下降速度が大きいほど目標空気温度をより高く、水素吸蔵合金の温度の上昇速度が大きいほど目標空気温度をより低くなるように前記仮目標温度係数を設定している。このように設定することで、水素吸蔵合金の温度を常に安定した状態に維持でき、水素を放出することができるようになる。
なお、図３において温度ｔ3は、水素吸蔵タンク１の常用耐圧値を解離圧としたときに対応する温度であり、水素吸蔵合金の温度はｔ3以下に制御する必要がある。
【００５２】
次に、ステップＳ１１２に進み、温度センサＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき冷気ダクト２５から導入される冷気の温度および外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出する。
次に、ステップＳ１１３に進み、前記目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御する。
【００５３】
次に、ステップＳ１１４に進み流量制御弁Ｖ3を全閉にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ1を全開にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を可能にする。
次に、ステップＳ１１５に進み、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御して、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００５４】
一方、ステップＳ１０９において否定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2以下である場合には、ステップＳ１１６に進み、温度センサＴＣ2，ＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき熱交換チューブ５の直ぐ下流における加熱空気の温度、冷気ダクト２５から導入される冷気の温度、外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出するとともに、ファン２９の回転数を読み取りこれに基づき水素吸蔵タンク１に送気される空気量を算出する。
【００５５】
次に、ステップＳ１１７に進み、水素吸蔵合金の温度と熱交換チューブ５の直ぐ下流における加熱空気の温度と水素吸蔵タンク１に送気される空気量に基づき、現時点で水素吸蔵タンク１に供給可能な最大加熱量を予測する。水素吸蔵タンク１に供給可能な最も高い加熱空気の温度は熱交換チューブ５の直ぐ下流の加熱空気の温度であり、この加熱空気だけを水素吸蔵タンク１へ送気したときが最大加熱量となる。最大加熱量は、熱交換チューブ５の直ぐ下流の加熱空気の温度と水素吸蔵合金の温度の温度差に比例するので、これから予測することができる。
【００５６】
次に、ステップＳ１１８に進み、ステップＳ１１７で予測した最大加熱量はステップＳ１０８で予測した最大必要熱量以上か否か判定する。ここで、最大加熱量が最大必要熱量以上であるときには水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は正になる（温度上昇する）と予測され、最大加熱量が最大必要熱量よりも小さいときには水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は負になる（温度降下する）と予測される。
【００５７】
ステップＳ１１８において肯定判定した場合、すなわち、最大加熱量が最大必要熱量以上である場合には、ステップＳ１１９に進み、温度センサＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき冷気ダクト２５から導入される冷気の温度および外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出する。
次に、ステップＳ１２０に進み、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は最大加熱量と最大必要熱量との熱量差に比例することから、最大加熱量と最大必要熱量に基づいて水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を予測する。
【００５８】
次に、ステップＳ１２１に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ１２０で予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）から、水素吸蔵タンク１に送気すべき空気の温度（すなわち、目標空気温度）を設定する。目標空気温度の設定方法はステップＳ１１１における方法と同じである。すなわち、図４に示す仮目標温度係数マップを参照して、予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に対応する仮目標温度係数を算出するとともに、図３に示す仮目標温度マップを参照して、水素吸蔵合金の温度に対応する仮目標温度を算出し、この仮目標温度に前記仮目標温度係数を乗じて目標空気温度を算出する。すなわち、仮目標温度係数を乗ずることにより目標空気温度を補正しており、これにより、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度を真の目標空気温度に迅速に収束するように制御することができることとなる。
【００５９】
次に、ステップＳ１２２に進み、前記目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御する。
次に、ステップＳ１２３に進み、流量制御弁Ｖ3を全閉にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ1を全開にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００６０】
次に、ステップＳ１２４に進み、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御して、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００６１】
一方、ステップＳ１１８において否定判定した場合、すなわち、最大加熱量が最大必要熱量よりも小さい場合には、ステップＳ１２５に進み、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は最大加熱量と最大必要熱量との熱量差に比例することから、最大加熱量と最大必要熱量に基づいて水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を予測する。
【００６２】
次に、ステップＳ１２６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最も高い温度の加熱空気を水素吸蔵タンク１へ送気して、水素吸蔵合金の温度低下の抑制を図る。
【００６３】
次に、ステップＳ１２７に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ１２５で予測した水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に基づいて、図５に示す放出割合マップを参照して、全水素供給流量に対する水素吸蔵タンク１から放出すべき水素流量の割合（以下、水素吸蔵タンク１の放出割合という）を算出し、この放出割合をステップＳ１０２で予測した必要水素流量に乗じて、水素吸蔵タンク１から放出する水素流量を設定する。
なお、図５に示す放出割合マップは、水素吸蔵合金の温度が設定値ｔ0に接近する方向に推移するように放出割合が設定されており、放出割合は、負の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）の絶対値が大きくなるほど小さくなり、水素吸蔵合金の温度が低くなるほど小さくなるように設定されている。
【００６４】
次に、ステップＳ１２８に進み、流量制御弁Ｖ2を全開にし、さらに、ステップＳ１２９に進み、ステップＳ１２７で設定した水素流量で水素吸蔵タンク１から水素が放出されるように流量制御弁Ｖ1の開度を制御するとともに、これでは不足する水素流量を水素タンク１９から放出されるように流量制御弁Ｖ3の開度を制御する。すなわち、水素吸蔵タンク１から放出される水素の流量と水素タンク１９から放出される水素の流量の和が、燃料電池７に必要とされる水素の流量となるように、流量制御弁Ｖ1，Ｖ3の開度を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１から放出された水素と水素タンク１９から放出された水素が水素供給管１１で合流した後、燃料電池７に供給されることになる。
この後、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００６５】
図６は、前述した水素供給処理による制御パターンを示す図であり、縦軸に水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）をとり、横軸に水素吸蔵合金の温度をとっている。これについて、以下に説明する。
【００６６】
水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵タンク１の早期加熱を図る。
【００６７】
また、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、また、水素吸蔵タンク１を冷却するように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１からの水素放出量を増大させて、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができるので、水素吸蔵タンク１内の圧力上昇を抑制することができる。
【００６８】
また、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であり且つ上限値ｔ2以下のときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）の正負によって制御パターンが異なる。
温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合には、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、また、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度が目標空気温度となるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができる。
一方、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合には、水素吸蔵タンク１と水素タンク１９の両方から水素を所定流量比で燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵タンク１を加熱する。これにより、水素吸蔵合金の温度降下を抑制することができる。
【００６９】
この第１の実施の形態における燃料電池用水素供給装置によれば、水素吸蔵合金の温度状態によらず燃料電池へ水素を安定供給することができる。
また、水素吸蔵合金の温度とその温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に応じて、水素吸蔵タンク１および水素タンク１９から放出される各水素流量を制御しているので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に迅速に収束させることができる。
【００７０】
次に、上述した第１の実施の形態における燃料電池への水素供給処理に関連する技術であって、第１の実施の形態の燃料電池用水素供給装置と同じ装置構成の水素供給装置を用いて実施が可能な燃料電池への水素供給処理の参考例について説明する。
水素供給装置の構成については前述した第１の実施の形態と全く同じであるので、図１の図面を援用して説明を省略し、図７のフローチャートを参照して参考例の走行モードにおける燃料電池への水素供給処理を説明する。
【００７１】
この参考例では、燃料電池７への水素供給源を、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低い場合には水素タンク１９にし、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上の場合には水素吸蔵タンク１に切り替え制御するだけである。
なお、この参考例の場合も、第１の実施の形態の場合と同様に、走行モードにおいて水素吸蔵合金の温度を設定値ｔ0となるように制御するものとする（下限値ｔ1＜ｔ0＜上限値ｔ2）。
【００７２】
水素供給装置は始動終了により走行モードに入り、ＥＣＵ３７は、まず、ステップ２１０１において、温度センサＴＣ1の出力信号を読み取りこれに基づき水素吸蔵タンク１に収納されている水素吸蔵合金の温度を算出する。
次に、ステップＳ２０２に進み、車両のアクセル開度および出力等から燃料電池７の必要水素流量を予測する。
【００７３】
さらに、ステップＳ２０３に進み、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも小さいか否か判定する。
ステップＳ２０３において肯定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、水素吸蔵合金から水素を放出することができないので、ステップＳ２０４に進み、流量制御弁Ｖ1を全閉にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ3を全開にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００７４】
次に、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御し、さらに、ステップＳ２０６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最も高い温度の加熱空気を水素吸蔵タンク１へ送気して、水素吸蔵合金の温度の回復を図る。
【００７５】
次に、ステップＳ２０７に進み、運転停止指令があるか否か判定し、ステップＳ２０７において否定判定した場合にはステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０７において肯定した場合には本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００７６】
一方、ステップＳ２０３において否定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であるときには、水素吸蔵合金から水素放出可能であるので、ステップＳ２０８に進み、水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を計測する。
【００７７】
次に、ステップＳ２０９に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ２０８で計測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）から、水素吸蔵タンク１に送気すべき空気の温度（目標空気温度）を設定する。この目標空気温度の設定方法は、第１の実施の形態における目標空気温度の設定方法と同様であり、図３および図４の図面を援用して説明すると、図４に示す仮目標温度係数マップを参照して、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に対応する仮目標温度係数を算出するとともに、図３に示す仮目標温度マップを参照して、水素吸蔵合金の温度に対応する仮目標温度を算出し、この仮目標温度に前記仮目標温度係数を乗じて目標空気温度を算出する。すなわち、仮目標温度係数を乗ずることにより目標空気温度を補正しており、これにより、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度を真の目標空気温度に迅速に収束するように制御することができることとなる。
仮目標温度マップ、および、仮目標温度係数マップについては、図３および図４に示す第１の実施の形態のものと同様であるので説明を省略する。
【００７８】
次に、ステップＳ２１０に進み、温度センサＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき冷気ダクト２５から導入される冷気の温度および外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出する。
【００７９】
次に、ステップＳ２１１に進み、前記目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御する。
次に、ステップＳ２１２に進み、流量制御弁Ｖ3を全閉にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ1を全開にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００８０】
次に、ステップＳ２１３に進み、ステップＳ２０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御する。
次に、ステップＳ２０７に進み、運転停止指令があるか否か判定し、ステップＳ２０７において否定判定した場合にはステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０７において肯定した場合には本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００８１】
図８は、前述した水素供給処理による制御パターンを示す図であり、縦軸に水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）をとり、横軸に水素吸蔵合金の温度をとっている。これについて、以下に説明する。
【００８２】
水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵合金の早期加熱を図る。
【００８３】
また、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上のときには、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給する。ただし、このときには、供給温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）の正負によって空気の制御パターンが異なる。温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合（すなわち、温度上昇時）には、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度が目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御するが、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合（すなわち、温度低下時）には、流量制御弁Ｖ４だけを全開にして熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気し、水素吸蔵合金の温度回復を図る。
【００８４】
この参考例における燃料電池への水素供給処理によれば、水素吸蔵合金の温度状態によらず燃料電池へ水素を安定供給することができる。
また、水素吸蔵合金１の温度とその温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に応じて、水素吸蔵タンク１から放出される水素流量を制御しているので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に迅速に収束させることができる。
【００８５】
〔第２の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池用水素供給装置の第２の実施の形態を説明する。水素供給装置の構成については前述した第１の実施の形態と全く同じであるので、図１の図面を援用して説明を省略し、図９のフローチャートを参照して第２の実施の形態の走行モードにおける燃料電池への水素供給処理を説明する。
【００８６】
この第２の実施の形態における水素供給処理が第１の実施の形態における水素供給処理と相違する点は、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下のときであって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合の制御パターンにあり、この場合の第２の実施の形態における制御パターンは、最大加熱量を水素吸蔵タンク１に供給したときに水素吸蔵タンク１から放出可能な最大水素放出量を水素吸蔵タンク１から放出させ、これにより水素吸蔵合金が温度変化しないようにし、そして、水素吸蔵タンク１から最大水素放出量を放出しただけでは燃料電池７の必要水素流量に足りない分の水素流量を水素タンク１９からの放出量で補うように制御している。
【００８７】
なお、この第２の実施の形態の場合も、第１の実施の形態の場合と同様に、走行モードにおいて水素吸蔵合金の温度を設定値ｔ0となるように制御するものとする（下限値ｔ1＜ｔ0＜上限値ｔ2）。
【００８８】
ステップＳ３０１からステップＳ３２４は、第１の実施の形態におけるステップＳ１０１からステップＳ１２４に対応し、その処理内容は全く同じであるので説明を省略し、ステップＳ３２５以降の処理について説明する。
【００８９】
ステップＳ３１８において否定判定した場合、すなわち、最大加熱量が最大必要熱量より小さい場合には、ステップＳ３２５に進み、ステップＳ３１７で予測した最大加熱量を水素吸蔵タンク１に供給した場合に水素吸蔵タンク１から放出される水素流量（以下、これを最大水素放出量という）を予測する。
【００９０】
ステップＳ３２６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最大加熱量を水素吸蔵タンク１に供給可能にする。
【００９１】
次に、ステップＳ３２７に進み、流量制御弁Ｖ2を全開にし、さらに、ステップＳ３２８に進み、ステップＳ３２５で予測した最大水素放出量で水素吸蔵タンク１から水素が放出されるように流量制御弁Ｖ1の開度を制御するとともに、これだけでは不足する水素流量を水素タンク１９から放出されるように流量制御弁Ｖ3の開度を制御する。すなわち、水素吸蔵タンク１から放出される水素の流量と水素タンク１９から放出される水素の流量の和が、燃料電池７に必要とされる水素の流量となるように、流量制御弁Ｖ1，Ｖ3の開度を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１から放出された水素と水素タンク１９から放出された水素が水素供給管１１で合流した後、燃料電池７に供給されることになる。
この後、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００９２】
図１０は、前述した水素供給処理による制御パターンを示す図であり、縦軸に水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）をとり、横軸に水素吸蔵合金の温度をとっている。これについて、以下に説明する。
【００９３】
水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときと、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときと、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下であって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正のときは、第１の実施の形態と同じである。
すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵合金の早期加熱を図る。
【００９４】
また、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、また、水素吸蔵タンク１を冷却するように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１からの水素放出量を増大させて、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができるので、水素吸蔵タンク１内の圧力上昇を抑制することができる。
【００９５】
また、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下のときであって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合には、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度が目標空気温度となるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができる。
【００９６】
しかしながら、この第２の実施の形態では、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下のときであって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合には、第１の実施の形態の場合と制御パターンを異にする。すなわち、この場合に、第２の実施の形態では、最大加熱量で放出可能な最大水素放出量の水素を水素吸蔵タンク１から放出させて（換言すれば、水素吸蔵合金の温度変化率ｄＴ／ｄｔ＝０になるようにして）燃料電池７に供給し、それだけでは燃料電池７の要求水素流量に足りない場合、すなわち最大水素放出量＜燃料電池７の要求水素量の場合は要求水素量に足らない分を水素タンク１９から燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵タンク１を加熱する。これにより、燃料電池７へ水素を過不足なく供給することができるので、燃料電池７の適正な運転を実現することができるとともに、エネルギー損失を低減することができる。また、水素吸蔵合金の温度を変化させず一定温度に制御することができる。さらに、水素タンク１９の水素の使用量を少なくすることができ、水素タンクの容量を小さくすることができる。
【００９７】
この第２の実施の形態における燃料電池用水素供給装置によれば、水素吸蔵合金の温度状態によらず燃料電池へ水素を安定供給することができる。
また、水素吸蔵合金の温度とその温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に応じて、水素吸蔵タンク１および水素タンク１９から放出される各水素流量を制御しているので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に迅速に収束させることができる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載した発明によれば、流量制御手段で水素流量を制御することにより、水素吸蔵タンクを加熱しつつ水素吸蔵タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素吸蔵タンクと水素タンクの両方から水素を放出させこれらを合流させて燃料電池に供給することができるので、加熱手段による水素吸蔵タンクの加熱状態を考慮して前記水素流量を制御することができるという優れた効果が奏される。
【００９９】
また、水素吸蔵タンクおよび水素タンクから放出される水素の各水素流量を水素吸蔵合金の温度に応じて最適に制御することができるので、燃料電池へ水素を安定供給することができるという効果がある。
【０１００】
さらに、水素吸蔵合金の温度が該水素吸蔵合金からの水素放出量が低下する下限温度よりも低いときには、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を供給するのを停止して、水素タンクから燃料電池に水素を供給することができるので、水素吸蔵タンクから燃料電池への水素供給が困難なときにも、燃料電池に水素を安定供給することができるという効果がある。
【０１０１】
また、水素吸蔵合金の温度が上限温度よりも高いときには水素タンクから燃料電池へ水素を供給するのを停止して水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を供給するので、水素吸蔵タンクからの水素放出量が増大し、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができるので、水素吸蔵タンク内の圧力上昇を抑制することができる。
【０１０２】
また、水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときには、水素吸蔵合金の温度変化率に応じて水素吸蔵タンクから放出される水素流量と水素タンクから放出される水素流量の流量比を最適に制御することができるので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に制御することができるという効果がある。
【０１０３】
請求項２に記載の発明によれば、燃料電池へ水素を安定供給しつつ水素吸蔵合金の温度上昇および温度降下を抑制することができるので、燃料電池への水素の安定供給と水素吸蔵合金の適正な温度制御を両方同時に実現することができるという効果がある。
【０１０４】
【０１０５】
請求項３に記載の発明によれば、水素吸蔵合金の温度を一定温度に制御することができるという効果がある。
【０１０６】
請求項４に記載の発明によれば、水素吸蔵タンクから放出される水素量に応じて、水素タンクから放出すべき水素量を最適に制御することができる。
請求項５に記載の発明によれば、燃料電池へ水素を過不足なく供給することができるので、燃料電池の適正な運転を実現することができるとともに、エネルギー損失の低減を実現することができるという効果がある。
【０１０７】
請求項６に記載の発明によれば、水素吸蔵タンクから最大水素放出量の水素が放出されるので、水素吸蔵合金の温度が変化しないようにすることができ、且つ、燃料電池の要求する要求水素量を満足させることができる。
請求項７に記載の発明によれば、水素タンクの水素の使用量を減少させることができるので、水素タンクの容量を小さくすることができるという効果がある。
【０１０８】
請求項８，９に記載の発明によれば、加熱手段から水素吸蔵タンクへ必要熱量を確実に供給することができるので、水素吸蔵合金の温度を適正に制御することができ、水素吸蔵タンクから水素を安定して放出することができるという効果がある。
【０１０９】
請求項１０に記載の発明によれば、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に確実に制御することができるので、水素吸蔵タンクから燃料電池への水素供給量を適正に制御することができるという効果がある。
【０１１０】
請求項１１に記載の発明によれば、加熱量と必要熱量に応じて熱媒体の目標温度を補正することにより、熱媒体の温度をより早く正確に制御することができ、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を安定供給することができるという効果がある。
【０１１１】
請求項１２に記載の発明によれば、水素吸蔵合金の温度が下がる傾向にあると熱媒体の目標温度を高く補正され、水素吸蔵合金の温度が上がる傾向にあると熱媒体の目標温度を低く補正されて、熱媒体をより速く目標温度に収束させることができるので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に制御することができ、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を安定供給することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る第１の実施の形態における水素供給装置を備えた自動車用燃料電池のシステム構成図である。
【図２】 前記第１の実施の形態における水素供給処理を示すフローチャートである。
【図３】 前記第１の実施の形態において使用される仮目標温度マップである。
【図４】 前記第１の実施の形態において使用される仮目標温度係数マップである。
【図５】 前記第１の実施の形態において使用される放出割合マップである。
【図６】 前記第１の実施の形態における水素供給処理による制御パターン図である。
【図７】 参考例における水素供給処理を示すフローチャートである。
【図８】 前記参考例における水素供給処理による制御パターン図である。
【図９】 この発明に係る第２の実施の形態における水素供給処理を示すフローチャートである。
【図１０】 前記第２の実施の形態における水素供給処理による制御パターン図である。
【符号の説明】
１ 水素吸蔵タンク
３ ダクト（加熱手段）
５ 熱交換チューブ（加熱手段）
７ 燃料電池
９，１１，１３，１７ 水素供給管（水素流路）
１９ 水素タンク
２１ 合流ダクト（加熱手段）
２３ 外気ダクト（加熱手段）
２５ 冷気ダクト（加熱手段）
Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3 流量制御弁（流量制御手段）
Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6 流量制御弁（加熱手段）
ｔ1 下限値（下限温度）
ｔ2 上限値（上限温度）
Ｓ１０８，Ｓ３０８ 必要熱量算出手段
Ｓ１２１，Ｓ３２１ 目標温度算出手段
Ｓ３１７ 加熱量算出手段
Ｓ３２５ 最大水素放出量算出手段
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池へ燃料としての水素を供給する燃料電池用水素供給装置に関するものであり、特に、水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンクと水素を圧縮貯蔵可能な水素タンクを併設した燃料電池用水素供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車等の移動体に搭載した燃料電池に水素を供給する水素供給装置には、予め水素を吸蔵させておいた水素吸蔵合金から水素を放出させて燃料電池に供給するようにしたものがある（特開２０００−８８１９６号公報等）。
【０００３】
この水素吸蔵合金においては、水素の吸蔵・放出に熱の出入りを伴い、水素を吸蔵させる時には水素吸蔵合金から熱を除去してやらなければならず、水素を放出させる時には水素吸蔵合金に熱を供給してやらなければならない。ここで、水素放出に必要な熱量は、水素吸蔵合金の熱容量により賄われるため、外部から熱を加えない限り水素放出によって水素吸蔵合金の温度が低下する。
【０００４】
そこで、この種の水素供給装置においては、水素吸蔵合金から水素を安定して放出することができるように、水素吸蔵合金を加熱するための加熱手段を備えている。この加熱手段には、燃料電池の発電時に生じる熱を回収してこの廃熱を加熱源とするものもあり、その際の熱媒体としては水等の液体や空気等の気体が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃料電池用水素供給装置においては、前記加熱手段を備えていても、燃料電池の運転条件によっては、加熱手段で供給可能な熱量では水素吸蔵合金が要求する熱量に不足する場合があり、そのため、水素吸蔵合金の温度が低下して、水素吸蔵合金から燃料電池に要求量の水素を供給するのが困難になる場合があった。
【０００６】
そこで、この発明は、水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンクと水素を圧縮状態で貯蔵する水素タンクを併設し、水素吸蔵タンクからの水素供給量と水素タンクからの水素供給量を制御することにより、燃料電池の要求水素量を常に安定して供給することができる燃料電池用水素供給装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明に係る燃料電池用水素供給装置は、燃料電池（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における燃料電池７）の燃料である水素を吸放出可能な水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンク（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における水素吸蔵タンク１）と、水素を圧縮状態で貯蔵可能な水素タンク（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における水素タンク１９）と、前記水素吸蔵合金から水素を放出させるために前記水素吸蔵タンクを加熱する加熱手段（例えば、後述する第１、第２の実施の形態におけるダクト３，合流ダクト２１，外気ダクト２３，冷気ダクト２５，熱交換チューブ５，流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6）と、前記水素吸蔵タンクから放出された水素と前記水素タンクから放出された水素を合流させて前記燃料電池へ供給可能にする水素流路（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における水素供給管９，１１，１３，１７）と、前記水素吸蔵タンクおよび水素タンクから放出される各水素流量を制御する流量制御手段（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における流量制御弁Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3）と、を備え、前記水素吸蔵合金の温度に応じて前記流量制御手段が前記各水素流量を制御する燃料電池用水素供給装置であって、前記流量制御手段は、前記水素吸蔵合金の温度が下限温度（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における下限値ｔ1）よりも低いときには前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給し、前記水素吸蔵合金の温度が上限温度（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における上限値ｔ2）よりも高いときには前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給し、前記水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときには、前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するとともに、前記水素吸蔵合金の温度変化率（例えば、後述する第１、第２の実施の形態における温度変化率ｄＴ／ｄｔ）に応じて前記水素タンクから前記燃料電池に供給する水素の流量を制御することを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、流量制御手段で水素流量を制御することにより、水素吸蔵タンクを加熱しつつ水素吸蔵タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素吸蔵タンクと水素タンクの両方から水素を放出させこれらを合流させて燃料電池に供給することが可能となる。
【０００９】
また、水素吸蔵タンクおよび水素タンクから放出される水素の各水素流量を水素吸蔵合金の温度に応じて最適に制御することができる。
【００１０】
さらに、水素吸蔵合金の温度が該水素吸蔵合金からの水素放出量が低下する下限温度よりも低いときには、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を供給するのを停止して、水素タンクから燃料電池に水素を供給することが可能になる。
【００１１】
また、水素吸蔵合金の温度が上限温度よりも高いときには前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するので、水素吸蔵タンクからの水素放出量が増大し、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときには、水素吸蔵合金の温度変化率に応じて水素吸蔵タンクから放出される水素流量と水素タンクから放出される水素流量の流量比を最適に制御することが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときの前記温度変化率が上昇傾向にあるときには、前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するように前記流量制御手段を制御し、前記温度変化率が下降傾向にあるときには、前記水素吸蔵タンクおよび前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するように前記流量制御手段を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、燃料電池へ水素を安定供給しつつ、水素吸蔵合金の温度上昇および温度降下を抑制することが可能になる。
【００１４】
【００１５】
請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記流量制御手段は前記温度変化率が「０」（例えば、後述する第３の実施の形態におけるｄＴ／ｄｔ＝０）になるように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵合金の温度を一定温度に制御可能になる。
【００１６】
【００１７】
請求項４に記載した発明は、請求項２に記載の発明において、前記流量制御手段は、前記加熱手段によって加熱することで前記水素吸蔵タンクから放出される水素量に応じて前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵タンクから放出される水素量に応じて、水素タンクから放出すべき水素量を最適に制御することが可能になる。
【００１８】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載の発明において、前記流量制御手段は、前記水素吸蔵タンクから放出される水素量と前記水素タンクから放出される水素量の和が前記燃料電池の要求する要求水素量になるように、前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、燃料電池へ水素を過不足なく供給することが可能になる。
【００１９】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載の発明において、前記加熱手段によって前記水素吸蔵タンクを加熱する熱量を算出する加熱量算出手段（例えば、後述する第３の実施の形態におけるステップＳ３１７）と、前記加熱量算出手段で算出された加熱量に応じて前記水素吸蔵タンクから放出できる最大水素放出量を算出する最大水素放出量算出手段（例えば、後述する第３の実施の形態におけるステップＳ３２５）と、をさらに備え、前記流量制御手段は、前記最大水素放出量算出手段で算出された最大水素放出量に応じて前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵タンクから最大水素放出量の水素が放出されるので、水素吸蔵タンクの温度が変化しないようにすることができ、且つ、燃料電池の要求する要求水素量を満足させることが可能になる。
【００２０】
請求項７に記載した発明は、請求項６に記載の発明において、前記流量制御手段は、前記最大水素放出量で前記要求水素量を賄える場合には前記水素タンクから水素を放出しないように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素タンクの水素の使用量を減少させることが可能になる。
【００２１】
請求項８に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素吸蔵タンクから放出される水素量から該水素吸蔵タンクが必要とする必要熱量を算出する必要熱量算出手段（例えば、後述する第１または第３の実施の形態におけるステップＳ１０８，Ｓ３０８）をさらに備え、前記必要熱量算出手段で算出した必要熱量に応じて前記加熱手段を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、加熱手段から水素吸蔵タンクへ必要熱量を確実に供給することが可能になる。
請求項９に記載した発明は、請求項８に記載の発明において、前記加熱手段は、前記燃料電池の廃熱によって加熱された温度制御可能な熱媒体を供給して前記水素吸蔵タンクを加熱することを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載した発明は、請求項９に記載の発明において、前記水素吸蔵合金の温度に応じて前記熱媒体の目標温度を算出する目標温度算出手段（例えば、後述する第１または第３の実施の形態におけるステップＳ１１１，Ｓ１２１，Ｓ３１１，Ｓ３２１）を備え、前記熱媒体が目標温度になるように前記加熱手段を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に確実に制御することが可能になる。
【００２３】
請求項１１に記載した発明は、請求項１０に記載の発明において、前記加熱手段によって前記水素吸蔵タンクを加熱する加熱量と前記必要熱量算出手段で算出した必要熱量に応じて前記熱媒体の目標温度を補正することを特徴とする。
このように構成することにより、加熱量と必要熱量に応じて熱媒体の目標温度を補正しているので、熱媒体の温度をより早く正確に制御することが可能になる。
【００２４】
請求項１２に記載した発明は、請求項１１に記載の発明において、前記加熱量と前記必要熱量から前記水素吸蔵合金の温度変化率を算出し、この温度変化率が下降傾向にあるときは目標温度を前記目標温度算出手段で算出した目標温度よりも高く補正し、前記温度変化率が上昇傾向にあるときは目標温度を前記目標温度算出手段で算出した目標温度よりも低く補正することを特徴とする。
【００２５】
このように構成することにより、水素吸蔵合金の温度が下がる傾向にあると熱媒体の目標温度を高く補正され、水素吸蔵合金の温度が上がる傾向にあると熱媒体の目標温度を低く補正されるので、水素吸蔵合金の温度変化を予測して熱媒体をより速く目標温度に収束させることが可能になり、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に制御することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池用水素供給装置の実施の形態を図１から図１０の図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
初めに、この発明に係る燃料電池用水素供給装置の第１の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。
図１は水素供給装置を備えた自動車用燃料電池システムの構成図である。水素供給装置は熱媒体としての空気が流通するダクト３を備え、ダクト３内の下流部位には、内部に水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンク１が設置されている。水素吸蔵タンク１はステンレス製で、外周面に多数のフィン１ａを備えている。
【００２７】
ダクト３の内部であって水素吸蔵タンク１よりも上流側には熱交換チューブ５が設けられている。この熱交換チューブ５は、ダクト３の外部に設置された燃料電池（図１ではＦＣスタックと記す）７の冷却水回路（図示せず）に接続されていて、燃料電池７の冷却水が循環するようになっている。燃料電池７は固体高分子膜型燃料電池であって、水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて電気を発生させるタイプのものであり、前記冷却水は燃料電池７が発電時に発生する熱を除去するためのものである。燃料電池７を冷却することによって加熱された冷却水が熱交換チューブ５に導入され、熱交換チューブ５を通過する際にダクト３を流れる空気と熱交換し、これにより冷却水は冷却され再び燃料電池７の冷却水回路に戻るようになっている。つまり、熱交換チューブ５は燃料電池７の冷却ラジエータと言うことができる。そして、冷却水と熱交換して加熱された空気はダクト３を水素吸蔵タンク１へと流れ、水素吸蔵タンク１を加熱する。
【００２８】
水素吸蔵タンク１内において水素吸蔵合金から放出された水素は、水素供給管９，流量制御弁Ｖ1，水素供給管１１，流量制御弁Ｖ2，水素供給管１３を介して燃料電池７に供給されるようになっている。水素供給管９には調圧器２７が設けられており、水素供給管１３には流量計１５が設けられている。調圧器２７は、水素タンク１９から水素吸蔵タンク１に水素を供給するときに水素の圧力を減圧するものであり、調圧器２７の設定圧は水素吸蔵タンク１の常用耐圧と同一圧力に設定されている。流量計１５は水素供給管１３を流れる水素流量（すなわち、燃料電池７に供給される水素流量）に応じた出力信号を燃料電池用電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）３７に出力する。
【００２９】
また、ダクト３の外部には水素タンク１９が設置されている。この水素タンク１９は水素吸蔵タンク１よりも高圧で水素を圧縮して貯蔵可能になっている。水素タンク１９に貯蔵された水素も、水素供給管１７，流量制御弁Ｖ3，水素供給管１１，流量制御弁Ｖ2，水素供給管１３を介して、燃料電池７に供給可能になっており、水素タンク１９は、低温のため水素吸蔵合金から水素を放出できず、若しくは、水素吸蔵合金から放出される水素だけでは燃料電池７が要求する水素量を賄えないときに、水素を燃料電池７に供給する。
【００３０】
流量制御弁Ｖ1〜Ｖ3の弁体を駆動する駆動部（図示せず）はＥＣＵ３７に電気的に接続されており、ＥＣＵ３７からの指令信号に応じてそれぞれの弁体の開度制御が行われるようになっている。
【００３１】
一方、ダクト３において水素吸蔵タンク１と熱交換チューブ５との間には、合流ダクト２１が連結されており、この合流ダクト２１には、外気を導入可能な外気ダクト２３と、図示しないクーラーで冷却された冷気を導入可能な冷気ダクト２５が接続されている。
【００３２】
ダクト３内において水素吸蔵タンク１の下流にはファン２９が設けられており、ファン２９の駆動部（図示せず）はＥＣＵ３７に電気的に接続されていて、ＥＣＵ３７からの指令信号に応じて回転数制御されるようになっている。
【００３３】
また、ダクト３内において、合流ダクト２１との合流点と熱交換チューブ５との間には流量制御弁Ｖ4が設けられている。また、外気ダクト２３，冷気ダクト２５にもそれぞれ流量制御弁Ｖ５，Ｖ６が設けられている。これら流量制御弁Ｖ4〜Ｖ6の弁体を駆動する駆動部（図示せず）はＥＣＵ３７に電気的に接続されており、ＥＣＵ３７からの指令信号に応じてそれぞれの弁体の開度制御が行われるようになっている。
水素供給管９，水素供給管１７には圧力センサＰ1，Ｐ2が設けられており、これら圧力センサＰ1，Ｐ2は検出圧力に応じた出力信号をＥＣＵ３７に出力する。
【００３４】
水素吸蔵タンク１内には、内部に収容されている水素吸蔵合金の温度を検出するための温度センサＴＣ1が設けられている。また、ダクト３内において、熱交換チューブ５と流量制御弁Ｖ4との間、および、合流ダクト２１との合流点と水素吸蔵タンク１との間には、温度センサＴＣ2，ＴＣ3が設けられている。また、外気ダクト２３、冷気ダクト２５にも温度センサＴＣ5，ＴＣ4が設けられている。これら温度センサＴＣ1〜ＴＣ5は検出温度に応じた出力信号をＥＣＵ３７に出力する。
【００３５】
このように構成された燃料電池の水素供給装置においては、走行モードでは、流量制御弁Ｖ1，Ｖ2を開いて水素供給管９，１１，１３を連通し、流量制御弁Ｖ3を閉じて水素供給管１７を閉塞し、水素吸蔵タンク１内の水素吸蔵合金から放出した水素を燃料電池７に供給して発電する。そして、水素吸蔵タンク１内の水素吸蔵合金が水素を放出する際に水素吸蔵合金に奪われる熱を補うために、ファン２９によってダクト３内に導入した外気を、熱交換チューブ５を流れる燃料電池７の冷却水と熱交換することにより加熱し、加熱された外気を水素吸蔵タンク１の周囲に流すことにより、外気の熱をフィン１ａから吸熱させる。
【００３６】
また、燃料電池７への水素の安定供給を図るために、水素吸蔵タンク１内を所定の一定圧力となるように制御するが、そのために、水素吸蔵合金の温度、換言すれば水素吸蔵タンク１内の温度が、前記一定圧力を解離圧としたときに対応する温度（設定値ｔ0）となるように制御する。
【００３７】
そして、この水素供給装置における水素吸蔵合金の前記温度制御では、外気ダクト２３から導入される外気と、冷気ダクト２５から導入される冷気と、ダクト３の上流端から導入され熱交換チューブ５で加熱された外気（以下、加熱外気と称し、外気ダクト２３から導入される外気と区別する）とを所定流量比で混合することにより、水素吸蔵合金を所定温度に制御するのに必要な熱量を水素吸蔵タンク１に供給するようにしている。
【００３８】
しかしながら、燃料電池７の運転条件（すなわち、車両の運転条件）によっては、水素吸蔵タンク１を加熱する熱量が不足し、水素吸蔵合金から水素を全く放出することができなかったり、あるいは、水素放出可能であっても水素吸蔵タンク１（すなわち、水素吸蔵合金）が要求する熱量を満たさないため、燃料電池７が要求する水素要求量を水素吸蔵タンク１から供給することができない場合がある。
【００３９】
このようなときに、この第１の実施の形態における水素供給装置では、水素吸蔵合金の温度が下限値（下限温度）ｔ1よりも低いときには水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であって上限値（上限温度）ｔ2以下のときには、水素吸蔵タンク１だけから燃料電池７に水素を供給することによって、水素吸蔵タンク１が要求する熱量を該熱媒体（空気）で賄える場合（すなわち、水素を供給しても水素吸蔵タンク１の温度が低下しない場合）には水素吸蔵タンク１だけから水素供給を行い、水素吸蔵タンク１だけから燃料電池７に水素を供給したのでは水素吸蔵タンク１が要求する熱量を該熱媒体（空気）で賄えない場合（すなわち、水素を供給することで水素吸蔵合金の温度が低下してしまう場合）には水素吸蔵タンク１と水素タンク１９の両方から所定流量比で水素を燃料電池７に供給し、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときには水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給する。
【００４０】
次に、図２の図面を参照して、第１の実施の形態の走行モードにおける燃料電池への水素供給処理を説明する。なお、図２のフローチャートでは、水素吸蔵タンクをＭＨタンクと表記し、水素タンクをガスタンクと表記している。また、この実施の形態では、走行モードにおいて水素吸蔵合金の温度を設定値ｔ0となるように制御するものとする（下限値ｔ1＜ｔ0＜上限値ｔ2）。
【００４１】
水素供給装置は始動終了により走行モードに入り、ＥＣＵ３７は、まず、ステップＳ１０１において、温度センサＴＣ1の出力信号を読み取りこれに基づき水素吸蔵タンク１に収納されている水素吸蔵合金の温度を算出する。
次に、ステップＳ１０２に進み、車両のアクセル開度および出力等から燃料電池７の必要水素流量を予測する。
【００４２】
さらに、ステップＳ１０３に進み、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも小さいか否か判定する。下限値ｔ1は、水素吸蔵合金が水素放出可能か否かの閾値であり、水素吸蔵合金は、該合金温度が下限値ｔ1以上のときには水素を放出可能であり、合金温度が下限値ｔ1より低いと水素を放出することができない。
【００４３】
ステップＳ１０３において肯定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、水素吸蔵合金から水素を放出することができないので、ステップＳ１０４に進み、流量制御弁Ｖ1を全閉にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ3を全開にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００４４】
次に、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御し、さらに、ステップＳ１０６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最も高い温度の加熱空気を水素吸蔵タンク１へ送気して、水素吸蔵合金の温度の回復を図る。
【００４５】
次に、ステップＳ１０７に進み、運転停止指令があるか否か判定し、ステップＳ１０７において否定判定した場合にはステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０７において肯定した場合には本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ１０３において否定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であるときには、水素吸蔵合金から水素放出可能であるので、ステップＳ１０８に進み、水素吸蔵タンク１が必要とする必要熱量は水素吸蔵タンク１から放出される水素放出量に比例することから、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量に基づき最大必要熱量を予測する。
【００４７】
ここで、最大必要熱量とは、燃料電池７の要求水素流量の総てを水素吸蔵タンク１から放出させたときに水素吸蔵タンク１から奪われる熱量のことをいい、換言すれば、燃料電池７の要求水素流量の総てを水素吸蔵タンク１から放出させたときに水素吸蔵合金の温度を変化させないようにするために水素吸蔵タンク１に必要とされる供給熱量のことをいう。
【００４８】
次に、ステップＳ１０９に進み、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも大きいか否か判定する。上限値ｔ2は、水素吸蔵タンク１を冷却すべきとする閾値である。
ステップＳ１０９において肯定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも大きい場合には、ステップＳ１１０に進み、水素吸蔵タンク１への熱供給がないものとして、水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は必要熱量に比例することから、必要熱量に基づき水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を予測する。換言すれば、水素吸蔵タンク１を加熱する加熱量（この場合はｄＴ／ｄｔ＝０）とステップＳ１０８で算出した最大必要熱量との差から水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を算出する。
【００４９】
次に、ステップＳ１１１に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ１１０で予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）から、水素吸蔵タンク１に送気すべき空気の温度（以下、目標空気温度という）を設定する。詳述すると、図３に示す仮目標温度マップを参照して、水素吸蔵合金の温度に対応する仮目標温度を算出するとともに、図４に示す仮目標温度係数マップを参照して、予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に対応する仮目標温度係数を算出し、算出した仮目標温度に仮目標温度係数を乗じて目標空気温度を算出する。すなわち、仮目標温度係数を乗ずることにより目標空気温度を補正するのである。
【００５０】
ここで、図４に示す仮目標温度係数マップでは、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が「０」のとき、すなわち水素吸蔵合金の温度変化がないときの目標空気温度を基準にして、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合、すなわち、温度変化率が下降傾向にある場合には、目標空気温度が高くなるように仮目標温度係数が設定されており、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合、すなわち、温度変化率が上昇傾向にある場合には、目標空気温度が低くなるように仮目標温度係数が設定されている。
このように目標空気温度の補正を行うことにより、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度を真の目標空気温度に迅速に収束するように制御することができることとなる。
【００５１】
また、水素吸蔵合金の温度の下降速度が大きいほど目標空気温度をより高く、水素吸蔵合金の温度の上昇速度が大きいほど目標空気温度をより低くなるように前記仮目標温度係数を設定している。このように設定することで、水素吸蔵合金の温度を常に安定した状態に維持でき、水素を放出することができるようになる。
なお、図３において温度ｔ3は、水素吸蔵タンク１の常用耐圧値を解離圧としたときに対応する温度であり、水素吸蔵合金の温度はｔ3以下に制御する必要がある。
【００５２】
次に、ステップＳ１１２に進み、温度センサＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき冷気ダクト２５から導入される冷気の温度および外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出する。
次に、ステップＳ１１３に進み、前記目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御する。
【００５３】
次に、ステップＳ１１４に進み流量制御弁Ｖ3を全閉にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ1を全開にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を可能にする。
次に、ステップＳ１１５に進み、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御して、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００５４】
一方、ステップＳ１０９において否定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2以下である場合には、ステップＳ１１６に進み、温度センサＴＣ2，ＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき熱交換チューブ５の直ぐ下流における加熱空気の温度、冷気ダクト２５から導入される冷気の温度、外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出するとともに、ファン２９の回転数を読み取りこれに基づき水素吸蔵タンク１に送気される空気量を算出する。
【００５５】
次に、ステップＳ１１７に進み、水素吸蔵合金の温度と熱交換チューブ５の直ぐ下流における加熱空気の温度と水素吸蔵タンク１に送気される空気量に基づき、現時点で水素吸蔵タンク１に供給可能な最大加熱量を予測する。水素吸蔵タンク１に供給可能な最も高い加熱空気の温度は熱交換チューブ５の直ぐ下流の加熱空気の温度であり、この加熱空気だけを水素吸蔵タンク１へ送気したときが最大加熱量となる。最大加熱量は、熱交換チューブ５の直ぐ下流の加熱空気の温度と水素吸蔵合金の温度の温度差に比例するので、これから予測することができる。
【００５６】
次に、ステップＳ１１８に進み、ステップＳ１１７で予測した最大加熱量はステップＳ１０８で予測した最大必要熱量以上か否か判定する。ここで、最大加熱量が最大必要熱量以上であるときには水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は正になる（温度上昇する）と予測され、最大加熱量が最大必要熱量よりも小さいときには水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は負になる（温度降下する）と予測される。
【００５７】
ステップＳ１１８において肯定判定した場合、すなわち、最大加熱量が最大必要熱量以上である場合には、ステップＳ１１９に進み、温度センサＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき冷気ダクト２５から導入される冷気の温度および外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出する。
次に、ステップＳ１２０に進み、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は最大加熱量と最大必要熱量との熱量差に比例することから、最大加熱量と最大必要熱量に基づいて水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を予測する。
【００５８】
次に、ステップＳ１２１に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ１２０で予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）から、水素吸蔵タンク１に送気すべき空気の温度（すなわち、目標空気温度）を設定する。目標空気温度の設定方法はステップＳ１１１における方法と同じである。すなわち、図４に示す仮目標温度係数マップを参照して、予測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に対応する仮目標温度係数を算出するとともに、図３に示す仮目標温度マップを参照して、水素吸蔵合金の温度に対応する仮目標温度を算出し、この仮目標温度に前記仮目標温度係数を乗じて目標空気温度を算出する。すなわち、仮目標温度係数を乗ずることにより目標空気温度を補正しており、これにより、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度を真の目標空気温度に迅速に収束するように制御することができることとなる。
【００５９】
次に、ステップＳ１２２に進み、前記目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御する。
次に、ステップＳ１２３に進み、流量制御弁Ｖ3を全閉にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ1を全開にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００６０】
次に、ステップＳ１２４に進み、ステップＳ１０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御して、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００６１】
一方、ステップＳ１１８において否定判定した場合、すなわち、最大加熱量が最大必要熱量よりも小さい場合には、ステップＳ１２５に進み、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）は最大加熱量と最大必要熱量との熱量差に比例することから、最大加熱量と最大必要熱量に基づいて水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を予測する。
【００６２】
次に、ステップＳ１２６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最も高い温度の加熱空気を水素吸蔵タンク１へ送気して、水素吸蔵合金の温度低下の抑制を図る。
【００６３】
次に、ステップＳ１２７に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ１２５で予測した水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に基づいて、図５に示す放出割合マップを参照して、全水素供給流量に対する水素吸蔵タンク１から放出すべき水素流量の割合（以下、水素吸蔵タンク１の放出割合という）を算出し、この放出割合をステップＳ１０２で予測した必要水素流量に乗じて、水素吸蔵タンク１から放出する水素流量を設定する。
なお、図５に示す放出割合マップは、水素吸蔵合金の温度が設定値ｔ0に接近する方向に推移するように放出割合が設定されており、放出割合は、負の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）の絶対値が大きくなるほど小さくなり、水素吸蔵合金の温度が低くなるほど小さくなるように設定されている。
【００６４】
次に、ステップＳ１２８に進み、流量制御弁Ｖ2を全開にし、さらに、ステップＳ１２９に進み、ステップＳ１２７で設定した水素流量で水素吸蔵タンク１から水素が放出されるように流量制御弁Ｖ1の開度を制御するとともに、これでは不足する水素流量を水素タンク１９から放出されるように流量制御弁Ｖ3の開度を制御する。すなわち、水素吸蔵タンク１から放出される水素の流量と水素タンク１９から放出される水素の流量の和が、燃料電池７に必要とされる水素の流量となるように、流量制御弁Ｖ1，Ｖ3の開度を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１から放出された水素と水素タンク１９から放出された水素が水素供給管１１で合流した後、燃料電池７に供給されることになる。
この後、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００６５】
図６は、前述した水素供給処理による制御パターンを示す図であり、縦軸に水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）をとり、横軸に水素吸蔵合金の温度をとっている。これについて、以下に説明する。
【００６６】
水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵タンク１の早期加熱を図る。
【００６７】
また、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、また、水素吸蔵タンク１を冷却するように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１からの水素放出量を増大させて、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができるので、水素吸蔵タンク１内の圧力上昇を抑制することができる。
【００６８】
また、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であり且つ上限値ｔ2以下のときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）の正負によって制御パターンが異なる。
温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合には、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、また、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度が目標空気温度となるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができる。
一方、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合には、水素吸蔵タンク１と水素タンク１９の両方から水素を所定流量比で燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵タンク１を加熱する。これにより、水素吸蔵合金の温度降下を抑制することができる。
【００６９】
この第１の実施の形態における燃料電池用水素供給装置によれば、水素吸蔵合金の温度状態によらず燃料電池へ水素を安定供給することができる。
また、水素吸蔵合金の温度とその温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に応じて、水素吸蔵タンク１および水素タンク１９から放出される各水素流量を制御しているので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に迅速に収束させることができる。
【００７０】
次に、上述した第１の実施の形態における燃料電池への水素供給処理に関連する技術であって、第１の実施の形態の燃料電池用水素供給装置と同じ装置構成の水素供給装置を用いて実施が可能な燃料電池への水素供給処理の参考例について説明する。
水素供給装置の構成については前述した第１の実施の形態と全く同じであるので、図１の図面を援用して説明を省略し、図７のフローチャートを参照して参考例の走行モードにおける燃料電池への水素供給処理を説明する。
【００７１】
この参考例では、燃料電池７への水素供給源を、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低い場合には水素タンク１９にし、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上の場合には水素吸蔵タンク１に切り替え制御するだけである。
なお、この参考例の場合も、第１の実施の形態の場合と同様に、走行モードにおいて水素吸蔵合金の温度を設定値ｔ0となるように制御するものとする（下限値ｔ1＜ｔ0＜上限値ｔ2）。
【００７２】
水素供給装置は始動終了により走行モードに入り、ＥＣＵ３７は、まず、ステップ２１０１において、温度センサＴＣ1の出力信号を読み取りこれに基づき水素吸蔵タンク１に収納されている水素吸蔵合金の温度を算出する。
次に、ステップＳ２０２に進み、車両のアクセル開度および出力等から燃料電池７の必要水素流量を予測する。
【００７３】
さらに、ステップＳ２０３に進み、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも小さいか否か判定する。
ステップＳ２０３において肯定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、水素吸蔵合金から水素を放出することができないので、ステップＳ２０４に進み、流量制御弁Ｖ1を全閉にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ3を全開にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００７４】
次に、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御し、さらに、ステップＳ２０６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最も高い温度の加熱空気を水素吸蔵タンク１へ送気して、水素吸蔵合金の温度の回復を図る。
【００７５】
次に、ステップＳ２０７に進み、運転停止指令があるか否か判定し、ステップＳ２０７において否定判定した場合にはステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０７において肯定した場合には本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００７６】
一方、ステップＳ２０３において否定判定した場合、すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上であるときには、水素吸蔵合金から水素放出可能であるので、ステップＳ２０８に進み、水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）を計測する。
【００７７】
次に、ステップＳ２０９に進み、水素吸蔵合金の温度とステップＳ２０８で計測した温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）から、水素吸蔵タンク１に送気すべき空気の温度（目標空気温度）を設定する。この目標空気温度の設定方法は、第１の実施の形態における目標空気温度の設定方法と同様であり、図３および図４の図面を援用して説明すると、図４に示す仮目標温度係数マップを参照して、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に対応する仮目標温度係数を算出するとともに、図３に示す仮目標温度マップを参照して、水素吸蔵合金の温度に対応する仮目標温度を算出し、この仮目標温度に前記仮目標温度係数を乗じて目標空気温度を算出する。すなわち、仮目標温度係数を乗ずることにより目標空気温度を補正しており、これにより、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度を真の目標空気温度に迅速に収束するように制御することができることとなる。
仮目標温度マップ、および、仮目標温度係数マップについては、図３および図４に示す第１の実施の形態のものと同様であるので説明を省略する。
【００７８】
次に、ステップＳ２１０に進み、温度センサＴＣ4，ＴＣ5の出力信号を読み取りこれに基づき冷気ダクト２５から導入される冷気の温度および外気ダクト２３から導入される外気の温度を算出する。
【００７９】
次に、ステップＳ２１１に進み、前記目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御する。
次に、ステップＳ２１２に進み、流量制御弁Ｖ3を全閉にして水素タンク１９から燃料電池７への水素供給を停止し、流量制御弁Ｖ1を全開にして水素吸蔵タンク１から燃料電池７への水素供給を可能にする。
【００８０】
次に、ステップＳ２１３に進み、ステップＳ２０２で予測した必要水素流量となるように流量制御弁Ｖ2の開度を制御する。
次に、ステップＳ２０７に進み、運転停止指令があるか否か判定し、ステップＳ２０７において否定判定した場合にはステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０７において肯定した場合には本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００８１】
図８は、前述した水素供給処理による制御パターンを示す図であり、縦軸に水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）をとり、横軸に水素吸蔵合金の温度をとっている。これについて、以下に説明する。
【００８２】
水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵合金の早期加熱を図る。
【００８３】
また、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上のときには、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給する。ただし、このときには、供給温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）の正負によって空気の制御パターンが異なる。温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合（すなわち、温度上昇時）には、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度が目標空気温度になるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6の開度を制御するが、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合（すなわち、温度低下時）には、流量制御弁Ｖ４だけを全開にして熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気し、水素吸蔵合金の温度回復を図る。
【００８４】
この参考例における燃料電池への水素供給処理によれば、水素吸蔵合金の温度状態によらず燃料電池へ水素を安定供給することができる。
また、水素吸蔵合金１の温度とその温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に応じて、水素吸蔵タンク１から放出される水素流量を制御しているので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に迅速に収束させることができる。
【００８５】
〔第２の実施の形態〕
次に、この発明に係る燃料電池用水素供給装置の第２の実施の形態を説明する。水素供給装置の構成については前述した第１の実施の形態と全く同じであるので、図１の図面を援用して説明を省略し、図９のフローチャートを参照して第２の実施の形態の走行モードにおける燃料電池への水素供給処理を説明する。
【００８６】
この第２の実施の形態における水素供給処理が第１の実施の形態における水素供給処理と相違する点は、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下のときであって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合の制御パターンにあり、この場合の第２の実施の形態における制御パターンは、最大加熱量を水素吸蔵タンク１に供給したときに水素吸蔵タンク１から放出可能な最大水素放出量を水素吸蔵タンク１から放出させ、これにより水素吸蔵合金が温度変化しないようにし、そして、水素吸蔵タンク１から最大水素放出量を放出しただけでは燃料電池７の必要水素流量に足りない分の水素流量を水素タンク１９からの放出量で補うように制御している。
【００８７】
なお、この第２の実施の形態の場合も、第１の実施の形態の場合と同様に、走行モードにおいて水素吸蔵合金の温度を設定値ｔ0となるように制御するものとする（下限値ｔ1＜ｔ0＜上限値ｔ2）。
【００８８】
ステップＳ３０１からステップＳ３２４は、第１の実施の形態におけるステップＳ１０１からステップＳ１２４に対応し、その処理内容は全く同じであるので説明を省略し、ステップＳ３２５以降の処理について説明する。
【００８９】
ステップＳ３１８において否定判定した場合、すなわち、最大加熱量が最大必要熱量より小さい場合には、ステップＳ３２５に進み、ステップＳ３１７で予測した最大加熱量を水素吸蔵タンク１に供給した場合に水素吸蔵タンク１から放出される水素流量（以下、これを最大水素放出量という）を予測する。
【００９０】
ステップＳ３２６に進み、流量制御弁Ｖ5，Ｖ6を全閉にして外気ダクト２３，冷気ダクト２５からの外気および冷気の導入を停止し、流量制御弁Ｖ4を全開にしてダクト３から外気を導入して、加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気するようにする。これにより、最大加熱量を水素吸蔵タンク１に供給可能にする。
【００９１】
次に、ステップＳ３２７に進み、流量制御弁Ｖ2を全開にし、さらに、ステップＳ３２８に進み、ステップＳ３２５で予測した最大水素放出量で水素吸蔵タンク１から水素が放出されるように流量制御弁Ｖ1の開度を制御するとともに、これだけでは不足する水素流量を水素タンク１９から放出されるように流量制御弁Ｖ3の開度を制御する。すなわち、水素吸蔵タンク１から放出される水素の流量と水素タンク１９から放出される水素の流量の和が、燃料電池７に必要とされる水素の流量となるように、流量制御弁Ｖ1，Ｖ3の開度を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１から放出された水素と水素タンク１９から放出された水素が水素供給管１１で合流した後、燃料電池７に供給されることになる。
この後、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７以降の処理については前述した通りであるので説明を省略する。
【００９２】
図１０は、前述した水素供給処理による制御パターンを示す図であり、縦軸に水素吸蔵合金の温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）をとり、横軸に水素吸蔵合金の温度をとっている。これについて、以下に説明する。
【００９３】
水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときと、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときと、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下であって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正のときは、第１の実施の形態と同じである。
すなわち、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1よりも低いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素タンク１９の水素だけを燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵合金の早期加熱を図る。
【００９４】
また、水素吸蔵合金の温度が上限値ｔ2よりも高いときには、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）にかかわらず、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、また、水素吸蔵タンク１を冷却するように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵タンク１からの水素放出量を増大させて、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができるので、水素吸蔵タンク１内の圧力上昇を抑制することができる。
【００９５】
また、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下のときであって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が正の場合には、水素吸蔵タンク１の水素だけを燃料電池７に供給し、水素吸蔵タンク１に送気される空気の温度が目標空気温度となるように流量制御弁Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を制御する。これにより、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができる。
【００９６】
しかしながら、この第２の実施の形態では、水素吸蔵合金の温度が下限値ｔ1以上且つ上限値ｔ2以下のときであって温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が負の場合には、第１の実施の形態の場合と制御パターンを異にする。すなわち、この場合に、第２の実施の形態では、最大加熱量で放出可能な最大水素放出量の水素を水素吸蔵タンク１から放出させて（換言すれば、水素吸蔵合金の温度変化率ｄＴ／ｄｔ＝０になるようにして）燃料電池７に供給し、それだけでは燃料電池７の要求水素流量に足りない場合、すなわち最大水素放出量＜燃料電池７の要求水素量の場合は要求水素量に足らない分を水素タンク１９から燃料電池７に供給し、ダクト３の上流側開口端から導入されて熱交換チューブ５で加熱された加熱外気だけを水素吸蔵タンク１に送気して、水素吸蔵タンク１を加熱する。これにより、燃料電池７へ水素を過不足なく供給することができるので、燃料電池７の適正な運転を実現することができるとともに、エネルギー損失を低減することができる。また、水素吸蔵合金の温度を変化させず一定温度に制御することができる。さらに、水素タンク１９の水素の使用量を少なくすることができ、水素タンクの容量を小さくすることができる。
【００９７】
この第２の実施の形態における燃料電池用水素供給装置によれば、水素吸蔵合金の温度状態によらず燃料電池へ水素を安定供給することができる。
また、水素吸蔵合金の温度とその温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）に応じて、水素吸蔵タンク１および水素タンク１９から放出される各水素流量を制御しているので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に迅速に収束させることができる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載した発明によれば、流量制御手段で水素流量を制御することにより、水素吸蔵タンクを加熱しつつ水素吸蔵タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素タンクだけから水素を放出させて燃料電池に供給したり、水素吸蔵タンクと水素タンクの両方から水素を放出させこれらを合流させて燃料電池に供給することができるので、加熱手段による水素吸蔵タンクの加熱状態を考慮して前記水素流量を制御することができるという優れた効果が奏される。
【００９９】
また、水素吸蔵タンクおよび水素タンクから放出される水素の各水素流量を水素吸蔵合金の温度に応じて最適に制御することができるので、燃料電池へ水素を安定供給することができるという効果がある。
【０１００】
さらに、水素吸蔵合金の温度が該水素吸蔵合金からの水素放出量が低下する下限温度よりも低いときには、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を供給するのを停止して、水素タンクから燃料電池に水素を供給することができるので、水素吸蔵タンクから燃料電池への水素供給が困難なときにも、燃料電池に水素を安定供給することができるという効果がある。
【０１０１】
また、水素吸蔵合金の温度が上限温度よりも高いときには水素タンクから燃料電池へ水素を供給するのを停止して水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を供給するので、水素吸蔵タンクからの水素放出量が増大し、水素吸蔵合金の温度上昇を抑制することができるので、水素吸蔵タンク内の圧力上昇を抑制することができる。
【０１０２】
また、水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときには、水素吸蔵合金の温度変化率に応じて水素吸蔵タンクから放出される水素流量と水素タンクから放出される水素流量の流量比を最適に制御することができるので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に制御することができるという効果がある。
【０１０３】
請求項２に記載の発明によれば、燃料電池へ水素を安定供給しつつ水素吸蔵合金の温度上昇および温度降下を抑制することができるので、燃料電池への水素の安定供給と水素吸蔵合金の適正な温度制御を両方同時に実現することができるという効果がある。
【０１０４】
【０１０５】
請求項３に記載の発明によれば、水素吸蔵合金の温度を一定温度に制御することができるという効果がある。
【０１０６】
請求項４に記載の発明によれば、水素吸蔵タンクから放出される水素量に応じて、水素タンクから放出すべき水素量を最適に制御することができる。
請求項５に記載の発明によれば、燃料電池へ水素を過不足なく供給することができるので、燃料電池の適正な運転を実現することができるとともに、エネルギー損失の低減を実現することができるという効果がある。
【０１０７】
請求項６に記載の発明によれば、水素吸蔵タンクから最大水素放出量の水素が放出されるので、水素吸蔵合金の温度が変化しないようにすることができ、且つ、燃料電池の要求する要求水素量を満足させることができる。
請求項７に記載の発明によれば、水素タンクの水素の使用量を減少させることができるので、水素タンクの容量を小さくすることができるという効果がある。
【０１０８】
請求項８，９に記載の発明によれば、加熱手段から水素吸蔵タンクへ必要熱量を確実に供給することができるので、水素吸蔵合金の温度を適正に制御することができ、水素吸蔵タンクから水素を安定して放出することができるという効果がある。
【０１０９】
請求項１０に記載の発明によれば、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に確実に制御することができるので、水素吸蔵タンクから燃料電池への水素供給量を適正に制御することができるという効果がある。
【０１１０】
請求項１１に記載の発明によれば、加熱量と必要熱量に応じて熱媒体の目標温度を補正することにより、熱媒体の温度をより早く正確に制御することができ、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を安定供給することができるという効果がある。
【０１１１】
請求項１２に記載の発明によれば、水素吸蔵合金の温度が下がる傾向にあると熱媒体の目標温度を高く補正され、水素吸蔵合金の温度が上がる傾向にあると熱媒体の目標温度を低く補正されて、熱媒体をより速く目標温度に収束させることができるので、水素吸蔵合金の温度を所望の温度に制御することができ、水素吸蔵タンクから燃料電池へ水素を安定供給することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る第１の実施の形態における水素供給装置を備えた自動車用燃料電池のシステム構成図である。
【図２】 前記第１の実施の形態における水素供給処理を示すフローチャートである。
【図３】 前記第１の実施の形態において使用される仮目標温度マップである。
【図４】 前記第１の実施の形態において使用される仮目標温度係数マップである。
【図５】 前記第１の実施の形態において使用される放出割合マップである。
【図６】 前記第１の実施の形態における水素供給処理による制御パターン図である。
【図７】 参考例における水素供給処理を示すフローチャートである。
【図８】 前記参考例における水素供給処理による制御パターン図である。
【図９】 この発明に係る第２の実施の形態における水素供給処理を示すフローチャートである。
【図１０】 前記第２の実施の形態における水素供給処理による制御パターン図である。
【符号の説明】
１ 水素吸蔵タンク
３ ダクト（加熱手段）
５ 熱交換チューブ（加熱手段）
７ 燃料電池
９，１１，１３，１７ 水素供給管（水素流路）
１９ 水素タンク
２１ 合流ダクト（加熱手段）
２３ 外気ダクト（加熱手段）
２５ 冷気ダクト（加熱手段）
Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3 流量制御弁（流量制御手段）
Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6 流量制御弁（加熱手段）
ｔ1 下限値（下限温度）
ｔ2 上限値（上限温度）
Ｓ１０８，Ｓ３０８ 必要熱量算出手段
Ｓ１２１，Ｓ３２１ 目標温度算出手段
Ｓ３１７ 加熱量算出手段
Ｓ３２５ 最大水素放出量算出手段
Claims (12)
- 燃料電池の燃料である水素を吸放出可能な水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵タンクと、
水素を圧縮状態で貯蔵可能な水素タンクと、
前記水素吸蔵合金から水素を放出させるために前記水素吸蔵タンクを加熱する加熱手段と、
前記水素吸蔵タンクから放出された水素と前記水素タンクから放出された水素を合流させて前記燃料電池へ供給可能にする水素流路と、
前記水素吸蔵タンクおよび水素タンクから放出される各水素流量を制御する流量制御手段と、を備え、
前記水素吸蔵合金の温度に応じて前記流量制御手段が前記各水素流量を制御する燃料電池用水素供給装置であって、
前記流量制御手段は、
前記水素吸蔵合金の温度が下限温度よりも低いときには前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給し、
前記水素吸蔵合金の温度が上限温度よりも高いときには前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給し、
前記水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときには、前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するとともに、前記水素吸蔵合金の温度変化率に応じて前記水素タンクから前記燃料電池に供給する水素の流量を制御することを特徴とする燃料電池用水素供給装置。 - 前記水素吸蔵合金の温度が下限温度以上で上限温度以下のときの前記温度変化率が上昇傾向にあるときには、前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するのを停止して前記水素吸蔵タンクから前記燃料電池へ水素を供給するように前記流量制御手段を制御し、前記温度変化率が下降傾向にあるときには、前記水素吸蔵タンクおよび前記水素タンクから前記燃料電池へ水素を供給するように前記流量制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記流量制御手段は前記温度変化率が「０」になるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記流量制御手段は、前記加熱手段によって加熱することで前記水素吸蔵タンクから放出される水素量に応じて前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記流量制御手段は、前記水素吸蔵タンクから放出される水素量と前記水素タンクから放出される水素量の和が前記燃料電池の要求する要求水素量になるように、前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記加熱手段によって前記水素吸蔵タンクを加熱する熱量を算出する加熱量算出手段と、
前記加熱量算出手段で算出された加熱量に応じて前記水素吸蔵タンクから放出できる最大水素放出量を算出する最大水素放出量算出手段と、
をさらに備え、前記流量制御手段は、前記最大水素放出量算出手段で算出された最大水素放出量に応じて前記水素タンクから放出する水素量を制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用水素供給装置。 - 前記流量制御手段は、前記最大水素放出量で前記要求水素量を賄える場合には前記水素タンクから水素を放出しないように制御することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記水素吸蔵タンクから放出される水素量から該水素吸蔵タンクが必要とする必要熱量を算出する必要熱量算出手段をさらに備え、
前記必要熱量算出手段で算出した必要熱量に応じて前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用水素供給装置。 - 前記加熱手段は、前記燃料電池の廃熱によって加熱された温度制御可能な熱媒体を供給して前記水素吸蔵タンクを加熱することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記水素吸蔵合金の温度に応じて前記熱媒体の目標温度を算出する目標温度算出手段を備え、前記熱媒体が目標温度になるように前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記加熱手段によって前記水素吸蔵タンクを加熱する加熱量と前記必要熱量算出手段で算出した必要熱量に応じて前記熱媒体の目標温度を補正することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池用水素供給装置。
- 前記加熱量と前記必要熱量から前記水素吸蔵合金の温度変化率を算出し、この温度変化率が下降傾向にあるときは目標温度を前記目標温度算出手段で算出した目標温度よりも高く補正し、前記温度変化率が上昇傾向にあるときは目標温度を前記目標温度算出手段で算出した目標温度よりも低く補正することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用水素供給装置。
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