JPH0799707A - 車両用燃料電池システム - Google Patents

車両用燃料電池システム

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JPH0799707A
JPH0799707A JP5241458A JP24145893A JPH0799707A JP H0799707 A JPH0799707 A JP H0799707A JP 5241458 A JP5241458 A JP 5241458A JP 24145893 A JP24145893 A JP 24145893A JP H0799707 A JPH0799707 A JP H0799707A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池式電気自動車に太陽電池等で得られ
たエネルギを貯蔵する機能を付与して、システムとして
のエネルギ効率を向上するようにした車両用燃料電池シ
ステムを提供する。 【構成】 燃料電池システムＡは水の電気分解装置１０
０を備え、電気分解装置１００には、車体に設置された
太陽電池及び／又は制動エネルギの回生による電気エネ
ルギが供給される。電気分解装置１００により生成され
た水素ガスは、一旦高圧タンク１０８に貯蔵され、燃料
電池１の水素系Ｌ１を利用して燃料電池１に供給され
る。高圧タンク１０８の内圧が高くなったときには、タ
ンク１０８内の水素はライン１１０を通って水素吸蔵合
金タンク２に導かれ、この水素吸蔵合金タンク２に貯蔵
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に関し、より
詳しくは車両用燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近時の環境問題すなわち大気汚染に対し
て電気自動車が注目され、蓄電池を搭載した電気自動車
にあって既に実用化の段階に入っている。しかし、蓄電
池式電気車両は、電池の蓄電能力との関係で走行距離が
短く、また充電時間に長時間を要する等の解決に困難な
問題を有しているため、これを解消し得る電気自動車と
して燃料電池式車両の出現が待たれている（特開平２ー
１６８８０３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、蓄電池式車
両にあってはバッテリが必須の要素であり、例えば太陽
電池で得られた電気的エネルギをそのままバッテリに充
電してこれを貯え、これにより電気自動車のシステムと
してのエネルギ効率を向上することが可能である。しか
しながら、燃料電池式車両にあっては、燃料電池が化学
的エネルギを電気的エネルギに変換するものであるため
本来的にエネルギを貯蔵する能力がなく、このことか
ら、システムとしてのエネルギ効率に関して、蓄電池式
車両のような有利さを備えていないという問題がある。
【０００４】そこで、本発明の目的は、燃料電池式電気
自動車に太陽電池等で得られたエネルギを貯蔵する機能
を付与して、システムとしてのエネルギ効率を向上する
ようにした車両用燃料電池システムを提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる技術的課題を達成
すべく、本発明のうち、第１の発明にあっては、水素ガ
スを燃料とする燃料電池から電力を得て駆動する電気モ
ータの出力により走行する電気モータ駆動式車両を前提
として、回生電力及び／又は太陽電池から電力の供給を
受けて水を電気分解する電気分解手段と、該電気分解手
段により生成された水素ガスを貯蔵する水素タンクとを
有し、該水素ガスタンク内の水素ガスを前記燃料電池に
供給する構成としてある。
【０００６】また、第２の発明にあっては、水素吸蔵合
金から水素ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該
燃料電池から電力を得て駆動する電気モータとを有し、
該電気モータの出力により走行する電気モータ駆動式車
両を前提として、前記燃料電池から排出された水素ガス
を気／液分離器で含有水分を除去した後に再び前記燃料
電池に還流させる水素循環ラインと、回生電力及び／又
は太陽電池から電力の供給を受けて水を電気分解する電
気分解手段と、前記水素吸蔵合金とは別体とされ、前記
電気分解手段により生成された水素ガスを貯蔵する水素
タンクとを有し、該水素タンクが、前記水素循環ライン
における前記気／液分離器の上流側に連通されている構
成としてある。
【０００７】また、本発明のうち第３の発明にあって
は、水素吸蔵合金から水素ガスの供給を受けて発電する
燃料電池と、該燃料電池から電力を得て駆動する電気モ
ータとを有し、該電気モータの出力により走行する電気
モータ駆動式車両を前提として、回生電力及び／又は太
陽電池から電力の供給を受けて水を電気分解する電気分
解手段と、前記水素吸蔵合金を内蔵したタンクとは別体
とされて、開閉弁及び水分吸着式除湿手段を介して前記
水素吸蔵合金内蔵タンクに連通され、前記電気分解手段
により生成された水素ガスを貯蔵する水素タンクとを有
し、該水素タンクの内圧が前記水素吸蔵合金内蔵タンク
の内圧よりも高いときには前記開閉弁が開かれて該水素
タンク内の水素ガスが前記水素吸蔵合金内蔵タンクに向
けて放出され、該水素タンクの内圧が前記水素吸蔵合金
内蔵タンクの内圧よりも低いときには一時的に前記開閉
弁が開かれて、前記水素吸蔵合金内蔵タンクから該水素
タンクに向けて逆流する水素ガスによって前記水分吸着
式除湿手段の再生が行われる構成としてある。
【０００８】
【作用及び効果】第１の発明によれば、制動エネルギの
回生電力等による電気的エネルギで水の電気分解反応を
介して水素ガスが生成され、これにより燃料電池の燃料
である水素ガスという形で水素タンクに貯蔵することが
できるため電気自動車のシステムとしてのエネルギ効率
を向上することができる。
【０００９】また、第２の発明によれば、制動エネルギ
の回生電力等による電気的エネルギで水の電気分解反応
を介して水素ガスが生成され、これにより燃料電池の燃
料である水素ガスという形で水素タンクに貯蔵すること
ができるため電気自動車のシステムとしてのエネルギ効
率を向上することができると共に、水素タンクに貯蔵さ
れた水素ガスを燃料電池の水素循環ラインを利用して燃
料電池に供給することができる。
【００１０】また、第３の発明によれば、制動エネルギ
の回生電力等による電気的エネルギで水の電気分解反応
を介して水素ガスが生成され、これにより燃料電池の燃
料である水素ガスという形で水素タンクに貯蔵すること
ができるため電気自動車のシステムとしてのエネルギ効
率を向上することができると共に、更に燃料電池の本来
的な水素ガス源である水素吸蔵合金を利用して水素ガス
を貯蔵することができる。更に、水素タンクと水素吸蔵
合金との間に介設した水分吸着式除湿手段に対し、これ
を水素吸蔵合金の水素ガスを利用して再生することがで
きる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付した図面に基づ
いて説明する。図１において、参照符号Ａは、車両（図
示せず）に搭載された燃料電池システムを示し、車両
は、燃料電池１から電力を得て駆動する電動モータの出
力により走行する。燃料電池１は、水素イオン伝導体を
用いた低温動作型つまり１００℃以下で動作する固体電
解質燃料電池で構成されている。燃料電池１はポート１
ａ〜１ｆを有し、これらポートのうち、対をなすポート
１ａ、１ｂは水素循環系Ｌ１に接続され、ポート１ａか
ら燃料としての水素ガスが導入され、余剰水素がポート
１ｂから排出される。また、対をなすポート１ｃ、１ｄ
は空気系Ｌ２に接続され、ポート１ｃから酸化剤として
の空気が導入され、反応水を含む余剰空気がポート１ｄ
から排出される。また、対をなすポート１ｅ、１ｆは冷
却水循環系Ｌ３に接続され、ポート１ｅから冷却用及び
加湿用の純水が導入され、ポート１ｆから排出される。
【００１２】水素循環系Ｌ１は、水素ガス源として水素
吸蔵合金を内蔵したタンク２を有し、タンク２には、ポ
ンプ４とラジエータ６とからなる加温水循環系Ｌ４が付
設され、この循環系Ｌ４によってタンク２は水素放出に
必要とされる所定温度（規定温度）に保持される。タン
ク２と水素導入ポート１ａとは水素供給ライン８を介し
て接続され、この供給ライン８には、タンク２側から燃
料電池１側に向けて、順に、マニュアルバルブ１０、圧
力調整弁１２、圧力センサ１４、電磁式開閉弁１６が介
装されている。水素排出ポート１ｂは、水素排出ライン
１８を介して気／液分離器２０に接続され、排出ライン
１８には逆止弁２２が介装されて、この逆止弁２２によ
り分離器２０側からタンク２側への逆流が禁止される。
また、水素循環系Ｌ１は、分離器２０で分離された水素
ガスを供給ライン８に還流する還流ライン２４を有す
る。すなわち、水素還流ライン２４は、その上流端が分
離器２０に接続され、下流端が水素供給ライン８具体的
には供給ライン８の開閉弁１６よりも下流側部分に接続
され、水素還流ライン２４には、分離器２０から供給ラ
イン８に向けて、順に、ポンプ２８、脱イオンフィルタ
３０、逆止弁３２が介装され、この逆止弁３２により、
供給ライン８から分離器２０に向けての逆流が禁止され
る。
【００１３】空気系Ｌ２は、空気導入ポート１ｃに接続
された空気供給ライン４０と、空気排出ポート１ｄに接
続された排気ライン４２とを有する。空気供給ライン４
０には、その上流端から燃料電池１に向けて、順に、空
気圧縮機４４、逆止弁４６、エアタンク４８、脱イオン
フィルタ５０、圧力調整弁５２、電磁式開閉弁５４が設
けられている。空気圧縮機４４は電動モータ５６により
駆動され、圧縮機４４から吐出された加圧空気は、一旦
エアタンク４８に蓄えられた後、燃料電池１に供給され
る。他方、排気ライン４２には、燃料電池１から下流端
に向けて、順に、凝縮器６０、スロットル６２、消音器
６４が設けられ、ポート１ｄから吐出された余剰空気
は、その含有水分を凝縮器６０で取り除かれた後に大気
に放出される。他方、凝縮器６０で分離された水分（燃
料電池１の反応生成水）はライン６６を通って貯水タン
ク７０に蓄えられる。これにより、燃料電池１の反応水
を回収することができる。
【００１４】燃料電池用循環水系Ｌ３は、水素吸蔵合金
用循環水系Ｌ４から独立した経路で構成されている。す
なわち、冷却水系Ｌ３は、貯水タンク７０と水導入ポー
ト１ｅとに接続された水供給ライン７２と、貯水タンク
７０と排水ポート１ｆとに接続された水還流ライン７４
とを有する。水供給ライン７２には、貯水タンク７０か
ら燃料電池１に向けて、順に、ポンプ７６、３方形弁７
８、ラジエータ８０、脱イオンフィルタ８２が介装され
ている。水供給ライン７２には、また、ラジエータ８０
をバイパスするバイパスライン８６が設けられ、バイパ
スライン８６は、その上流端が３方形弁７８に接続さ
れ、下流端が、ラジエータ８０と脱イオンフィルタ８４
との間に接続されている。この冷却水循環系Ｌ３の流路
は、３方形弁７８の切り換えによって、冷却水がラジエ
ータ８０を通る態様と、ラジエータ８０をバイパスして
バイパスライン８６を通る態様とに選択的に変更され
る。尚、図中、符号９０は排水ラインで、排水ライン９
０は、分離器２０と貯水タンク７０とに接続され、分離
器２０内の水は電磁式開閉弁９２を開弁させることによ
り系外に排出され、貯水タンク７０内の水は電磁式開閉
弁９４を開弁させることにより系外に排出される。
【００１５】燃料電池システムＡは水の電気分解装置１
００を備えた電解系Ｌ５を有する。電気分解装置１００
は、燃料電池１と同様に固体高分子電解質からなる水素
イオン導伝膜を備えており、この水素イオン導伝膜の両
面つまり正電極と負電極との間に水の電解電圧以上の電
圧を印加することにより正電極に酸素が発生し、負電極
に水素が発生する。この種の電気分解装置１００は、既
知のように、所定電圧以上の電圧は電流に変換されて所
定電圧を維持する特性を有する。
【００１６】電気分解装置１００は、水導入ポート１０
０ａと水出口ポート１００ｂと水素吐出ポート１００ｃ
とを有し、水導入ポート１００ａは冷却水循環系Ｌ３に
接続されている。具体的には、冷却水系Ｌ３における水
供給ライン７２は、その下流端で分岐された分岐ライン
１０２を有し、分岐ライン１０２は水導入ポート１００
ａに接続されて、水供給ライン７２を通る純水の一部が
電気分解装置１００に導入される。また、水出口ポート
１００ｂは、排水ライン１０４を介して冷却水系Ｌ３に
おける水還流ライン７４に接続され、電気分解により生
成された酸素を含む純水は、ライン１０４、ライン７４
を通って貯水タンク７０に導かれて、タンク７０で水と
酸素との分離が行われた後に、分離した酸素はライン６
６を通って排気ライン４２から系外に排出される。
【００１７】電気分解装置１００の水素吐出ポート１０
０ｃはライン１０６を介して水素貯蔵用高圧タンク１０
８に接続され、タンク１０８には第１、第２のライン１
１０、１１２が接続されている。第１ライン１１０は、
その他端が水素循環系Ｌ１における水素排出ライン１８
の下流端つまり逆止弁２２と気／液分離器２０との間に
接続され、この第１ライン１１０には、水素タンク１０
８から分離器２０に向けて、順に、圧力調整弁１１４、
電磁式開閉弁１１６が設けられている。他方、第２ライ
ン１１２は、その他端が水素吸蔵合金タンク２に接続さ
れ、この第２ライン１１２には、水素タンク１０８から
水素吸蔵合金タンク２に向けて、順に、水素タンク１０
８の内圧を検出する第１圧力センサ１１８、電磁式開閉
弁１２０、乾燥器１２２が設けられ、また第２ライン１
１２の下流端つまり水素吸蔵合金タンク２の近傍には、
このタンク２の内圧を検出する第２圧力センサ１２４が
設けられている。乾燥器１２２にはシリカゲル、モレキ
ュラーシーブ等の水分吸着剤が充填され、またヒータ１
２６が内蔵されている。
【００１８】電気分解装置１００には、車体に設置され
た太陽電池（図示せず）及び／又は制動エネルギの回生
による電気エネルギが供給され、また脱イオンフィルタ
８２を経由して燃料電池１に供給される純水の一部が供
給されて、その電気分解が行われる。制動エネルギ等を
電力として回生することは既知であるのでその説明を省
略する。電気分解により生成された水素ガス（約３０at
m ）は、ポート１００ｃからライン１０６を通って高圧
タンク１０８に貯蔵される。
【００１９】燃料電池システムＡは、例えばマイクロコ
ンピュータで構成された図外のコントロールユニットを
有し、このコントロールユニットにはセンサ１４等から
の信号が入力され、コントロールユニットからは電磁式
開閉弁１６等に制御信号が出力される。コントロールユ
ニットの制御内容を説明すると、燃料電池１の動作中且
つ水素タンク１０８の内圧が所定圧力以下であるときに
は、開閉弁１２０が閉じられてタンク１０８からタンク
２に向けての水素ガスの放出が停止され、他方、開閉弁
１１６が開かれてタンク１０８内の水素ガスはライン１
１０を通って水素循環系Ｌ１の気／液分離器２０に導か
れ、この分離器２０において水素ガスの含有する水分の
除去が行われた後に水素循環系Ｌ１を通って燃料電池１
に供給される。
【００２０】水素タンク１０８の内圧が水素吸蔵合金タ
ンク２の内圧よりも高くなったとき、例えば燃料電池１
の動作停止中における太陽電池の発電或いは燃料電池１
が動作しているときに長い下り坂のような制動状態が長
く続いたようなときには、開閉弁１２０が開かれて、水
素タンク１０８内の水素ガスは、乾燥器１２２で除湿さ
れた後に水素吸蔵合金タンク２に導かれてその貯蔵が行
われる。乾燥器１２２内のヒータ１２６には、定期的に
電力が供給されて水分吸着剤を加熱することによる再生
が行われ、また水素タンク１０８の内圧が水素吸蔵合金
タンク２の内圧よりも低いときに、一時的に開閉弁１２
０が開かれる。これにより水素吸蔵合金タンク２内の水
素ガスはライン１１２を通って水素タンク１０８に向け
て逆流し、その際乾燥器１２２内の水分吸着剤に付着し
た水分を離脱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された実施例にかかる燃料電池シス
テムの全体構成図。
【符号の説明】
Ａ 燃料電池システム １ 燃料電池 ２ 水素吸蔵合金内蔵タンク ２０ 気／液分離器 ７０ 水タンク ７２ 水供給ライン １００ 電気分解装置 １００ｃ 電気分解装置の水素吐出ポート １０２ 分岐ライン １０８ 水素貯蔵用高圧タンク １２０ 電磁式開閉弁 １２２ 乾燥器 Ｌ１ 水素循環系 Ｌ３ 冷却水循環系 Ｌ５ 電解系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ 9444−4Ｋ 8/04 Ｊ 8/06 Ｒ (72)発明者 桐木 義博 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 飯島 豊 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水素ガスを燃料とする燃料電池から電力
    を得て駆動する電気モータの出力により走行する電気モ
    ータ駆動式車両において、 回生電力及び／又は太陽電池から電力の供給を受けて水
    を電気分解する電気分解手段と、 該電気分解手段により生成された水素ガスを貯蔵する水
    素タンクとを有し、 該水素ガスタンク内の水素ガスを前記燃料電池に供給す
    る、ことを特徴とする車両用燃料電池システム。
  2. 【請求項２】 前記燃料電池を冷却する循環水系に、該
    燃料電池の反応ガスに含まれる水分を回収する水タンク
    を備え、該水タンク内の循環水を前記燃料電池に供給す
    る水供給ラインから分岐された分岐ラインが前記電気分
    解手段に接続されている、請求項１に記載の車両用燃料
    電池システム。
  3. 【請求項３】 水素吸蔵合金から水素ガスの供給を受け
    て発電する燃料電池と、該燃料電池から電力を得て駆動
    する電気モータとを有し、該電気モータの出力により走
    行する電気モータ駆動式車両において、 前記燃料電池から排出された水素ガスを気／液分離器で
    含有水分を除去した後に再び前記燃料電池に還流させる
    水素循環ラインと、 回生電力及び／又は太陽電池から電力の供給を受けて水
    を電気分解する電気分解手段と、 前記水素吸蔵合金とは別体とされ、前記電気分解手段に
    より生成された水素ガスを貯蔵する水素タンクとを有
    し、 該水素タンクが、前記水素循環ラインにおける前記気／
    液分離器の上流側に連通されている、ことを特徴とする
    車両用燃料電池システム。
  4. 【請求項４】 水素吸蔵合金から水素ガスの供給を受け
    て発電する燃料電池と、該燃料電池から電力を得て駆動
    する電気モータとを有し、該電気モータの出力により走
    行する電気モータ駆動式車両において、 回生電力及び／又は太陽電池から電力の供給を受けて水
    を電気分解する電気分解手段と、 前記水素吸蔵合金を内蔵したタンクとは別体とされて、
    開閉弁及び水分吸着式除湿手段を介して前記水素吸蔵合
    金内蔵タンクに連通され、前記電気分解手段により生成
    された水素ガスを貯蔵する水素タンクとを有し、 該水素タンクの内圧が前記水素吸蔵合金内蔵タンクの内
    圧よりも高いときには前記開閉弁が開かれて該水素タン
    ク内の水素ガスが前記水素吸蔵合金内蔵タンクに向けて
    放出され、該水素タンクの内圧が前記水素吸蔵合金内蔵
    タンクの内圧よりも低いときには一時的に前記開閉弁が
    開かれて、前記水素吸蔵合金内蔵タンクから該水素タン
    クに向けて逆流する水素ガスによって前記水分吸着式除
    湿手段の再生が行われる、ことを特徴とする車両用燃料
    電池システム。
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