JPH10172584A - 直流電源の充電方法及び充電装置 - Google Patents
直流電源の充電方法及び充電装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気自動車等の電動車両に搭載可能であっ
て、然も、直流電源の温度上昇を抑えて、高い効率で継
続的に充電を行なうことが出来る直流電源の充電装置を
提供する。 【解決手段】 充電装置は、直流電源となるバッテリユ
ニット１と接続して、バッテリユニット１へ充電用の直
流電力を供給すべき燃料電池ユニット２と、バッテリユ
ニット１の側面に熱交換可能に連結されると共に、水素
供給管31を介して燃料電池ユニット２と連結されたタン
クユニット３とから構成され、タンクユニット３には、
水素供給管31へ水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク
４と、充電の過程でバッテリユニット１から発生する熱
を強制的に水素吸蔵合金タンク４に伝えるためのファン
６とが装備されている。
て、然も、直流電源の温度上昇を抑えて、高い効率で継
続的に充電を行なうことが出来る直流電源の充電装置を
提供する。 【解決手段】 充電装置は、直流電源となるバッテリユ
ニット１と接続して、バッテリユニット１へ充電用の直
流電力を供給すべき燃料電池ユニット２と、バッテリユ
ニット１の側面に熱交換可能に連結されると共に、水素
供給管31を介して燃料電池ユニット２と連結されたタン
クユニット３とから構成され、タンクユニット３には、
水素供給管31へ水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク
４と、充電の過程でバッテリユニット１から発生する熱
を強制的に水素吸蔵合金タンク４に伝えるためのファン
６とが装備されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気自動車
等の電動車両に搭載される直流電源を充電する方法及び
装置に関し、特に、水素ガスの供給を受けて発電する燃
料電池によって直流電源を充電する方法及び装置に関す
るものである。
等の電動車両に搭載される直流電源を充電する方法及び
装置に関し、特に、水素ガスの供給を受けて発電する燃
料電池によって直流電源を充電する方法及び装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車には、ニッケル−水素二次電
池等からなるバッテリが搭載され、該バッテリから駆動
モータ等へ必要な電力が供給される。バッテリの充電
は、家庭や最寄りの充電ステーションに設置された専用
の充電器によって行なわれる。又、充電器の電源として
は、一般に商用の交流電源が用いられている。
池等からなるバッテリが搭載され、該バッテリから駆動
モータ等へ必要な電力が供給される。バッテリの充電
は、家庭や最寄りの充電ステーションに設置された専用
の充電器によって行なわれる。又、充電器の電源として
は、一般に商用の交流電源が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気自
動車に搭載されたバッテリを充電する過程で、バッテリ
が発熱し、バッテリの温度がある限界値を越えると、そ
れ以上の充電は不可能となる。従って、過大な温度上昇
が発生しない様、低い電流で充電を行なわねばならず、
充電に時間がかかる問題があった。又、バッテリの充電
は家庭や最寄りの充電ステーションで行なう必要がある
ため、走行途中でバッテリの出力電圧が低下した場合、
その場では充電を行なうことが出来ず、走行は不可能と
なる。更に、充電器は、商用の交流電力を直流に変換す
る必要があるため、電力変換に伴うエネルギー効率の低
下によって、消費電力が大きい問題があった。
動車に搭載されたバッテリを充電する過程で、バッテリ
が発熱し、バッテリの温度がある限界値を越えると、そ
れ以上の充電は不可能となる。従って、過大な温度上昇
が発生しない様、低い電流で充電を行なわねばならず、
充電に時間がかかる問題があった。又、バッテリの充電
は家庭や最寄りの充電ステーションで行なう必要がある
ため、走行途中でバッテリの出力電圧が低下した場合、
その場では充電を行なうことが出来ず、走行は不可能と
なる。更に、充電器は、商用の交流電力を直流に変換す
る必要があるため、電力変換に伴うエネルギー効率の低
下によって、消費電力が大きい問題があった。
【０００４】ところで、直流の電力源として、水素ガス
と空気の電気化学的な反応によって発電する燃料電池が
知られている。ここで、水素ガスの供給源として、水素
吸蔵合金タンクを用いることによって、燃料電池の小型
化、軽量化を図ることが可能である。そこで、発明者ら
は、水素吸蔵合金タンクを用いたポータブル型の燃料電
池を電気自動車に搭載して、出力電圧の低下したバッテ
リを充電する方式を開発した。該方式によれば、走行途
中でバッテリの出力電圧が低下した場合、その場で燃料
電池によって充電を行なうことが出来る。又、燃料電池
から得られる直流の電力を直流のままバッテリへ供給す
ればよいので、電力変換に伴うエネルギー効率の低下は
生じない。
と空気の電気化学的な反応によって発電する燃料電池が
知られている。ここで、水素ガスの供給源として、水素
吸蔵合金タンクを用いることによって、燃料電池の小型
化、軽量化を図ることが可能である。そこで、発明者ら
は、水素吸蔵合金タンクを用いたポータブル型の燃料電
池を電気自動車に搭載して、出力電圧の低下したバッテ
リを充電する方式を開発した。該方式によれば、走行途
中でバッテリの出力電圧が低下した場合、その場で燃料
電池によって充電を行なうことが出来る。又、燃料電池
から得られる直流の電力を直流のままバッテリへ供給す
ればよいので、電力変換に伴うエネルギー効率の低下は
生じない。
【０００５】ところが、水素吸蔵合金タンクを用いた燃
料電池においては、水素吸蔵合金タンクの水素放出過程
は吸熱反応であるため、水素ガスの放出に伴って水素吸
蔵合金タンクの温度が低下し、一定温度を下回ると、水
素ガスの放出が殆ど起こらなくなって、充電が停止する
問題が発生する。又、燃料電池による直流電源の充電に
よっても、依然として、直流電源の温度が上昇して充電
停止に至る問題は発生する。
料電池においては、水素吸蔵合金タンクの水素放出過程
は吸熱反応であるため、水素ガスの放出に伴って水素吸
蔵合金タンクの温度が低下し、一定温度を下回ると、水
素ガスの放出が殆ど起こらなくなって、充電が停止する
問題が発生する。又、燃料電池による直流電源の充電に
よっても、依然として、直流電源の温度が上昇して充電
停止に至る問題は発生する。
【０００６】本発明の目的は、直流電源の温度上昇を抑
えて、高い効率で継続的に充電を行なうことが出来る直
流電源の充電方法を提供することである。本発明の他の
目的は、電気自動車等の電動車両に搭載可能であって、
然も、直流電源の温度上昇を抑えて、高い効率で継続的
に充電を行なうことが出来る直流電源の充電装置を提供
することである。
えて、高い効率で継続的に充電を行なうことが出来る直
流電源の充電方法を提供することである。本発明の他の
目的は、電気自動車等の電動車両に搭載可能であって、
然も、直流電源の温度上昇を抑えて、高い効率で継続的
に充電を行なうことが出来る直流電源の充電装置を提供
することである。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】本発明に係る直流電源の充
電方法は、充電を施すべき直流電源に、水素吸蔵合金タ
ンクから水素ガスの供給を受けて発電する燃料電池を接
続して、燃料電池から得られる直流の電力によって直流
電源を充電するものであって、充電の過程で直流電源か
ら発生する熱を強制的に水素吸蔵合金タンクに伝えつ
つ、直流電源に充電を施すことを特徴とする。
電方法は、充電を施すべき直流電源に、水素吸蔵合金タ
ンクから水素ガスの供給を受けて発電する燃料電池を接
続して、燃料電池から得られる直流の電力によって直流
電源を充電するものであって、充電の過程で直流電源か
ら発生する熱を強制的に水素吸蔵合金タンクに伝えつ
つ、直流電源に充電を施すことを特徴とする。
【０００８】又、本発明に係る直流電源の充電装置は、
充電を施すべき直流電源と接続して、直流電源へ充電用
の直流電力を供給すべき燃料電池と、燃料電池へ水素ガ
スを供給すべき水素吸蔵合金タンクと、充電の過程で直
流電源から発生する熱を強制的に水素吸蔵合金タンクへ
伝えるための伝熱機構とを具えている。
充電を施すべき直流電源と接続して、直流電源へ充電用
の直流電力を供給すべき燃料電池と、燃料電池へ水素ガ
スを供給すべき水素吸蔵合金タンクと、充電の過程で直
流電源から発生する熱を強制的に水素吸蔵合金タンクへ
伝えるための伝熱機構とを具えている。
【０００９】上記充電方法及び装置によれば、直流電源
から発生する熱が強制的に水素吸蔵合金タンクに伝えら
れることによって、直流電源から熱が奪われて、直流電
源が強制的に冷却されることになる。一方、燃料電池の
水素吸蔵合金タンクは、直流電源からの熱を受けて、強
制的に加熱されることになる。又、燃料電池から得られ
る直流の電力を直流のまま直流電源へ供給することが出
来る。この結果、燃料電池の発電と直流電源の充電が共
に高い効率で継続的に行なわれることとなり、短時間で
直流電源の充電が完了する。
から発生する熱が強制的に水素吸蔵合金タンクに伝えら
れることによって、直流電源から熱が奪われて、直流電
源が強制的に冷却されることになる。一方、燃料電池の
水素吸蔵合金タンクは、直流電源からの熱を受けて、強
制的に加熱されることになる。又、燃料電池から得られ
る直流の電力を直流のまま直流電源へ供給することが出
来る。この結果、燃料電池の発電と直流電源の充電が共
に高い効率で継続的に行なわれることとなり、短時間で
直流電源の充電が完了する。
【００１０】具体的には伝熱機構は、直流電源から発生
する熱を、空気を媒体として水素吸蔵合金タンクへ伝え
る送風機構、或いは液体を媒体として水素吸蔵合金タン
クへ伝える送水機構によって構成される。該具体的構成
によれば、強制的な対流熱伝達によって、直流電源から
発生する熱が水素吸蔵合金タンクへ伝えられるので、高
い伝熱効率が得られる。
する熱を、空気を媒体として水素吸蔵合金タンクへ伝え
る送風機構、或いは液体を媒体として水素吸蔵合金タン
クへ伝える送水機構によって構成される。該具体的構成
によれば、強制的な対流熱伝達によって、直流電源から
発生する熱が水素吸蔵合金タンクへ伝えられるので、高
い伝熱効率が得られる。
【００１１】又、本発明に係る直流電源の充電装置は、
直流電源となるバッテリユニット(１)と接続して、バッ
テリユニット(１)へ充電用の直流電力を供給すべき燃料
電池ユニット(２)と、バッテリユニット(１)の側面に熱
交換可能に連結されると共に、水素供給管(31)を介して
燃料電池ユニット(２)と連結されたタンクユニット(３)
とから構成され、タンクユニット(３)には、水素供給管
(31)へ水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク(４)と、
充電の過程でバッテリユニット(１)から発生する熱を強
制的に水素吸蔵合金タンク(４)に伝えるための伝熱機構
とが装備されている。
直流電源となるバッテリユニット(１)と接続して、バッ
テリユニット(１)へ充電用の直流電力を供給すべき燃料
電池ユニット(２)と、バッテリユニット(１)の側面に熱
交換可能に連結されると共に、水素供給管(31)を介して
燃料電池ユニット(２)と連結されたタンクユニット(３)
とから構成され、タンクユニット(３)には、水素供給管
(31)へ水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク(４)と、
充電の過程でバッテリユニット(１)から発生する熱を強
制的に水素吸蔵合金タンク(４)に伝えるための伝熱機構
とが装備されている。
【００１２】上記充電装置は、バッテリユニット(１)と
燃料電池ユニット(２)とタンクユニット(３)とを一体化
して、電動車両に搭載することが可能である。この一体
化によって、装置全体がコンパクトとなるばかりでな
く、バッテリユニット(１)から発生する熱を外部に逃が
すことなく、効率的に水素吸蔵合金タンク(４)へ伝える
ことが出来る。
燃料電池ユニット(２)とタンクユニット(３)とを一体化
して、電動車両に搭載することが可能である。この一体
化によって、装置全体がコンパクトとなるばかりでな
く、バッテリユニット(１)から発生する熱を外部に逃が
すことなく、効率的に水素吸蔵合金タンク(４)へ伝える
ことが出来る。
【００１３】具体的には、水素吸蔵合金タンク(４)は、
複数の水素吸蔵合金ペレット(45)が収納された筒体(41)
の開口部に蓋体(42)を溶接固定して構成され、前記複数
の合金ペレット(45)と蓋体(42)との間には、水素を通過
させることが可能な多孔質の断熱材が介在している。該
具体的構成を有する水素吸蔵合金タンク(４)の製造工程
においては、筒体(41)内に複数の合金ペレット(45)を装
填し、更に多孔質の断熱材を詰め込んだ上で、筒体(41)
の開口部に蓋体(42)を被せ、筒体(41)と蓋体(42)とを溶
接する。この溶接の際、発生する熱やフラックス蒸気の
一部が筒体(41)内へ侵入することになるが、断熱材の断
熱効果によって、熱による合金ペレット(45)の変質が防
止されると共に、断熱材の分子吸着効果によって、フラ
ックス蒸気による合金ペレット(45)の劣化が防止され
る。
複数の水素吸蔵合金ペレット(45)が収納された筒体(41)
の開口部に蓋体(42)を溶接固定して構成され、前記複数
の合金ペレット(45)と蓋体(42)との間には、水素を通過
させることが可能な多孔質の断熱材が介在している。該
具体的構成を有する水素吸蔵合金タンク(４)の製造工程
においては、筒体(41)内に複数の合金ペレット(45)を装
填し、更に多孔質の断熱材を詰め込んだ上で、筒体(41)
の開口部に蓋体(42)を被せ、筒体(41)と蓋体(42)とを溶
接する。この溶接の際、発生する熱やフラックス蒸気の
一部が筒体(41)内へ侵入することになるが、断熱材の断
熱効果によって、熱による合金ペレット(45)の変質が防
止されると共に、断熱材の分子吸着効果によって、フラ
ックス蒸気による合金ペレット(45)の劣化が防止され
る。
【００１４】
【発明の効果】本発明に係る直流電源の充電方法によれ
ば、直流電源の温度上昇を抑えて、高い効率で継続的に
充電を行なうことが出来る。然も、本発明に係る直流電
源の充電装置は、電気自動車等の電動車両に搭載可能で
あって、これによって、走行途中で直流電源の出力電圧
が低下した場合でも、その場で充電を行なうことが出来
る。
ば、直流電源の温度上昇を抑えて、高い効率で継続的に
充電を行なうことが出来る。然も、本発明に係る直流電
源の充電装置は、電気自動車等の電動車両に搭載可能で
あって、これによって、走行途中で直流電源の出力電圧
が低下した場合でも、その場で充電を行なうことが出来
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。図１に示す如く、
充電を施すべきバッテリユニット(１)は、ニッケル−水
素電池からなる複数のバッテリモジュール(５)を内蔵し
ている。各バッテリモジュール(５)の出力電圧は２８.
８Ｖ、容量は６０Ａｈである。バッテリユニット(１)に
は、各バッテリモジュール(５)に同時に充電を施すため
のプラス端子(11)及びマイナス端子(12)が設けられてい
る。
き、図面に沿って具体的に説明する。図１に示す如く、
充電を施すべきバッテリユニット(１)は、ニッケル−水
素電池からなる複数のバッテリモジュール(５)を内蔵し
ている。各バッテリモジュール(５)の出力電圧は２８.
８Ｖ、容量は６０Ａｈである。バッテリユニット(１)に
は、各バッテリモジュール(５)に同時に充電を施すため
のプラス端子(11)及びマイナス端子(12)が設けられてい
る。
【００１６】バッテリユニット(１)には、タンクユニッ
ト(３)を介して燃料電池ユニット(２)が一体化されてい
る。燃料電池ユニット(２)は、一般的なリン酸型燃料電
池であって、その出力は１.７ｋＷである。燃料電池ユ
ニット(２)には、バッテリユニット(１)を充電するため
の電力を出力すべきプラス端子(21)及びマイナス端子(2
2)が設けられており、これら一対の端子(21)(22)は、一
対のワイヤー(９)(９)によってバッテリユニット(１)の
一対の端子(11)(12)と接続されている。尚、燃料電池ユ
ニット(２)の内部構造については周知のところであるの
で、図示及び説明を省略する。
ト(３)を介して燃料電池ユニット(２)が一体化されてい
る。燃料電池ユニット(２)は、一般的なリン酸型燃料電
池であって、その出力は１.７ｋＷである。燃料電池ユ
ニット(２)には、バッテリユニット(１)を充電するため
の電力を出力すべきプラス端子(21)及びマイナス端子(2
2)が設けられており、これら一対の端子(21)(22)は、一
対のワイヤー(９)(９)によってバッテリユニット(１)の
一対の端子(11)(12)と接続されている。尚、燃料電池ユ
ニット(２)の内部構造については周知のところであるの
で、図示及び説明を省略する。
【００１７】タンクユニット(３)は、燃料電池ユニット
(２)側に、複数本の水素吸蔵合金タンク(４)を内蔵して
おり、これらの水素吸蔵合金タンク(４)から得られる水
素ガスは、水素供給管(31)を経て燃料電池ユニット(２)
へ供給される。尚、各水素吸蔵合金タンク(４)は、直径
が１５０ｍｍ、長さが５００ｍｍのＳＵＳ製の円筒内
に、水素吸蔵合金として一般的なＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5を
３６ｋｇ充填して構成されている。タンクユニット(３)
内には、バッテリユニット(１)との間の隔壁に、ファン
(６)(６)が取り付けられている。又、バッテリユニット
(１)のタンクユニット(３)とは反対側の壁面にも、ファ
ン(61)(61)が取り付けられている。これらのファン(６)
(61)を図示省略するモータによって回転させることによ
り、前記壁面側からバッテリユニット(１)内へ空気が吸
入され、バッテリユニット(１)のバッテリモジュール
(５)間を通過する過程で温度上昇した空気は、タンクユ
ニット(３)内へ勢いよく送り込まれることになる。
(２)側に、複数本の水素吸蔵合金タンク(４)を内蔵して
おり、これらの水素吸蔵合金タンク(４)から得られる水
素ガスは、水素供給管(31)を経て燃料電池ユニット(２)
へ供給される。尚、各水素吸蔵合金タンク(４)は、直径
が１５０ｍｍ、長さが５００ｍｍのＳＵＳ製の円筒内
に、水素吸蔵合金として一般的なＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5を
３６ｋｇ充填して構成されている。タンクユニット(３)
内には、バッテリユニット(１)との間の隔壁に、ファン
(６)(６)が取り付けられている。又、バッテリユニット
(１)のタンクユニット(３)とは反対側の壁面にも、ファ
ン(61)(61)が取り付けられている。これらのファン(６)
(61)を図示省略するモータによって回転させることによ
り、前記壁面側からバッテリユニット(１)内へ空気が吸
入され、バッテリユニット(１)のバッテリモジュール
(５)間を通過する過程で温度上昇した空気は、タンクユ
ニット(３)内へ勢いよく送り込まれることになる。
【００１８】又、タンクユニット(３)内には、ファン
(６)と水素吸蔵合金タンク(４)の間に、ファン(６)から
送り込まれる温風を各水素吸蔵合金タンク(４)の表面に
向けて一様な流れで導くための複数枚の導風板(32)が配
置されている。従って、バッテリユニット(１)から供給
される温風によって、各水素吸蔵合金タンク(４)を効率
的且つ均一に加熱することが出来る。
(６)と水素吸蔵合金タンク(４)の間に、ファン(６)から
送り込まれる温風を各水素吸蔵合金タンク(４)の表面に
向けて一様な流れで導くための複数枚の導風板(32)が配
置されている。従って、バッテリユニット(１)から供給
される温風によって、各水素吸蔵合金タンク(４)を効率
的且つ均一に加熱することが出来る。
【００１９】図１に示す充電装置は、バッテリユニット
(１)、燃料電池ユニット(２)及びタンクユニット(３)が
コンパクトに一体化されているため、電気自動車の電源
装置として好適である。又、バッテリユニット(１)から
タンクユニット(３)への温風の供給路がタンクユニット
(３)の壁面によって包囲されているため、温風の熱を効
率的に水素吸蔵合金タンク(４)へ伝えることが出来る。
(１)、燃料電池ユニット(２)及びタンクユニット(３)が
コンパクトに一体化されているため、電気自動車の電源
装置として好適である。又、バッテリユニット(１)から
タンクユニット(３)への温風の供給路がタンクユニット
(３)の壁面によって包囲されているため、温風の熱を効
率的に水素吸蔵合金タンク(４)へ伝えることが出来る。
【００２０】燃料電池ユニット(２)の出力電圧によって
バッテリユニット(１)の各バッテリモジュール(５)を充
電する過程で、各バッテリモジュール(５)の表面から発
生する熱は、前述の空気流との熱交換によってバッテリ
モジュール(５)の表面から奪われ、バッテリモジュール
(５)は冷却されることになる。この結果、バッテリモジ
ュール(５)の温度上昇が抑制され、比較的大きな充電電
流によっても、継続的に充電を行なうことが可能とな
る。
バッテリユニット(１)の各バッテリモジュール(５)を充
電する過程で、各バッテリモジュール(５)の表面から発
生する熱は、前述の空気流との熱交換によってバッテリ
モジュール(５)の表面から奪われ、バッテリモジュール
(５)は冷却されることになる。この結果、バッテリモジ
ュール(５)の温度上昇が抑制され、比較的大きな充電電
流によっても、継続的に充電を行なうことが可能とな
る。
【００２１】バッテリモジュール(５)から送り込まれる
温風は、各水素吸蔵合金タンク(４)の表面に吹き付けら
れ、該温風と各水素吸蔵合金タンク(４)との熱交換によ
って、各水素吸蔵合金タンク(４)は加熱されることにな
る。この結果、水素吸蔵合金タンク(４)からは、多量の
水素ガスが継続的に放出され、この水素ガスの供給を受
けて、燃料電池ユニット(２)は十分な大きさの電力を発
生する。この電力がバッテリユニット(１)へ供給される
ことにより、バッテリユニット(１)の充電は短時間で完
了することになる。
温風は、各水素吸蔵合金タンク(４)の表面に吹き付けら
れ、該温風と各水素吸蔵合金タンク(４)との熱交換によ
って、各水素吸蔵合金タンク(４)は加熱されることにな
る。この結果、水素吸蔵合金タンク(４)からは、多量の
水素ガスが継続的に放出され、この水素ガスの供給を受
けて、燃料電池ユニット(２)は十分な大きさの電力を発
生する。この電力がバッテリユニット(１)へ供給される
ことにより、バッテリユニット(１)の充電は短時間で完
了することになる。
【００２２】図２乃至図４は、上記本発明の充電装置の
効果を実証するために行なった実験の結果を表わしてい
る。実験には、前述のファンによって温風を水素吸蔵合
金タンクへ向けて供給する本発明の充電装置と、ファン
による温風の供給を停止した従来の充電装置とを用い
た。ここで、バッテリユニットとしては、前述の構成を
有するバッテリモジュールを１個だけ内蔵したものを作
製し、前述の構成を有する燃料電池ユニットによって、
充電レート１Ｃ、即ち６０Ａの電流を１時間に亘って供
給すると共に、燃料電池ユニットから２８.８Ｖ、６０
Ａの電力を得るべく、水素吸蔵合金タンクから燃料電池
ユニットへ７２Ｎｌ／ｍｉｎの流量で水素ガスを供給
し、この過程の電池温度、合金温度、水素流量を測定し
た。
効果を実証するために行なった実験の結果を表わしてい
る。実験には、前述のファンによって温風を水素吸蔵合
金タンクへ向けて供給する本発明の充電装置と、ファン
による温風の供給を停止した従来の充電装置とを用い
た。ここで、バッテリユニットとしては、前述の構成を
有するバッテリモジュールを１個だけ内蔵したものを作
製し、前述の構成を有する燃料電池ユニットによって、
充電レート１Ｃ、即ち６０Ａの電流を１時間に亘って供
給すると共に、燃料電池ユニットから２８.８Ｖ、６０
Ａの電力を得るべく、水素吸蔵合金タンクから燃料電池
ユニットへ７２Ｎｌ／ｍｉｎの流量で水素ガスを供給
し、この過程の電池温度、合金温度、水素流量を測定し
た。
【００２３】尚、水素ガスの供給によって生じる水素吸
蔵合金の吸熱量は２１０Ｗであった。又、バッテリモジ
ュールを６０Ａで充電するときの発熱量は、計算上１４
４Ｗとなる。従って、本発明の充電装置は、バッテリモ
ジュールの１４４Ｗの発熱量を、水素吸蔵合金の２１０
Ｗの吸熱量に充当することによって、バッテリモジュー
ルの過熱と合金の温度低下を同時に防止するものであ
る。
蔵合金の吸熱量は２１０Ｗであった。又、バッテリモジ
ュールを６０Ａで充電するときの発熱量は、計算上１４
４Ｗとなる。従って、本発明の充電装置は、バッテリモ
ジュールの１４４Ｗの発熱量を、水素吸蔵合金の２１０
Ｗの吸熱量に充当することによって、バッテリモジュー
ルの過熱と合金の温度低下を同時に防止するものであ
る。
【００２４】図２は電池温度の変化を表わしており、こ
のグラフから明らかな様に、ファンのない従来装置では
電池温度が時間とともに大きく上昇しているのに対し、
ファンを有する本発明装置では、初期に僅かな温度上昇
が見られるが、その後は一定の温度(約３０℃)が維持さ
れている。図３は合金温度の変化を表わしており、この
グラフから明らかな様に、温風供給のない従来装置で
は、最初の１０分間で急激に温度が低下しているのに対
し、温風供給のある本発明装置では、初期に僅かな温度
低下が見られるが、その直後に回復して、その後は一定
の温度(約２０℃)が維持されている。又、図４は水素流
量の変化を表わしており、このグラフから明らかな様
に、温風供給のない従来装置では、初期に水素流量が上
昇した後、急激に低下しているのに対し、温風供給のあ
る本発明装置では、初期に水素流量が上昇した後、殆ど
低下することなく、一定の流量(約２Ｎｌ／ｍｉｎ)が維
持されている。
のグラフから明らかな様に、ファンのない従来装置では
電池温度が時間とともに大きく上昇しているのに対し、
ファンを有する本発明装置では、初期に僅かな温度上昇
が見られるが、その後は一定の温度(約３０℃)が維持さ
れている。図３は合金温度の変化を表わしており、この
グラフから明らかな様に、温風供給のない従来装置で
は、最初の１０分間で急激に温度が低下しているのに対
し、温風供給のある本発明装置では、初期に僅かな温度
低下が見られるが、その直後に回復して、その後は一定
の温度(約２０℃)が維持されている。又、図４は水素流
量の変化を表わしており、このグラフから明らかな様
に、温風供給のない従来装置では、初期に水素流量が上
昇した後、急激に低下しているのに対し、温風供給のあ
る本発明装置では、初期に水素流量が上昇した後、殆ど
低下することなく、一定の流量(約２Ｎｌ／ｍｉｎ)が維
持されている。
【００２５】従って、本発明の充電装置によれば、バッ
テリユニット(１)の温度上昇が防止されると同時に、水
素吸蔵合金タンク(４)の温度低下が防止され、十分な量
の水素ガスの継続的な供給を受けて、燃料電池ユニット
(２)は大きな電力を発生し、バッテリユニット(１)を短
時間で充電をすることが可能である。
テリユニット(１)の温度上昇が防止されると同時に、水
素吸蔵合金タンク(４)の温度低下が防止され、十分な量
の水素ガスの継続的な供給を受けて、燃料電池ユニット
(２)は大きな電力を発生し、バッテリユニット(１)を短
時間で充電をすることが可能である。
【００２６】上記実施例では、バッテリユニット(１)か
らタンクユニット(３)への熱の伝達を、空気を媒体とし
て行なっているが、図５の如く、液体を媒体として熱伝
達を行なう充電装置を構成することも可能である。図５
に示す充電装置においては、バッテリユニット(１)及び
タンクユニット(３)の内部に、水などの液体が注入され
た液体室(図示省略)が形成されており、両ユニット(１)
(３)の液体室が第１送水管(71)及び第２送水管(72)によ
って互いに連結され、第１送水管(71)の途中にはポンプ
(７)が取り付けられている。ポンプ(７)の駆動によっ
て、バッテリユニット(１)とタンクユニット(３)の間を
液体が循環し、両ユニットの熱交換が行なわれる。
らタンクユニット(３)への熱の伝達を、空気を媒体とし
て行なっているが、図５の如く、液体を媒体として熱伝
達を行なう充電装置を構成することも可能である。図５
に示す充電装置においては、バッテリユニット(１)及び
タンクユニット(３)の内部に、水などの液体が注入され
た液体室(図示省略)が形成されており、両ユニット(１)
(３)の液体室が第１送水管(71)及び第２送水管(72)によ
って互いに連結され、第１送水管(71)の途中にはポンプ
(７)が取り付けられている。ポンプ(７)の駆動によっ
て、バッテリユニット(１)とタンクユニット(３)の間を
液体が循環し、両ユニットの熱交換が行なわれる。
【００２７】又、図６及び図７は、水素吸蔵合金タンク
(４)の具体的構成例を表わしている。何れの例において
も、水素吸蔵合金タンク(４)は、一端が開口した筒体(4
1)の内部に、水素吸蔵合金粉末を結着剤の混入によって
ペレット化した複数の合金ペレット(45)が収納されてお
り、筒体(41)の開口部は蓋体(42)によって塞がれてい
る。ここで、蓋体(42)は溶接部(44)によって筒体(41)に
固定されている。蓋体(42)には水素導入・放出管(43)が
突設されている。尚、後述する性能確認に用いた水素吸
蔵合金タンク(４)は、ＳＵＳ製であって、筒体(41)の内
径が４.６ｃｍ、外径が５ｃｍ、長さが１６ｃｍであ
る。
(４)の具体的構成例を表わしている。何れの例において
も、水素吸蔵合金タンク(４)は、一端が開口した筒体(4
1)の内部に、水素吸蔵合金粉末を結着剤の混入によって
ペレット化した複数の合金ペレット(45)が収納されてお
り、筒体(41)の開口部は蓋体(42)によって塞がれてい
る。ここで、蓋体(42)は溶接部(44)によって筒体(41)に
固定されている。蓋体(42)には水素導入・放出管(43)が
突設されている。尚、後述する性能確認に用いた水素吸
蔵合金タンク(４)は、ＳＵＳ製であって、筒体(41)の内
径が４.６ｃｍ、外径が５ｃｍ、長さが１６ｃｍであ
る。
【００２８】ところで、筒体(41)に蓋体(42)を溶接固定
する場合、溶接熱が筒体(41)内の合金ペレット(45)に伝
わり、合金ペレット(45)が変質する虞れがある。又、溶
接の過程で発生するフラックス蒸気が筒体(41)内に侵入
して、合金ペレット(45)を劣化させる虞れがある。
する場合、溶接熱が筒体(41)内の合金ペレット(45)に伝
わり、合金ペレット(45)が変質する虞れがある。又、溶
接の過程で発生するフラックス蒸気が筒体(41)内に侵入
して、合金ペレット(45)を劣化させる虞れがある。
【００２９】そこで、図６に示す水素吸蔵合金タンク
(４)では、筒体(41)内に複数の合金ペレット(45)を装填
した後、開口部に形成される空間にガラス繊維(８)を詰
め込んだ上で、蓋体(42)を溶接固定する。尚、後述する
性能確認に用いる合金ペレット(45)の作製においては、
水素吸蔵合金ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5の粉末に、結着剤とし
てＰＴＦＥ(４フッ化エチレン)を重量比９：１の割合で
混入し、内径４４ｍｍの金型に、成型後の厚さが１.５
ｃｍとなる量を充填して、１５００ｋｇ／ｃｍ2の圧力
で加圧成型した。その後、不活性ガス中で３７０℃、２
時間の焼結処理を施して、合金ペレット(45)を得た。ガ
ラス繊維(８)の量は３０ｇである。
(４)では、筒体(41)内に複数の合金ペレット(45)を装填
した後、開口部に形成される空間にガラス繊維(８)を詰
め込んだ上で、蓋体(42)を溶接固定する。尚、後述する
性能確認に用いる合金ペレット(45)の作製においては、
水素吸蔵合金ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5の粉末に、結着剤とし
てＰＴＦＥ(４フッ化エチレン)を重量比９：１の割合で
混入し、内径４４ｍｍの金型に、成型後の厚さが１.５
ｃｍとなる量を充填して、１５００ｋｇ／ｃｍ2の圧力
で加圧成型した。その後、不活性ガス中で３７０℃、２
時間の焼結処理を施して、合金ペレット(45)を得た。ガ
ラス繊維(８)の量は３０ｇである。
【００３０】上記水素吸蔵合金タンク(４)によれば、ガ
ラス繊維(８)が断熱効果を発揮し、溶接熱を遮断して、
合金ペレット(45)の変質を防止することが出来る。又、
ガラス繊維(８)間には、水素ガスの通過が可能な隙間が
形成されるが、ガラス繊維(８)は、分子量の大なる粒子
に対しては吸着効果を有するため、筒体(41)の開口部で
フラックス蒸気の侵入が遮断され、合金ペレット(45)の
劣化が防止される。
ラス繊維(８)が断熱効果を発揮し、溶接熱を遮断して、
合金ペレット(45)の変質を防止することが出来る。又、
ガラス繊維(８)間には、水素ガスの通過が可能な隙間が
形成されるが、ガラス繊維(８)は、分子量の大なる粒子
に対しては吸着効果を有するため、筒体(41)の開口部で
フラックス蒸気の侵入が遮断され、合金ペレット(45)の
劣化が防止される。
【００３１】図８は、ガラス繊維を詰め込んだ本実施例
の水素吸蔵合金タンクと、ガラス繊維の詰め込まれてい
ない従来例との水素化平衡特性の比較を表わしている。
図示の如く、従来例では、水素吸蔵合金の特性に変化が
見られるが、本実施例では特性に変化が見られず、大き
な水素吸収量が維持されている。
の水素吸蔵合金タンクと、ガラス繊維の詰め込まれてい
ない従来例との水素化平衡特性の比較を表わしている。
図示の如く、従来例では、水素吸蔵合金の特性に変化が
見られるが、本実施例では特性に変化が見られず、大き
な水素吸収量が維持されている。
【００３２】又、図７に示す水素吸蔵合金タンク(４)で
は、筒体(41)内に複数の合金ペレット(45)を装填した
後、開口部に形成される空間に、直径４.６ｃｍ、厚さ
３ｍｍのマイカセラミック焼結板(81)を装填した上で、
蓋体(42)を溶接固定する。尚、合金ペレット(45)は図６
の例と同様の工程によって作製した。
は、筒体(41)内に複数の合金ペレット(45)を装填した
後、開口部に形成される空間に、直径４.６ｃｍ、厚さ
３ｍｍのマイカセラミック焼結板(81)を装填した上で、
蓋体(42)を溶接固定する。尚、合金ペレット(45)は図６
の例と同様の工程によって作製した。
【００３３】上記水素吸蔵合金タンク(４)によれば、マ
イカセラミック焼結板(81)が断熱効果を発揮し、溶接熱
を遮断して、合金ペレット(45)の変質を防止することが
出来る。又、マイカセラミック焼結板(81)は多孔質であ
って、水素ガスの通過が可能であるが、マイカセラミッ
ク焼結板(81)によってフラックス蒸気の侵入が遮断さ
れ、合金ペレット(45)の劣化が防止される。
イカセラミック焼結板(81)が断熱効果を発揮し、溶接熱
を遮断して、合金ペレット(45)の変質を防止することが
出来る。又、マイカセラミック焼結板(81)は多孔質であ
って、水素ガスの通過が可能であるが、マイカセラミッ
ク焼結板(81)によってフラックス蒸気の侵入が遮断さ
れ、合金ペレット(45)の劣化が防止される。
【００３４】更に、他の実施例として、図６の例と同一
組成の水素吸蔵合金と、ＰＴＦＥと、粉末断熱材として
のケイ酸カルシウム保温材とを、８.５：１.０：０.５
の割合で混合し、図６の例と同様に、厚さが２ｃｍの合
金ペレットを作製した。そして、図７に示すマイカセラ
ミック焼結板(81)に替えて、上記の複合型合金ペレット
を装填し、蓋体を溶接固定した。
組成の水素吸蔵合金と、ＰＴＦＥと、粉末断熱材として
のケイ酸カルシウム保温材とを、８.５：１.０：０.５
の割合で混合し、図６の例と同様に、厚さが２ｃｍの合
金ペレットを作製した。そして、図７に示すマイカセラ
ミック焼結板(81)に替えて、上記の複合型合金ペレット
を装填し、蓋体を溶接固定した。
【００３５】上記水素吸蔵合金タンクによれば、マイカ
セラミック焼結板に替えて装填した複合型合金ペレット
が断熱効果とフラックス蒸気遮断効果を発揮し、他の合
金ペレットの劣化が防止される。従って、マイカセラミ
ック焼結板の如き断熱材を準備する必要がなく、これに
よって工程が簡略化される。
セラミック焼結板に替えて装填した複合型合金ペレット
が断熱効果とフラックス蒸気遮断効果を発揮し、他の合
金ペレットの劣化が防止される。従って、マイカセラミ
ック焼結板の如き断熱材を準備する必要がなく、これに
よって工程が簡略化される。
【００３６】図９は、複合型合金ペレットを内蔵した本
実施例の水素吸蔵合金タンクと従来例との水素化平衡特
性の比較を表わしている。図示の如く、従来例では、水
素吸蔵合金の特性に変化が見られるが、本実施例では特
性に変化が見られず、大きな水素吸収量が維持されてい
る。
実施例の水素吸蔵合金タンクと従来例との水素化平衡特
性の比較を表わしている。図示の如く、従来例では、水
素吸蔵合金の特性に変化が見られるが、本実施例では特
性に変化が見られず、大きな水素吸収量が維持されてい
る。
【００３７】水素吸蔵合金タンク(４)の何れの実施例に
おいても、合金ペレット(45)が水素の吸放出を繰り返す
過程でその一部が微粉化するが、ガラス繊維(８)やマイ
カセラミック焼結板(81)等の断熱材がフィルターの役割
を果たすので、従来は不可欠であったフィルターを省略
することが可能である。
おいても、合金ペレット(45)が水素の吸放出を繰り返す
過程でその一部が微粉化するが、ガラス繊維(８)やマイ
カセラミック焼結板(81)等の断熱材がフィルターの役割
を果たすので、従来は不可欠であったフィルターを省略
することが可能である。
【００３８】尚、水素吸蔵合金タンク(４)に装填すべき
断熱材は、無機系、有機系を問わず、例えば無機系とし
て石綿、セラミックファイバー等を、有機系としてフォ
ームポリスチレン等を採用することが出来る。又、粉末
断熱材としては、けいそう土保温材等を採用することが
出来る。
断熱材は、無機系、有機系を問わず、例えば無機系とし
て石綿、セラミックファイバー等を、有機系としてフォ
ームポリスチレン等を採用することが出来る。又、粉末
断熱材としては、けいそう土保温材等を採用することが
出来る。
【００３９】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
あることは勿論である。例えば、図１に示す充電装置
は、バッテリユニット(１)と燃料電池ユニット(２)とタ
ンクユニット(３)とが一体化されて電気自動車に搭載さ
れるが、バッテリユニット(１)からタンクユニット(３)
及び燃料電池ユニット(２)を切り離して電気自動車に搭
載し、充電時にバッテリユニット(１)にタンクユニット
(３)及び燃料電池ユニット(２)を接続する構成も採用可
能である。
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
あることは勿論である。例えば、図１に示す充電装置
は、バッテリユニット(１)と燃料電池ユニット(２)とタ
ンクユニット(３)とが一体化されて電気自動車に搭載さ
れるが、バッテリユニット(１)からタンクユニット(３)
及び燃料電池ユニット(２)を切り離して電気自動車に搭
載し、充電時にバッテリユニット(１)にタンクユニット
(３)及び燃料電池ユニット(２)を接続する構成も採用可
能である。
【図１】本発明に係る充電装置の一部破断斜視図であ
る。
る。
【図２】電池温度の時間変化を本発明と従来で比較した
グラフである。
グラフである。
【図３】合金温度の時間変化を本発明と従来で比較した
グラフである。
グラフである。
【図４】水素流量の変化を本発明と従来で比較したグラ
フである。
フである。
【図５】充電装置の他の実施例を示す側面図である。
【図６】水素吸蔵合金タンクの一部破断斜視図である。
【図７】水素吸蔵合金タンクの他の実施例を示す一部破
断斜視図である。
断斜視図である。
【図８】図６に示す水素吸蔵合金タンクについての水素
化平衡特性を従来と比較したグラフである。
化平衡特性を従来と比較したグラフである。
【図９】他の構成を有する水素吸蔵合金タンクについて
の水素化平衡特性を従来と比較したグラフである。
の水素化平衡特性を従来と比較したグラフである。
(１) バッテリユニット (２) 燃料電池ユニット (３) タンクユニット (31) 水素供給管 (32) 導風板 (４) 水素吸蔵合金タンク (41) 筒体 (42) 蓋体 (45) 合金ペレット (５) バッテリモジュール (６) ファン (61) ファン (８) ガラス繊維 (81) マイカセラミック焼結板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 15/00 Ｈ０２Ｊ 15/00 Ｇ (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 充電を施すべき直流電源に、水素吸蔵合
金タンクから水素ガスの供給を受けて発電する燃料電池
を接続して、燃料電池から得られる直流の電力によって
直流電源を充電する方法であって、充電の過程で直流電
源から発生する熱を強制的に水素吸蔵合金タンクに伝え
つつ、直流電源に充電を施すことを特徴とする直流電源
の充電方法。 - 【請求項２】 充電を施すべき直流電源と接続して、直
流電源へ充電用の直流電力を供給すべき燃料電池と、燃
料電池へ水素ガスを供給すべき水素吸蔵合金タンクと、
充電の過程で直流電源から発生する熱を強制的に水素吸
蔵合金タンクへ伝えるための伝熱機構とを具えている直
流電源の充電装置。 - 【請求項３】 伝熱機構は、直流電源から発生する熱
を、空気を媒体として、水素吸蔵合金タンクへ伝える送
風機構によって構成される請求項２に記載の充電装置。 - 【請求項４】 伝熱機構は、直流電源から発生する熱
を、液体を媒体として、水素吸蔵合金タンクへ伝える送
水機構によって構成される請求項２に記載の充電装置。 - 【請求項５】 直流電源となるバッテリユニット(１)と
接続して、バッテリユニット(１)へ充電用の直流電力を
供給すべき燃料電池ユニット(２)と、バッテリユニット
(１)の側面に熱交換可能に連結されると共に、水素供給
管(31)を介して燃料電池ユニット(２)と連結されたタン
クユニット(３)とから構成され、タンクユニット(３)に
は、水素供給管(31)へ水素ガスを供給する水素吸蔵合金
タンク(４)と、充電の過程でバッテリユニット(１)から
発生する熱を強制的に水素吸蔵合金タンク(４)に伝える
ための伝熱機構とが装備されている直流電源の充電装
置。 - 【請求項６】 水素吸蔵合金タンク(４)は、複数の水素
吸蔵合金ペレット(45)が収納された筒体(41)の開口部に
蓋体(42)を溶接固定して構成され、前記複数の合金ペレ
ット(45)と蓋体(42)との間には、水素を通過させること
が可能な多孔質の断熱材が介在している請求項５に記載
の充電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32394896A JP3643662B2 (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | 直流電源の充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32394896A JP3643662B2 (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | 直流電源の充電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10172584A true JPH10172584A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3643662B2 JP3643662B2 (ja) | 2005-04-27 |
Family
ID=18160425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32394896A Expired - Fee Related JP3643662B2 (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | 直流電源の充電装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3643662B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-12-04 JP JP32394896A patent/JP3643662B2/ja not_active Expired - Fee Related
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