KR100489049B1 - 연료전지용 연료보급 시스템 및 이동체 - Google Patents

연료전지용 연료보급 시스템 및 이동체 Download PDF

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Abstract

연료전지 (30) 를 탑재하는 전기자동차 (10) 는, 연료를 저장하는 연료탱크 (20) 및 연료탱크 (20) 에 연이어 통해져 있고 차체 표면에 개구되어 있는 커넥터수용부 (40) 를 구비하고 있고, 이 커넥터수용부 (40) 에 소정의 수소 공급장치가 구비하는 커넥터를 접속시켜 수소 공급장치로부터 전기자동차 (10) 로 연료를 보급한다. 커넥터수용부 (40) 에는 이를 덮는 연료덮개가 설치되어 있다. 연료를 보급할 때에 연료덮개를 개방하는 지시를 입력했을 때, 연료전지 (30) 가 운전되고 있는 것으로 판정되면 연료덮개는 개방되지 않는다. 또, 전기자동차 (10) 에서 연료전지 (30) 의 시동 지시를 입력했을 때에, 연료덮개가 개방되어 있는 것으로 판정되면 연료전지 (30) 의 시동은 실행되지 않는다.
이와 같은 구성을 채택함으로써 연료전지를 구비하는 장치에 대하여 연료를 보급할 때의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

연료전지용 연료보급 시스템 및 이동체 {FUEL CELL FUEL SUPPLY SYSTEM AND MOBILE BODY}
본 발명은 연료전지용 연료보급 시스템 및 이동체에 관한 것으로, 상세하게는 연료전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료의 보급에 관한 연료전지용 연료보급 시스템 및 이동체에 관한 것이다.
종래 연료전지가 출력하는 전기에너지를 구동에너지로 사용하는 전기자동차가 여러가지 제안되었다. 연료전지를 사용하여 발전을 행하기 위해서는, 연료전지에 대하여 수소 등과 같은 연료를 공급할 필요가 있다. 그래서, 이와 같은 전기자동차로는, 연료전지의 연료로 수소를 탑재하는 구성, 또는 탄화수소나 탄화수소화합물 등과 같은 원연료를 탑재하고 이들 원연료를 개질 (改質) 함으로써 수소가스를 생성하여 연료전지에 공급하는 구성 등이 알려져 있다.
연료전지의 연료로 수소를 탑재하는 구성으로는, 예컨대 수소흡장 (吸藏) 합금을 구비한 저장용 탱크를 차량에 탑재하고, 연료전지에 공급되는 연료로서의 수소를 이 수소흡장 합금에 흡장시키는 구성이 알려져 있다 (예컨대, 일본 공개특허공보 2000-88196호 등). 이와 같은 구성으로 함으로써, 이동체인 차량에 수소를 탑재할 때의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.
그러나, 수소흡장 합금을 사용하여 차량에 수소를 탑재하는 경우라도, 차량이 주행을 속행하기 위해서는 수소흡장 합금을 구비한 상기 저장용 탱크에 대하여 수소를 보급할 필요가 있다. 이와 같이 수소를 보급하는 동작을 행할 때에도 충분한 안전성이 확보되는 것이 요구되지만, 연료전지를 구비한 장치에 대하여 연료를 보급할 때의 안전성 확보에 대해서는 충분한 검토가 이루어지지 않았다.
본 발명의 연료연지용 연료보급 시스템 및 이동체는, 이러한 문제를 해결하여, 수소 등과 같은 연료 이외에 상기 원연료를 탑재하는 경우도 포함하고 연료전지를 구비한 장치에 대하여 연료 또는 상기 원연료를 보급할 때의 안전성을 향상시키는 것을 목적으로 이루어지며, 다음과 같은 구성을 채택한다.
도 1 은 전기자동차 (10) 의 전체 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2 는 단일 셀 (38) 의 구성을 예시하는 단면도이다.
도 3 은 전기자동차 (10) 와 수소 공급장치의 모양을 나타내는 설명도이다.
도 4 는 커넥터수용부 (40) 의 모양을 나타내는 설명도이다.
도 5 는 수소 공급장치 (80) 의 요부의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 6 은 연료보급시 처리루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 7 은 연료전지 시동시 처리루틴을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 제 1 연료전지용 연료보급 시스템은, 연료 전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 보급하는 연료전지용 연료보급 시스템으로서,
상기 연료전지,
상기 연료 또는 상기 원연료를 저장하는 저장수단,
상기 저장수단에 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급할 때에는, 상기 저장수단에 접속함으로써 상기 보급을 행하는 보급수단,
상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하는 연료전지 가동상태 판정수단, 및
상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정했을 때에는, 상기 보급수단으로부터 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 보급금지수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제 1 연료전지용 연료보급 시스템은, 연료전지 및 연료전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단을 구비한다. 상기 저장수단에 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급할 때에는 보급수단을 상기 저장수단에 접속시킨다. 이 때, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하여 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정되었을 때에는, 상기 보급수단으로부터 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지한다.
본 발명의 제 1 이동체는, 연료전지를 탑재하고, 상기 연료전지가 발생시키는 전기에너지를 이동을 위한 구동에너지원으로 사용하는 이동체로서,
상기 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단,
상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하는 연료전지 가동상태 판정수단, 및
상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정했을 때에는, 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급하기 위해 상기 이동체 외부에 설치된 소정의 보급장치로부터 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 보급금지수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제 1 이동체는, 이동을 위한 구동에너지인 전기에너지를 발생시키는 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단을 구비한다. 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하여 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정되었을 때에는, 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급하기 위해서 상기 이동체 외부에 설치된 소정의 보급장치로부터 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지한다.
본 발명의 연료보급 제어방법은, 연료전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 보급하는 동작을 제어하는 연료보급 제어방법으로서,
(a) 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하는 공정, 및
(b) 상기 (a) 공정에서 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정되었을 때에는, 상기 연료전지와 함께 설치되어 상기 연료 또는 상기 원연료를 저장하는 저장수단에 대하여, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 공정을 포함하는 것을 요지로 한다.
이와 같은 본 발명의 제 1 연료전지용 연료보급 시스템 또는 본 발명의 제 1 이동체 또는 본 발명의 연료보급 제어방법에 의하면, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정되었을 때에는, 상기 저장수단에 대한 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하기 때문에 연료전지의 발전 중에 연료 또는 원연료의 보급 동작을 행하지 않으므로, 연료전지의 발전 중의 안전성 및 연료나 원연료의 보급을 행할 때의 안전성을 확보할 수 있다. 즉, 저장수단과 연료보급장치의 접속을 수반하는 연료보급 동작과 연료전지의 발전을 동시에 행하지 않으므로 안전성을 확보할 수 있다. 또, 여기에서 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부의 판정은, 실제로 연료전지에서 발전이 행해지고 있는지의 여부에 따르는 것 이외에, 연료전지의 시동에 관한 지시가 입력되어 있는지의 여부 등에 따라 행할 수도 있다.
본 발명의 제 1 연료전지용 연료보급 시스템에서,
상기 연료전지의 운전 개시에 관한 지시 및 상기 연료전지의 운전 정지에 관한 지시를 입력하는 입력수단을 추가로 구비하고,
상기 연료전지 가동상태 판정수단은, 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 개시가 지시되어 있고, 그 이후 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 정지가 지시되어 있지 않을 때에, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정할 수도 있다.
또, 본 발명의 제 1 이동체에서,
상기 연료전지의 운전 개시에 관한 지시 및 상기 연료전지의 운전 정지에 관한 지시를 입력하는 입력수단을 추가로 구비하고,
상기 연료전지 가동상태 판정수단은, 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 개시가 지시되어 있고, 그 이후 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 정지가 지시되어 있지 않을 때에, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정할 수도 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 연료전지의 운전 개시가 이미 지시되어 있으면, 연료전지에서 충분한 전력이 출력되기 전이라도 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지할 수 있어 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 제 1 연료전지용 연료보급 시스템에서,
상기 연료전지에서의 출력전압을 검출하는 전압검출수단을 추가로 구비하고,
상기 보급금지수단은, 상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태가 아닌 것으로 판정했을 때에도, 상기 전압수단이 검출하는 상기 출력전압이 소정값 이상일 때에는, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제 1 이동체에서,
상기 연료전지에서의 출력전압을 검출하는 전압검출수단을 추가로 구비하고,
상기 보급금지수단은, 상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태가 아닌 것으로 판정했을 때에도, 상기 전압수단이 검출하는 상기 출력전압이 소정값 이상일 때에는, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지할 수도 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태가 아닌 것으로 판정되는 경우라도, 연료전지에서의 출력전압이 소정값 이상일 때에는 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하기 때문에 안전성을 더 향상시킬 수 있다. 예컨대, 연료전지에서는 연료전지의 운전 정지에 관한 지시가 입력되어 연료가스 및 산화가스의 공급이 정지되어도, 이미 연료전지에 공급된 가스가 소비되어 버릴 때까지는 전기화학반응이 진행된다. 연료전지의 운전 정지에 관한 지시가 입력됨으로써 연료전지가 발전을 행하는 상태가 아닌 것으로 판단되는 경우에도, 상기한 바와 같이 전기화학반응이 어느 정도 진행되는 동안에는 연료 또는 원연료의 보급 개시가 금지되기 때문에, 원하지 않는 출력전압이 발생할 때에 연료보급을 행하지 않는다.
본 발명의 제 1 이동체에서,
상기 이동체의 이동을 위한 구동에너지를 발생시키는, 상기 연료전지와는 상이한 다른 에너지원, 및
상기 다른 에너지원의 구동이 금지되어 있는지의 여부를 판정하는 구동금지 판정수단을 추가로 구비하고,
상기 보급금지수단은, 상기 연료전지 가동상태 판정수단이 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정했을 때에, 그리고 상기 구동금지 판정수단이 상기 다른 에너지원의 구동이 금지되어 있지 않은 것으로 판정했을 때에는, 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지할 수도 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 상기 다른 에너지원의 구동이 금지되어 있지 않을 때, 즉 이동체가 이동될 가능성이 있을 때에, 연료보급 동작을 개시하지 않고 연료보급 동작의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 연료전지용 연료보급 시스템은, 연료전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 보급하는 연료전지용 연료보급 시스템으로서,
상기 연료전지,
상기 연료 또는 상기 원연료를 저장하는 저장수단,
상기 저장수단에 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급할 때에는, 상기 저장수단에 접속함으로써 상기 보급을 행하는 보급수단,
상기 보급수단으로부터 상기 저장수단에 대하여 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는지의 여부를 판정하는 연료보급상태 판정수단, 및
상기 연료보급상태 판정수단이, 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는 것으로 판정했을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지하는 발전금지수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제 2 연료전지용 연료보급 시스템은 연료전지 및 연료전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단을 구비한다. 상기 저장수단에 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급할 때에는 보급수단을 상기 저장수단에 접속시킨다. 이와 같이, 상기 보급수단으로부터 상기 저장수단에 대하여 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는지의 여부를 판정하여 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는 것으로 판정되었을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지한다.
본 발명의 제 2 이동체는, 연료전지를 탑재하고, 상기 연료전지가 발생시키는 전기에너지를 이동을 위한 구동에너지원으로 사용하는 이동체로서,
상기 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단,
상기 연료 또는 상기 원연료를 보급하기 위해 상기 이동체 외부에 설치된 소정의 보급장치로부터 상기 저장수단에 대하여 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는지의 여부를 판정하는 연료보급상태 판정수단, 및
상기 연료보급상태 판정수단이, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는 것으로 판정했을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지하는 발전금지수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제 2 이동체는, 이동을 위한 구동에너지인 전기에너지를 발생시키는 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단을 구비한다. 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급하기 위해 상기 이동체 외부에 설치된 소정의 보급장치로부터 상기 저장수단에 대하여 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는지의 여부를 판정하여 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는 것으로 판정되었을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지한다.
본 발명의 연료전지의 운전제어방법은,
(a) 상기 연료전지와 함께 설치되어, 상기 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단에 대하여, 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는지의 여부를 판정하는 공정, 및
(b) 상기 (a) 공정에서 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는 것으로 판정되었을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지하는 공정을 포함하는 것을 요지로 한다.
이와 같은 본 발명의 제 2 연료전지용 연료보급 시스템 또는 본 발명의 제 2 이동체 또는 본 발명의 연료전지의 운전제어방법에 의하면, 상기 저장수단에 대하여 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는 것으로 판정되었을 때에는, 연료전지에서의 발전 개시를 금지하기 때문에 연료 또는 원연료를 보급할 때에 연료전지가 운전되지 않으므로, 연료 또는 원연료의 보급 동작의 안전성을 확보할 수 있다. 즉, 저장수단과 연료보급장치의 접속을 수반하는 연료보급 동작과 연료전지의 발전을 동시에 행하지 않으므로 안전성을 확보할 수 있다. 또, 여기에서 연료 또는 원연료의 보급이 행해지고 있는지의 여부의 판정은, 실제로 연료 또는 원연료가 저장수단에 공급되고 있는지의 여부에 따르는 것 이외에, 연료 또는 원연료의 보급 동작을 시작할 때에 입력되어야 하는 소정의 지시가 입력되어 있는지의 여부 등에 따를 수도 있다.
본 실시예의 제 2 이동체에서, 상기 연료보급상태 판정수단이, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는 것으로 판정했을 때에는, 상기 이동체의 이동을 금지하는 이동금지수단을 추가로 구비할 수도 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 연료 또는 원연료가 보급되고 있을 때에는 이동체가 이동하지 않기 때문에 연료보급 동작의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 1 및 제 2 연료전지용 연료보급 시스템에서, 상기 저장수단은 상기 연료전지에 공급되는 연료인 수소를 저장하고, 이 수소를 저장하기 위한 수소흡장 합금을 구비할 수도 있다.
또, 본 발명의 제 1 및 제 2 이동체에서, 상기 저장수단은 상기 연료전지에 공급되는 연료인 수소를 저장하고, 이 수소를 저장하기 위한 수소흡장 합금을 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제 1 및 제 2 연료전지용 연료보급 시스템에서, 상기 연료전지 및 상기 저장수단은 이동을 위한 구동에너지로 상기 연료전지가 발생시키는 전기에너지를 사용하는 이동체에 탑재될 수도 있다.
이상 설명한 본 발명의 구성ㆍ작용을 한층 더 명확히 하기 위해서, 다음에 본 발명의 실시형태를 실시예에 의거하여 다음과 같은 순서로 설명한다.
1. 전기자동차의 전체 구성
2. 수소 보급에 관한 구성
3. 수소 보급시에 행해지는 제어
4. 전기자동차의 기타 구성
(1) 전기자동차의 전체 구성:
먼저, 본 발명의 실시예로서의 전기자동차 구성에 대해서 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예로서의 전기자동차 (10) 의 전체 구성을 나타내는 설명도이다. 이 전기자동차 (10) 는 연료탱크 (20), 연료전지 (30), 커넥터수용부 (40), 제어부 (50) 를 구비하고, 그 밖에 모터 (70) 등과 같은 소정의 차량구조를 구비하고 있다. 이하, 전기자동차 (10) 가 구비하는 이들 각 구성요소에 대해서 순차적으로 설명한다.
연료탱크 (20) 는 외부로부터 공급되는 수소가스를 저장하는 것으로, 필요에 따라 수소가스를 연료전지 (30) 에 공급한다. 연료탱크 (20) 는 그 내부에 수소흡장 합금을 구비하고 있고, 이 수소흡장 합금에 흡장함으로써 수소가스를 저장하는 구성으로 되어 있다. 수소흡장 합금은 그 종류에 따라 수소흡장 합금 자체의 중량, 흡장이 가능한 수소량, 수소 흡장시에 발생되는 열량, 수소 방출시에 필요한 열량, 취급시에 필요한 압력 등이 다르다. 자동차 차재 용도로는 비교적 저온 (100℃ 이하), 저압 (10㎏/㎠ 이하) 에서 수소의 충전ㆍ방출이 가능한 합금을 사용하는 것이 바람직하다 (예컨대, 티탄계 합금 또는 희토류계 합금).
연료탱크 (20) 에는, 이 연료탱크 (20) 내부에 수소가스를 공급하기 위한 수소가스 도입로 (47) 와 연료탱크 (20) 내의 수소흡장 합금으로부터 취출된 수소가스를 연료전지 (30) 에 도입하기 위한 연료공급로 (22) 가 접속되어 있다. 후술하는 바와 같이 전기자동차 (10) 에는 외부에 설치된 소정의 수소 공급장치로부터 수소가스가 공급되지만, 이 수소 공급장치로부터 공급되는 수소가스는 커넥터수용부 (40) 및 수소가스 도입로 (47) 를 통해 연료탱크 (20) 내에 공급되어 수소흡장 합금에 흡장됨으로써 연료탱크 (20) 내에 저장된다. 또, 연료탱크 (20) 의 수소흡장 합금으로부터 방출된 수소가스는 연료공급로 (22) 를 통해 연료가스로 연료전지 (30) 에 공급된다.
연료공급로 (22) 에는 밸브 (22A) 가 설치되어 있다. 이 밸브 (22A) 는 제어부 (50) 와 접속되어 있고, 제어부 (50) 에 의해 그 개폐상태가 제어된다. 밸브 (22A) 의 개방상태를 조절함으로써 연료전지 (30) 에 공급되는 연료가스량을 증감할 수 있고, 그럼으로써 연료전지 (30) 에서의 발전량이 제어된다.
또한, 연료공급로 (22) 에는 가습기 (66) 가 설치되어 있어 연료공급로 (22) 를 통과하는 연료가스를 가습한다. 이와 같이 가습기 (66) 로 연료가스를 가습함으로써, 연료전지가 구비하는 후술하는 고체 고분자막이 건조되는 것을 방지한다. 본 실시예의 가습기 (66) 에서는 다공질막을 이용하여 연료가스를 가습한다. 즉, 연료탱크 (20) 로부터 공급된 연료가스와 온수를 소정 압력 하에서 다공질막으로 구획함으로써, 소정량의 수증기를 다공질막을 통해 온수측으로부터 연료가스측으로 공급하고 있다. 여기에서, 가습에 사용되는 온수로는 예컨대 연료전지 (30) 의 냉각수를 들 수 있다. 본 실시예의 연료전지 (30) 는 후술하는 바와 같이 고체 고분자형 연료전지로, 운전온도를 80∼100℃의 온도범위로 유지하기 위해 주위에 냉각수를 순환시킨다. 이 연료전지 (30) 에 의해 승온된 온수를 연료가스의 가습에 이용할 수 있다.
상기 연료탱크 (20) 로의 수소 저장은, 연료탱크 (20) 가 구비하는 수소흡장 합금에 수소를 흡장시킴으로써 이루어지는데 이 때에 발열이 일어난다. 그래서, 연료탱크 (20) 는 수소를 저장할 때에 발생되는 열을 배출하는 구조로 열교환부 (26) 를 구비하고 있다. 열교환부 (26) 는 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수로 (45) 로 형성되어 있고, 이 냉각수로 (45) 는 커넥터수용부 (40) 에서 개구되어 있다. 즉, 냉각수로 (45) 의 단부는 커넥터수용부 (40) 에서 수 (水) 유로 접속부 (42) 를 형성하고 있다. 또, 냉각수로 (45) 는 연료탱크 (20) 의 열교환부 (26) 를 형성한 후 냉각수로 (43) 가 되고, 이 냉각수로 (43) 의 단부는 수유로 접속부 (44) 를 형성하고 커넥터수용부 (40) 에서 개구되어 있다. 연료탱크 (20) 내의 수소흡장 합금에 수소를 흡장시킬 때에는, 냉각수는 수유로 접속부 (42) 를 통해 열교환부 (26) 로 도입되어 수소흡장 합금과의 사이에서 열교환을 실시하고 수소 흡장에 따라 발생된 열에 의해 승온된다. 승온된 냉각수는 수유로 접속부 (44) 를 통해 외부로 배출되고, 이렇게 하여 연료탱크 (20) 로부터 열을 제거함으로써, 상기 수소를 흡장시키는 동작을 촉진하는 동시에, 연료탱크 (20) 가 원하지 않는 온도로 승온되는 것을 방지한다.
또, 전기자동차 (10) 에서, 냉각수로 (45) 및 냉각수로 (43) 는 그 소정의 지점에서 분기되고, 이들 분기된 유로는 연료전지 (30) 내에 배관되어 연료전지 (30) 내에서 열교환부 (39) 를 형성하고, 이 열교환부 (39) 에서 이들 유로는 접속되어 있다. 또, 냉각수로 (45) 및 냉각수로 (43) 로부터 열교환부 (39) 측으로 유로가 분기되는 위치에는 유로를 전환하는 전환밸브가 설치되어 있다. 냉각수로 (45) 의 분기점에는 전환밸브 (42A) 가 설치되어 있고, 냉각수로 (43) 의 분기점에는 전환밸브 (44A) 가 설치되어 있다. 이들 전환밸브 (42A, 44A) 는 제어부 (50) 에 접속되어 있고, 제어부 (50) 가 출력하는 구동신호에 의해 유로 전환이 이루어진다. 수소 공급장치로부터 연료탱크 (20) 로 수소가 공급될 때에는, 커넥터수용부 (40) 를 통해 접속되는 외부의 연료공급장치측과 열교환부 (26) 측 사이에 냉각수가 유통되도록 전환밸브 (42A, 44A) 가 제어되어 열교환부 (39) 에 이르는 유로는 폐쇄된다.
한편, 연료탱크 (20) 내의 수소를 이용하여 전기자동차 (10) 가 주행할 때에는, 전환밸브 (42A, 44A) 의 개폐상태가 제어되어 열교환부 (26) 를 형성하는 유로와 열교환부 (39) 를 형성하는 유로가 연이어 통해진다. 이와 같은 경우에는, 냉각수는 연료탱크 (20) 가 구비하는 열교환부 (26) 와 연료전지 (30) 가 구비하는 열교환부 (39) 사이를 순환한다. 이와 같은 구성으로 함으로써 본 실시예의 전기자동차 (10) 에서는 연료전지 (30) 에서 발생되는 열량을 이용하여 수소흡장 합금으로부터 수소를 취출한다. 즉, 연료전지 (30) 에 의한 발전이 행해질 때에는 전기에너지로 변환되지 않은 에너지가 열에너지로 방출되기 때문에 열이 발생하지만, 열교환부 (39) 를 통과하는 냉각수는 연료전지 (30) 와의 사이에서 열 교환을 행함으로써 연료전지 (30) 의 운전온도를 80∼100℃의 온도범위로 유지하는 동시에 냉각수 자체는 승온된다. 또, 연료탱크 (20) 에서 수소흡장 합금에 흡장시킨 수소를 취출하기 위해서는, 외부로부터 열량을 부여할 필요가 있지만, 열교환부 (39) 에서 승온된 냉각수는 열교환부 (26) 에 도입됨으로써 연료탱크 (20) 에 필요한 열량을 부여하여 수소를 취출할 수 있게 하고, 이에 따라 열교환부 (26) 를 통과하는 냉각수는 강온 (降溫) 된다. 이와 같이, 냉각수는 열교환부 (39) 와 열교환부 (26) 사이를 순환함으로써 연료전지 (30) 에서 발생된 열을 연료탱크 (20) 에서 이용할 수 있게 한다.
또, 냉각수로 (45) 에는 펌프 (29) 가 설치되어 있고, 이 펌프 (29) 는 제어부 (50) 의 제어를 받아 냉각수로 (45) 및 이와 접속되는 유로 내에서 냉각수를 순환시킨다. 또, 본 실시예에서는, 수소흡장 합금에 수소를 흡장시킬 때에, 냉각수로 (45) 내에 냉각수를 순환시켜 연료탱크 (20) 를 냉각시키는 구성으로 하였으나, 물 이외의 유체를 순환시킴으로써 냉각시킬 수도 있다. 또, 연료탱크 (20) 의 냉각을 공기로 냉각시킬 수도 있다.
또한, 본 실시예의 전기자동차 (10) 에서는, 연료탱크 (20) 에 가열장치 (25) 가 설치되어 있다. 이 가열장치 (25) 는 연료탱크 (20) 를 가열하기 위한 장치이다. 상기한 바와 같이, 전기자동차 (10) 에서는 연료탱크 (20) 가 구비하는 수소흡장 합금에 저장된 수소를 취출할 때에 연료전지 (30) 에서 발생된 열을 이용하고 있으나, 냉각수에 의해 연료전지 (30) 로부터 전달되는 열만으로는 부족한 경우, 또는 전기자동차 (10) 의 시동시 등에 연료전지 (30) 가 충분히 승온되지 않을 때에 연료탱크 (20) 에 공급되는 열을 보충할 필요가 있는 경우 등에, 이 가열장치 (25) 를 이용하여 연료탱크 (20) 를 가열한다. 가열장치 (25) 는 예컨대 히터로 구성할 수 있고, 전기자동차 (10) 가 구비하는 후술하는 2차전지로부터 공급되는 전력을 이용하여 가열하면 된다. 가열장치 (25) 는 제어부 (50) 에 접속되어 있고, 제어부 (50) 에 의해 가열상태를 제어함으로써, 원하는 수소를 취출하기 위해 필요한 열을 확보할 수 있다. 또는, 가열장치 (25) 는 연소반응으로 열을 발생시키게 할 수도 있다. 이 경우에는, 연료탱크 (20) 로부터 취출된 수소나 연료전지 (30) 로부터 배출되는 후술하는 연료배기가스를 연소 연료로 사용할 수 있다.
연료탱크 (20) 에는 추가로 수소잔량 모니터 (27) 가 설치되어 있다. 수소잔량 모니터 (27) 는 연료탱크 (20) 로부터 연료전지 (30) 로 공급된 수소량과 공급시간을 적산하는 것으로, 이 값을 기초로 제어부 (50) 는 연료탱크 (20) 에서의 수소잔량을 연산한다. 연료탱크 (20) 로부터 연료전지 (30) 에 공급된 수소량은 연료공급로 (22) 를 통과하는 수소가스의 유량을 직접 측정하는 것 이외에, 연료전지 (30) 에서의 출력 등을 기초로 간접적으로 추정할 수도 있다. 수소잔량 모니터 (27) 로부터의 신호에 따라 연료탱크 (20) 내의 수소잔량이 소정량 이하로 된 것으로 판단되면, 제어부 (50) 는 차량의 사용자가 인식할 수 있도록 설치한 소정의 경고장치에 신호를 출력한다. 이와 같이 수소잔량이 적게 남은 것을 사용자에게 알림으로써 사용자에게 수소를 보급하도록 한다.
또, 연료탱크 (20) 에는 수소충전량 모니터 (28) 가 설치되어 있다. 수소충전량 모니터 (28) 는 압력센서로 구성되어 있고, 연료탱크 (20) 내의 수소흡장 합금에 수소를 흡장시키는 경우 수소흡장 합금에 충분량의 수소가 흡장되었을 때에 이를 검출한다. 수소 충전시, 즉 수소흡장 합금에 수소를 흡장시킬 때에는 연료탱크 (20) 내부는 외부로부터 수소를 공급함으로써 소정 압력으로 가압되고 있지만, 수소흡장 합금에 충분량의 수소가 흡장되어 수소가 흡장되는 속도가 저하되었을 때에는 연료탱크 (20) 내부의 압력이 상승된다. 따라서, 연료탱크 (20) 내에 압력센서를 설치하고 상기 압력 상승을 검출함으로써 충분량의 수소가 충전됨을 알 수 있다. 수소충전량 모니터 (28) 는 제어부 (50) 에 접속되어 있고, 수소 충전의 동작 종료에 관한 신호는 제어부 (50) 에 입력된다.
연료전지 (30) 는 고체 고분자 전해질형 연료전지로, 구성 단위인 단일 셀 (38) 을 복수 적층한 스택 (stack) 구조를 갖고 있다. 연료전지 (30) 는 애노드 (anode) 측에 수소로 이루어진 연료가스의 공급을 받고, 캐소드 (cathod) 측에는 산소를 함유하는 산화가스의 공급을 받아 다음에 나타내는 전기화학반응으로 기전력을 얻는다.
H2 →2H+＋2e- … (1)
(1/2) O2＋2H+＋2e-→H2O … (2)
H2＋ (1/2) O2 →H2O … (3)
(1) 식은 연료전지의 애노드측에서의 반응, (2) 식은 연료전지의 캐소드측에서의 반응을 나타내고, (3) 식은 전지 전체에서 일어나는 반응을 나타낸다. 도 2 는 이 연료전지 (30) 를 구성하는 단일 셀 (38) 의 구성을 예시하는 단면도이다. 단일 셀 (38) 은 전해질막 (31) 과 애노드 (32) 및 캐소드 (33) 와 세퍼레이터 (separator; 34, 35) 로 구성되어 있다.
애노드 (32) 및 캐소드 (33) 는 전해질막 (31) 을 사이에 두고 샌드위치구조를 이루는 가스확산전극이다. 세퍼레이터 (34, 35) 는 다시 이 샌드위치구조를 사이에 두고 애노드 (32) 및 캐소드 (33) 사이에 연료가스 및 산화가스의 유로를 형성한다. 애노드 (32) 와 세퍼레이터 (34) 사이에는 연료가스 유로 (34P) 가 형성되어 있고, 캐소드 (33) 와 세퍼레이터 (35) 사이에는 산화가스 유로 (35P) 가 형성되어 있다. 세퍼레이터 (34, 35) 는 도 2 에서는 각각 일면에만 유로를 형성하고 있지만, 실제로는 그 양면에 리브가 형성되어 있으며, 일면은 애노드 (32) 와의 사이에서 연료가스 유로 (34P) 를 형성하고, 타면에는 인접하는 단일 셀이 구비하는 캐소드 (33) 와의 사이에서 산화가스 유로 (35P) 를 형성한다. 이와 같이 세퍼레이터 (34, 35) 는 가스확산전극과의 사이에서 가스 유로를 형성하는 동시에, 인접하는 단일 셀 사이에서 연료가스와 산화가스의 흐름을 분리하는 역할을 한다.
여기에서, 전해질막 (31) 은 고체 고분자 재료, 예컨대 불소계 수지로 형성된 프로톤 전도성을 갖는 이온교환막으로, 습윤상태에서 양호한 전기전도성을 나타낸다. 본 실시예에서는 나피온막 (듀퐁사 제조) 을 사용한다. 전해질막 (31) 표면에는 촉매로서의 백금 또는 백금과 다른 금속으로 이루어진 합금이 도포되어 있다. 촉매를 도포하는 방법으로는, 백금 또는 백금과 다른 금속으로 이루어진 합금을 담지한 카본분말을 제조하고, 이 촉매를 담지한 카본분말을 적당한 유기용제에 분산시키고, 전해질용액 (예컨대, Aldrich Chemical사, Nafion Solution) 을 적당량 첨가하여 페이스트화시키고, 전해질막 (31) 상에 스크린 인쇄하는 방법을 채택하였다. 또는, 상기 촉매를 담지한 카본분말을 함유하는 페이스트를 막 성형하여 시트를 제조하고, 이 시트를 전해질막 (31) 상에 프레스하는 구성도 바람직하다. 또, 백금 등의 촉매는 전해질막 (31) 이 아니라 전해질막 (31) 을 접하는 애노드 (32) 및 캐소드 (33) 측에 도포할 수도 있다.
애노드 (32) 및 캐소드 (33) 는 모두 탄소섬유로 이루어진 실로 짜여진 카본 크로스로 형성되어 있다. 또, 본 실시예에서는 애노드 (32) 및 캐소드 (33) 를 카본 크로스로 형성하였으나, 탄소섬유로 이루어진 카본 페이퍼 또는 카본 펠트로 형성하는 구성도 바람직하다.
세퍼레이터 (34, 35) 는 가스 불투과 도전성 부재, 예컨대 카본을 압축하여 가스가 투과하지 못하는 치밀한 질의 카본으로 형성되어 있다. 세퍼레이터 (34, 35) 는 그 양면에 평행하게 배치된 복수개의 리브를 형성하고 있고, 이미 기술한 바와 같이 애노드 (32) 의 표면과의 사이에서 연료가스 유로 (34P) 를 형성하고, 인접하는 단일 셀의 캐소드 (33) 의 표면과의 사이에서 산화가스 유로 (35P) 를 형성한다. 여기에서, 각 세퍼레이터 표면에 형성된 리브는 양면 모두 평행하게 형성할 필요는 없고, 면마다 직교하는 등 소정의 각도를 이룰 수도 있다. 또, 리브 형상은 평행한 홈형상일 필요는 없고, 가스확산전극에 대하여 연료가스 또는 산소가스를 공급할 수 있으면 된다.
이상으로, 연료전지 (30) 의 기본 구조인 단일 셀 (38) 의 구성에 대해서 설명하였다. 실제로 연료전지 (30) 로 조립할 때에는 세퍼레이터 (34), 애노드 (32), 전해질 (31), 캐소드 (33), 세퍼레이터 (35) 의 순서로 구성된 단일 셀 (38) 을 복수 세트 적층하고 (본 실시예에서는 100 세트), 그 양단에 치밀한 질의 카본이나 구리판 등으로 형성된 집전판을 배치함으로써 스택 구조를 구성한다. 또, 본 실시예에서는, 연료전지 (30) 로서 고체 고분자형 연료전지를 사용하는 것으로 하였으나, 인산형 연료전지 등 다른 종류의 연료전지를 전기자동차에 탑재하는 경우에도, 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 전기자동차 (10) 에서는, 연료탱크 (20) 가 구비하는 수소흡장 합금에 흡장되어 있던 수소는 수소흡장 합금으로부터 방출되면, 연료공급로 (22) 를 통해 상기 연료전지 (30) 의 애노드측에 연료가스로 공급되어 상기 연료가스 유로 (34P) 에서 전기화학반응에 사용된다. 전해질막 (31) 의 애노드측에서 (1) 식에 나타낸 반응에 의해 발생된 프로톤은 수화 (水和) 되어 캐소드측으로 이동되기 때문에, 캐소드측에서는 물이 소비되지만, 이미 기술한 바와 같이 연료가스를 가습함으로써 전해질막 (31) 에서 부족한 수분을 보충하고 있다. 전기화학반응에 사용된 잔류물로서의 연료배기가스는 연료가스 유로 (34P) 로부터 연료 배출로 (24) 로 배출되지만, 이 연료 배출로 (24) 는 연료공급로 (22) 에 접속되어 있고, 연료배기가스는 다시 연료가스로 연료전지 (30) 에 공급된다. 여기에서, 연료 배출로 (24) 에는 펌프 (68) 가 설치되어 있어, 연료배기가스를 가압하여 연료공급로 (22) 에 공급한다.
한편, 산화가스 유로 (35P) 에는 산화가스공급로 (62) 를 통해 산화가스인 공기가 공급된다. 산화가스공급로 (62) 에는 컴프레서 (60) 가 설치되어 있고, 외부로부터 유입된 공기를 가압하여 연료전지 (30) 에 공급하는 구성으로 되어 있다. 전기화학반응에 사용된 산화배기가스는 산화가스 유로 (35P) 로부터 산화가스 배출로 (64) 를 경유하여 외부로 배출된다.
또, 연료전지 (30) 에는 전압센서 (23) 가 설치되어 있다. 전압센서 (23) 는 연료전지 (30) 의 출력전압을 검출하여 검출된 전압에 관한 정보를 후술하는 제어부 (50) 에 입력한다.
제어부 (50) 는 마이크로컴퓨터를 중심으로 한 논리회로로 구성되고, CPU (52), ROM (54), RAM (56) 및 입출력포트 (58) 로 이루어진다. CPU (52) 는 이미 설정된 제어프로그램에 따라 소정의 연산 등을 실행한다. ROM (54) 에는 CPU (52) 로 각종 연산 처리를 실행하는 데에 필요한 제어프로그램이나 제어데이터 등이 미리 저장되어 있고, RAM (56) 에는 마찬가지로 CPU (52) 로 각종 연산처리를 실행하는 데에 필요한 각종 데이터가 일시적으로 판독/기록된다. 입출력포트 (58) 는 수소 공급장치측을 통해 신호를 입력하는 동시에, CPU (52) 에서의 연산 결과에 따라 컴프레서 (60) 를 비롯해 연료전지 (30) 의 운전에 관한 각 부에 구동신호를 출력하여 전기자동차 (10) 를 구성하는 각 부의 구동상태를 제어한다.
커넥터수용부 (40) 는 전기자동차 (10) 의 외표면의 소정 위치에 설치된 구조로, 외부에 설치한 소정의 수소 공급장치가 구비하는 커넥터와 접속될 수 있는 구조를 갖고 있다. 커넥터수용부 (40) 는 수소유로 접속부 (46), 접속단자 (48) 및 수유로 접속부 (42, 44) 를 구비하고 있다. 수소유로 접속부 (46) 는 수소가스 도입로 (47) 의 단부 구조이고, 접속단자 (48) 는 제어부 (50) 와 접속되는 신호선 (49) 의 단부 구조이며, 수유로 접속부 (42, 44) 는 각각 냉각수로 (45, 43) 의 단부 구조이다. 수소 공급장치가 구비하는 커넥터를 커넥터수용부 (40) 에 접속시키고 상기 각 접속부를 상기 커넥터가 구비하는 소정의 접속부에 접속시킴으로써, 수소 공급장치측과 전기자동차 (10) 측 사이에 수소가스 및 냉각수가 유통될 수 있게 된다. 또, 커넥터를 커넥터수용부 (40) 에 접속시키고 접속단자 (48) 를 수소 공급장치측의 소정의 단자에 접속시킴으로써, 수소 공급장치와 전기자동차 (10) 사이에 제어부 (50) 가 실행하는 제어에 관한 정보를 주고받을 수 있게 된다. 또, 수소유로 접속부 (46) 및 수유로 접속부 (42, 44) 의 각각에는 전자밸브가 구비되어 있다. 이들 전자밸브는 제어부 (50) 와 접속되어 있고, 제어부 (50) 가 출력하는 구동신호에 의해 개폐된다. 이들 전자밸브를 폐쇄상태로 함으로써, 전기자동차 (10) 와 수소 공급장치 사이의 수소가스나 냉각수의 유통을 전기자동차측에서 정지시킬 수 있다.
연료전지 (30) 에서의 전기화학반응에 의해 발생된 전력은 모터 (70) 에 공급되어 모터 (70) 에서 회전구동력을 발생시킨다. 이 회전구동력은 전기자동차 (10) 의 차축을 통해 차량의 앞바퀴 및/또는 뒷바퀴에 전달되어 차량을 주행시키는 동력이 된다. 이 모터 (70) 는 제어장치 (72) 의 제어를 받는다. 제어장치 (72) 는 액셀페달 (72a) 의 조작량을 검출하는 액셀페달 포지션센서 (72b) 등과도 접속되어 있다. 또, 제어장치 (72) 는 제어부 (50) 와도 접속되어 있고, 이 제어부 (50) 와의 사이에서 모터 (70) 의 구동 등에 관한 각종 정보를 주고 받고 있다.
또, 전기자동차 (10) 는 도시하지 않은 2차전지를 구비하고 있어 전기자동차 (10) 가 경사로를 오를 때나 고속 주행할 때 등과 같이 부하가 증대된 경우에는, 이 2차전지로 모터 (70) 에 공급되는 전력을 보충하여 높은 구동력을 얻을 수 있게 된다. 이 2차전지는, 전기자동차 (10) 의 연료탱크 (20) 에 수소를 공급할 때, 제어부 (50) 가 동작하거나 냉각수로 (45) 내에 물을 순환시키기 위해 필요한 전력을 공급하는 등 연료전지 (30) 에 의한 발전이 행해지지 않는 경우를 포함하여 전기자동차 (10) 의 각 부에서 필요한 전력을 공급하는 에너지원의 기능을 갖는다.
(2) 수소 보급에 관한 구성:
이상 본 실시예의 전기자동차 (10) 구성에 대해서 설명했는데, 다음에 전기자동차 (10) 의 연료탱크 (20) 내에 수소를 충전하는 동작에 관한 구성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 도 3 은 전기자동차 (10) 와 여기에 수소를 보급하기 위한 수소 공급장치 (80) 의 모양을 나타내는 설명도이다. 전기자동차 (10) 의 차체 외표면의 소정 위치에는 이미 기술한 커넥터수용부 (40) 가 설치되어 있으나, 도 3 에서는 이 커넥터수용부 (40) 가 설치된 위치를 영역 F 로 표시하고 있다. 차량 외표면의 영역 F 에 설치된 커넥터수용부 (40) 의 모양은 도 4 에 나타낸다. 차량에 수소가스를 공급하는 수소 공급장치 (80) 는 외부로 연장되는 2개의 관형상 구조의 수소 공급부 (82) 및 냉각수 공급부 (84) 를 가지고 있고, 이들 공급부에 의해 수소가스 또는 냉각수를 전기자동차 (10) 에 공급할 수 있게 되어 있다. 이 수소 공급부 (82) 및 냉각수 공급부 (84) 의 모양은 도 4 에서 더욱 상세하게 나타낸다. 수소 공급장치 (80) 가 구비하는 수소 공급부 (82) 는 그 단부에 제 1 커넥터 (86) 를 구비하고 있다. 또, 수소 공급장치 (80) 가 구비하는 냉각수 공급부 (84) 는 그 단부에 제 2 커넥터 (88) 를 구비하고 있다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 커넥터수용부 (40) 는 수소 보급구 (14) 와 냉각수 보급구 (12) 를 구비하고 있다. 전기자동차 (10) 의 차체 외표면에 개구되어 있는 수소 보급구 (14) 는 이미 기술한 수소유로 접속부 (26) 를 구비하고 있고 (도 4 에서는 도시하지 않음), 전기자동차 (10) 내부에 형성된 수소가스 도입로 (47) 를 통해 연료탱크 (20) 에 접속되어 있다. 또한, 수소 보급구 (14) 는 제어부 (50) 에 접속되는 이미 기술한 접속단자 (48) 를 구비하고 있다 (도 4 에서는 도시하지 않음). 또, 마찬가지로 전기자동차 (10) 의 차체 외표면에 개구되어 있는 냉각수 보급구 (12) 는 냉각수로 (43, 45) 를 통해 열교환부 (26) 에 접속되는 이미 기술한 수유로 접속부 (42, 44) 를 구비하고 있다 (도 4 에서는 도시하지 않음). 커넥터수용부 (40) 가 구비하는 수소 보급구 (14) 는 상기 제 1 커넥터 (86) 를 끼워넣음으로써 장착할 수 있는 구성을 가지고 있고, 커넥터수용부 (40) 가 구비하는 냉각수 보급구 (12) 는 제 2 커넥터 (88) 를 끼워넣음으로써 장착할 수 있는 구성을 가지고 있다.
도 5 는 수소 공급장치 (80) 의 요부의 구성을 나타내는 설명도이다. 제 1 커넥터 (86) 는 수소유로 접속부 (96) 와 접속단자 (98) 를 구비하고 있다. 제 1 커넥터 (86) 를 상기 수소 보급구 (14) 에 장착했을 때에는, 수소유로 접속부 (96) 는 전기자동차 (10) 측의 이미 기술한 수소유로 접속부 (46) 에 접속되고, 접속단자 (98) 는 전기자동차 (10) 측의 접속단자 (48) 에 접속된다. 또, 제 2 커넥터 (88) 는 수유로 접속부 (92,94) 를 구비하고 있다. 제 2 커넥터 (88) 를 상기 냉각수 보급구 (12) 에 장착했을 때에는, 수유로 접속부 (92) 는 전기자동차 (10) 측의 수유로 접속부 (42) 에 접속되고, 수유로 접속부 (94) 는 전기자동차 (10) 측의 수유로 접속부 (44) 에 접속된다.
제 1 커넥터 (86) 가 구비하는 수소유로 접속부 (96) 에서는 수소 공급장치 (80) 내에 형성된 수소가스 도입로 (97) 의 일측 단부가 개구되어 있다. 수소가스 도입로 (97) 의 타측 단부는 도시하지 않은 수소 저장부에 연이어 통해져 있다. 본 실시예의 수소 공급장치 (80) 는 충분량의 수소를 저장하는 수소 저장부를 구비하고, 이 수소 저장부에 저장된 수소를 상기 제 1 커넥터 (86) 및 커넥터수용부 (40) 를 통해 전기자동차에 공급한다. 또는, 수소 공급장치는 이와 같이 충분량의 수소를 저장하고 이것을 외부에 공급하는 장치로 하는 것 이외에, 탄화수소나 탄화수소화합물 등과 같은 원연료를 개질하여 수소를 함유하는 가스를 제조하는 동시에, 제조된 가스로부터 수소를 정제하여 외부에 공급하는 장치로 하는 구성도 가능하다.
제 2 커넥터 (88) 가 구비하는 수유로 접속부 (92,94) 에서는 각각 수소 공급장치 (80) 내에 형성된 냉각수로 (95,93) 가 개구되어 있다. 냉각수로 (95,93) 는 열교환부 (90) 에서 서로 연이어 통해져 있다. 또, 냉각수로 (95) 에는 냉각수를 순환시키기 위한 펌프 (91) 가 설치되어 있다. 열교환부 (90) 는 라디에이터 구조를 갖고 있어 상기 냉각수로에 도입되어 내부를 통과하는 냉각수를 강온시킨다. 전기자동차 (10) 의 연료탱크에 수소를 보급하는 동작은 발열을 수반하기 때문에 연료탱크 (20) 를 냉각시키지만, 이들 열교환부 (90) 및 펌프 (91) 는 연료탱크 (20) 를 냉각시킴으로써 승온된 냉각수를 수소 공급장치 (80) 측에서 강온시키기 위한 구조이다.
수소 공급장치 (80) 는 추가로 제어부 (150) 를 구비하고 있다. 제어부 (150) 는 전기자동차 (10) 가 구비하는 제어부 (50) 와 마찬가지로 CPU (152), ROM (154), RAM (156) 및 입출력포트 (158) 를 구비하고 있다. 제 1 커넥터 (86) 에 설치된 이미 기술한 접속단자 (98) 는 신호선 (99) 을 통해 제어부 (150) 와 접속되어 있다. 따라서, 제 1 커넥터 (86) 를 수소 보급구 (14) 에 장착했을 때에는, 제어부 (150) 는 전기자동차 (10) 가 구비하는 제어부 (50) 와의 사이에서 정보를 주고 받을 수 있게 된다. 제어부 (150) 는 상기 펌프 (91) 와도 접속되어 있어 이에 대하여 구동신호를 출력한다. 또, 수소유로 접속부 (96) 및 수유로 접속부 (92,94) 의 각각에는 전자밸브가 구비되어 있지만, 이들 전자밸브는 제어부 (150) 와 접속되어 있고, 제어부 (150) 가 출력하는 구동신호에 의해 개폐된다. 이들 전자밸브를 폐쇄상태로 함으로써, 전기자동차 (10) 와 수소 공급장치 (80) 사이의 수소가스나 냉각수의 유통을 수소 공급장치 (80) 측에서 정지시킬 수 있다.
또, 전기자동차 (10) 측에 설치된 커넥터수용부 (40) 는 힌지 (15) 를 통해 자유롭게 개폐될 수 있도록 차체 외표면에 장착되고, 상기 냉각수 보급구 (12) 및 수소 보급구 (14) 를 덮는 덮개체인 연료덮개 (18) 를 구비하고 있다. 이 연료덮개 (18) 와 커넥터수용부 (40) 가 설치된 차체측에는 서로 대응하는 위치에 각각 후크부 (19) 와 걸어맞춤부 (17) 가 형성되어 있다 (도 4 참조). 연료를 보급하지 않을 때에는 커넥터수용부 (40) 는 상기 후크부 (19) 및 걸어맞춤부 (17) 를 걸어맞춤으로써 연료덮개 (18) 가 폐쇄된 상태로 된다.
본 실시예의 전기자동차 (10) 에서는 그 운전석 근방에 개방 레버가 설치되어 있다. 개방 레버는 상기 걸어맞춤부 (17) 와 소정의 릴레이를 통해 전기적으로 접속되어 있어 개방 레버에 조작력이 가해지면, 이 조작력이 걸어맞춤부 (17) 에 전달되어 걸어맞춤부 (17) 와 후크부 (19) 의 걸어맞춤상태가 해제됨으로써 연료덮개 (18) 가 개방된다. 또, 상기 개방 레버에 가해진 조작력을 전달하는 기구는 상기 전기식의 것을 대신하여 소정의 케이블로 상기 걸어맞춤부 (17) 과 접속시키는 기계식으로 할 수도 있다.
수소를 보급할 때에는 개방 레버를 조작하여 상기 걸어맞춤부 (17) 과 후크부 (19) 의 걸어맞춤상태를 해제하여 연료덮개 (18) 를 개방하고, 냉각수 보급구 (12) 및 수소 보급구 (14) 에 대하여 각각 제 2 커넥터 (88) 및 제 1 커넥터 (86) 를 접속시킨다. 이와 같이 각 커넥터가 전기자동차 (10) 측에 접속되어 서로 통신하는 제어부 (50) 및 제어부 (150) 의 각각으로부터 구동신호가 출력되어 각 접속부가 구비하는 이미 기술한 전자밸브가 개방상태로 되면, 수소 공급장치 (80) 로부터 연료탱크 (20) 내에 수소를 공급할 수 있게 되는 동시에, 수소 공급장치 (80) 와 전기자동차 (10) 사이에 냉각수를 유통할 수 있게 된다. 이 때, 제어부 (50) 및 제어부 (150) 의 각각으로부터 구동신호가 출력되어 펌프 (29) 및 펌프 (91) 가 구동됨으로써, 전기자동차 (10) 와 수소 공급장치 (80) 사이에 냉각수가 순환된다. 이 냉각수는 열교환부 (26) 를 통과할 때에 수소흡장 합금이 수소를 흡장하는 데에 수반하여 발열되는 연료탱크 (20) 를 냉각시킴으로써 승온되고, 수소 공급장치 (80) 측의 열교환부 (90) 를 통과함으로써 강온된다. 수소 보급 동작의 종료를 검출하는 수소충전량 모니터 (28) 로부터의 신호를 입력하면, 제어부 (50) 및 제어부 (150) 는 펌프 (29 및 91) 의 구동을 정지시키는 동시에, 각 접속부가 구비하는 전자밸브를 폐쇄상태로 하여 수소 공급장치 (80) 으로부터 연료탱크 (20) 내로의 수소 공급을 정지시키는 동시에, 수소 공급장치 (80) 와 전기자동차 (10) 사이의 냉각수 순환을 정지시킨다.
또, 본 실시예에서는 열교환부 (90) 를 수소 공급장치 (80) 에 설치하고 수소를 보급하는 동작을 행할 때에는, 전기자동차 (10) 와 수소 공급장치 (80) 사이에 냉각수를 순환시켜 연료탱크 (20) 를 냉각시키는 것으로 하였으나 다른 구성으로 할 수도 있다. 예컨대, 연료탱크 (20) 를 냉각시키는 냉각수는 전기자동차 (10) 와 수소 공급장치 (80) 사이에서 순환시켜 수소 공급장치 (80) 에서 반복적으로 강온시키는 대신에, 전기자동차로부터 취출하여 소정량의 열을 갖는 온수로 다른 용도에 사용할 수도 있다. 이 경우에는 전기자동차에 대해서는 수소를 보급하는 동안 충분히 저온인 냉각수를 전기자동차 외부로부터 계속 공급하면 된다.
(3) 수소 보급시에 행해지는 제어:
다음으로, 전기자동차 (10) 에 대해서 수소를 보급할 때에 실행되는 제어에 대해서 설명한다. 도 6 은 전기자동차 (10) 에 수소를 보급하고자 할 때에 실행되는 연료보급시 처리루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴은 전기자동차 (10) 로의 수소 보급 동작에 앞서 이미 기술한 연료덮개 (18) 를 개방하기 위해서 차량의 사용자에 의해 개방 레버가 조작되었을 때에, 전기자동차 (10) 의 제어부 (50) 에 의해 실행된다.
본 루틴이 실행되면, 먼저 제어부 (50) 의 CPU (52) 는 연료전지 (30) 의 시동을 지시하는 소정의 스타트 스위치가 온 상태로 되어 있는지의 여부를 판단한다 (단계 S200). 이 스타트 스위치는 종래에 알려진 가솔린엔진을 탑재한 자동차에서의 점화 스위치에 대응하는 스위치로, 연료전지 (30) 의 시동 및 정지에 관한 지시를 사용자가 입력하기 위해 설치된 것이다. 단계 S200 에서 스타트 스위치가 온으로, 즉 연료전지 (30) 의 시동이 지시된 것으로 판단되었을 때에는, 개방 레버가 조작되었음에도 불구하고 연료덮개 (18) 를 개방하지 않고 개방 레버 조작에 의한 신호 입력을 취소하여 본 루틴을 종료한다 (단계 S230). 또, 이 경우에는 전기자동차 (10) 에서 소정 위치에 표시를 하거나 또는 경고음이나 음성을 발하거나 함으로써, 스타트 스위치가 온으로 되어 있기 때문에 연료덮개 (18) 가 개방되지 않음을 사용자에게 인식시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
단계 S200 에서 스타트 스위치가 오프인 것으로 판단되었을 때에는 연료전지 (30) 의 출력전압이 40V 이하인지의 여부를 판단한다 (단계 S210). 이미 기술한 바와 같이 연료전지 (30) 에는 전압센서 (23) 가 설치되어 있으나, 단계 S210 에서는 이 전압센서 (23) 를 통해 입력되는 신호에 따라 연료전지 (30) 의 출력전압이 40V 이하인지의 여부를 판단한다. 단계 S210 을 판단할 때에는 단계 S200 에서 이미 스타트 스위치가 오프인 것, 즉 연료전지 (30) 의 운전이 정지되어 있는 것으로 판단되고 있지만, 이 단계 S210 은 수소를 충전할 때의 안전성을 더 높이기 위한 공정이다. 스타트 스위치를 오프로 함으로써 연료전지 (30) 의 발전을 정지시켜 연료전지 (30) 로의 가스 공급을 정지시켰을 때에는, 연료전지 (30) 의 출력전압은 정상상태의 몇백 볼트로부터 곧바로 거의 0 이 되는 것이 아니며, 연료전지 (30) 내부에 잔류하는 가스가 소비될 때까지 동안 서서히 출력전압이 저하되는 성질을 갖고 있다. 연료전지 (30) 의 출력전압 값이 충분히 작은 값인지의 여부를 확인함으로써 연료전지 (30) 로부터 원하지 않는 출력이 있는 상태에서 수소를 보급하는 것을 방지한다. 또, 단계 S210 에서 판단에 이용되는 값은 40V 로 한정되지 않고 연료전지 (30) 로부터의 출력전압 값이 충분히 작아진 것으로 판단할 수 있는 값이면 임의로 설정할 수 있다.
단계 S210 에서 연료전지 (30) 의 출력전압 값이 40V 이하로 판단되면, 이미 기술한 소정의 릴레이를 접속함으로써 연료덮개 (18) 를 개방하고 (단계 S220), 본 루틴을 종료한다.
단계 S210 에서 연료전지 (30) 의 출력전압 값이 40V 를 초과하고 있는 것으로 판단되면, 연료전지 (30) 로부터 방전시킴으로써 출력전압의 저하를 도모한다 (단계 S240). 본 실시예의 전기자동차 (10) 에서는 연료전지 (30) 에 도시하지 않은 소정의 방전 저항을 접속할 수 있게 되고, 단계 S240 에서는 연료전지 (30) 와 상기 방전 저항을 소정 시간동안 접속함으로써 연료전지 (30) 내부에 잔류하는 가스를 소비하는 발전을 적극적으로 행하게 하고, 그럼으로써 연료전지의 출력전압 값을 저하시킨다.
단계 S240 에서 연료전지 (30) 를 방전시키면, 다시 단계 S210 으로 되돌아가 출력전압이 충분히 저하되었는지의 여부를 판단하고, 출력전압이 40V 이하로 저하될 때까지 단계 S240 및 단계 S210 의 동작을 반복한다. 연료전지의 방전에 의해 충분히 출력전압이 저하되면, 이미 기술한 단계 S220 으로 진행되어 연료덮개 (18) 를 개방하고, 본 루틴을 종료한다. 또, 상기 설명에서는 단계 S240 에서 연료전지를 방전할 때에 연료전지를 소정의 방전 저항에 접속하였으나, 방전용 저항을 별도로 준비하는 대신에 전기자동차 (10) 에 탑재되어 전력을 소비하는 소정의 장치에 연료전지를 접속시켜 연료전지를 방전시킬 수도 있다.
또, 상기 연료보급시 처리루틴이 실행되었을 때에는 단계 S200 에서 스타트 스위치가 온이 아닌 것으로 판단되면, 개방 레버로부터의 신호가 입력되어 있는 상태가 유지되지만, 이 신호는 연료덮개 (18) 가 다음 번에 폐쇄될 때에 취소된다. 즉, 연료덮개 (18) 가 구비하는 후크부 (19) 에 걸어맞추는 걸어맞춤부 (17) 에는 소정의 센서가 설치되어 있고, 연료덮개 (18) 가 폐쇄되어 후크부 (19) 가 걸어맞춤부 (17) 에 걸어맞춰지고, 이것이 검지되면 개방 레버를 통해 입력된 신호가 취소된다. 따라서, 개방 레버를 통해 신호가 입력되었거나 또는 이 신호가 취소되었는지의 여부를 판정함으로써 연료덮개 (18) 의 개폐상태를 알 수 있다.
상기 도 6 에 나타낸 연료보급시 처리루틴은 연료전지의 운전 중에 수소를 보급하는 것을 방지하기 위한 동작이다. 다음으로, 수소 보급 중에 연료전지를 시동시키는 것을 방지하기 위한 동작에 대해서 설명한다. 도 7 은 전기자동차 (10) 에서 실행되는 연료전지 시동시 처리루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴은 연료전지 (30) 를 시동시키기 위해서 이미 기술한 스타트 스위치가 차량의 사용자에 의해 조작되었을 때에 전기자동차 (10) 의 제어부 (50) 에 의해 실행된다.
본 루틴이 실행되면 제어부 (50) 의 CPU (51) 는 연료덮개 (18) 가 개방되어 있는지의 여부를 판단한다 (단계 S300). 연료덮개 (18) 가 폐쇄되어 있는 것으로 판단되었을 때에는, 연료전지 (30) 를 시동시키고 (단계 S310), 본 루틴을 종료한다. 여기에서, 연료전지의 시동이란 연료탱크 (20) 를 가열하여 수소흡장 합금으로부터 취출된 수소를 연료가스로 연료전지 (30) 에 공급하기 시작하는 동시에, 컴프레서 (60) 를 구동시켜 압축공기를 산화가스로 연료전지 (30) 에 공급하기 시작하는 것을 포함하는 연료전지 (30) 의 시동에 관련된 일련 동작의 개시를 말하는 것이다.
단계 S300 에서 연료덮개 (18) 가 개방되어 있는 것으로 판단되었을 때에는, 연료전지 (30) 의 시동을 금지하는 동시에, 연료덮개 (18) 가 개방되어 있기 때문에 연료전지 (30) 가 시동되지 않음을 사용자에게 인식할 수 있게 경고램프를 점등시켜 경고음을 발하고 스타트 스위치를 조작함으로써, 입력된 신호를 취소하고 (단계 S320), 본 루틴을 종료한다. 물론, 상기 사용자에게 인식시키기 위한 동작은 사용자가 인식할 수 있게 되는 구성이면 경고램프를 점등한 경고음을 발하는 것 이외에, 다른 구성으로 할 수도 있다.
또, 단계 S300 에서 연료덮개 (18) 의 개폐상태에 관한 판단은, 이미 기술한 바와 같이 개방 레버 조작에 의한 신호 입력이 있는지의 여부에 따라 행한다. 개방 레버가 조작되어 도 6 에 나타낸 연료보급시 처리루틴이 실행되고 있는 경우에는, 예컨대 단계 S220 의 연료덮개 (18) 를 개방하는 동작이 행해지기 전으로, 단계 S240 에서의 연료전지 (30) 로부터의 방전을 실행하는 중이라도 연료덮개 (18) 가 개방되어 있는 것으로 판단된다.
이상과 같이 구성된 본 실시예의 전기자동차 (10) 및 수소 공급장치 (80) 에 의하면, 개방 레버를 조작해도 스타트 스위치가 온일 때에는 연료덮개 (18) 가 개방되지 않기 때문에, 수소 보급이 개시되지 않고 연료전지 (30) 의 운전 중에 수소 보급 동작이 행해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 수소를 보급할 때의 안전성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 실시예와 같이 연료전지를 전기자동차 등의 이동체에 탑재하고 이동하기 위한 구동에너지원으로 하는 경우에는, 연료전지의 운전 중에는 전기자동차가 이동될 가능성이 있지만, 연료전지의 운전 중에는 수소 보급이 금지됨으로써, 수소 보급 중에 전기자동차가 이동될 우려가 없어 수소 보급시의 안전성을 더 높일 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 도 6 의 단계 S200 에서 연료전지의 시동을 지시하기 위한 스타트 스위치가 오프인 것을 판단함으로써, 수소 보급 중에 전기자동차가 이동되는 것을 방지하고 있지만, 본 실시예의 전기자동차 (10) 에서는 연료전지가 정지된 중이라도 이미 기술한 2차전지로부터 공급되는 전력을 이용하여 주행하는 모드를 설정할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 도 6 의 단계 S200 에서 연료전지가 운전되고 있는지의 여부뿐만 아니라 상기 2차전지를 구동에너지원으로 하는 주행모드가 선택되지 않은 상태인지의 여부를 판단함으로써 수소 보급 중에 전기자동차가 이동되는 것을 방지할 수 있다. 전기자동차가 이동 중이 아닌지 및 이동할 수 있는지의 여부를 판단할 수 있으면, 다른 조건에 따라 단계 S200 을 판단할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 수소 보급을 행하고자 개방 레버를 조작했을 때에, 스타트 스위치가 오프 상태이고 연료전지의 운전 정지가 지시되어 있는 경우라도, 연료전지의 출력전압이 소정값을 초과할 때에는 연료덮개 (18) 를 개방하지 않고 수소 보급 개시를 금지한다. 따라서, 연료전지로부터의 출력전압이 소정값을 초과하는 상태일 때에 수소 보급을 하지 않고 수소 보급 동작의 안전성을 확보할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 전기자동차에 의하면, 연료전지를 시동시키고자 스타트 스위치를 온으로 했을 때에, 연료덮개 (18) 가 개방되어 있는 경우에는 연료전지의 시동이 금지되기 때문에 수소 보급 중에 연료전지를 시동시키는 것을 방지할 수 있어 수소 보급 동작의 안전성을 확보할 수 있다. 또, 연료덮개 (18) 가 개방되어 있을 때에는 연료전지의 시동을 금지할 뿐만 아니라 이미 기술한 2차전지를 구동에너지원으로 이용하는 주행을 포함하여 차량의 이동을 금지하는 구성으로 함으로써 수소 보급시의 안전성을 더 높일 수 있다.
또, 이미 기술한 실시예의 연료전지 시동시 처리루틴의 단계 S300 에서는, 수소 보급을 하고 있는지의 여부의 판단은 연료덮개 (18) 가 개방되어 있는지의 여부에 따라 행하였으나, 다른 조건에 따라 판단할 수도 있다. 예컨대, 전기자동차측의 제어부 (50) 와 수소 공급장치 (80) 측의 제어부 (150) 가 통신할 수 있게 접속되어 있는지의 여부에 따라 판단하는 것으로 해도 되고, 수소 보급 개시를 지시하는 소정의 신호 (수소 공급장치 (80) 로부터 수소를 송출하는 동작이나 냉각수를 순환시키는 동작을 개시하기 위해서, 사용자가 조작하는 소정의 스위치로부터의 지시신호) 가 입력되어 있는지의 여부에 따라 판단할 수도 있다. 본 실시예와 같이, 연료덮개 (18) 의 개폐상태에 따라 판단하는 경우에는, 수소 공급장치 (80) 와 전기자동차 (10) 사이에 수소 유로가 접속되기 전에 수소를 보급하고 있는지의 여부를 판단할 수 있으므로 안전성을 보다 높일 수 있다.
이미 기술한 실시예에서는, 일단 개방 레버를 조작하여 연료보급시 처리루틴이 실행되면, 개방 레버 조작시에는 연료전지의 출력전압이 소정값 이상으로 연료덮개 (18) 가 개방되지 않은 경우에도, 방전의 조작을 반복하여 출력전압을 저하시킴으로써 최종적으로는 연료덮개 (18) 가 개방되는 구성으로 되어 있으나, 다른 구성으로 할 수도 있다. 예컨대, 개방 레버가 조작되었을 때에 연료전지의 출력전압이 소정값 (상기 실시예에서는 40V) 을 초과하는 경우에는, 연료전지를 방전 저항과 접속하는 동시에, 개방 레버 조작에 의한 입력신호를 리세팅하는 동작만을 행하여 상기 루틴을 종료하는 것으로 하고, 연료덮개 (18) 를 개방하기 위해서는 다시 개방 레버를 조작하는 것을 필요로 하는 구성으로 할 수도 있다. 이와 같은 경우에는, 연료전지의 출력전압이 높기 때문에 연료덮개 (18) 의 개방을 금지하고 있는 것을, 사용자에게 인식할 수 있게 소정의 장소에 표시를 하거나 경고를 발하는 것이 바람직하다. 또, 이와 같은 경우에는, 방전 동작에 수반하여 개방 레버 조작에 의한 입력신호가 리세팅되기 때문에, 다시 개방 레버를 조작하기 전에 스타트 스위치를 온으로 하여 도 7 의 연료전지 시동시 처리루틴을 실행시키면, 단계 S300 에서는 연료덮개 (18) 는 개방되어 있지 않는 것으로 판단된다.
또, 이미 기술한 바와 같이 실시예의 연료보급시 처리루틴에서는 연료전지가 운전 중인 것으로 판단되었을 때에는, 개방 레버를 조작해도 연료덮개 (18) 를 개방하지 않음으로써 수소 보급 개시를 금지하였으나, 다른 구성으로 할 수도 있다. 예컨대, 개방 레버 조작에 의해 연료덮개 (18) 가 개방되어 커넥터를 커넥터수용부에 접속시켰을 때에도, 스타트 스위치가 온 상태인 경우 (연료전지가 운전 중인 경우) 에는 이미 기술한 각 접속부가 구비하는 전자밸브가 개방되지 않는 구성으로 함으로써 수소 보급 개시를 금지할 수도 있다.
또, 이미 기술한 실시예의 연료보급 처리루틴에서는, 스타트 스위치가 오프 상태여도 연료전지의 출력전압이 소정값 이하로 저하될 때까지는 연료덮개 (18) 를 개방하지 않은 구성으로 하였으나, 연료전지의 출력전압 값이 소정값을 초과할 때에 수소 보급 개시를 금지하는 동작으로 다른 구성을 채택할 수 있다. 예컨대, 개방 레버를 조작했을 때에는, 스타트 스위치가 오프이면 연료덮개 (18) 를 개방하여 커넥터의 접속을 가능하게 하고, 커넥터와 커넥터수용부가 접속되어 수소 보급 개시를 위한 소정의 지시가 입력되어도, 연료전의 출력전압이 소정값 이하로 될 때까지는 제어부 (50) 및 제어부 (150) 에 대기시켜 연료전지의 출력전압이 소정값 이하로 저하된 후에 전자밸브의 개방이나 펌프의 구동을 행하게 하여 수소 보급을 개시하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 구성으로 하면 수소 보급시의 동작 조작성을 향상시킬 수 있다. 즉, 수소 보급을 행하고자 하는 사용자는 연료전지의 방전 전압이 소정값을 초과하는 경우에, 연료전지의 방전이 종료되어 연료덮개 (18) 가 개방되는 상태로 될 때까지 대기할 필요없이 수소 공급장치 (80) 와 전기자동차 (10) 사이를 상기 커넥터와 커넥터수용부를 통해 접속하고 수소 보급 개시를 위한 소정의 지시를 입력하여 수소 보급 개시에 관련된 동작을 종료할 수 있게 된다. 이와 같은 경우에는, 커넥터를 접속하고서 실제로 수소 보급이 개시될 때까지 동안 (연료전지의 출력전압이 소정값 이하로 저하될 때까지 동안) 에는, 전기자동차 (10) 또는 수소 공급장치 (80) 의 적어도 어느 한쪽에서 전압을 강하시키기 위해 대기 중임을 인식할 수 있게 소정의 장소에 표시를 하거나 경보를 발하는 것으로 하면 된다.
또, 도 7 의 연료전지 시동시 처리루틴에서는 단계 S300 에서 연료덮개 (18) 가 개방되어 있는 것으로 판단된 경우에는, 연료전지의 시동을 금지하고 스타트 스위치의 조작이 취소되는 구성으로 하였으나, 다른 구성으로 할 수도 있다. 예컨대, 단계 S320 에서 연료전지의 시동을 금지하는 동시에, 경고램프의 점등이나 경고음을 발하는 동작을 행한 후에는, 이 루틴을 종료하지 않고 단계 S300 으로 되돌아가는 것으로 하고, 수소 충전 동작을 종료시켜 연료덮개 (18) 가 폐쇄되면 단계 S310 으로 이행되어 연료전지를 시동시키는 구성으로 할 수도 있다.
이미 기술한 실시예의 전기자동차 (10) 및 수소 공급장치 (80) 의 구성은 여러가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는, 수소 공급장치 (80) 는 수소를 전기자동차 (10) 에 공급하는 동시에, 전기자동차 (10) 와의 사이에서 냉각수를 순환시키는 것으로 하였으나, 냉각수는 수소 공급장치 (80) 와는 다른 장치로부터 순환시키는 것으로 하고, 수소 공급을 위한 장치와 냉각수를 공급하기 위한 장치는 별체로 할 수도 있다. 또, 수소 보급시에 연료탱크 (20) 를 냉각시키기 위한 냉각장치 (상기 실시예에서는 수소 공급장치 (80) 측에 설치된 열교환부 (90) 에 상당) 는 전기자동차 (10) 측에 탑재하는 구성도 가능하다. 또한, 상기 실시예에서는 단일 덮개체인 연료덮개 (18) 에 의해 개폐되는 커넥터수용부 (40) 에 제 1 커넥터 (86) 및 제 2 커넥터 (88) 를 접속시켜 수소 및 냉각수를 전기자동차 (10) 에 공급하는 것으로 하였으나, 수소를 공급하는 커넥터 및 냉각수를 공급하는 커넥터는 각각 떨어진 장소에 설치된 다른 커넥터수용부에 접속할 수도 있다. 또는, 단일 커넥터를 전기자동차 (10) 에 접속함으로써, 수소와 냉각수의 양쪽 유로를 전기자동차 (10) 와 수소 공급장치 (80) 사이에 접속시키는 구성으로 할 수도 있다. 또, 수소 공급장치 (80) 로부터 전기자동차 (10) 에 수소를 공급하는 유로를 개폐하기 위해서 수소유로 접속부 (96) 에 설치된 전자밸브는, 다른 위치에 설치할 수 있고 수소가스 도입로 (97) 의 임의의 위치에 설치할 수 있다. 또한, 연료탱크 (20) 는 수소흡장 합금에 흡장시키는 것 이외의 방법으로 수소를 저장하는 구성으로 할 수도 있다.
(4) 전기자동차의 기타 구성:
이미 기술한 실시예의 전기자동차 (10) 는 수소흡장 합금을 갖는 연료탱크 (20) 를 구비하고, 수소흡장 합금에 수소를 흡장시킴으로써 수소를 축적하는 구성으로 하였으나, 다른 연료를 탑재하는 전기자동차에서도 본 발명을 적용시킬 수 있다. 전기자동차가 구비하는 연료탱크에는 수소를 대신하여 탄화수소 또는 탄화수소화합물로 이루어진 연료를 축적하는 것으로 하고, 이와 같은 연료 (원연료) 를 개질하여 수소를 생성하기 위한 장치를 전기자동차에 추가로 탑재할 수도 있다. 수소를 정제하는 원연료가 되는 탄화수소 또는 탄화수소화합물로는, 천연가스 (메탄) 등의 기체연료나 알코올이나 가솔린 등과 같은 액체연료 등 여러가지 화합물을 사용할 수 있다. 이들 원연료로부터 수소를 생성하기 위한 장치로는, 귀금속계 촉매를 구비하고 수증기 개질 반응이나 부분 산화 반응을 촉진시켜 상기 연료로부터 수소 리치 (rich) 가스를 생성하기 위한 개질기나, 생성된 수소 리치 가스 중의 일산화탄소 농도를 저감시키기 위한 일산화탄소 선택 산화촉매를 구비하는 일산화탄소 저감장치 등 주지된 장치를 이용할 수 있다.
이와 같은 경우에도, 전기자동차가 구비하는 연료탱크에 상기 원연료를 보급할 때에 본 발명을 적용시키고, 이미 기술한 실시예와 동일한 동작을 행하여 원연료 보급시에 연료전지의 운전을 개시하는 것을 금지하거나 연료전지의 운전 중에 원연료 보급 개시를 금지함으로써 원연료를 보급할 때의 안전성을 높일 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 본 발명을 차량에 적용시키는 구성을 예시하였으나, 차량 이외에 선박, 항공기, 비상체 (飛翔體) 등 연료전지로부터의 출력을 이용하여 이동하는 각종 이동체에 적용시킬 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이러한 실시예에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않은 범위 내에서 물론 여러가지 양태로 실시할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급 시스템은 연료전지를 구비한 차량을 비롯한 각종 이동체에 연료전지용 연료를 보급할 때에 사용하는 데에 적합하다.

Claims (15)

  1. 연료 전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 보급하는 연료전지용 연료보급 시스템으로서,
    상기 연료전지,
    상기 연료 또는 상기 원연료를 저장하는 저장수단,
    상기 저장수단에 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급할 때에는, 상기 저장수단에 접속함으로써 상기 보급을 행하는 보급수단,
    상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하는 연료전지 가동상태 판정수단, 및
    상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정했을 때에는, 상기 보급수단으로부터 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 보급금지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료전지의 운전 개시에 관한 지시 및 상기 연료전지의 운전 정지에 관한 지시를 입력하는 입력수단을 추가로 구비하고,
    상기 연료전지 가동상태 판정수단은, 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 개시가 지시되어 있고, 그 이후 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 정지가 지시되어 있지 않을 때, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료전지에서의 출력전압을 검출하는 전압검출수단을 추가로 구비하고,
    상기 보급금지수단은, 상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태가 아닌 것으로 판정했을 때에도, 상기 전압검출수단이 검출하는 상기 출력전압이 소정값 이상일 때에는, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급 시스템.
  4. 연료전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 보급하는 연료전지용 연료보급 시스템으로서,
    상기 연료전지,
    상기 연료 또는 상기 원연료를 저장하는 저장수단,
    상기 저장수단에 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급할 때에는, 상기 저장수단에 접속함으로써 상기 보급을 행하는 보급수단,
    상기 보급수단으로부터 상기 저장수단에 대하여 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는지의 여부를 판정하는 연료보급상태 판정수단, 및
    상기 연료보급상태 판정수단이, 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는 것으로 판정했을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지하는 발전금지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급 시스템.
  5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 저장수단은 상기 연료전지에 공급되는 연료인 수소를 저장하고, 이 수소를 저장하기 위한 수소흡장 합금을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급 시스템.
  6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 연료전지 및 상기 저장수단은 이동을 위한 구동에너지로 상기 연료전지가 발생시키는 전기에너지를 사용하는 이동체에 탑재되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급 시스템.
  7. 연료전지를 탑재하고, 상기 연료전지가 발생시키는 전기에너지를 이동을 위한 구동에너지원으로 사용하는 이동체로서,
    상기 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단,
    상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하는 연료전지 가동상태 판정수단, 및
    상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정했을 때에는, 상기 연료 또는 상기 원연료를 보급하기 위해 상기 이동체 외부에 설치된 소정의 보급장치로부터 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 보급금지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연료전지의 운전 개시에 관한 지시 및 상기 연료전지의 운전 정지에 관한 지시를 입력하는 입력수단을 추가로 구비하고,
    상기 연료전지 가동상태 판정수단은, 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 개시가 지시되어 있고, 그 이후 상기 입력수단을 통해 상기 연료전지의 운전 정지가 지시되어 있지 않을 때에, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 연료전지에서의 출력전압을 검출하는 전압검출수단을 추가로 구비하고,
    상기 보급금지수단은, 상기 연료전지 가동상태 판정수단이, 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태가 아닌 것으로 판정했을 때에도, 상기 전압검출수단이 검출하는 상기 출력전압이 소정값 이상일 때에는, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 이동체의 이동을 위한 구동에너지를 발생시키는, 상기 연료전지와는 상이한 다른 에너지원, 및
    상기 다른 에너지원의 구동이 금지되어 있는지의 여부를 판정하는 구동금지 판정수단을 추가로 구비하고,
    상기 보급금지수단은, 상기 연료전지 가동상태 판정수단이 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정했을 때에, 그리고 상기 구동금지 판정수단이 상기 다른 에너지원의 구동이 금지되어 있지 않은 것으로 판정했을 때에는, 상기 저장수단으로의 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  11. 연료전지를 탑재하고, 상기 연료전지가 발생시키는 전기에너지를 이동을 위한 구동에너지원으로 사용하는 이동체로서,
    상기 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단,
    상기 연료 또는 상기 원연료를 보급하기 위해 상기 이동체 외부에 설치된 소정의 보급장치로부터 상기 저장수단에 대하여 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는지의 여부를 판정하는 연료보급상태 판정수단, 및
    상기 연료보급상태 판정수단이, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는 것으로 판정했을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지하는 발전금지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연료보급상태 판정수단이, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급이 행해지고 있는 것으로 판정했을 때에는, 상기 이동체의 이동을 금지하는 이동금지수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  13. 제 7 항, 제 8 항, 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 저장수단은 상기 연료전지에 공급되는 연료인 수소를 저장하고, 이 수소를 저장하기 위한 수소흡장 합금을 구비하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  14. 연료전지에 공급되는 연료 또는 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 보급하는 동작을 제어하는 연료보급 제어방법으로서,
    (a) 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태인지의 여부를 판정하는 공정, 및
    (b) 상기 (a) 공정에서 상기 연료전지가 발전을 행하는 상태로 판정되었을 때에는, 상기 연료전지와 함께 설치되어 상기 연료 또는 상기 원연료를 저장하는 저장수단에 대하여, 상기 연료 또는 상기 원연료의 보급 개시를 금지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료보급 제어방법.
  15. 연료전지의 운전제어방법으로서,
    (a) 상기 연료전지와 함께 설치되어 상기 연료전지에 공급되는 연료 또는 상기 연료전지에 공급되는 연료를 생성하는 원연료를 저장하는 저장수단에 대하여, 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는지의 여부를 판정하는 공정, 및
    (b) 상기 (a) 공정에서 상기 연료 또는 상기 원연료가 보급되고 있는 것으로 판정되었을 때에는, 상기 연료전지에서의 발전 개시를 금지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 운전제어방법.
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