JP6950203B2 - 電動車両 - Google Patents
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Description
本件は、燃料電池を搭載した電動車両に関する。
電動車両に搭載される発電装置の一つとして、燃料電池が開発されている。燃料電池では、電解質膜を挟む二つの電極に対して水素ガスおよび酸素ガスが個別に供給される。水素ガスと酸素ガスとの化学的な反応によって、電極間の電解質膜でプロトン（水素イオン）が移動し、燃料電池が発電する。
しかしながら、電解質膜や電極が乾燥すると、電極間でのプロトン伝導性が低下し、燃料電池の発電効率も低下する。
そこで、電極を湿潤させつつ発電する燃料電池が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、電解質膜や電極が乾燥すると、電極間でのプロトン伝導性が低下し、燃料電池の発電効率も低下する。
そこで、電極を湿潤させつつ発電する燃料電池が提案されている（特許文献１参照）。
ところが、上述したように電極を湿潤させた状態が継続すると、腐食による電極の劣化を招くおそれがある。よって、燃料電池の耐久性を高めるうえで改善の余地がある。
本件は、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、燃料電池の耐久性を高めることを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用および効果であって、従来の技術では得られない作用および効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
本件は、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、燃料電池の耐久性を高めることを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用および効果であって、従来の技術では得られない作用および効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
（１）ここで開示する電動車両には、車両走行用のモータに給電する二次電池と、前記二次電池を充電する燃料電池とが設けられる。さらに、前記燃料電池の内部に外気を導入する外気導入部と、前記外気導入部に介装された開閉弁と、前記開閉弁の開閉状態を制御する制御部とが設けられる。前記制御部は、前記燃料電池の発電時に前記開閉弁を閉鎖する発電制御を実施し、前記燃料電池の発電前または発電後に前記開閉弁を開放する外気導入制御を実施する。前記燃料電池は、水素ガスが供給される水素極と、発電用空気が供給される空気極とを有する。前記外気導入部は、前記水素極に外気を導入する第一導入路と、前記空気極に外気を導入する第二導入路とを有する。前記開閉弁は、前記第一導入路に介装された第一開閉弁と、前記第二導入路に介装された第二開閉弁とを有する。前記制御部は、前記外気導入制御において、前記第一開閉弁および前記第二開閉弁の双方を開放する第一処理制御、または、前記第一開閉弁を閉鎖するとともに前記第二開閉弁を開放する第二処理制御を実施する。
（２）本電動車両には、前記外気導入部に導入された外気の温度を調節する温調部が設けられることが好ましい。
（３）前記温調部は、前記外気導入部に導入された外気と前記二次電池との間で熱交換する第一温調部を有することが好ましい。
（４）また、前記温調部は、前記外気導入部に導入された外気と前記モータとの間で熱交換する第二温調部を有することが好ましい。
（３）前記温調部は、前記外気導入部に導入された外気と前記二次電池との間で熱交換する第一温調部を有することが好ましい。
（４）また、前記温調部は、前記外気導入部に導入された外気と前記モータとの間で熱交換する第二温調部を有することが好ましい。
（５）ここで開示する第二の電動車両は、車両走行用のモータに給電する二次電池と、前記二次電池を充電する燃料電池と、前記燃料電池の内部に外気を導入する外気導入部と、前記外気導入部に介装された開閉弁と、前記燃料電池の発電時に前記開閉弁を閉鎖する発電制御を実施し、前記燃料電池の発電前または発電後に前記開閉弁を開放する外気導入制御を実施する制御部と、前記外気導入部に導入された外気の温度を調節する温調部とを備える。前記温調部は、前記外気の流通方向順に、前記外気導入部に導入された外気と前記二次電池との間で熱交換する第一温調部、及び、前記外気導入部に導入された外気と前記モータとの間で熱交換する第二温調部を有する。
（６）なお、前記外気導入部には、車両前方を向く外気の取込口が設けられることが好適である。
（７）そのほか、上述した電動車両に、外気の湿度を検出する湿度センサが設けられることが好ましい。この場合の前記制御部は、前記湿度センサで検出された湿度が所定湿度よりも低いときに前記外気導入制御を実施し、前記湿度センサで検出された湿度が前記所定湿度以上のときに前記外気導入制御を実施しない。
（７）そのほか、上述した電動車両に、外気の湿度を検出する湿度センサが設けられることが好ましい。この場合の前記制御部は、前記湿度センサで検出された湿度が所定湿度よりも低いときに前記外気導入制御を実施し、前記湿度センサで検出された湿度が前記所定湿度以上のときに前記外気導入制御を実施しない。
本件によれば、発電前または発電後に燃料電池の内部へ外気が導入されることにより、燃料電池の内部における湿度を低下させ、燃料電池の耐久性を高めることができる。
以下、本件を実施するための形態を説明する。下記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。この実施形態の各構成は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせることもできる。
本実施形態で説明する電動車両には、車両走行用のモータに給電するバッテリ（二次電池）に加えて、このバッテリを充電する燃料電池が搭載されている。ここでは、外部充電可能なバッテリに加えて燃料電池を搭載することにより航続距離を延長したタイプ（いわゆる「レンジエクステンダー型」）の電気自動車を例示する。
本実施形態で説明する電動車両には、車両走行用のモータに給電するバッテリ（二次電池）に加えて、このバッテリを充電する燃料電池が搭載されている。ここでは、外部充電可能なバッテリに加えて燃料電池を搭載することにより航続距離を延長したタイプ（いわゆる「レンジエクステンダー型」）の電気自動車を例示する。
［Ｉ．一実施形態］
［１．構成］
この電気自動車では、燃料電池に関する制御が実施される。
以下の説明では、制御の前提となる基本的な構成を述べてから、燃料電池の制御に関する詳細な構成を述べる。
［１．構成］
この電気自動車では、燃料電池に関する制御が実施される。
以下の説明では、制御の前提となる基本的な構成を述べてから、燃料電池の制御に関する詳細な構成を述べる。
［１−１．基本構成］
図１に示すように、電気自動車１には、車両走行用のモータ２と、このモータ２に給電するバッテリ３と、バッテリ３を充電する燃料電池４とが設けられている。
モータ２は、電気自動車１を走行駆動する電動機である。このモータ２は、力行時にバッテリ３から給電される電動機として機能するだけでなく、回生時にバッテリ３を充電する発電機としても機能する電動発電機（モータジェネレータ）である。
図１に示すように、電気自動車１には、車両走行用のモータ２と、このモータ２に給電するバッテリ３と、バッテリ３を充電する燃料電池４とが設けられている。
モータ２は、電気自動車１を走行駆動する電動機である。このモータ２は、力行時にバッテリ３から給電される電動機として機能するだけでなく、回生時にバッテリ３を充電する発電機としても機能する電動発電機（モータジェネレータ）である。
力行時や回生時（作動時）のモータ２は発熱することから、モータ２を冷却する回路（以下「冷却回路」と略称する）２０が設けられている。この冷却回路２０は閉回路であり、冷媒が循環して流通する。
冷却回路２０には、モータ２のほか、二つの熱交換器２１，２２が介装されている。これらの熱交換器２１，２２は、冷媒と外気とで熱を交換する。たとえば、エバポレータやラジエータが熱交換器２１，２２に用いられる。
冷却回路２０には、モータ２のほか、二つの熱交換器２１，２２が介装されている。これらの熱交換器２１，２２は、冷媒と外気とで熱を交換する。たとえば、エバポレータやラジエータが熱交換器２１，２２に用いられる。
バッテリ３は、モータ２の給電源であり、充放電可能な蓄電装置である。このバッテリ３には、容量や出力を確保するため、複数のバッテリセルが接続されたモジュールやこれらのモジュールが接続されたパックが用いられる。
なお、ここで用いるバッテリ３には、少なくとも二つの充放電要素（たとえばパックやモジュール）が用いられている。そのため、一方の充放電要素の放電時に、他方の充放電を充電することができる。たとえば、バッテリ３のうち一方の充放電要素を燃料電池４で充電しつつ、他方の充放電要素でモータ２を駆動することができる。
なお、ここで用いるバッテリ３には、少なくとも二つの充放電要素（たとえばパックやモジュール）が用いられている。そのため、一方の充放電要素の放電時に、他方の充放電を充電することができる。たとえば、バッテリ３のうち一方の充放電要素を燃料電池４で充電しつつ、他方の充放電要素でモータ２を駆動することができる。
バッテリ３は充放電時（作動時）に発熱することから、冷却器３１が設けられている。具体的には、バッテリ３のケース３ｃの内部に複数のモジュールが収容され、この収容空間を冷房する冷却器３１が内蔵されている。この冷却器３１には、ブロアやインタークーラなどが用いられる。
さらに、バッテリ３には、その状態を管理するバッテリ管理ユニット３２（BMU : Battery Management Unit）が接続されている。バッテリ管理ユニット３２は、バッテリ３の電圧や電流などに基づいて得られた充電率（SOC : State of Charge）をはじめ、劣化度（SOH : State Of Health）や充電容量といった充放電に関する状態を管理する。
さらに、バッテリ３には、その状態を管理するバッテリ管理ユニット３２（BMU : Battery Management Unit）が接続されている。バッテリ管理ユニット３２は、バッテリ３の電圧や電流などに基づいて得られた充電率（SOC : State of Charge）をはじめ、劣化度（SOH : State Of Health）や充電容量といった充放電に関する状態を管理する。
このバッテリ３は、電気自動車１の外部からの充電やモータ２の回生のほか、つぎに説明する燃料電池４によって充電される。
燃料電池４は、発電用ガスとして用いられる水素ガスおよび酸素ガスの化学反応によって電力を発生させる発電装置である。この燃料電池４は、バッテリ３に対して充電可能に接続されるほか、モータ２に対しても給電可能に接続される。
燃料電池４は、発電用ガスとして用いられる水素ガスおよび酸素ガスの化学反応によって電力を発生させる発電装置である。この燃料電池４は、バッテリ３に対して充電可能に接続されるほか、モータ２に対しても給電可能に接続される。
燃料電池４には、電解質膜４０を挟む二つの電極４１，４２が設けられている。電極４１，４２の一方は、水素ガスが供給される水素極４１（アノード）であり、他方は、酸素ガスを含む空気（発電用空気）が供給される空気極４２（カソード）である。水素ガスと空気中の酸素ガスとが化学的に反応することにより、水素極４１から空気極４２に向けてプロトン（水素イオン）が電解質膜４０を移動し、負荷となるモータ２、もしくはバッテリ３と繋ぐことで燃料電池４が発電する。
たとえば、固体高分子形燃料電池（PEFC : Polymer Electrolyte Fuel Cell)が燃料電池４に用いられ、カーボン材に白金粒子を担持させた膜状の電極４１，４２が用いられる。
なお、燃料電池４には、出力を確保するため、MEA（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれる膜電極積層部材と図示を省略するセパレータとを多数積層したスタックが用いられる。この膜電極積層部材は、電解質膜４０と水素極４１と空気極４２とを貼り合わせた薄板状の部材である。水素ガスは、セパレータと水素極４１との間の微小な隙間に供給される。一方、空気は、セパレータと空気極４２との間の微小な隙間に供給される。このような構造のMEAをスタックして集積することで単位体積あたりの発電面積が増大し、出力密度が上昇する。
なお、燃料電池４には、出力を確保するため、MEA（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれる膜電極積層部材と図示を省略するセパレータとを多数積層したスタックが用いられる。この膜電極積層部材は、電解質膜４０と水素極４１と空気極４２とを貼り合わせた薄板状の部材である。水素ガスは、セパレータと水素極４１との間の微小な隙間に供給される。一方、空気は、セパレータと空気極４２との間の微小な隙間に供給される。このような構造のMEAをスタックして集積することで単位体積あたりの発電面積が増大し、出力密度が上昇する。
そのほか、燃料電池４の状態を検出するセンサＳR，ＳT，ＳVが設けられている。具体的には、内部抵抗を検出する抵抗センサＳR，温度を検出する温度センサＳT，電圧を検出する電圧センサＳVなどが燃料電池４に付設されている。たとえば、温度センサＳTでは、燃料電池４に供給される発電用ガスの流入箇所と流出箇所との各温度が検出され、これらの温度差が算出される。
〈発電用ガスの給排気系〉
上記した燃料電池４には、発電用ガスを供給する供給部５と、発電用ガスを排出する排出部６が接続されている。
供給部５は、水素極４１に水素ガスを供給する水素供給部５１と、空気極４２に空気を供給する空気供給部５５とに大別される。
上記した燃料電池４には、発電用ガスを供給する供給部５と、発電用ガスを排出する排出部６が接続されている。
供給部５は、水素極４１に水素ガスを供給する水素供給部５１と、空気極４２に空気を供給する空気供給部５５とに大別される。
水素供給部５１には、供給される水素ガスの流通する水素供給路５２が設けられている。この水素供給路５２には、水素供給弁Ｖ1が介装されている。水素極４１への水素ガスの供給時には、水素供給弁Ｖ1が開放される。
この水素供給部５１には、水素極４１から排出された水素ガスを水素供給路５２に還流させる還流路５３も設けられている。還流路５３の還流方向下流端部（還流先）は、水素供給路５２のうち水素供給弁Ｖ1よりも水素ガスの流通方向下流側に接続されている。
この水素供給部５１には、水素極４１から排出された水素ガスを水素供給路５２に還流させる還流路５３も設けられている。還流路５３の還流方向下流端部（還流先）は、水素供給路５２のうち水素供給弁Ｖ1よりも水素ガスの流通方向下流側に接続されている。
この還流路５３には、水素ガスの流通方向順に、水素循環弁Ｖ2，還流装置５４，水素再供給弁Ｖ3および逆止弁ＶCHがこの順に並んで介装されている。
ここでは、水素循環弁Ｖ2および水素再供給弁Ｖ3のそれぞれが三方弁の一部として構成され、還流装置５４にガス圧送器が用いられる。また、逆止弁ＶCHは、還流方向にのみ水素ガスを流通させる流通方向規制弁である。水素ガスの還流時には、水素循環弁Ｖ2および水素再供給弁Ｖ3が開放され、逆止弁ＶCHに対して還流方向下流側よりも上流側のガス圧が還流装置５４によって高められる。
ここでは、水素循環弁Ｖ2および水素再供給弁Ｖ3のそれぞれが三方弁の一部として構成され、還流装置５４にガス圧送器が用いられる。また、逆止弁ＶCHは、還流方向にのみ水素ガスを流通させる流通方向規制弁である。水素ガスの還流時には、水素循環弁Ｖ2および水素再供給弁Ｖ3が開放され、逆止弁ＶCHに対して還流方向下流側よりも上流側のガス圧が還流装置５４によって高められる。
空気供給部５５には、供給される空気の流通する空気供給路５６が設けられている。この空気供給路５６には、空気供給弁Ｖ4が介装されている。空気極４２への空気の供給時には、空気供給弁Ｖ4が開放される。
なお、空気供給路５６のうち空気供給弁Ｖ4よりも空気の流通方向上流側には、空気の供給源として外気を圧送するコンプレッサが設けられるほか、空気を加湿させる加湿供給路やこの加湿供給路をバイパスする無加湿供給路が敷設される。
なお、空気供給路５６のうち空気供給弁Ｖ4よりも空気の流通方向上流側には、空気の供給源として外気を圧送するコンプレッサが設けられるほか、空気を加湿させる加湿供給路やこの加湿供給路をバイパスする無加湿供給路が敷設される。
同様に、水素供給路５２のうち水素供給弁Ｖ1よりも水素ガスの流通方向上流側には、水素ガスの供給源としてボンベが設けられるほか、水素ガスを加湿させる加湿供給路やこの加湿供給路をバイパスする無加湿供給路が敷設される。
水素ガスや空気のそれぞれが流通する加湿供給路および無加湿空気供給路は、流路切替弁によって水素ガスや空気の各流路が切り替えられる。
水素ガスや空気のそれぞれが流通する加湿供給路および無加湿空気供給路は、流路切替弁によって水素ガスや空気の各流路が切り替えられる。
排出部６は、水素ガスを水素極４１から排出する水素排出部６１と、空気を空気極４２から排出する空気排出部６３とに大別される。
水素排出部６１には、排出される水素ガスの流通する水素排出路６２が設けられている。この水素排出路６２のうち、排出される水素ガスの流通方向上流側の一部は、上述した還流路５３の水素循環弁Ｖ2や還流装置５４が介装された部分と兼用され、下流側の他部（還流路５３と兼用されない部位）には水素排出弁Ｖ5が介装されている。すなわち、水素排出路６２には、水素ガスの流通方向順に、水素循環弁Ｖ2，還流装置５４，水素排出弁Ｖ5がこの順に介装されている。
水素排出部６１には、排出される水素ガスの流通する水素排出路６２が設けられている。この水素排出路６２のうち、排出される水素ガスの流通方向上流側の一部は、上述した還流路５３の水素循環弁Ｖ2や還流装置５４が介装された部分と兼用され、下流側の他部（還流路５３と兼用されない部位）には水素排出弁Ｖ5が介装されている。すなわち、水素排出路６２には、水素ガスの流通方向順に、水素循環弁Ｖ2，還流装置５４，水素排出弁Ｖ5がこの順に介装されている。
ここでは、一部に水素再供給弁Ｖ3をもつ三方弁の他部に水素排出弁Ｖ5が設けられている。水素極４１からの水素ガスの排出時には、水素循環弁Ｖ2および水素排出弁Ｖ5が開放される。このように水素の排出に係わる水素循環弁Ｖ2は、水素排出弁とも呼べる。
また、空気排出部６３には、排出される空気の流通する空気排出路６４が設けられている。この空気排出路６４には、空気排出弁Ｖ6が介装されている。
また、空気排出部６３には、排出される空気の流通する空気排出路６４が設けられている。この空気排出路６４には、空気排出弁Ｖ6が介装されている。
〈外気の給排気系〉
本実施形態の燃料電池４には、上述したような発電用ガスの給排気系に加えて、外気の給排気系が設けられている。後者の給排気系は、燃料電池４の内部に外気を導入する外気導入部７と、燃料電池４の内部から外気を排出する外気排出部９とに大別される。
外気導入部７には、導入された外気が流通する外気導入路７０が設けられている。
本実施形態の燃料電池４には、上述したような発電用ガスの給排気系に加えて、外気の給排気系が設けられている。後者の給排気系は、燃料電池４の内部に外気を導入する外気導入部７と、燃料電池４の内部から外気を排出する外気排出部９とに大別される。
外気導入部７には、導入された外気が流通する外気導入路７０が設けられている。
さらに、外気導入部７には、導入された外気の温度を調節する温調部８が設けられている。
ここでは、外気導入路７０の外気に対する温調デバイスとして、上述したバッテリ３およびモータ２を利用する温調部８を例示する。具体的には、バッテリ３の排熱を利用する第一温調部８１と、モータ２の排熱を利用する第二温調部８２とを例に挙げる。
ここでは、外気導入路７０の外気に対する温調デバイスとして、上述したバッテリ３およびモータ２を利用する温調部８を例示する。具体的には、バッテリ３の排熱を利用する第一温調部８１と、モータ２の排熱を利用する第二温調部８２とを例に挙げる。
第一温調部８１は、外気導入部７の外気とバッテリ３との間で熱交換する。この第一温調部８１では、バッテリ３のケース３ｃが外気導入路７０の一部を兼ねる。
また、第二温調部８２は、外気導入路７０の外気とモータ２との間で熱交換する。ここでの第二温調部８２には、モータ２の冷却回路２０に介装された二つの熱交換器２１，２２のうち一方（ここでは放熱器）と外気導入路７０の外気とが熱交換する。
また、第二温調部８２は、外気導入路７０の外気とモータ２との間で熱交換する。ここでの第二温調部８２には、モータ２の冷却回路２０に介装された二つの熱交換器２１，２２のうち一方（ここでは放熱器）と外気導入路７０の外気とが熱交換する。
これらの温調部８１，８２は、外気導入路７０に介装されている。
このことから、外気導入部７においては、二つの温調部８１，８２で外気導入路７０が三つに大別される。具体的には、導入された外気の流通方向順に、第一外気導入路７１（第一導入路），第一温調部８１，第二外気導入路７２（第一導入路），第二温調部８２および第三外気導入路７３がこの順に設けられている。
このことから、外気導入部７においては、二つの温調部８１，８２で外気導入路７０が三つに大別される。具体的には、導入された外気の流通方向順に、第一外気導入路７１（第一導入路），第一温調部８１，第二外気導入路７２（第一導入路），第二温調部８２および第三外気導入路７３がこの順に設けられている。
ここでの第一外気導入路７１および第二外気導入路７２は、水素極４１への外気の導入路と空気極４２への外気の導入路と兼用されている。また、第三外気導入路７３のうち上流側の導入路は、外気導入路７１，７２と同様に、二つの電極４１，４２への外気の導入路と兼用され、逆止弁ＶCIが介装されている。
一方、第三外気導入路７３のうち下流側の導入路は、水素極４１に外気を導入する水素極導入路７３ａ（第一導入路）と空気極４２に外気を導入する空気極導入路７３ｂ（第二導入路）とに分岐している。ここでは、上述した空気排出路６４の一部が水素極導入路７３ａと兼用され、上述した還流路５３や水素排出路６２の一部が空気極導入路７３ｂと兼用されている。
一方、第三外気導入路７３のうち下流側の導入路は、水素極４１に外気を導入する水素極導入路７３ａ（第一導入路）と空気極４２に外気を導入する空気極導入路７３ｂ（第二導入路）とに分岐している。ここでは、上述した空気排出路６４の一部が水素極導入路７３ａと兼用され、上述した還流路５３や水素排出路６２の一部が空気極導入路７３ｂと兼用されている。
第一外気導入路７１には、導入する外気を取り込む取込口７１ａが設けられている。この取込口７１ａは、車両前方を向いて配向される。この第一外気導入路７１には第一外気導入弁Ｖ7（開閉弁，第二開閉弁）が介装されている。
また、第二外気導入路７２には、第二外気導入弁Ｖ8（開閉弁，第二開閉弁）が介装されている。
また、第二外気導入路７２には、第二外気導入弁Ｖ8（開閉弁，第二開閉弁）が介装されている。
さらに、第三外気導入路７３の空気極導入路７３ｂには、第三外気導入弁Ｖ9（第一開閉弁）が介装されている。ここでは、一部に水素循環弁Ｖ2をもつ三方弁の他部に第三外気導入弁Ｖ9が設けられている。
外気の導入時には、第一外気導入弁Ｖ7および第二外気導入弁Ｖ8などが開放され、逆止弁ＶCIに対して導入方向下流側よりも上流側の外気圧が高い状態となる。
外気の導入時には、第一外気導入弁Ｖ7および第二外気導入弁Ｖ8などが開放され、逆止弁ＶCIに対して導入方向下流側よりも上流側の外気圧が高い状態となる。
外気排出部９には、排出される外気が流通する外気排出路９０が設けられている。
この外気排出路９０は、水素極４１から外気を排出する第一外気排出路９１と、空気極４２から外気を排出する第二外気排出路９２とに大別される。
ここでは、第一外気排出路９１のうち、外気の排出方向上流側の一部が上述した水素供給路５２と兼用されており、下流側の他部（水素供給路５２と兼用されない部位）に第一外気排出弁Ｖ10が介装されている。また、第二外気排出路９２のうち、外気の排出方向上流側の一部が上述した空気供給路５６と兼用されており、下流側の他部（空気供給路５６と兼用されない部位）に第二外気排出弁Ｖ11が介装されている。外気の排出時には、外気排出弁Ｖ10，Ｖ11が開放される。
この外気排出路９０は、水素極４１から外気を排出する第一外気排出路９１と、空気極４２から外気を排出する第二外気排出路９２とに大別される。
ここでは、第一外気排出路９１のうち、外気の排出方向上流側の一部が上述した水素供給路５２と兼用されており、下流側の他部（水素供給路５２と兼用されない部位）に第一外気排出弁Ｖ10が介装されている。また、第二外気排出路９２のうち、外気の排出方向上流側の一部が上述した空気供給路５６と兼用されており、下流側の他部（空気供給路５６と兼用されない部位）に第二外気排出弁Ｖ11が介装されている。外気の排出時には、外気排出弁Ｖ10，Ｖ11が開放される。
上述した弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6，Ｖ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11（以下「弁Ｖ1〜11」という）のそれぞれは、少なくとも開放状態および閉鎖状態の二状態が切り替えられる開閉弁であり、開度調整が可能な流量調整弁を用いてもよい。
なお、弁Ｖ1〜11が開放状態であれば、弁Ｖ1〜11の配設箇所においてガスが流通可能な状態となる。反対に、弁Ｖ1〜11が閉鎖状態であれば、弁Ｖ1〜11の配設箇所においてガスの流通が遮断された状態となる。
なお、弁Ｖ1〜11が開放状態であれば、弁Ｖ1〜11の配設箇所においてガスが流通可能な状態となる。反対に、弁Ｖ1〜11が閉鎖状態であれば、弁Ｖ1〜11の配設箇所においてガスの流通が遮断された状態となる。
［１−２．詳細構成］
つぎに、燃料電池４の制御に関する構成を説明する。
この電気自動車１では、燃料電池４の制御を統合制御ユニット１００（EV-ECU : Electric Vehicle − Electronic Control Unit）が担う。
なお、統合制御ユニット１００（制御部）は、燃料電池４に関する制御のほか、電気自動車１に関する広汎な制御も担う。この統合制御ユニット１００は、広汎な制御を統合する電子制御装置であり、マイクロプロセッサやＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などを集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。
つぎに、燃料電池４の制御に関する構成を説明する。
この電気自動車１では、燃料電池４の制御を統合制御ユニット１００（EV-ECU : Electric Vehicle − Electronic Control Unit）が担う。
なお、統合制御ユニット１００（制御部）は、燃料電池４に関する制御のほか、電気自動車１に関する広汎な制御も担う。この統合制御ユニット１００は、広汎な制御を統合する電子制御装置であり、マイクロプロセッサやＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などを集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。
この統合制御ユニット１００は、車載ネットワークの通信ラインを介して、制御対象の弁Ｖ1〜11，バッテリ管理ユニット３２，センサＳR，ＳT，ＳVといった制御系デバイスと情報を送受信可能に接続される。たとえば、バッテリ管理ユニット３２からのバッテリ３の充電率やセンサＳR，ＳT，ＳVからの検出値が統合制御ユニット１００に伝達され、この統合制御ユニット１００から弁Ｖ1〜11に対する開閉制御信号が伝達される。
ところで、電気自動車１は、モータ２の給電源としてバッテリ３が搭載されることから、燃料電池４が停止していたとしても、バッテリ３からの給電によって走行を継続することができる。そのため、電気自動車１の走行中に、燃料電池４の作動した状態の場合があり、燃料電池４の作動が停止した状態の場合もある。
なお、車両走行用のモータに対する給電源として燃料電池のみを搭載した電気自動車では、車両走行時の燃料電池は基本的に作動した状態とされる。
なお、車両走行用のモータに対する給電源として燃料電池のみを搭載した電気自動車では、車両走行時の燃料電池は基本的に作動した状態とされる。
以下の説明では、統合制御ユニット１００が担う制御のうち、燃料電池４の給排気系において水素ガス，空気および外気の何れかを流通させるＯＮ制御を説明する。また、燃料電池４の給排気系において水素ガス，空気および外気の流通を何れも遮断するＯＦＦ制御も説明する。
ＯＮ制御とは、燃料電池４が作動した状態で実施される制御である。一方、ＯＦＦ制御とは、燃料電池４の作動が停止した状態で実施される制御である。
ＯＮ制御とは、燃料電池４が作動した状態で実施される制御である。一方、ＯＦＦ制御とは、燃料電池４の作動が停止した状態で実施される制御である。
ＯＮ制御は、発電前後の処理（準備）を実施する外気導入制御と、発電中の発電制御とに大別される。さらに、外気導入制御は、発電前の第一処理制御と発電後の第二処理制御とに細別される。また、発電制御は、水素ガスおよび空気の双方を供給して発電する本制御と、水素ガスおよび空気の双方の供給を停止して発電する補助制御との二つに細別される。
統合制御ユニット１００は、上述した各制御のうち所定の制御を択一的に実施し、バッテリ管理ユニット３２やセンサＳR，ＳT，ＳVからの情報に基づいて、実施する制御を切り替える。このとき、上述した弁Ｖ1〜11の開閉状態を制御する。具体的には、下記の表１に示すように、上述した弁Ｖ1〜11の各開閉状態を制御に応じて切り替える。
まず、ＯＮ制御について説明する。
ＯＮ制御の開始条件は、下記の条件Ａ１が成立することである。
条件Ａ１：バッテリ３の充電率ＳＯＣDが第一所定充電率ＳＯＣP1以下であること
（ＳＯＣD≦ＳＯＣP1）
ＯＮ制御の開始条件は、下記の条件Ａ１が成立することである。
条件Ａ１：バッテリ３の充電率ＳＯＣDが第一所定充電率ＳＯＣP1以下であること
（ＳＯＣD≦ＳＯＣP1）
条件Ａ１は、バッテリ３の充電率ＳＯＣDが低下したか否かの判定条件である。そのため、第一所定充電率ＳＯＣP1は、バッテリ３の充電率ＳＯＣDが低下したか否かを判定する閾値（たとえば３０％）として予め設定される。
この第一所定充電率ＳＯＣP1は、バッテリ３の劣化を抑制しつつ使用可能な充電率の範囲（たとえば２０％〜８０％，以下「所定充電率範囲」という）内に設定されている。たとえば、電気自動車１が走行しているときにはバッテリ３の充電率ＳＯＣDが低下し、この充電率ＳＯＣDが第一所定充電率ＳＯＣP1を下回って条件Ａ１が成立する。
この第一所定充電率ＳＯＣP1は、バッテリ３の劣化を抑制しつつ使用可能な充電率の範囲（たとえば２０％〜８０％，以下「所定充電率範囲」という）内に設定されている。たとえば、電気自動車１が走行しているときにはバッテリ３の充電率ＳＯＣDが低下し、この充電率ＳＯＣDが第一所定充電率ＳＯＣP1を下回って条件Ａ１が成立する。
〈第一処理制御〉
上記の条件Ａ１が成立すると、ＯＮ制御のうち第一処理制御が実施される。なお、統合制御ユニット１００は、条件Ａ１の成立時にタイマｔのカウントを開始する。
第一処理制御は、燃料電池４の発電前に、電解質膜４０や電極４１，４２の低湿化を図る手順の一つである。この第一処理制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を閉鎖し、弁Ｖ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11を開放する。すなわち、燃料電池４に発電用ガスを供給せずに、燃料電池４の電極４１，４２に対して予め外気を供給し排出する。
上記の条件Ａ１が成立すると、ＯＮ制御のうち第一処理制御が実施される。なお、統合制御ユニット１００は、条件Ａ１の成立時にタイマｔのカウントを開始する。
第一処理制御は、燃料電池４の発電前に、電解質膜４０や電極４１，４２の低湿化を図る手順の一つである。この第一処理制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を閉鎖し、弁Ｖ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11を開放する。すなわち、燃料電池４に発電用ガスを供給せずに、燃料電池４の電極４１，４２に対して予め外気を供給し排出する。
第一処理制御の終了条件は、下記の条件Ｂ１またはＢ２が成立することである。
条件Ｂ１：燃料電池４の状態が所定状態であること
条件Ｂ２：バッテリ３の充電率ＳＯＣDが所定の緊急充電率ＳＯＣPE以下であること
条件Ｂ１は、燃料電池４の低湿化が完了したか否かの判定条件である。
この条件Ｂ１で要件とされる所定状態は、下記の状態１および２の少なくとも何れかであることを意味する。
条件Ｂ１：燃料電池４の状態が所定状態であること
条件Ｂ２：バッテリ３の充電率ＳＯＣDが所定の緊急充電率ＳＯＣPE以下であること
条件Ｂ１は、燃料電池４の低湿化が完了したか否かの判定条件である。
この条件Ｂ１で要件とされる所定状態は、下記の状態１および２の少なくとも何れかであることを意味する。
状態１：抵抗センサＳRで検出された抵抗値ＲDが所定抵抗値ＲP以上（ＲD≧ＲP）で
あること
状態２：温度センサＳTで検出された温度ＴDが所定温度ＴP以上（ＴD≧ＴP）である
こと
あること
状態２：温度センサＳTで検出された温度ＴDが所定温度ＴP以上（ＴD≧ＴP）である
こと
状態１は、電解質膜４０や電極４１，４２が低湿化するほど、燃料電池４の内部抵抗が低下する点に着目して設定される。
状態２は、導入される外気の温度が高いほど、その相対湿度が低下する点に着目して設定される。
状態２は、導入される外気の温度が高いほど、その相対湿度が低下する点に着目して設定される。
なお、状態２に替えて、燃料電池４の暖機が完了した状態か否かを判定する観点から、下記の状態２′を用いてもよい。
状態２′：燃料電池４に供給される発電用ガスの流入箇所と流出箇所と温度差が所定
温度差以下であること
状態２′：燃料電池４に供給される発電用ガスの流入箇所と流出箇所と温度差が所定
温度差以下であること
条件Ｂ２は、条件Ｂ１が不成立であっても、バッテリ３を強制的に充電するか否かの判定条件である。具体的に言えば、条件Ｂ２は、バッテリ３が損傷する程度にまで充電率ＳＯＣDが低下するのを防ぐために設定されたフェールセーフ条件である。そのため、所定の緊急充電率ＳＯＣPEは、上述した条件Ａ１の第一所定充電率ＳＯＣP1よりも低く設定される。なお、所定の緊急充電率ＳＯＣPEも所定充電率範囲内に設定される。
〈発電制御の本制御〉
上記の条件Ｂ１またはＢ２が成立すると、発電制御のうち本制御が実施される。
本制御は、通常の発電制御である。この本制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を開放し、弁Ｖ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11を閉鎖する。すなわち、燃料電池４の電極４１，４２に対する水素ガスおよび空気の供給および排出を実施する。
この本制御では、特開2016-27534号公報に示されるように、加湿されていない発電用ガスの供給および排出を実施してから、加湿された発電用ガスを供給し排出する。
上記の条件Ｂ１またはＢ２が成立すると、発電制御のうち本制御が実施される。
本制御は、通常の発電制御である。この本制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6を開放し、弁Ｖ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11を閉鎖する。すなわち、燃料電池４の電極４１，４２に対する水素ガスおよび空気の供給および排出を実施する。
この本制御では、特開2016-27534号公報に示されるように、加湿されていない発電用ガスの供給および排出を実施してから、加湿された発電用ガスを供給し排出する。
本制御の終了条件は、下記の条件Ｃ１が成立することである。
条件Ｃ１：バッテリ３の充電率ＳＯＣDが第二所定充電率ＳＯＣP2以上であること
（ＳＯＣD≧ＳＯＣP2）
条件Ｃ１は、バッテリ３の充電率ＳＯＣDが回復したか否かの判定条件である。すなわち、条件Ｃ１では、バッテリ３の充電が完了したか否かが判定される。
条件Ｃ１：バッテリ３の充電率ＳＯＣDが第二所定充電率ＳＯＣP2以上であること
（ＳＯＣD≧ＳＯＣP2）
条件Ｃ１は、バッテリ３の充電率ＳＯＣDが回復したか否かの判定条件である。すなわち、条件Ｃ１では、バッテリ３の充電が完了したか否かが判定される。
そのため、第二所定充電率ＳＯＣP2は、バッテリ３の充電が完了したか否かを判定する閾値（たとえば７０％）として予め設定される。この第二所定充電率ＳＯＣP2は、所定充電率範囲内に設定されている。
〈発電制御の補助制御〉
上記の条件Ｃ１が成立すると、発電制御のうち補助制御が実施される。
補助制御は、水素極４１に残存する水素を有効に消費するための補助的な発電制御である。この補助制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11を閉鎖し、弁Ｖ2，Ｖ3，Ｖ6を開放する。すなわち、水素極４１への水素ガスの供給は停止するものの、水素極４１からの水素ガスの排出は保留する。一方、空気極４２への空気の供給を停止するとともに、空気極４２からの空気を排出する。
上記の条件Ｃ１が成立すると、発電制御のうち補助制御が実施される。
補助制御は、水素極４１に残存する水素を有効に消費するための補助的な発電制御である。この補助制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11を閉鎖し、弁Ｖ2，Ｖ3，Ｖ6を開放する。すなわち、水素極４１への水素ガスの供給は停止するものの、水素極４１からの水素ガスの排出は保留する。一方、空気極４２への空気の供給を停止するとともに、空気極４２からの空気を排出する。
補助制御の終了条件は、下記の条件Ｄ１が成立することである。
条件Ｄ１：燃料電池４の電圧Ｖが所定電圧ＶP以下であること
条件Ｄ１は、燃料電池４の劣化を抑えるための判定条件である。そのため、所定電圧ＶPは、燃料電池４の劣化を抑制しつつ発電可能な電圧範囲の下限よりも所定マージン分だけ高く設定されている。
条件Ｄ１：燃料電池４の電圧Ｖが所定電圧ＶP以下であること
条件Ｄ１は、燃料電池４の劣化を抑えるための判定条件である。そのため、所定電圧ＶPは、燃料電池４の劣化を抑制しつつ発電可能な電圧範囲の下限よりも所定マージン分だけ高く設定されている。
〈第二処理制御〉
上記の条件Ｄ１が成立すると、第二処理制御が実施される。
第二処理制御は、燃料電池４の発電後に、電解質膜４０や電極４１，４２の低湿化を図る手順の一つである。この第二処理制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ6，Ｖ9を閉鎖し、弁Ｖ5，Ｖ7，Ｖ8，Ｖ10，Ｖ11を開放する。すなわち、燃料電池４に発電用ガスを供給した後に、空気極４２だけに対する外気の供給および排出を実施する。
上記の条件Ｄ１が成立すると、第二処理制御が実施される。
第二処理制御は、燃料電池４の発電後に、電解質膜４０や電極４１，４２の低湿化を図る手順の一つである。この第二処理制御では、上記の表１に示すように、弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ6，Ｖ9を閉鎖し、弁Ｖ5，Ｖ7，Ｖ8，Ｖ10，Ｖ11を開放する。すなわち、燃料電池４に発電用ガスを供給した後に、空気極４２だけに対する外気の供給および排出を実施する。
後処理条件の終了条件は、下記の条件Ｅ１またはＥ２が成立することである。
条件Ｅ１：燃料電池４の状態が所定状態であること
条件Ｅ２：ＯＮ制御の開始から所定時間ｔPが経過したこと（ｔ≧ｔP）
条件Ｅ１は、上述した条件Ｂ１と同様に、燃料電池４の低湿化が完了したか否かの判定条件である。
条件Ｅ２は、燃料電池４を保護するために設定された判定条件である。言い換えれば、条件Ｅ２は、条件Ｅ１は不成立であっても、燃料電池４を強制的に停止するか否かのフェールセーフ条件である。そのため、所定時間ｔPは、燃料電池４の劣化を抑制可能な連続作動時間の範囲内に予め設定される。
条件Ｅ１：燃料電池４の状態が所定状態であること
条件Ｅ２：ＯＮ制御の開始から所定時間ｔPが経過したこと（ｔ≧ｔP）
条件Ｅ１は、上述した条件Ｂ１と同様に、燃料電池４の低湿化が完了したか否かの判定条件である。
条件Ｅ２は、燃料電池４を保護するために設定された判定条件である。言い換えれば、条件Ｅ２は、条件Ｅ１は不成立であっても、燃料電池４を強制的に停止するか否かのフェールセーフ条件である。そのため、所定時間ｔPは、燃料電池４の劣化を抑制可能な連続作動時間の範囲内に予め設定される。
〈ＯＦＦ制御〉
上記の条件Ｅ１またはＥ２が成立すると、ＯＮ制御が終了する。そして、ＯＦＦ制御が開始される。
このＯＦＦ制御では、上記の表１に示すように弁Ｖ1〜11の全てを閉鎖する。
上述した条件Ａ１が再び成立すれば、ＯＮ制御が繰り返し実施される。
上記の条件Ｅ１またはＥ２が成立すると、ＯＮ制御が終了する。そして、ＯＦＦ制御が開始される。
このＯＦＦ制御では、上記の表１に示すように弁Ｖ1〜11の全てを閉鎖する。
上述した条件Ａ１が再び成立すれば、ＯＮ制御が繰り返し実施される。
［２．フローチャート］
つぎに、図２のフローチャートを参照して、燃料電池４に関する制御手順を説明する。
このフローチャートにおける各ステップは、統合制御ユニット１００のハードウェアに割り当てられた各機能がソフトウェア（コンピュータプログラム）によって動作することで実施される。
つぎに、図２のフローチャートを参照して、燃料電池４に関する制御手順を説明する。
このフローチャートにおける各ステップは、統合制御ユニット１００のハードウェアに割り当てられた各機能がソフトウェア（コンピュータプログラム）によって動作することで実施される。
この制御手順は、統合制御ユニット１００において所定の制御周期で繰り返し実施される。ここで説明する制御手順は、統合制御ユニット１００の燃料電池４を制御する通信が遮断されると終了する。そして、弁Ｖ1〜11の全てが閉鎖される。
なお、制御手順の開始時（スタート）に弁Ｖ1〜11の全てが閉鎖されているものとする。
なお、制御手順の開始時（スタート）に弁Ｖ1〜11の全てが閉鎖されているものとする。
はじめに、ＯＮ制御の開始条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。
ＯＮ制御の開始条件が成立していれば（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＯＮ制御を実施する（ステップＳ２〜Ｓ９）。
一方、ＯＮ制御の開始条件が成立していなければ（ステップＳ１のＮＯ）、ＯＦＦ制御を実施する（ステップＳ１０）。そして、本制御周期を終了し（リターン）、ＯＮ制御に関する開始条件の成否を再び判定する（ステップＳ１）。
ＯＮ制御の開始条件が成立していれば（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＯＮ制御を実施する（ステップＳ２〜Ｓ９）。
一方、ＯＮ制御の開始条件が成立していなければ（ステップＳ１のＮＯ）、ＯＦＦ制御を実施する（ステップＳ１０）。そして、本制御周期を終了し（リターン）、ＯＮ制御に関する開始条件の成否を再び判定する（ステップＳ１）。
ＯＮ制御では、まず第一処理制御を実施する（ステップＳ２）。すなわち、統合制御ユニット１００は、第一処理制御に対応する開閉状態（上記の表１参照）に弁Ｖ1〜11のそれぞれを制御する。
それから、第一処理制御の終了条件が成立していなければ（ステップＳ３のＮＯ）、第一処理制御の実施を継続する（ステップＳ２）。
それから、第一処理制御の終了条件が成立していなければ（ステップＳ３のＮＯ）、第一処理制御の実施を継続する（ステップＳ２）。
一方、第一処理制御の終了条件が成立すれば（ステップＳ３のＹＥＳ）、第一処理制御を終了し、発電制御を開始する（ステップＳ４〜Ｓ６）。
発電制御では、まず本制御を開始する（ステップＳ４）。すなわち、統合制御ユニット１００は、本制御に対応する開閉状態（上記の表１参照）に弁Ｖ1〜11のそれぞれを制御する。
発電制御では、まず本制御を開始する（ステップＳ４）。すなわち、統合制御ユニット１００は、本制御に対応する開閉状態（上記の表１参照）に弁Ｖ1〜11のそれぞれを制御する。
それから、本制御の終了条件が成立していなければ（ステップＳ５のＮＯ）、本制御の実施を継続する（ステップＳ４）。
一方、本制御の終了条件が成立すれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、本制御を終了し、補助制御を開始する（ステップＳ６）。すなわち、統合制御ユニット１００は、補助制御に対応する開閉状態（上記の表１参照）に弁Ｖ1〜11のそれぞれを制御する。
一方、本制御の終了条件が成立すれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、本制御を終了し、補助制御を開始する（ステップＳ６）。すなわち、統合制御ユニット１００は、補助制御に対応する開閉状態（上記の表１参照）に弁Ｖ1〜11のそれぞれを制御する。
それから、補助制御の終了条件が成立していなければ（ステップＳ７のＮＯ）、補助制御の実施を継続する（ステップＳ６）。
一方、補助制御の終了条件が成立すれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、補助制御を終了し、第二処理制御を開始する（ステップＳ８）。すなわち、統合制御ユニット１００は、第二処理制御に対応する開閉状態（上記の表１参照）に弁Ｖ1〜11のそれぞれを制御する。
一方、補助制御の終了条件が成立すれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、補助制御を終了し、第二処理制御を開始する（ステップＳ８）。すなわち、統合制御ユニット１００は、第二処理制御に対応する開閉状態（上記の表１参照）に弁Ｖ1〜11のそれぞれを制御する。
それから、第二処理制御の終了条件が成立していなければ（ステップＳ９のＮＯ）、第二処理制御の実施を継続する（ステップＳ８）。
一方、第二処理制御の終了条件が成立すれば（ステップＳ９のＹＥＳ）、第二処理制御を終了し、ＯＦＦ制御を開始する（ステップＳ１０）。すなわち、統合制御ユニット１００は、弁Ｖ1〜11の全てを閉鎖状態とする。
一方、第二処理制御の終了条件が成立すれば（ステップＳ９のＹＥＳ）、第二処理制御を終了し、ＯＦＦ制御を開始する（ステップＳ１０）。すなわち、統合制御ユニット１００は、弁Ｖ1〜11の全てを閉鎖状態とする。
［３．作用および効果］
本実施形態の電気自動車１は、以下のような作用および効果を得ることができる。
（１）ＯＮ制御においては、上述したように第一処理制御を実施した後に発電制御を実施することから、第一処理制御を実施せずに発電制御を実施するのに比較して、燃料電池４での発電開始までに時間を要する。
しかしながら、本実施形態の電気自動車１は、燃料電池４のほかにバッテリ３を搭載していることから、ドライバから要求される出力（すなわちモータ２から要求される電力）はバッテリ３の給電で賄うことができる。このようなレンジエクステンダー型の電気自動車１に搭載される燃料電池４は、緩慢に起動したとしても、ドライバビリティの低下を防ぐことができる。
本実施形態の電気自動車１は、以下のような作用および効果を得ることができる。
（１）ＯＮ制御においては、上述したように第一処理制御を実施した後に発電制御を実施することから、第一処理制御を実施せずに発電制御を実施するのに比較して、燃料電池４での発電開始までに時間を要する。
しかしながら、本実施形態の電気自動車１は、燃料電池４のほかにバッテリ３を搭載していることから、ドライバから要求される出力（すなわちモータ２から要求される電力）はバッテリ３の給電で賄うことができる。このようなレンジエクステンダー型の電気自動車１に搭載される燃料電池４は、緩慢に起動したとしても、ドライバビリティの低下を防ぐことができる。
また、バッテリ３の給電によるモータ２の駆動時には、電気自動車１が走行しており、バッテリ３の充電率ＳＯＣDが低下する。それから、電気自動車１の走行中にバッテリ３の充電率ＳＯＣDが第一所定充電率ＳＯＣP1を下回り、上述した条件Ａ１（ＯＮ制御の開始条件）が成立する。そして、ＯＮ制御のうち第一処理制御が実施され、外気が電極４１，４２に導入される。
すなわち、電気自動車１の走行中は、モータ２やバッテリ３が発熱している状況であり、第一処理制御の開始条件であるところの条件Ａ１が成立しやすい状況でもある。このような状況で実施される第一処理制御によれば、走行風によって外気導入部７に外気を暖気しつつ確実に取り込んで電極４１，４２に導入することができる。
すなわち、電気自動車１の走行中は、モータ２やバッテリ３が発熱している状況であり、第一処理制御の開始条件であるところの条件Ａ１が成立しやすい状況でもある。このような状況で実施される第一処理制御によれば、走行風によって外気導入部７に外気を暖気しつつ確実に取り込んで電極４１，４２に導入することができる。
燃料電池４の発電前後に実施される外気導入制御では、水素極４１あるいは空気極４２に対する外気の供給および排出が実施される。そのため、水素極４１や空気極４２の周辺を掃気して、水素極４１，空気極４２を低湿化（乾燥）させることができる。よって、腐食による水素極４１や空気極４２の劣化を抑えることができ、燃料電池４の耐久性を高めることができる。
一方、燃料電池４の発電時には、発電制御が実施される。
発電制御のうち本制御では、外気の供給および排出が遮断されたうえで、発電用ガスの供給および排出が実施される。そのため、供給された水素ガスおよび空気を化学的に反応させて、燃料電池４を発電させることができる。燃料電池４で発生した電力は、バッテリ３あるいはモータ２に供給される。したがって、バッテリ３を充電することができ、あるいは、モータ２を駆動することができる。
一方、燃料電池４の発電時には、発電制御が実施される。
発電制御のうち本制御では、外気の供給および排出が遮断されたうえで、発電用ガスの供給および排出が実施される。そのため、供給された水素ガスおよび空気を化学的に反応させて、燃料電池４を発電させることができる。燃料電池４で発生した電力は、バッテリ３あるいはモータ２に供給される。したがって、バッテリ３を充電することができ、あるいは、モータ２を駆動することができる。
また、発電制御の補助制御では、水素極４１への水素ガスの供給は停止するものの、水素極４１から水素ガスは排出されないため、水素極４１周辺に残存する水素ガスを有効に消費して、発電することができる。この発電電力もバッテリ３の充電やモータ２の駆動に用いることができる。よって、発電効率の向上に寄与する。
そのほか、外気導入弁Ｖ7，Ｖ8は、外気導入制御では開放されるのに対し、発電制御では閉鎖される。そのため、外気導入弁Ｖ7，Ｖ8などの開閉状態を切り替えるだけで、外気導入制御と発電制御とを切り替えることができ、制御構成の簡素化に寄与する。
そのほか、外気導入弁Ｖ7，Ｖ8は、外気導入制御では開放されるのに対し、発電制御では閉鎖される。そのため、外気導入弁Ｖ7，Ｖ8などの開閉状態を切り替えるだけで、外気導入制御と発電制御とを切り替えることができ、制御構成の簡素化に寄与する。
（２）外気導入部７には、外気導入路７０に導入された外気の温度を調節する温調部８が設けられることから、電極４１，４２に対して供給される外気の温度を調節することができる。
（３）ここでは、温調部８としてバッテリ３の排熱を利用する第一温調部８１が設けられることから、バッテリ３の排熱を利用して外気を暖気することができる。このようにして暖められた外気は、相対湿度が低下する。よって、電極４１，４２をより低湿化して劣化を確実に抑えることができる。
（３）ここでは、温調部８としてバッテリ３の排熱を利用する第一温調部８１が設けられることから、バッテリ３の排熱を利用して外気を暖気することができる。このようにして暖められた外気は、相対湿度が低下する。よって、電極４１，４２をより低湿化して劣化を確実に抑えることができる。
そのうえ、バッテリ３に内蔵された冷却器３１にブロアが用いられる場合には、外気導入部７の外気の流通が促進され、電極４１，４２の低湿化を更に促すことができる。
（４）また、モータ２の排熱を利用する第二温調部８２が設けられることから、モータ２の排熱を利用して外気を暖気することができる。
さらに、第一温調部８１や第二温調部８２によって暖められた外気によって燃料電池４を暖機することもできる。この点からも、燃料電池４の耐久性を高めることができる。
このように二段階の温調部８１，８２が設けられることで、外気の温度を確実に高めることができる。したがって、電極４１，４２を確実に乾燥させ、燃料電池４を確実に暖機させることができる。
（４）また、モータ２の排熱を利用する第二温調部８２が設けられることから、モータ２の排熱を利用して外気を暖気することができる。
さらに、第一温調部８１や第二温調部８２によって暖められた外気によって燃料電池４を暖機することもできる。この点からも、燃料電池４の耐久性を高めることができる。
このように二段階の温調部８１，８２が設けられることで、外気の温度を確実に高めることができる。したがって、電極４１，４２を確実に乾燥させ、燃料電池４を確実に暖機させることができる。
（５）第一処理制御では、発電用ガスを供給する前に、電極４１，４２に対して予め外気を供給し排出する。このとき、供給部５および排出部６に設けられた弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6が閉鎖され、外気導入部７および外気排出部９に設けられたＶ7，Ｖ8，Ｖ9，Ｖ10，Ｖ11が開放される。そのため、電極４１，４２の双方に対する外気の供給および排出が実施され、各電極４１，４２の周辺を掃気して、電極４１，４２を何れも低湿化（乾燥）させることができる。
第二処理制御では、燃料電池４に発電用ガスを供給した後に、空気極４２だけに対して外気を供給し排出する。このとき、供給部５および排出部６に設けられた弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ6，Ｖ9が閉鎖され、外気導入部７および外気排出部９に設けられたＶ5，Ｖ7，Ｖ8，Ｖ10，Ｖ11が開放される。
この第二処理制御では、まず空気極４２の周辺が掃気され、空気極４２が低湿化される。このとき、空気極４２よりも水素極４１のほうが相対的に多湿状態となる。それから、水素極４１側から空気極４２側へ向けて湿度（水分）が移動し、電極４１，４２の各湿度が平衡状態に向けて推移する。よって、水素ガスを排出することなく水素極４１を低湿化することができる。
この第二処理制御では、まず空気極４２の周辺が掃気され、空気極４２が低湿化される。このとき、空気極４２よりも水素極４１のほうが相対的に多湿状態となる。それから、水素極４１側から空気極４２側へ向けて湿度（水分）が移動し、電極４１，４２の各湿度が平衡状態に向けて推移する。よって、水素ガスを排出することなく水素極４１を低湿化することができる。
このように二つの電極４１，４２のうち一方だけに外気を供給して排出した場合であっても、電極４１，４２の双方を低湿化することができる。
（６）そのほか、導入する外気を取り込む取込口７１ａが車両前方を向くことから、車両の前進走行時に、外気を効率よく取り込むことができる。この点からも、電極４１，４２の低湿化を促すことができる。
（６）そのほか、導入する外気を取り込む取込口７１ａが車両前方を向くことから、車両の前進走行時に、外気を効率よく取り込むことができる。この点からも、電極４１，４２の低湿化を促すことができる。
［ＩＩ．その他］
最後に、その他の変形例について述べる。
たとえば、第二温調部には、モータの冷却回路に介装された二つの熱交換器の双方が介装されてもよい。これらの熱交換器がラジエータおよびエバポレータである場合には、ラジエータが介装された箇所で外気が暖められ、反対に、エバポレータが介装された箇所で外気が冷やされる。このように、ラジエータによる加熱部とエバポレータによる冷却部を第二温調部に併設してもよい。この場合には、外気の温度を加熱側だけでなく、冷却側にも調節することができる。よって、燃料電池４の高効率な発電に寄与する。
最後に、その他の変形例について述べる。
たとえば、第二温調部には、モータの冷却回路に介装された二つの熱交換器の双方が介装されてもよい。これらの熱交換器がラジエータおよびエバポレータである場合には、ラジエータが介装された箇所で外気が暖められ、反対に、エバポレータが介装された箇所で外気が冷やされる。このように、ラジエータによる加熱部とエバポレータによる冷却部を第二温調部に併設してもよい。この場合には、外気の温度を加熱側だけでなく、冷却側にも調節することができる。よって、燃料電池４の高効率な発電に寄与する。
更に言えば、上記した加熱部および冷却部のそれぞれにバイパス路を設け、流路切替弁によって加熱部や冷却部とバイパス路とで外気の流路が切り替えられてもよい。また、導入する外気や第二温調部よりも導入方向上流側における外気の温度を検出する温度センサを設けてもよい。この場合には、第二温調部で温調される前の外気の温度に応じて、燃料電池４に導入される外気の温調精度を向上させることができ、燃料電池４による発電の更なる高効率化に寄与する。
一方、温調部を省略してもよい。この場合には、導入される外気の湿度を検出する湿度センサを設け、湿度センサで検出された湿度が所定湿度よりも低いときに、外気導入制御の実施することが好ましい。また、湿度センサで検出された湿度が所定湿度以上のときに、外気導入制御の実施しないことが好ましい。ここでいう所定湿度は、電極の劣化が抑制可能か否かを判定する閾値である。
このように、導入される外気の湿度に応じて、統合制御ユニットが外気導入制御の実施を許可または禁止することで、簡素な構成で電極の低湿化が可能となる。
このように、導入される外気の湿度に応じて、統合制御ユニットが外気導入制御の実施を許可または禁止することで、簡素な構成で電極の低湿化が可能となる。
さらに、発電制御の前に第二処理制御を実施してもよいし、発電制御の後に第一処理制御を実施してもよい。また、第一処理制御または第二処理制御を省略してもよい。
そのほか、第一外気導入路および第二外気導入路とは別に、バッテリの内外を連通する連通路を設け、この連通路に開閉弁を介装してもよい。この場合には、外気導入制御で連通路の開閉弁を閉鎖し、発電制御やＯＦＦ制御で連通路の開閉弁を開放すれば、外気導入時以外にもバッテリの排熱を放出することができる。
なお、外気導入路や外気排出路などの各流路には、上述した弁に加えて、調圧弁や安全弁などを設けてもよいことは言うまでもない。
そのほか、第一外気導入路および第二外気導入路とは別に、バッテリの内外を連通する連通路を設け、この連通路に開閉弁を介装してもよい。この場合には、外気導入制御で連通路の開閉弁を閉鎖し、発電制御やＯＦＦ制御で連通路の開閉弁を開放すれば、外気導入時以外にもバッテリの排熱を放出することができる。
なお、外気導入路や外気排出路などの各流路には、上述した弁に加えて、調圧弁や安全弁などを設けてもよいことは言うまでもない。
１ 電気自動車（電動車両）
２ モータ
３ バッテリ（二次電池）
４ 燃料電池
５ 供給部
６ 排出部
７ 外気導入部
８ 温調部
９ 外気排出部
２０ 冷却回路
２１，２２ 熱交換器
３１ 冷却器
３２ バッテリ管理ユニット
４０ 電解質膜
４１ 水素極
４２ 空気極
５１ 水素供給部
５２ 水素供給路
５３ 還流路
５４ 還流装置
５５ 空気供給部
５６ 空気供給路
６１ 水素排出部
６２ 水素排出路
６３ 空気排出部
６４ 空気排出路
７０ 外気導入路
７１ 第一外気導入路（第一導入路）
７１ａ 取込口
７２ 第二外気導入路（第一導入路）
７３ 第三外気導入路
７３ａ 水素極導入路（第一導入路）
７３ｂ 空気極導入路（第二導入路）
８１ 第一温調部
８２ 第二温調部
９０ 外気排出路
９１ 第一外気排出路
９２ 第二外気排出路
１００ 統合制御ユニット（制御部）
Ｖ1 水素供給弁
Ｖ2 水素循環弁
Ｖ3 水素再供給弁
Ｖ4 空気供給弁
Ｖ5 水素排出弁
Ｖ6 空気排出弁
Ｖ7 第一外気導入弁（開閉弁，第二開閉弁）
Ｖ8 第二外気導入弁（開閉弁，第二開閉弁）
Ｖ9 第三外気導入弁（第一開閉弁）
Ｖ10 第一外気排出弁
Ｖ11 第二外気排出弁
２ モータ
３ バッテリ（二次電池）
４ 燃料電池
５ 供給部
６ 排出部
７ 外気導入部
８ 温調部
９ 外気排出部
２０ 冷却回路
２１，２２ 熱交換器
３１ 冷却器
３２ バッテリ管理ユニット
４０ 電解質膜
４１ 水素極
４２ 空気極
５１ 水素供給部
５２ 水素供給路
５３ 還流路
５４ 還流装置
５５ 空気供給部
５６ 空気供給路
６１ 水素排出部
６２ 水素排出路
６３ 空気排出部
６４ 空気排出路
７０ 外気導入路
７１ 第一外気導入路（第一導入路）
７１ａ 取込口
７２ 第二外気導入路（第一導入路）
７３ 第三外気導入路
７３ａ 水素極導入路（第一導入路）
７３ｂ 空気極導入路（第二導入路）
８１ 第一温調部
８２ 第二温調部
９０ 外気排出路
９１ 第一外気排出路
９２ 第二外気排出路
１００ 統合制御ユニット（制御部）
Ｖ1 水素供給弁
Ｖ2 水素循環弁
Ｖ3 水素再供給弁
Ｖ4 空気供給弁
Ｖ5 水素排出弁
Ｖ6 空気排出弁
Ｖ7 第一外気導入弁（開閉弁，第二開閉弁）
Ｖ8 第二外気導入弁（開閉弁，第二開閉弁）
Ｖ9 第三外気導入弁（第一開閉弁）
Ｖ10 第一外気排出弁
Ｖ11 第二外気排出弁
Claims (7)
- 車両走行用のモータに給電する二次電池と、
前記二次電池を充電する燃料電池と、
前記燃料電池の内部に外気を導入する外気導入部と、
前記外気導入部に介装された開閉弁と、
前記燃料電池の発電時に前記開閉弁を閉鎖する発電制御を実施し、前記燃料電池の発電前または発電後に前記開閉弁を開放する外気導入制御を実施する制御部とを備え、
前記燃料電池は、水素ガスが供給される水素極と、発電用空気が供給される空気極とを有し、
前記外気導入部は、前記水素極に外気を導入する第一導入路と、前記空気極に外気を導入する第二導入路とを有し、
前記開閉弁は、前記第一導入路に介装された第一開閉弁と、前記第二導入路に介装された第二開閉弁とを有し、
前記制御部は、前記外気導入制御において、前記第一開閉弁および前記第二開閉弁の双方を開放する第一処理制御、または、前記第一開閉弁を閉鎖するとともに前記第二開閉弁を開放する第二処理制御を実施する
ことを特徴とする電動車両。 - 前記外気導入部に導入された外気の温度を調節する温調部を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載された電動車両。 - 前記温調部は、前記外気導入部に導入された外気と前記二次電池との間で熱交換する第一温調部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載された電動車両。 - 前記温調部は、前記外気導入部に導入された外気と前記モータとの間で熱交換する第二温調部を有する
ことを特徴とする請求項２または３に記載された電動車両。 - 車両走行用のモータに給電する二次電池と、
前記二次電池を充電する燃料電池と、
前記燃料電池の内部に外気を導入する外気導入部と、
前記外気導入部に介装された開閉弁と、
前記燃料電池の発電時に前記開閉弁を閉鎖する発電制御を実施し、前記燃料電池の発電前または発電後に前記開閉弁を開放する外気導入制御を実施する制御部と、
前記外気導入部に導入された外気の温度を調節する温調部とを備え、
前記温調部は、前記外気の流通方向順に、前記外気導入部に導入された外気と前記二次電池との間で熱交換する第一温調部、及び、前記外気導入部に導入された外気と前記モータとの間で熱交換する第二温調部を有する
ことを特徴とする電動車両。 - 前記外気導入部は、車両前方を向く外気の取込口を有する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載された電動車両。 - 外気の湿度を検出する湿度センサを備え、
前記制御部は、前記湿度センサで検出された湿度が所定湿度よりも低いときに前記外気導入制御を実施し、前記湿度センサで検出された湿度が前記所定湿度以上のときに前記外気導入制御を実施しない
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載された電動車両。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2017041873A JP6950203B2 (ja) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | 電動車両 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018147732A JP2018147732A (ja) | 2018-09-20 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2017041873A Active JP6950203B2 (ja) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | 電動車両 |
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-
2017
- 2017-03-06 JP JP2017041873A patent/JP6950203B2/ja active Active
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