JP2002050378A - 電気自動車用燃料電池の起動制御装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二次電池が過放電状態や寒冷時においても短
時間に燃料電池の立ち上げが可能な電気自動車用燃料電
池の起動制御装置を得る。 【解決手段】 水素ガスと空気とが供給される燃料電池
１５と、燃料電池１５により充電される二次電池１と、
燃料電池１５に燃料や空気などを供給する発電用補機１
６と、二次電池１が過放電状態のとき燃料電池１５の起
動電源として発電用補機１６を駆動する外部電源２１
と、二次電池１から発電用補機１６に電力供給する回路
に設けられた第一の補機駆動スイッチ１９と、燃料電池
１５から発電用補機１６に電力供給する回路に設けられ
た第二の補機駆動スイッチ２０とを備え、第一の補機駆
動スイッチ１９と第二の補機駆動スイッチ２０とが二次
電池１と燃料電池１５の電圧に応動し、発電用補機１６
の電源を燃料電池１５と二次電池１と外部電源２１とか
ら選択切換するようにしたものである。
時間に燃料電池の立ち上げが可能な電気自動車用燃料電
池の起動制御装置を得る。 【解決手段】 水素ガスと空気とが供給される燃料電池
１５と、燃料電池１５により充電される二次電池１と、
燃料電池１５に燃料や空気などを供給する発電用補機１
６と、二次電池１が過放電状態のとき燃料電池１５の起
動電源として発電用補機１６を駆動する外部電源２１
と、二次電池１から発電用補機１６に電力供給する回路
に設けられた第一の補機駆動スイッチ１９と、燃料電池
１５から発電用補機１６に電力供給する回路に設けられ
た第二の補機駆動スイッチ２０とを備え、第一の補機駆
動スイッチ１９と第二の補機駆動スイッチ２０とが二次
電池１と燃料電池１５の電圧に応動し、発電用補機１６
の電源を燃料電池１５と二次電池１と外部電源２１とか
ら選択切換するようにしたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、水素ガス、また
は、炭化水素系燃料の分解により得られる水素などを供
給して発電する燃料電池と、この燃料電池により充電さ
れる二次電池とを備えた電気自動車における燃料電池の
起動制御に関し、特に、二次電池の完全放電状態や燃料
電池の冷却水の凍結など、寒冷時に発生しやすい異常事
態に対応するためのものである。
は、炭化水素系燃料の分解により得られる水素などを供
給して発電する燃料電池と、この燃料電池により充電さ
れる二次電池とを備えた電気自動車における燃料電池の
起動制御に関し、特に、二次電池の完全放電状態や燃料
電池の冷却水の凍結など、寒冷時に発生しやすい異常事
態に対応するためのものである。
【０００２】
【従来の技術】炭化水素系の燃料を使用して排気ガスを
出さない車両用の動力源として燃料電池が注目され、燃
料電池を使用した電気自動車の検討が進められている。
車両に燃料電池を搭載して使用する場合において、燃料
電池を動作させるためには、改質器に燃料を供給する燃
料ポンプや酸素供給用の給気装置、あるいは、冷却水の
給水ポンプなど、各種の補機を駆動する電源が必要があ
り、また、発電用の冷却水には不凍液が使用できないた
め、寒冷時に冷却水が凍結しておればこれを解凍するこ
とが必要になる。これらの電源としては燃料電池により
充電される二次電池を使用するのが一般的であるが、こ
の二次電池が過放電状態にある場合には発電用の補機を
運転することができず、また、冷却水を解凍することも
できないため燃料電池を動作させることが不可能にな
る。
出さない車両用の動力源として燃料電池が注目され、燃
料電池を使用した電気自動車の検討が進められている。
車両に燃料電池を搭載して使用する場合において、燃料
電池を動作させるためには、改質器に燃料を供給する燃
料ポンプや酸素供給用の給気装置、あるいは、冷却水の
給水ポンプなど、各種の補機を駆動する電源が必要があ
り、また、発電用の冷却水には不凍液が使用できないた
め、寒冷時に冷却水が凍結しておればこれを解凍するこ
とが必要になる。これらの電源としては燃料電池により
充電される二次電池を使用するのが一般的であるが、こ
の二次電池が過放電状態にある場合には発電用の補機を
運転することができず、また、冷却水を解凍することも
できないため燃料電池を動作させることが不可能にな
る。
【０００３】このような問題点に対応するための従来技
術としては、例えば、特開平１０−４０９３１号公報が
開示されている。この公報に開示された技術は、燃料電
池と二次電池とを備えた電源システムにおいて、二次電
池の残存容量を検出する残存容量モニタを設け、電源シ
ステムを停止するときには二次電池の残存容量が所定量
に達するまで燃料電池により二次電池を充電するように
し、次回システムを起動するときには燃料電池の暖機運
転が終了するまで二次電池から電力が得られるようにし
たものである。しかし、この技術でも不測の事態により
二次電池の充電が行えずにシステムが停止した場合には
システムの再起動は不可能になる。
術としては、例えば、特開平１０−４０９３１号公報が
開示されている。この公報に開示された技術は、燃料電
池と二次電池とを備えた電源システムにおいて、二次電
池の残存容量を検出する残存容量モニタを設け、電源シ
ステムを停止するときには二次電池の残存容量が所定量
に達するまで燃料電池により二次電池を充電するように
し、次回システムを起動するときには燃料電池の暖機運
転が終了するまで二次電池から電力が得られるようにし
たものである。しかし、この技術でも不測の事態により
二次電池の充電が行えずにシステムが停止した場合には
システムの再起動は不可能になる。
【０００４】これに対して、例えば、特開平１０−１４
４３２７号公報には、燃料電池により充電される二次電
池が過放電状態のときには受電コネクタを介して外部電
源から充電できるようにしたこと、冷却水の加熱・解凍
には二次電池から電熱ヒータを駆動して加熱することが
開示されている。また、燃料電池は暖機運転がなされな
いと充分な出力が得られないが、特開平６−１４００６
５号公報には、燃料電池を始動可能な温度に加熱するた
めに、改質器で液体燃料の加熱・分解に用いた燃焼排ガ
スを燃料電池側に導き、加熱することにより始動時間を
短縮し、二次電池の負担を軽減する技術が開示されてい
る。
４３２７号公報には、燃料電池により充電される二次電
池が過放電状態のときには受電コネクタを介して外部電
源から充電できるようにしたこと、冷却水の加熱・解凍
には二次電池から電熱ヒータを駆動して加熱することが
開示されている。また、燃料電池は暖機運転がなされな
いと充分な出力が得られないが、特開平６−１４００６
５号公報には、燃料電池を始動可能な温度に加熱するた
めに、改質器で液体燃料の加熱・分解に用いた燃焼排ガ
スを燃料電池側に導き、加熱することにより始動時間を
短縮し、二次電池の負担を軽減する技術が開示されてい
る。
【０００５】さらに、冷却水の凍結防止に関しては、例
えば、特開平６−２２３８５５号公報に、燃料電池の停
止時に冷却水循環路から冷却水を抜き取り、別途設置し
た断熱冷却水貯留容器に収容して断熱保温する技術が開
示されており、また、特開平７−９４２０２号公報に
は、冷却水を加熱して暖機時間を短縮するために貯水タ
ンクにヒータを設け、燃料電池、または、二次電池から
ヒータに通電することにより冷却水を加熱する技術が開
示されている。さらに、燃料電池の暖機の手法として、
特開平１０−１４４３３３号公報には、燃料電池の発電
開始直後に吸着器の吸着剤に水を吸着させ、この吸着熱
を熱交換流体を介して燃料電池に放出して加熱する技術
が開示されている。
えば、特開平６−２２３８５５号公報に、燃料電池の停
止時に冷却水循環路から冷却水を抜き取り、別途設置し
た断熱冷却水貯留容器に収容して断熱保温する技術が開
示されており、また、特開平７−９４２０２号公報に
は、冷却水を加熱して暖機時間を短縮するために貯水タ
ンクにヒータを設け、燃料電池、または、二次電池から
ヒータに通電することにより冷却水を加熱する技術が開
示されている。さらに、燃料電池の暖機の手法として、
特開平１０−１４４３３３号公報には、燃料電池の発電
開始直後に吸着器の吸着剤に水を吸着させ、この吸着熱
を熱交換流体を介して燃料電池に放出して加熱する技術
が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、燃料電
池の起動時の制御に関しては各種の技術が開示されてい
るが、まず、二次電池の過放電に対する外部電源からの
充電に関しては、電気自動車の二次電池は大容量である
ため、内燃機関を搭載した車両の二次電池のように短時
間内に充電することは困難であり、燃料電池の起動には
長時間を要することになる。さらに寒冷時など、冷却水
の凍結状態においては電熱ヒータによる解凍にも長い時
間を要することになり、内燃機関搭載車両のように短時
間にて走行可能状態に移行することが困難であった。
池の起動時の制御に関しては各種の技術が開示されてい
るが、まず、二次電池の過放電に対する外部電源からの
充電に関しては、電気自動車の二次電池は大容量である
ため、内燃機関を搭載した車両の二次電池のように短時
間内に充電することは困難であり、燃料電池の起動には
長時間を要することになる。さらに寒冷時など、冷却水
の凍結状態においては電熱ヒータによる解凍にも長い時
間を要することになり、内燃機関搭載車両のように短時
間にて走行可能状態に移行することが困難であった。
【０００７】この発明はこのような課題を解決するため
になされたもので、その第一の目的は、二次電池が過放
電であったり、寒冷時に二次電池の出力が充分に得られ
ないときなど、外部電源を補機用の電源として燃料電池
を立ち上げ、二次電池を燃料電池から充電すると共に燃
料電池の出力で走行を可能とし、また、第二の目的は冷
却水の凍結状態においては、燃料電池の発電用燃料、ま
たは、起動用燃料による解凍と暖機とを行うことによ
り、短時間内での解凍と暖機とを可能とし、第三の目的
は起動や暖気に要する付帯設備を小型化し、その一部を
常時活用して多機能化を図り、冷却水の解凍処理に特別
の負担をかけない電気自動車用燃料電池の起動制御装置
を得ることを目的とするものである。
になされたもので、その第一の目的は、二次電池が過放
電であったり、寒冷時に二次電池の出力が充分に得られ
ないときなど、外部電源を補機用の電源として燃料電池
を立ち上げ、二次電池を燃料電池から充電すると共に燃
料電池の出力で走行を可能とし、また、第二の目的は冷
却水の凍結状態においては、燃料電池の発電用燃料、ま
たは、起動用燃料による解凍と暖機とを行うことによ
り、短時間内での解凍と暖機とを可能とし、第三の目的
は起動や暖気に要する付帯設備を小型化し、その一部を
常時活用して多機能化を図り、冷却水の解凍処理に特別
の負担をかけない電気自動車用燃料電池の起動制御装置
を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる電気自
動車用燃料電池の起動制御装置は、水素ガスと空気が供
給されて発電する燃料電池と、燃料電池の出力により充
電される二次電池と、燃料電池に対して燃料や空気や冷
却水などを供給する発電用補機と、二次電池が過放電状
態にあるとき燃料電池の起動電源として発電用補機を駆
動する外部電源と、二次電池から発電用補機に電力供給
する回路に設けられた第一の補機駆動スイッチと、燃料
電池から発電用補機に電力供給する回路に設けられた第
二の補機駆動スイッチとを備え、第一の補機駆動スイッ
チと第二の補機駆動スイッチとが二次電池と燃料電池と
の電圧に応動し、発電用補機に電力供給する電源を燃料
電池と二次電池と外部電源のいずれかに選択的に切り換
えるようにしたものである。
動車用燃料電池の起動制御装置は、水素ガスと空気が供
給されて発電する燃料電池と、燃料電池の出力により充
電される二次電池と、燃料電池に対して燃料や空気や冷
却水などを供給する発電用補機と、二次電池が過放電状
態にあるとき燃料電池の起動電源として発電用補機を駆
動する外部電源と、二次電池から発電用補機に電力供給
する回路に設けられた第一の補機駆動スイッチと、燃料
電池から発電用補機に電力供給する回路に設けられた第
二の補機駆動スイッチとを備え、第一の補機駆動スイッ
チと第二の補機駆動スイッチとが二次電池と燃料電池と
の電圧に応動し、発電用補機に電力供給する電源を燃料
電池と二次電池と外部電源のいずれかに選択的に切り換
えるようにしたものである。
【０００９】また、第一の補機駆動スイッチと第二の補
機駆動スイッチとによる電源の選択切換が、外部電源か
ら発電用補機を駆動する第一のモードと、燃料電池が発
電を開始した後に燃料電池から発電用補機を駆動する第
二のモードと、二次電池が電力供給能力を有するときに
二次電池から発電用補機を駆動する第三のモードとを有
するようにしたものである。
機駆動スイッチとによる電源の選択切換が、外部電源か
ら発電用補機を駆動する第一のモードと、燃料電池が発
電を開始した後に燃料電池から発電用補機を駆動する第
二のモードと、二次電池が電力供給能力を有するときに
二次電池から発電用補機を駆動する第三のモードとを有
するようにしたものである。
【００１０】さらに、水素ガスが供給されるアノード電
極と空気が供給されるカソード電極とからなる燃料電池
の発電電極と、この発電電極を冷却する冷却水と発電電
極に供給される水素ガスと空気を加湿する加湿水とを供
給する冷却水貯蔵部と、起動時に、発電電極に水素ガス
と空気とが供給されることに先立ち、起動用燃料が供給
されて触媒燃焼し、冷却水貯蔵部の冷却水を加熱・解凍
する燃焼加熱部とを備えるようにしたものである。
極と空気が供給されるカソード電極とからなる燃料電池
の発電電極と、この発電電極を冷却する冷却水と発電電
極に供給される水素ガスと空気を加湿する加湿水とを供
給する冷却水貯蔵部と、起動時に、発電電極に水素ガス
と空気とが供給されることに先立ち、起動用燃料が供給
されて触媒燃焼し、冷却水貯蔵部の冷却水を加熱・解凍
する燃焼加熱部とを備えるようにしたものである。
【００１１】さらにまた、発電電極に水素ガスと空気と
が供給された後において、アノード電極から排出される
排出ガスが再循環されてアノード電極に供給されると共
に、この排出ガスの一部が燃焼加熱部に供給され、冷却
水を加熱・解凍するようにしたものである。また、水素
ガスの供給源に水素吸蔵合金が使用され、発電電極を冷
却後の温水または燃焼加熱部で加熱された温水が水素吸
蔵合金の加熱用に使用されるようにしたものである。
が供給された後において、アノード電極から排出される
排出ガスが再循環されてアノード電極に供給されると共
に、この排出ガスの一部が燃焼加熱部に供給され、冷却
水を加熱・解凍するようにしたものである。また、水素
ガスの供給源に水素吸蔵合金が使用され、発電電極を冷
却後の温水または燃焼加熱部で加熱された温水が水素吸
蔵合金の加熱用に使用されるようにしたものである。
【００１２】さらに、炭化水素系の燃料を加熱気化して
化学反応により水素ガスを生成すると共に、加熱気化す
るための燃焼部を有する改質器と、この改質器からの水
素ガスを含む燃料ガスが供給されるアノード電極と空気
が供給されるカソード電極とを有する燃料電池の発電電
極と、発電電極を冷却する冷却水と発電電極に供給され
る水素ガスと空気とを加湿する加湿水を供給する冷却水
貯蔵部とを備え、起動時に、改質器の燃焼部に炭化水素
系の燃料または水素ガスからなる起動用燃料が与えられ
て改質器が加熱されると共に、改質器の燃焼部から排出
された燃焼ガスが冷却水貯蔵部に与えられて冷却水が加
熱されるように構成したものである。
化学反応により水素ガスを生成すると共に、加熱気化す
るための燃焼部を有する改質器と、この改質器からの水
素ガスを含む燃料ガスが供給されるアノード電極と空気
が供給されるカソード電極とを有する燃料電池の発電電
極と、発電電極を冷却する冷却水と発電電極に供給され
る水素ガスと空気とを加湿する加湿水を供給する冷却水
貯蔵部とを備え、起動時に、改質器の燃焼部に炭化水素
系の燃料または水素ガスからなる起動用燃料が与えられ
て改質器が加熱されると共に、改質器の燃焼部から排出
された燃焼ガスが冷却水貯蔵部に与えられて冷却水が加
熱されるように構成したものである。
【００１３】さらにまた、改質器が水素ガスを含む燃料
ガスの生成を開始した後、改質器が生成する燃料ガスが
改質器の燃焼部と冷却水貯蔵部とに与えられ、暖機運転
が継続されるように構成したものである。また、冷却水
貯蔵部が冷却水タンクと補助タンクとを有し、燃料電池
の運転停止時には冷却水タンクの冷却水の一部または全
部が補助タンクに移され、起動時に冷却水を加熱・解凍
する燃焼加熱部が補助タンクに設けられるようにしたも
のである。
ガスの生成を開始した後、改質器が生成する燃料ガスが
改質器の燃焼部と冷却水貯蔵部とに与えられ、暖機運転
が継続されるように構成したものである。また、冷却水
貯蔵部が冷却水タンクと補助タンクとを有し、燃料電池
の運転停止時には冷却水タンクの冷却水の一部または全
部が補助タンクに移され、起動時に冷却水を加熱・解凍
する燃焼加熱部が補助タンクに設けられるようにしたも
のである。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１および図２
は、この発明の実施の形態１による電気自動車用燃料電
池の起動制御装置を説明するためのもので、図１は電気
回路図、図２は動作説明用のフローチャートである。図
において、１は例えば鉛電池などの二次電池、２は二次
電池１の出力電流を平滑するコンデンサ、３は二次電池
１と負荷との間に設けられた電源スイッチ、４はコンデ
ンサ２により平滑された電流が供給され、直流から交流
の順変換を行って三相交流電動機５を力行駆動すると共
に、交流から直流の逆変換を行って三相交流電動機５の
回生エネルギを二次電池１に回生充電する直交順逆変換
器、６は三相交流電動機５から駆動される車速センサ、
７は直交順逆変換器４の開閉素子をＯＮ／ＯＦＦ制御す
る力行回生制御装置である。なお、直交順逆変換器４は
逆並列ダイオードを有するトランジスタなどの開閉素子
を６個使用して三相ブリッジに接続したものである。
は、この発明の実施の形態１による電気自動車用燃料電
池の起動制御装置を説明するためのもので、図１は電気
回路図、図２は動作説明用のフローチャートである。図
において、１は例えば鉛電池などの二次電池、２は二次
電池１の出力電流を平滑するコンデンサ、３は二次電池
１と負荷との間に設けられた電源スイッチ、４はコンデ
ンサ２により平滑された電流が供給され、直流から交流
の順変換を行って三相交流電動機５を力行駆動すると共
に、交流から直流の逆変換を行って三相交流電動機５の
回生エネルギを二次電池１に回生充電する直交順逆変換
器、６は三相交流電動機５から駆動される車速センサ、
７は直交順逆変換器４の開閉素子をＯＮ／ＯＦＦ制御す
る力行回生制御装置である。なお、直交順逆変換器４は
逆並列ダイオードを有するトランジスタなどの開閉素子
を６個使用して三相ブリッジに接続したものである。
【００１５】８はマイクロプロセッサやメモリ、およ
び、各種のインターフェイス回路などにより構成された
コントローラ、９はこのコントローラ８に所定の定電圧
を供給する定電圧電源、１０は車両のアクセルペダルの
踏み込み量を検出するアクセルセンサ、１１は車両のブ
レーキペダルの踏み込み量または踏み込み圧を検知する
ブレーキセンサ、１２は二次電池１の電圧と電流を検出
する電圧・電流センサ、１３は直交順逆変換器４の入出
力電流を検出する負荷電流センサ、１４は後述する燃料
電池１５の発生電圧を測定する電圧センサであり、これ
らの各センサの出力はコントローラ８に入力され、力行
回生制御装置７や後述する発電制御装置１８などの各種
の制御に使用される。
び、各種のインターフェイス回路などにより構成された
コントローラ、９はこのコントローラ８に所定の定電圧
を供給する定電圧電源、１０は車両のアクセルペダルの
踏み込み量を検出するアクセルセンサ、１１は車両のブ
レーキペダルの踏み込み量または踏み込み圧を検知する
ブレーキセンサ、１２は二次電池１の電圧と電流を検出
する電圧・電流センサ、１３は直交順逆変換器４の入出
力電流を検出する負荷電流センサ、１４は後述する燃料
電池１５の発生電圧を測定する電圧センサであり、これ
らの各センサの出力はコントローラ８に入力され、力行
回生制御装置７や後述する発電制御装置１８などの各種
の制御に使用される。
【００１６】１５は水素ガスまたは炭化水素系燃料の分
解により得た水素を供給されて発電する燃料電池、１６
は発電用補機であり、発電用補機１６には、燃料電池１
５を動作させるための燃料ポンプ、酸素供給用のコンプ
レッサなど給気装置、冷却水や加湿水を供給する給水ポ
ンプ、および、各種電磁弁など、燃料電池１５の運転に
必要な補機類が含まれる。１７はこのような発電用補機
１６を制御する補機制御装置、１８は燃料電池１５と二
次電池１との間に接続され、半導体インバータ回路で構
成されて燃料電池１５の定格電圧と二次電池１の定格電
圧との相違を補正する昇圧機能を有する発電制御装置で
ある。
解により得た水素を供給されて発電する燃料電池、１６
は発電用補機であり、発電用補機１６には、燃料電池１
５を動作させるための燃料ポンプ、酸素供給用のコンプ
レッサなど給気装置、冷却水や加湿水を供給する給水ポ
ンプ、および、各種電磁弁など、燃料電池１５の運転に
必要な補機類が含まれる。１７はこのような発電用補機
１６を制御する補機制御装置、１８は燃料電池１５と二
次電池１との間に接続され、半導体インバータ回路で構
成されて燃料電池１５の定格電圧と二次電池１の定格電
圧との相違を補正する昇圧機能を有する発電制御装置で
ある。
【００１７】１９は発電用補機１６を二次電池１に接続
する第一の補機駆動スイッチ、２０は発電用補機１６を
燃料電池１５に接続する第二の補機駆動スイッチ、２１
は外部電源を示し、第一の補機駆動スイッチ１９と第二
の補機駆動スイッチ２０とは同時に閉路しないように構
成され、また、外部電源２１が接続されるときには第一
の補機駆動スイッチ１９と第二の補機駆動スイッチ２０
とは共に開路するように構成されている。なお、外部電
源２１は、変圧器と整流器と過充電制限装置などから構
成される可搬式の直流電源、すなわち、可搬式の充電装
置である。
する第一の補機駆動スイッチ、２０は発電用補機１６を
燃料電池１５に接続する第二の補機駆動スイッチ、２１
は外部電源を示し、第一の補機駆動スイッチ１９と第二
の補機駆動スイッチ２０とは同時に閉路しないように構
成され、また、外部電源２１が接続されるときには第一
の補機駆動スイッチ１９と第二の補機駆動スイッチ２０
とは共に開路するように構成されている。なお、外部電
源２１は、変圧器と整流器と過充電制限装置などから構
成される可搬式の直流電源、すなわち、可搬式の充電装
置である。
【００１８】また、電源スイッチ３と第一の補機駆動ス
イッチ１９とは図示しない車両のキースイッチと連動
し、第一の補機駆動スイッチ１９には二次電池１の電圧
が所定値以上であるときに動作する電磁リレーなどが使
用され、第二の補機駆動スイッチ２０は燃料電池１５の
電圧が所定値以上であり、二次電池１の電圧が所定値以
下であるときに動作する電磁リレーなどが使用される。
二次電池１と燃料電池１５と外部電源２１とは逆流によ
るトラブルを避けるため図１に示すように逆流阻止ダイ
オードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を介して接続され、また図示し
ないがこれらの各電源から定電圧電源９に電力が供給さ
れる。すなわち、第一の補機駆動スイッチ１９と第二の
補機駆動スイッチ２０とにより、発電用補機１６に接続
される電源が、二次電池１と燃料電池１５と外部電源２
１とを選択的に切り換えるように構成され、その選択は
二次電池１と燃料電池１５とのそれぞれの電圧値により
決定されるように構成されている。
イッチ１９とは図示しない車両のキースイッチと連動
し、第一の補機駆動スイッチ１９には二次電池１の電圧
が所定値以上であるときに動作する電磁リレーなどが使
用され、第二の補機駆動スイッチ２０は燃料電池１５の
電圧が所定値以上であり、二次電池１の電圧が所定値以
下であるときに動作する電磁リレーなどが使用される。
二次電池１と燃料電池１５と外部電源２１とは逆流によ
るトラブルを避けるため図１に示すように逆流阻止ダイ
オードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を介して接続され、また図示し
ないがこれらの各電源から定電圧電源９に電力が供給さ
れる。すなわち、第一の補機駆動スイッチ１９と第二の
補機駆動スイッチ２０とにより、発電用補機１６に接続
される電源が、二次電池１と燃料電池１５と外部電源２
１とを選択的に切り換えるように構成され、その選択は
二次電池１と燃料電池１５とのそれぞれの電圧値により
決定されるように構成されている。
【００１９】各電源の二次電池１と燃料電池１５と外部
電源２１との電圧は、燃料電池１５の定格電圧をＶ１、
二次電池１の定格電圧をＶ２、外部電源２１の定格電圧
をＶ３とするとき、Ｖ１＜Ｖ２の関係にするのが一般的
である。発電用補機１６を外部電源２１にて作動させ、
燃料電池１５の発電開始に伴って外部電源２１からの電
力供給を遮断させるためには、燃料電池１５が発電用補
機１６に電力供給しながら二次電池１を充電することに
なるので、外部電源２１の定格電圧Ｖ３の値はＶ１〜Ｖ
２の間において任意に選べばよいことになる。そして、
補機制御装置１７はこれらの電圧変化を補正して発電用
補機１６に必要電圧と必要電流とを供給するように構成
される。
電源２１との電圧は、燃料電池１５の定格電圧をＶ１、
二次電池１の定格電圧をＶ２、外部電源２１の定格電圧
をＶ３とするとき、Ｖ１＜Ｖ２の関係にするのが一般的
である。発電用補機１６を外部電源２１にて作動させ、
燃料電池１５の発電開始に伴って外部電源２１からの電
力供給を遮断させるためには、燃料電池１５が発電用補
機１６に電力供給しながら二次電池１を充電することに
なるので、外部電源２１の定格電圧Ｖ３の値はＶ１〜Ｖ
２の間において任意に選べばよいことになる。そして、
補機制御装置１７はこれらの電圧変化を補正して発電用
補機１６に必要電圧と必要電流とを供給するように構成
される。
【００２０】このように構成されたこの発明の実施の形
態１による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、その動作を図２のフローチャートにより説明すると
次の通りである。まず、ステップ２００は車両のキース
イッチがオンされて動作が開始されるステップである。
動作が開始されるとステップ２０１にて第一の補機駆動
スイッチ１９が動作したかどうかで二次電池１が使用可
能であるかどうかを判定する。上記したように、第一の
補機駆動スイッチ１９は二次電池１の電圧が所定値以上
であるときに動作する電磁リレーなどが使用されてお
り、二次電池１が使用可能であると判定されるとステッ
プ２０２にて二次電池１が発電用補機１６に接続され、
ステップ２０３にて発電用補機１６が二次電池１からの
電力により燃料電池１５の起動動作に入る。
態１による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、その動作を図２のフローチャートにより説明すると
次の通りである。まず、ステップ２００は車両のキース
イッチがオンされて動作が開始されるステップである。
動作が開始されるとステップ２０１にて第一の補機駆動
スイッチ１９が動作したかどうかで二次電池１が使用可
能であるかどうかを判定する。上記したように、第一の
補機駆動スイッチ１９は二次電池１の電圧が所定値以上
であるときに動作する電磁リレーなどが使用されてお
り、二次電池１が使用可能であると判定されるとステッ
プ２０２にて二次電池１が発電用補機１６に接続され、
ステップ２０３にて発電用補機１６が二次電池１からの
電力により燃料電池１５の起動動作に入る。
【００２１】ステップ２０１にて二次電池１が過放電状
態で使用不可能であると判定されると、ステップ２０４
にて第二の補機駆動スイッチ２０の動作から燃料電池１
５が発電状態にあるかどうかが判定され、発電状態にな
ければステップ２０５にて外部電源２１の接続を促す。
外部電源２１が接続されればステップ２１３にて外部電
源２１からの電力により発電用補機１６が動作して燃料
電池１５の起動動作に入る。ステップ２０４にて燃料電
池１５が発電状態にあると判断されると、ステップ２０
６にて第二の補機駆動スイッチ２０が閉路して燃料電池
１５からの電力が発電用補機１６に供給され、ステップ
２２３にて発電用補機１６が動作して燃料電池１５の運
転を継続する。以上のように、これらの動作は第一の補
機駆動スイッチ１９や第二の補機駆動スイッチ２０など
電磁リレーなどのハードウエアにより実行されるもので
ある。
態で使用不可能であると判定されると、ステップ２０４
にて第二の補機駆動スイッチ２０の動作から燃料電池１
５が発電状態にあるかどうかが判定され、発電状態にな
ければステップ２０５にて外部電源２１の接続を促す。
外部電源２１が接続されればステップ２１３にて外部電
源２１からの電力により発電用補機１６が動作して燃料
電池１５の起動動作に入る。ステップ２０４にて燃料電
池１５が発電状態にあると判断されると、ステップ２０
６にて第二の補機駆動スイッチ２０が閉路して燃料電池
１５からの電力が発電用補機１６に供給され、ステップ
２２３にて発電用補機１６が動作して燃料電池１５の運
転を継続する。以上のように、これらの動作は第一の補
機駆動スイッチ１９や第二の補機駆動スイッチ２０など
電磁リレーなどのハードウエアにより実行されるもので
ある。
【００２２】各ステップが終了するとステップ２００に
戻るが第二回目のルーチン以降は条件が変化するため判
定ステップの判定が変わり、最終的には二次電池１が充
電されて二次電池１から発電用補機１６などに電力が供
給され、外部電源２１は燃料電池１５が発電を開始する
と人手により接続が解除される。二次電池１が充分に充
電されているか、または、燃料電池１５が発電を開始す
ると車両は走行が可能となり、コントローラ８はアクセ
ルセンサ１０からの信号や、ブレーキセンサ１１からの
信号に基づき、直交順逆変換器４と力行回生制御装置７
とを介して力行駆動、または、回生制動などの制御を行
う。このとき、発電制御装置１８は二次電池１の充電
と、燃料電池１５と二次電池１との負荷電流の分担を制
御し、コントローラ８はクローズドループ制御などによ
り燃料電池１５の発電量に応じた燃料と空気の制御や冷
却水の温度制御を行う。
戻るが第二回目のルーチン以降は条件が変化するため判
定ステップの判定が変わり、最終的には二次電池１が充
電されて二次電池１から発電用補機１６などに電力が供
給され、外部電源２１は燃料電池１５が発電を開始する
と人手により接続が解除される。二次電池１が充分に充
電されているか、または、燃料電池１５が発電を開始す
ると車両は走行が可能となり、コントローラ８はアクセ
ルセンサ１０からの信号や、ブレーキセンサ１１からの
信号に基づき、直交順逆変換器４と力行回生制御装置７
とを介して力行駆動、または、回生制動などの制御を行
う。このとき、発電制御装置１８は二次電池１の充電
と、燃料電池１５と二次電池１との負荷電流の分担を制
御し、コントローラ８はクローズドループ制御などによ
り燃料電池１５の発電量に応じた燃料と空気の制御や冷
却水の温度制御を行う。
【００２３】以上のように構成された、この発明の実施
の形態１による電気自動車用燃料電池の起動制御装置で
は、発電用補機１６の電源が二次電池１と燃料電池１５
と外部電源２１とから選択的に切り換えられ、二次電池
１の過放電状態時には外部電源２１は発電用補機１６の
運転のみに用いられ、燃料電池１５が発電を開始すれば
その出力により二次電池１が充電され、燃料電池１５の
出力により走行が可能となるので短時間で二次電池１の
充電と車両の走行とが可能となり、外部電源２１は発電
用補機１６の駆動に必要な出力があればよく、小型の直
流電源を使用することが可能である。
の形態１による電気自動車用燃料電池の起動制御装置で
は、発電用補機１６の電源が二次電池１と燃料電池１５
と外部電源２１とから選択的に切り換えられ、二次電池
１の過放電状態時には外部電源２１は発電用補機１６の
運転のみに用いられ、燃料電池１５が発電を開始すれば
その出力により二次電池１が充電され、燃料電池１５の
出力により走行が可能となるので短時間で二次電池１の
充電と車両の走行とが可能となり、外部電源２１は発電
用補機１６の駆動に必要な出力があればよく、小型の直
流電源を使用することが可能である。
【００２４】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は、実施の形態１に示
した燃料電池１５自体の起動と、起動時における発電用
補機１６の動作に関するものである。図において、２５
は水素ガスを圧縮して貯蔵する水素ガスタンク、２６は
コンプレッサなどの給気装置２７から送られる空気を加
湿したり、水素ガスタンク２５から電磁弁２８を介して
送られる水素ガスを加湿する加湿器であり、加湿器２６
に用いられる温水は燃料電池の発電電極２９を冷却した
温水が用いられ、この加湿は発電電極２９のカソード電
極２９ａとアノード電極２９ｂとの電極間に設けられた
図示しない電解質膜の乾燥を防止するためのものであ
る。
形態２による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は、実施の形態１に示
した燃料電池１５自体の起動と、起動時における発電用
補機１６の動作に関するものである。図において、２５
は水素ガスを圧縮して貯蔵する水素ガスタンク、２６は
コンプレッサなどの給気装置２７から送られる空気を加
湿したり、水素ガスタンク２５から電磁弁２８を介して
送られる水素ガスを加湿する加湿器であり、加湿器２６
に用いられる温水は燃料電池の発電電極２９を冷却した
温水が用いられ、この加湿は発電電極２９のカソード電
極２９ａとアノード電極２９ｂとの電極間に設けられた
図示しない電解質膜の乾燥を防止するためのものであ
る。
【００２５】燃料電池の発電電極２９は加湿器２６を経
由して空気（酸素）が供給されるカソード電極２９ａ
と、加湿器２６を経由して水素ガスが供給されるアノー
ド電極２９ｂと、これらの電極を冷却する冷却器２９ｃ
とから構成されている。３０は発電電極２９のカソード
電極２９ａから排出される空気の排気通路に設けられ、
排出空気に含まれる水分を冷却ファン３０ａにより冷却
凝縮して冷却水タンク３１に還流する凝縮器、３２は発
電電極２９のアノード電極２９ｂから排出される排出ガ
スの通路に設けられ、排出ガスに含まれる水分を凝縮・
除去する凝縮溜、３３は発電電極２９のアノード電極２
９ｂから排出され、凝縮溜３２により水分が除去された
水素ガスを含む排出ガスを加湿器２６を経由してアノー
ド電極２９ｂに還流する水素循環ポンプである。
由して空気（酸素）が供給されるカソード電極２９ａ
と、加湿器２６を経由して水素ガスが供給されるアノー
ド電極２９ｂと、これらの電極を冷却する冷却器２９ｃ
とから構成されている。３０は発電電極２９のカソード
電極２９ａから排出される空気の排気通路に設けられ、
排出空気に含まれる水分を冷却ファン３０ａにより冷却
凝縮して冷却水タンク３１に還流する凝縮器、３２は発
電電極２９のアノード電極２９ｂから排出される排出ガ
スの通路に設けられ、排出ガスに含まれる水分を凝縮・
除去する凝縮溜、３３は発電電極２９のアノード電極２
９ｂから排出され、凝縮溜３２により水分が除去された
水素ガスを含む排出ガスを加湿器２６を経由してアノー
ド電極２９ｂに還流する水素循環ポンプである。
【００２６】３４は冷却水タンク３１の冷却水を発電電
極２９の冷却器２９ｃに供給する給水ポンプ、３５は発
電電極２９のカソード電極２９ａから排出される排気熱
を冷却水に与え、冷却水を加熱するる熱交換機、３６は
冷却水タンク３１から補助タンク３７に冷却水を移し替
える電磁弁、３８は冷却水を補助タンク３７から冷却水
タンク３１に還流させる揚水ポンプ、３９は補助タンク
３７内の冷却水を加熱する燃焼加熱部であり、燃料電池
の運転停止時には停止に先立って冷却水タンク３１から
補助タンク３７に冷却水の一部、または、全部が移さ
れ、燃料電池の再起動時には補助タンク３７内の冷却水
が凍結しておれば燃焼加熱部３９により解凍し、また、
暖機のために加熱して揚水ポンプ３８により冷却水タン
ク３１に戻すように構成されている。なお、凝縮器３０
にて脱湿された空気は燃焼加熱部３９を経由して排出さ
れる。
極２９の冷却器２９ｃに供給する給水ポンプ、３５は発
電電極２９のカソード電極２９ａから排出される排気熱
を冷却水に与え、冷却水を加熱するる熱交換機、３６は
冷却水タンク３１から補助タンク３７に冷却水を移し替
える電磁弁、３８は冷却水を補助タンク３７から冷却水
タンク３１に還流させる揚水ポンプ、３９は補助タンク
３７内の冷却水を加熱する燃焼加熱部であり、燃料電池
の運転停止時には停止に先立って冷却水タンク３１から
補助タンク３７に冷却水の一部、または、全部が移さ
れ、燃料電池の再起動時には補助タンク３７内の冷却水
が凍結しておれば燃焼加熱部３９により解凍し、また、
暖機のために加熱して揚水ポンプ３８により冷却水タン
ク３１に戻すように構成されている。なお、凝縮器３０
にて脱湿された空気は燃焼加熱部３９を経由して排出さ
れる。
【００２７】４０は水素ガスタンク２５から燃焼加熱部
３９に起動用・暖機用の燃料として水素ガスを供給する
電磁弁、４１は発電電極２９から排出されるアノード排
ガスの一部を燃焼加熱部３９に供給する電磁弁であり、
電磁弁４１は水素循環ポンプ３３により加湿器２６に還
流されるアノード排ガスに不純物が蓄積するのを防止す
るためのものである。なお、発電電極２９に供給される
冷却水は、通常発電電極２９の下部から給水ポンプ３４
により圧送されるので、燃料電池の発電停止時に冷却水
を冷却水タンク３１に戻すための図示しない電磁弁が設
けられるか、発電電極２９や加湿器２６から排水するた
めの排出機構が設けられる。また、電磁弁３６は冷却水
タンク３１と補助タンク３７の水位レベルによっては電
動ポンプに置き換えられるものである。
３９に起動用・暖機用の燃料として水素ガスを供給する
電磁弁、４１は発電電極２９から排出されるアノード排
ガスの一部を燃焼加熱部３９に供給する電磁弁であり、
電磁弁４１は水素循環ポンプ３３により加湿器２６に還
流されるアノード排ガスに不純物が蓄積するのを防止す
るためのものである。なお、発電電極２９に供給される
冷却水は、通常発電電極２９の下部から給水ポンプ３４
により圧送されるので、燃料電池の発電停止時に冷却水
を冷却水タンク３１に戻すための図示しない電磁弁が設
けられるか、発電電極２９や加湿器２６から排水するた
めの排出機構が設けられる。また、電磁弁３６は冷却水
タンク３１と補助タンク３７の水位レベルによっては電
動ポンプに置き換えられるものである。
【００２８】さらに、補助タンク３７は燃焼加熱部３９
の排気管を取り巻く環状容器で構成されるので、容積を
削減するためには冷却水タンク３１の一部の冷却水を収
納するようにし、解凍加熱された温水を冷却水タンク３
１に還流して冷却水タンク３１内を加熱解凍し、これに
より冷却された冷水を再び補助タンク３７に戻して加熱
し、冷却水タンク３１内の冷却水を適正温度まで昇温さ
せるように構成することができる。また、燃焼加熱部３
９はパラジウム・白金・ロジウム・ルテニウムなどをチ
タンセラミックなどで担持した触媒方式にて構成され
る。
の排気管を取り巻く環状容器で構成されるので、容積を
削減するためには冷却水タンク３１の一部の冷却水を収
納するようにし、解凍加熱された温水を冷却水タンク３
１に還流して冷却水タンク３１内を加熱解凍し、これに
より冷却された冷水を再び補助タンク３７に戻して加熱
し、冷却水タンク３１内の冷却水を適正温度まで昇温さ
せるように構成することができる。また、燃焼加熱部３
９はパラジウム・白金・ロジウム・ルテニウムなどをチ
タンセラミックなどで担持した触媒方式にて構成され
る。
【００２９】このように構成されたこの発明の実施の形
態２による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、燃料電池の起動、特に寒冷時における起動動作は次
の通りである。燃料電池の起動に当たっては、まず、電
磁弁４０が開かれ水素ガスタンク２５の水素ガスが燃焼
加熱部３９に供給され、水素ガスはここで触媒燃焼して
補助タンク３７を加熱し、もし、冷却水が凍結状態であ
ればこれを解凍する。補助タンク３７内の加熱された冷
却水は冷却水タンク３１に送られ、冷却水タンク３１内
の冷却水を解凍し、解凍が完了すると給水ポンプ３４が
稼働して冷却水が冷却器２９ｃと加湿器２６に送られ、
続いて、電磁弁２８が開き、給気装置２７が稼働して空
気と水素ガスとが加湿されて発電電極２９のカソード電
極２９ａとアノード電極２９ｂに供給され、発電が開始
されて図１に示した二次電池１を充電する。
態２による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、燃料電池の起動、特に寒冷時における起動動作は次
の通りである。燃料電池の起動に当たっては、まず、電
磁弁４０が開かれ水素ガスタンク２５の水素ガスが燃焼
加熱部３９に供給され、水素ガスはここで触媒燃焼して
補助タンク３７を加熱し、もし、冷却水が凍結状態であ
ればこれを解凍する。補助タンク３７内の加熱された冷
却水は冷却水タンク３１に送られ、冷却水タンク３１内
の冷却水を解凍し、解凍が完了すると給水ポンプ３４が
稼働して冷却水が冷却器２９ｃと加湿器２６に送られ、
続いて、電磁弁２８が開き、給気装置２７が稼働して空
気と水素ガスとが加湿されて発電電極２９のカソード電
極２９ａとアノード電極２９ｂに供給され、発電が開始
されて図１に示した二次電池１を充電する。
【００３０】発電電極２９のカソード電極２９ａから排
出された空気は熱交換機３５で冷却水との間の熱交換を
行い、凝縮器３０で水分が除去された後、燃焼加熱部３
９を経由して大気に放出されるが、燃焼加熱部３９を経
由させることにより燃焼加熱部３９の異常温度上昇を抑
制する。このカソード電極２９ａからの排気を凝縮器３
０から大気に放出すれば排気の背圧を低減することがで
きるが、燃焼加熱部３９には給気装置２７からの空気の
供給が必要となり、通常はカソード電極２９ａの排気が
供給される。発電電極２９のアノード電極２９ｂから排
出された排出ガスは水素循環ポンプ３３により加湿器２
６に戻され、発電電極２９のアノード電極２９ｂに供給
されて再利用されるが、凝縮溜３２で除去された水分は
不純物が含まれるので再循環させることなく放出され
る。また、再利用されるアノード電極２９ｂからの排出
ガスも不純物が含まれるので常に新しい水素ガスが追加
されると共に、一部を電磁弁４１から燃焼加熱部３９に
送り燃焼させることにより不純物の蓄積を防止する。
出された空気は熱交換機３５で冷却水との間の熱交換を
行い、凝縮器３０で水分が除去された後、燃焼加熱部３
９を経由して大気に放出されるが、燃焼加熱部３９を経
由させることにより燃焼加熱部３９の異常温度上昇を抑
制する。このカソード電極２９ａからの排気を凝縮器３
０から大気に放出すれば排気の背圧を低減することがで
きるが、燃焼加熱部３９には給気装置２７からの空気の
供給が必要となり、通常はカソード電極２９ａの排気が
供給される。発電電極２９のアノード電極２９ｂから排
出された排出ガスは水素循環ポンプ３３により加湿器２
６に戻され、発電電極２９のアノード電極２９ｂに供給
されて再利用されるが、凝縮溜３２で除去された水分は
不純物が含まれるので再循環させることなく放出され
る。また、再利用されるアノード電極２９ｂからの排出
ガスも不純物が含まれるので常に新しい水素ガスが追加
されると共に、一部を電磁弁４１から燃焼加熱部３９に
送り燃焼させることにより不純物の蓄積を防止する。
【００３１】通常の運転中は補助タンク３７には蒸発を
避けるために冷却水は残さず、燃焼加熱部３９はアノー
ド電極２９ｂからの排気ガスの処理装置として使用され
る。燃料電池の運転停止時には電磁弁２８を閉じ、給気
装置２７と水素循環ポンプ３３とを停止し、電磁弁４１
を閉じてから給水ポンプ３４を停止させ、寒冷時には電
磁弁３６により冷却水を補助タンク３７に移す。以上の
制御は各種センサとこのセンサ類の出力によるプログラ
マブルコントローラの制御により行われ、必要とされる
発電量に応じて燃料と空気とが制御され、適正温度を維
持するための冷却水の循環量が制御される。
避けるために冷却水は残さず、燃焼加熱部３９はアノー
ド電極２９ｂからの排気ガスの処理装置として使用され
る。燃料電池の運転停止時には電磁弁２８を閉じ、給気
装置２７と水素循環ポンプ３３とを停止し、電磁弁４１
を閉じてから給水ポンプ３４を停止させ、寒冷時には電
磁弁３６により冷却水を補助タンク３７に移す。以上の
制御は各種センサとこのセンサ類の出力によるプログラ
マブルコントローラの制御により行われ、必要とされる
発電量に応じて燃料と空気とが制御され、適正温度を維
持するための冷却水の循環量が制御される。
【００３２】以上のように、この実施の形態による電気
自動車用燃料電池の起動制御装置では、水素ガスタンク
２５の水素ガスは発電用の燃料として、また、起動時に
おける起動・暖機用の燃料として使用され、補助タンク
３７の燃焼加熱部３９は起動時における暖機用と、運転
時におけるアノード排ガスの処理用として使用され、ア
ノード排ガスは再循環させると共に新しいガスを補充
し、排ガスの一部を燃焼加熱部３９で燃焼させることに
より燃料電池の燃費効率を向上させると共に不純物濃度
を抑制することができ、起動時における冷却水の解凍ま
たは適正温度までの加熱を燃焼加熱部３９における燃料
の燃焼により行うので、二次電池などの電源に負担をか
けることなく短時間で起動させることができるものであ
る。
自動車用燃料電池の起動制御装置では、水素ガスタンク
２５の水素ガスは発電用の燃料として、また、起動時に
おける起動・暖機用の燃料として使用され、補助タンク
３７の燃焼加熱部３９は起動時における暖機用と、運転
時におけるアノード排ガスの処理用として使用され、ア
ノード排ガスは再循環させると共に新しいガスを補充
し、排ガスの一部を燃焼加熱部３９で燃焼させることに
より燃料電池の燃費効率を向上させると共に不純物濃度
を抑制することができ、起動時における冷却水の解凍ま
たは適正温度までの加熱を燃焼加熱部３９における燃料
の燃焼により行うので、二次電池などの電源に負担をか
けることなく短時間で起動させることができるものであ
る。
【００３３】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は、実施の形態２に対
して発電電極２９に対する水素ガスの供給源と燃焼加熱
部３９に対する燃料の供給源とを変えたものである。す
なわち、発電電極２９に対する水素ガスの供給は水素吸
蔵合金を用いた水素吸蔵部４２より行われ、水素吸蔵部
４２は例えばパラジウム合金などを用いたものである
が、水素ガスの放出促進用に加熱部４３が設けられ、こ
の加熱部４３には発電電極２９の冷却器２９ｃから加湿
器２６を経由した温水が供給されると共に、起動時にお
いては補助タンク３７から直接温水が供給されるように
構成され、この温水は加熱部４３から冷却水タンク３１
に循環するように構成されている。なお、水素吸蔵部４
２に水素ガスを吸蔵させるときには逆に発熱するのでこ
の温水は冷却に使用されるが、冷却水の過熱を避けるた
めに加熱部４３から冷却水タンク３１の循環路には図示
しない冷却装置が設けられる。
形態３による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は、実施の形態２に対
して発電電極２９に対する水素ガスの供給源と燃焼加熱
部３９に対する燃料の供給源とを変えたものである。す
なわち、発電電極２９に対する水素ガスの供給は水素吸
蔵合金を用いた水素吸蔵部４２より行われ、水素吸蔵部
４２は例えばパラジウム合金などを用いたものである
が、水素ガスの放出促進用に加熱部４３が設けられ、こ
の加熱部４３には発電電極２９の冷却器２９ｃから加湿
器２６を経由した温水が供給されると共に、起動時にお
いては補助タンク３７から直接温水が供給されるように
構成され、この温水は加熱部４３から冷却水タンク３１
に循環するように構成されている。なお、水素吸蔵部４
２に水素ガスを吸蔵させるときには逆に発熱するのでこ
の温水は冷却に使用されるが、冷却水の過熱を避けるた
めに加熱部４３から冷却水タンク３１の循環路には図示
しない冷却装置が設けられる。
【００３４】燃焼加熱部３９に対する燃料供給は、水素
吸蔵部４２が稼働するまでの起動時には起動用燃料タン
ク４４が設けられており、電磁弁４５を経由してメタノ
ールまたは水素ガスの起動用燃料が供給される。起動用
燃料は燃焼加熱部３９で触媒燃焼され、補助タンク３７
内の冷却水を加熱解凍して温水が揚水ポンプ３８により
電磁弁４６を経由して加熱部４３に供給され、加熱部４
３の加熱により水素吸蔵部４２が速やかに稼働する。水
素吸蔵部４２が稼働して水素ガスが抽出されると電磁弁
４０を経由して燃焼加熱部３９にこの水素ガスが供給さ
れ、この供給と共に電磁弁４５は閉じて起動用燃料の供
給は停止される。また、給水ポンプ３４が駆動され、発
電電極２９の冷却器２９ｃからの温水が加湿器２６を経
由して加熱部４３に供給されるようになれば電磁弁４６
は閉じられる。なお、揚水ポンプ３８からの送水全てを
加熱部４３を経由して冷却水タンク３１に循環させるこ
ともでき、この場合には電磁弁４６と、揚水ポンプ３８
から冷却水タンク３１への配管とは不要になる。また、
運転中はアノード電極２９ｂからの排気ガスが燃焼加熱
部３９に供給されるのは実施の形態２と同様である。
吸蔵部４２が稼働するまでの起動時には起動用燃料タン
ク４４が設けられており、電磁弁４５を経由してメタノ
ールまたは水素ガスの起動用燃料が供給される。起動用
燃料は燃焼加熱部３９で触媒燃焼され、補助タンク３７
内の冷却水を加熱解凍して温水が揚水ポンプ３８により
電磁弁４６を経由して加熱部４３に供給され、加熱部４
３の加熱により水素吸蔵部４２が速やかに稼働する。水
素吸蔵部４２が稼働して水素ガスが抽出されると電磁弁
４０を経由して燃焼加熱部３９にこの水素ガスが供給さ
れ、この供給と共に電磁弁４５は閉じて起動用燃料の供
給は停止される。また、給水ポンプ３４が駆動され、発
電電極２９の冷却器２９ｃからの温水が加湿器２６を経
由して加熱部４３に供給されるようになれば電磁弁４６
は閉じられる。なお、揚水ポンプ３８からの送水全てを
加熱部４３を経由して冷却水タンク３１に循環させるこ
ともでき、この場合には電磁弁４６と、揚水ポンプ３８
から冷却水タンク３１への配管とは不要になる。また、
運転中はアノード電極２９ｂからの排気ガスが燃焼加熱
部３９に供給されるのは実施の形態２と同様である。
【００３５】このように、この実施の形態では水素吸蔵
部４２の水素ガスを発電用の燃料と暖機用の燃料とに使
用し、起動時の初期のみ起動用燃料タンク４４を用いて
いるが、この起動用燃料タンク４４は例えばカセット式
の水素ガスボンベなどを用いることができ、この起動用
燃料の使用とこれによる加熱部４３の加熱により起動時
間を大幅に短縮することができ、電源に対する負担を軽
減できるものである。なお、水素吸蔵部４２は寒冷時に
おいても微量の水素ガスを放出するが、この水素ガスの
みでは起動に長時間を要するものである。
部４２の水素ガスを発電用の燃料と暖機用の燃料とに使
用し、起動時の初期のみ起動用燃料タンク４４を用いて
いるが、この起動用燃料タンク４４は例えばカセット式
の水素ガスボンベなどを用いることができ、この起動用
燃料の使用とこれによる加熱部４３の加熱により起動時
間を大幅に短縮することができ、電源に対する負担を軽
減できるものである。なお、水素吸蔵部４２は寒冷時に
おいても微量の水素ガスを放出するが、この水素ガスの
みでは起動に長時間を要するものである。
【００３６】実施の形態４．図５は、この発明の実施の
形態４による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は炭化水素系燃料を使
用して改質器により加熱分解して水素ガスを生成する形
式のものである。図５において４７は燃焼部４７ａと気
化部４７ｂと反応部４７ｃとＣＯ酸化部４７ｄとからな
る改質器、４８は改質器４７の燃焼部４７ａやＣＯ酸化
部４７ｄに酸素を供給する給気装置、４９はメタノール
と水とを混合した発電用燃料を燃料タンク５０から改質
器４７の気化部４７ｂに供給する燃料ポンプ、５１は水
素ガスまたはメタノールなど起動用燃料を起動用燃料タ
ンク４４から改質器４７の燃焼部４７ａに供給する起動
用燃料ポンプであり、改質器４７の燃焼部４７ａでは触
媒により起動用燃料を触媒燃焼させ、数百度の高温環境
を作って発電用燃料を気化させる。
形態４による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は炭化水素系燃料を使
用して改質器により加熱分解して水素ガスを生成する形
式のものである。図５において４７は燃焼部４７ａと気
化部４７ｂと反応部４７ｃとＣＯ酸化部４７ｄとからな
る改質器、４８は改質器４７の燃焼部４７ａやＣＯ酸化
部４７ｄに酸素を供給する給気装置、４９はメタノール
と水とを混合した発電用燃料を燃料タンク５０から改質
器４７の気化部４７ｂに供給する燃料ポンプ、５１は水
素ガスまたはメタノールなど起動用燃料を起動用燃料タ
ンク４４から改質器４７の燃焼部４７ａに供給する起動
用燃料ポンプであり、改質器４７の燃焼部４７ａでは触
媒により起動用燃料を触媒燃焼させ、数百度の高温環境
を作って発電用燃料を気化させる。
【００３７】改質器４７の気化部４７ｂで気化された発
電用燃料は反応部４７ｃで触媒反応して改質水素ガスを
生成するが、この改質水素ガスは一酸化炭素を含んでお
り、これをＣＯ酸化部４７ｄにて酸素と結合させて二酸
化炭素とすることにより、液体燃料から水素ガスを主成
分とする燃料ガスを得る。この燃料ガスは加湿器２６を
経由して発電電極２９のアノード電極２９ｂに供給され
る一方、暖機運転中においては切換電磁弁５２を経由し
て改質器４７の燃焼部４７ａにも燃料ガスが供給され
る。
電用燃料は反応部４７ｃで触媒反応して改質水素ガスを
生成するが、この改質水素ガスは一酸化炭素を含んでお
り、これをＣＯ酸化部４７ｄにて酸素と結合させて二酸
化炭素とすることにより、液体燃料から水素ガスを主成
分とする燃料ガスを得る。この燃料ガスは加湿器２６を
経由して発電電極２９のアノード電極２９ｂに供給され
る一方、暖機運転中においては切換電磁弁５２を経由し
て改質器４７の燃焼部４７ａにも燃料ガスが供給され
る。
【００３８】加湿器２６は実施の形態２の場合と同様
に、発電電極２９のカソード電極２９ａに給気装置２７
から供給する空気（酸素）と、ＣＯ酸化部４７ｄからア
ノード電極２９ｂに供給する燃料ガスとを加湿し、加湿
用の水は発電電極２９の冷却器２９ｃを経由した温水が
使用され、加湿後の温水は冷却水タンク３１に還流され
る。この加湿は発電電極２９のカソード電極２９ａとア
ノード電極２９ｂとの間にある図示しない電解質膜の乾
燥を防止するものであり、カソード電極２９ａから排出
される空気の水分は凝縮器３０とこれを冷却するファン
３０ａとにより凝縮されて冷却水タンク３１に戻され、
除湿後の空気は補助タンク３７の燃焼加熱部３９に送ら
れる。また、アノード電極２９ｂからの排ガスは電磁弁
５４と凝縮器５５とを経由して改質器４７の燃焼部４７
ａと補助タンク３７の燃焼加熱部３９とに送られ燃焼さ
れる。
に、発電電極２９のカソード電極２９ａに給気装置２７
から供給する空気（酸素）と、ＣＯ酸化部４７ｄからア
ノード電極２９ｂに供給する燃料ガスとを加湿し、加湿
用の水は発電電極２９の冷却器２９ｃを経由した温水が
使用され、加湿後の温水は冷却水タンク３１に還流され
る。この加湿は発電電極２９のカソード電極２９ａとア
ノード電極２９ｂとの間にある図示しない電解質膜の乾
燥を防止するものであり、カソード電極２９ａから排出
される空気の水分は凝縮器３０とこれを冷却するファン
３０ａとにより凝縮されて冷却水タンク３１に戻され、
除湿後の空気は補助タンク３７の燃焼加熱部３９に送ら
れる。また、アノード電極２９ｂからの排ガスは電磁弁
５４と凝縮器５５とを経由して改質器４７の燃焼部４７
ａと補助タンク３７の燃焼加熱部３９とに送られ燃焼さ
れる。
【００３９】また、実施の形態２と同様に、３４は冷却
水タンク３１の冷却水を発電電極２９に供給する給水ポ
ンプ、３５は発電電極２９のカソード電極２９ａから排
出される排気熱を冷却水に与え、冷却水を加熱するる熱
交換機、３６は冷却水タンク３１から補助タンク３７に
冷却水を移し替える電磁弁、３８は冷却水を補助タンク
３７から冷却水タンク３１に還流させる揚水ポンプ、３
９は補助タンク３７内の冷却水を加熱する燃焼加熱部で
あり、燃料電池の運転停止時には停止に先立って冷却水
タンク３１から補助タンク３７に冷却水の一部が、また
は、全部が移され、燃料電池の起動時には補助タンク３
７内の冷却水が凍結しておればこれを解凍し、また暖機
用に加熱して揚水ポンプ３８により冷却水タンク３１に
還流させるように構成されている。
水タンク３１の冷却水を発電電極２９に供給する給水ポ
ンプ、３５は発電電極２９のカソード電極２９ａから排
出される排気熱を冷却水に与え、冷却水を加熱するる熱
交換機、３６は冷却水タンク３１から補助タンク３７に
冷却水を移し替える電磁弁、３８は冷却水を補助タンク
３７から冷却水タンク３１に還流させる揚水ポンプ、３
９は補助タンク３７内の冷却水を加熱する燃焼加熱部で
あり、燃料電池の運転停止時には停止に先立って冷却水
タンク３１から補助タンク３７に冷却水の一部が、また
は、全部が移され、燃料電池の起動時には補助タンク３
７内の冷却水が凍結しておればこれを解凍し、また暖機
用に加熱して揚水ポンプ３８により冷却水タンク３１に
還流させるように構成されている。
【００４０】さらに、実施の形態２でも説明したよう
に、発電電極２９に供給される冷却水は、通常発電電極
２９の下部から給水ポンプ３４により圧送されるので、
停止時に冷却水を冷却水タンク３１に戻すための図示し
ない電磁弁が設けられるか、発電電極２９や加湿器２６
から排水するための排出機構が設けられる。また、電磁
弁３６は冷却水タンク３１と補助タンク３７の水位レベ
ルによっては電動ポンプに置き換えられる。また、補助
タンク３７は燃焼加熱部３９の排気管を取り巻く環状容
器で構成されるので、容積を削減するために冷却水タン
ク３１の一部の冷却水を収納するようにし、解凍加熱さ
れた温水を冷却水タンク３１に還流して加熱解凍し、冷
却された冷水を再び補助タンク３７に戻して冷却水タン
ク３１内の冷却水を適正温度まで昇温させるように構成
することもできる。
に、発電電極２９に供給される冷却水は、通常発電電極
２９の下部から給水ポンプ３４により圧送されるので、
停止時に冷却水を冷却水タンク３１に戻すための図示し
ない電磁弁が設けられるか、発電電極２９や加湿器２６
から排水するための排出機構が設けられる。また、電磁
弁３６は冷却水タンク３１と補助タンク３７の水位レベ
ルによっては電動ポンプに置き換えられる。また、補助
タンク３７は燃焼加熱部３９の排気管を取り巻く環状容
器で構成されるので、容積を削減するために冷却水タン
ク３１の一部の冷却水を収納するようにし、解凍加熱さ
れた温水を冷却水タンク３１に還流して加熱解凍し、冷
却された冷水を再び補助タンク３７に戻して冷却水タン
ク３１内の冷却水を適正温度まで昇温させるように構成
することもできる。
【００４１】暖機運転中には電磁弁２８と電磁弁５４と
は閉じられ、切換電磁弁５２を開いて燃料ガスを改質器
４７の燃焼部４７ａに供給するが、燃料ガスの量が改質
器４７の燃焼部４７ａで処理しきれないときにのみ電磁
弁４１が開かれ、補助タンク３７の燃焼加熱部３９に送
られるように構成することもできる。また、実施の形態
２にて説明したように、燃焼加熱部３９はパラジウム・
白金・ロジウム・ルテニウムなどをチタンセラミックな
どで担持した触媒方式にて構成されるが、電磁弁４１に
よる燃料ガスの供給が行われないときには改質器４７の
燃焼部４７ａからの高温排気を供給して補助タンク３７
の加熱が行われる。
は閉じられ、切換電磁弁５２を開いて燃料ガスを改質器
４７の燃焼部４７ａに供給するが、燃料ガスの量が改質
器４７の燃焼部４７ａで処理しきれないときにのみ電磁
弁４１が開かれ、補助タンク３７の燃焼加熱部３９に送
られるように構成することもできる。また、実施の形態
２にて説明したように、燃焼加熱部３９はパラジウム・
白金・ロジウム・ルテニウムなどをチタンセラミックな
どで担持した触媒方式にて構成されるが、電磁弁４１に
よる燃料ガスの供給が行われないときには改質器４７の
燃焼部４７ａからの高温排気を供給して補助タンク３７
の加熱が行われる。
【００４２】このように構成されたこの発明の実施の形
態４による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、燃料電池の起動時には起動用燃料ポンプ５１を駆動
して起動用燃料タンク４４から水素ガスまたはメタノー
ルなど起動用燃料を改質器４７の燃焼部４７ａに供給
し、給気装置４８からの空気と共に触媒燃焼させ、改質
器４７を加熱する。この改質器４７の燃焼部４７ａから
の燃焼排ガスは補助タンク３７の燃焼加熱部３９に送ら
れ、補助タンク３７内の冷却水を加熱解凍する。次に電
磁弁２８と電磁弁５４とが閉じた状態で切換電磁弁５２
と電磁弁４１とが開かれ、燃料ポンプ４９により燃料タ
ンク５０からメタノールと水とが混合された発電用燃料
が改質器４７の気化部４７ｂに供給され、高温環境で気
化し、触媒を用いた反応部４７ｃで水素ガスを含む改質
ガスが生成されてＣＯ酸化部４７ｄにて一酸化炭素が除
去され、水素がリッチな状態となって改質器４７の燃焼
部４７ａに還流される。
態４による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、燃料電池の起動時には起動用燃料ポンプ５１を駆動
して起動用燃料タンク４４から水素ガスまたはメタノー
ルなど起動用燃料を改質器４７の燃焼部４７ａに供給
し、給気装置４８からの空気と共に触媒燃焼させ、改質
器４７を加熱する。この改質器４７の燃焼部４７ａから
の燃焼排ガスは補助タンク３７の燃焼加熱部３９に送ら
れ、補助タンク３７内の冷却水を加熱解凍する。次に電
磁弁２８と電磁弁５４とが閉じた状態で切換電磁弁５２
と電磁弁４１とが開かれ、燃料ポンプ４９により燃料タ
ンク５０からメタノールと水とが混合された発電用燃料
が改質器４７の気化部４７ｂに供給され、高温環境で気
化し、触媒を用いた反応部４７ｃで水素ガスを含む改質
ガスが生成されてＣＯ酸化部４７ｄにて一酸化炭素が除
去され、水素がリッチな状態となって改質器４７の燃焼
部４７ａに還流される。
【００４３】改質器４７で水素がリッチな状態の改質ガ
スが生成され出すと、起動用燃料ポンプ５１を停止して
も燃料タンク５０から燃料ポンプ４９により供給される
発電用燃料により改質器４７と補助タンク３７の燃焼加
熱部３９とは自立的に暖機運転することができるように
なり、補助タンク３７内で解凍・加熱された温水は電磁
弁３６と揚水ポンプ３８とで構成された給排水機構によ
り冷却水タンク３１を還流しながら冷却水タンク３１内
の冷却水を解凍・加熱し、適正温度まで昇温すれば補助
タンク３７内の冷却水は全て冷却水タンク３１に戻さ
れ、補助タンク３７内での蒸発が防止される。
スが生成され出すと、起動用燃料ポンプ５１を停止して
も燃料タンク５０から燃料ポンプ４９により供給される
発電用燃料により改質器４７と補助タンク３７の燃焼加
熱部３９とは自立的に暖機運転することができるように
なり、補助タンク３７内で解凍・加熱された温水は電磁
弁３６と揚水ポンプ３８とで構成された給排水機構によ
り冷却水タンク３１を還流しながら冷却水タンク３１内
の冷却水を解凍・加熱し、適正温度まで昇温すれば補助
タンク３７内の冷却水は全て冷却水タンク３１に戻さ
れ、補助タンク３７内での蒸発が防止される。
【００４４】さらに、改質器４７の自立的暖機運転が可
能になったことにより、電磁弁２８と電磁弁５４とが開
路され、給水ポンプ３４と給気装置２７とが駆動されて
発電電極２９に加湿器２６を介して燃料ガスと空気とが
供給され、発電電極２９が電力を発生して二次電池１の
充電や車両駆動用の三相交流電動機５の駆動が可能とな
り、発電電極２９のアノード電極２９ｂからの排ガスが
電磁弁５４と凝縮器５５とを介して改質器４７の燃焼部
４７ａに供給され、改質器４７の燃焼部４７ａからの燃
焼排ガスが補助タンク３７の燃焼加熱部３９に供給され
るので切換電磁弁５２と電磁弁４１とを閉じることがで
きるようになる。このように、改質器４７は吸熱反応で
あるため燃焼部４７ａによる加熱が必要であり、逆に発
電電極２９は発熱反応であるため冷却水タンク３１から
の冷却水の循環が必要となる。
能になったことにより、電磁弁２８と電磁弁５４とが開
路され、給水ポンプ３４と給気装置２７とが駆動されて
発電電極２９に加湿器２６を介して燃料ガスと空気とが
供給され、発電電極２９が電力を発生して二次電池１の
充電や車両駆動用の三相交流電動機５の駆動が可能とな
り、発電電極２９のアノード電極２９ｂからの排ガスが
電磁弁５４と凝縮器５５とを介して改質器４７の燃焼部
４７ａに供給され、改質器４７の燃焼部４７ａからの燃
焼排ガスが補助タンク３７の燃焼加熱部３９に供給され
るので切換電磁弁５２と電磁弁４１とを閉じることがで
きるようになる。このように、改質器４７は吸熱反応で
あるため燃焼部４７ａによる加熱が必要であり、逆に発
電電極２９は発熱反応であるため冷却水タンク３１から
の冷却水の循環が必要となる。
【００４５】発電電極２９のカソード電極２９ａから排
出された空気は熱交換機３５で冷却水との間の熱交換を
行い、凝縮器３０で水分が除去された後、補助タンク３
７の燃焼加熱部３９を経由して大気に放出されるが、燃
焼加熱部３９を経由させることにより通常運転時におけ
る改質器４７の燃焼部４７ａから排出される燃焼排ガス
の温度を低下させることができる。また、カソード電極
２９ａの排気を凝縮器３０から大気に放出すれば排気の
背圧を低減することができ、給気装置２７の消費電力を
軽減することができる。発電電極２９のアノード電極２
９ｂからの排ガスは上記したように凝縮器５５を経由し
て改質器４７の燃焼部４７ａに供給されるが、凝縮器５
５で除去された水分は不純物を含むため冷却水タンク３
１には還流されない。
出された空気は熱交換機３５で冷却水との間の熱交換を
行い、凝縮器３０で水分が除去された後、補助タンク３
７の燃焼加熱部３９を経由して大気に放出されるが、燃
焼加熱部３９を経由させることにより通常運転時におけ
る改質器４７の燃焼部４７ａから排出される燃焼排ガス
の温度を低下させることができる。また、カソード電極
２９ａの排気を凝縮器３０から大気に放出すれば排気の
背圧を低減することができ、給気装置２７の消費電力を
軽減することができる。発電電極２９のアノード電極２
９ｂからの排ガスは上記したように凝縮器５５を経由し
て改質器４７の燃焼部４７ａに供給されるが、凝縮器５
５で除去された水分は不純物を含むため冷却水タンク３
１には還流されない。
【００４６】以上の制御は各種センサとプログラマブル
コントローラにより自動制御され、必要とされる発電量
に応じた燃料制御と空気制御とが行われ、適正温度を維
持するための冷却水の循環量制御が行われる。また、燃
料電池の運転停止時には燃料ポンプ４９と給気装置４８
および２７とが停止され、続いて給水ポンプ３４が停止
されてから補助タンク３７に冷却水を移すことになる
が、凍結のおそれのないときには冷却水タンク３１から
補助タンク３７に冷却水を移すことは省略することがで
きる。このように、この実施の形態では起動時に使用す
る起動用燃料タンク４４を設けることにより短時間での
システムの立ち上げを可能にするもので、起動用燃料タ
ンク４４にはカセット式の水素ガスボンベが使用でき、
この場合には起動用燃料ポンプ５１は電磁弁に置き換え
られる。
コントローラにより自動制御され、必要とされる発電量
に応じた燃料制御と空気制御とが行われ、適正温度を維
持するための冷却水の循環量制御が行われる。また、燃
料電池の運転停止時には燃料ポンプ４９と給気装置４８
および２７とが停止され、続いて給水ポンプ３４が停止
されてから補助タンク３７に冷却水を移すことになる
が、凍結のおそれのないときには冷却水タンク３１から
補助タンク３７に冷却水を移すことは省略することがで
きる。このように、この実施の形態では起動時に使用す
る起動用燃料タンク４４を設けることにより短時間での
システムの立ち上げを可能にするもので、起動用燃料タ
ンク４４にはカセット式の水素ガスボンベが使用でき、
この場合には起動用燃料ポンプ５１は電磁弁に置き換え
られる。
【００４７】実施の形態５．図６は、この発明の実施の
形態５による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は実施の形態４の電気
自動車用燃料電池の起動制御に対して、発電用燃料と起
動用燃料とを共通のメタノールタンク５０ａから燃料ポ
ンプ４９と起動用燃料ポンプ５１とにより改質器４７に
供給するようにし、発電用燃料のメタノールに対する水
分の付加は冷却水タンク３１と凝縮器５５の排水とから
ポンプ５６により供給し、実施の形態４に設けていた補
助タンク３７を廃して冷却水タンク３１に改質器４７の
燃焼部４７ａからの燃焼排ガスにより加熱される加熱部
５７を設け、さらに、改質器４７の燃焼部４７ａから冷
却水タンク３１の加熱部５７に与えられる燃焼排ガスの
通路にフラップ５８を設けるようにしたものである。
形態５による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は実施の形態４の電気
自動車用燃料電池の起動制御に対して、発電用燃料と起
動用燃料とを共通のメタノールタンク５０ａから燃料ポ
ンプ４９と起動用燃料ポンプ５１とにより改質器４７に
供給するようにし、発電用燃料のメタノールに対する水
分の付加は冷却水タンク３１と凝縮器５５の排水とから
ポンプ５６により供給し、実施の形態４に設けていた補
助タンク３７を廃して冷却水タンク３１に改質器４７の
燃焼部４７ａからの燃焼排ガスにより加熱される加熱部
５７を設け、さらに、改質器４７の燃焼部４７ａから冷
却水タンク３１の加熱部５７に与えられる燃焼排ガスの
通路にフラップ５８を設けるようにしたものである。
【００４８】このように構成されたこの発明の実施の形
態５による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、改質器４７の燃焼部４７ａにはメタノールタンク５
０ａから起動用燃料が与えられて実施の形態４の場合と
同様に起動し、この改質器４７の燃焼排ガスにより冷却
水タンク３１が加熱されて解凍するが、運転中は発電電
極２９のアノード電極２９ｂからの排ガスが電磁弁５４
と凝縮器５５とを介して改質器４７の燃焼部４７ａに供
給され、この燃焼排ガスが常に加熱部５７に供給される
と冷却水タンク３１の冷却水が過熱状態となって蒸発
し、実施の形態４ではこの蒸発防止に補助タンク３７を
空にしていたがこの実施の形態では補助タンクを設けな
いので、フラップ５８を設け、燃焼排ガスをバイパスす
るようにしている。
態５による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
て、改質器４７の燃焼部４７ａにはメタノールタンク５
０ａから起動用燃料が与えられて実施の形態４の場合と
同様に起動し、この改質器４７の燃焼排ガスにより冷却
水タンク３１が加熱されて解凍するが、運転中は発電電
極２９のアノード電極２９ｂからの排ガスが電磁弁５４
と凝縮器５５とを介して改質器４７の燃焼部４７ａに供
給され、この燃焼排ガスが常に加熱部５７に供給される
と冷却水タンク３１の冷却水が過熱状態となって蒸発
し、実施の形態４ではこの蒸発防止に補助タンク３７を
空にしていたがこの実施の形態では補助タンクを設けな
いので、フラップ５８を設け、燃焼排ガスをバイパスす
るようにしている。
【００４９】また、発電電極２９のカソード電極２９ａ
から排出される空気は熱交換機３５で冷却水との間の熱
交換を行い、凝縮器３０で水分が除去された後、フラッ
プ５８の下流側に放出され、改質器４７の燃焼部４７ａ
からの排気の温度を低下させるように構成されている。
このように、フラップ５８などの追加はあるが、補助タ
ンクや電磁弁などの省略が可能となってシステムを単純
化することができ、発電用燃料に予め水を混合する必要
もなくなるものである。
から排出される空気は熱交換機３５で冷却水との間の熱
交換を行い、凝縮器３０で水分が除去された後、フラッ
プ５８の下流側に放出され、改質器４７の燃焼部４７ａ
からの排気の温度を低下させるように構成されている。
このように、フラップ５８などの追加はあるが、補助タ
ンクや電磁弁などの省略が可能となってシステムを単純
化することができ、発電用燃料に予め水を混合する必要
もなくなるものである。
【００５０】実施の形態６．図７は、この発明の実施の
形態６による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は実施の形態４の電気
自動車用燃料電池の起動制御に対して、改質器４７とは
別に起動用燃焼器５９を設け、起動用燃料タンク４４か
ら起動用燃料ポンプ５１によりメタノールなどの起動用
燃料を起動用燃焼器５９に供給して燃焼させ、この燃焼
排ガスを改質器４７に供給して改質器４７を加熱すると
共に、改質器４７から補助タンク３７の加熱部５７ａを
介して放出することにより補助タンク３７内の冷却水を
解凍・加熱するようにしたものである。
形態６による電気自動車用燃料電池の起動制御を説明す
る説明図であり、この実施の形態は実施の形態４の電気
自動車用燃料電池の起動制御に対して、改質器４７とは
別に起動用燃焼器５９を設け、起動用燃料タンク４４か
ら起動用燃料ポンプ５１によりメタノールなどの起動用
燃料を起動用燃焼器５９に供給して燃焼させ、この燃焼
排ガスを改質器４７に供給して改質器４７を加熱すると
共に、改質器４７から補助タンク３７の加熱部５７ａを
介して放出することにより補助タンク３７内の冷却水を
解凍・加熱するようにしたものである。
【００５１】このように構成されたこの発明の実施の形
態６による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
ては、起動の初期には起動用燃料タンク４４のメタノー
ルなどの起動用燃料が起動用燃焼器５９にて燃焼され、
その燃焼排ガスが改質器４７と補助タンク３７とを加熱
・暖機し、改質器４７が燃料ガスを生成するようになれ
ば切換電磁弁５２を介して燃料ガスが改質器４７の燃焼
部４７ａに供給されて自立運転できるようになり、自立
運転の状態になれば起動用燃料ポンプ５１は停止して補
助タンク３７の加熱部５７ａには改質器４７の燃焼部４
７ａからの燃焼排ガスが供給される。さらに、冷却水の
解凍が完了すると切換電磁弁５２が閉じられ、電磁弁２
８と電磁弁５４とが開かれて発電電極２９が発電を開始
し、アノード排ガスが改質器４７に供給されて運転が継
続される。
態６による電気自動車用燃料電池の起動制御装置におい
ては、起動の初期には起動用燃料タンク４４のメタノー
ルなどの起動用燃料が起動用燃焼器５９にて燃焼され、
その燃焼排ガスが改質器４７と補助タンク３７とを加熱
・暖機し、改質器４７が燃料ガスを生成するようになれ
ば切換電磁弁５２を介して燃料ガスが改質器４７の燃焼
部４７ａに供給されて自立運転できるようになり、自立
運転の状態になれば起動用燃料ポンプ５１は停止して補
助タンク３７の加熱部５７ａには改質器４７の燃焼部４
７ａからの燃焼排ガスが供給される。さらに、冷却水の
解凍が完了すると切換電磁弁５２が閉じられ、電磁弁２
８と電磁弁５４とが開かれて発電電極２９が発電を開始
し、アノード排ガスが改質器４７に供給されて運転が継
続される。
【００５２】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１と請求
項２に記載の発明によれば、燃料電池と、この燃料電池
により充電される二次電池と、燃料電池に対して燃料や
空気や冷却水などを供給する発電用補機と、二次電池が
過放電状態のときに起動電源として使用される車両には
搭載されない外部電源とを備え、二次電池から発電用補
機に電力供給する回路と燃料電池から発電用補機に電力
供給する回路に第一の補機駆動スイッチと第二の補機駆
動スイッチとを設け、第一と第二の補機駆動スイッチ
が、発電用補機に電力供給する電源を、燃料電池と二次
電池と外部電源のいずれかに切り換えるようにし、二次
電池の残存容量が少ないときには外部電源により発電用
補機を駆動し、燃料電池の発電が開始されると共に燃料
電池により二次電池の充電と発電用補機の駆動とを行う
ようにしたので、二次電池の充電所要時間と車両の走行
待機時間とが短縮され、外部電源も小型の可搬式直流電
源を使用することが可能になるものである。
項２に記載の発明によれば、燃料電池と、この燃料電池
により充電される二次電池と、燃料電池に対して燃料や
空気や冷却水などを供給する発電用補機と、二次電池が
過放電状態のときに起動電源として使用される車両には
搭載されない外部電源とを備え、二次電池から発電用補
機に電力供給する回路と燃料電池から発電用補機に電力
供給する回路に第一の補機駆動スイッチと第二の補機駆
動スイッチとを設け、第一と第二の補機駆動スイッチ
が、発電用補機に電力供給する電源を、燃料電池と二次
電池と外部電源のいずれかに切り換えるようにし、二次
電池の残存容量が少ないときには外部電源により発電用
補機を駆動し、燃料電池の発電が開始されると共に燃料
電池により二次電池の充電と発電用補機の駆動とを行う
ようにしたので、二次電池の充電所要時間と車両の走行
待機時間とが短縮され、外部電源も小型の可搬式直流電
源を使用することが可能になるものである。
【００５３】また、請求項３〜請求項５に記載の発明に
よれば、水素ガスと空気とを供給される発電電極と、こ
の発電電極を冷却する冷却水と発電電極に供給する水素
ガスと空気を加湿する加湿水とを供給する冷却水タンク
と、この冷却水を加熱・解凍する加熱部とを備え、起動
時に発電電極に水素ガスなどが供給されることに先立ち
燃焼加熱部に起動用の燃料を与えて触媒燃焼させ、冷却
水を加熱・解凍するようにしたので燃料電池が発電をし
ていなくても冷却水の解凍が行え、電源容量を増加する
ことなく起動時間を短縮することができるものである。
また、余分な付帯設備を要することなく燃料電池の起動
が可能になるものである。さらに、発電電極のアノード
排ガスを発電燃料として再循環すると共に冷却水の加熱
・解凍用として使用し、加熱された冷却水を水素吸蔵合
金の加熱用として使用するようにしたので、燃料電池を
効率的に運転することができるものである。
よれば、水素ガスと空気とを供給される発電電極と、こ
の発電電極を冷却する冷却水と発電電極に供給する水素
ガスと空気を加湿する加湿水とを供給する冷却水タンク
と、この冷却水を加熱・解凍する加熱部とを備え、起動
時に発電電極に水素ガスなどが供給されることに先立ち
燃焼加熱部に起動用の燃料を与えて触媒燃焼させ、冷却
水を加熱・解凍するようにしたので燃料電池が発電をし
ていなくても冷却水の解凍が行え、電源容量を増加する
ことなく起動時間を短縮することができるものである。
また、余分な付帯設備を要することなく燃料電池の起動
が可能になるものである。さらに、発電電極のアノード
排ガスを発電燃料として再循環すると共に冷却水の加熱
・解凍用として使用し、加熱された冷却水を水素吸蔵合
金の加熱用として使用するようにしたので、燃料電池を
効率的に運転することができるものである。
【００５４】さらに、請求項６と請求項７に記載の発明
によれば、炭化水素系の燃料を改質して水素ガスを生成
する改質器を加熱する燃焼部に起動用燃料が与えられて
改質器が加熱されると共に、この燃焼部から排出される
燃焼ガスを冷却水タンクに与えて冷却水を加熱するよう
に構成し、起動時の暖機運転としたので、燃料電池が発
電を開始していなくても冷却水の解凍を行うことがで
き、起動時間を短縮できると共に、電源容量を増加する
ことなく、また、余分な付帯設備を要することなく燃料
電池の起動が可能になり、改質器が水素ガスを含む燃料
ガスの生成を開始した後は、改質器が生成する燃料ガス
が改質器の燃焼部と冷却水タンクとに与えられるように
したので、暖機用の燃料を節約しながら改質器の暖機運
転や冷却水の解凍が継続できるものである。
によれば、炭化水素系の燃料を改質して水素ガスを生成
する改質器を加熱する燃焼部に起動用燃料が与えられて
改質器が加熱されると共に、この燃焼部から排出される
燃焼ガスを冷却水タンクに与えて冷却水を加熱するよう
に構成し、起動時の暖機運転としたので、燃料電池が発
電を開始していなくても冷却水の解凍を行うことがで
き、起動時間を短縮できると共に、電源容量を増加する
ことなく、また、余分な付帯設備を要することなく燃料
電池の起動が可能になり、改質器が水素ガスを含む燃料
ガスの生成を開始した後は、改質器が生成する燃料ガス
が改質器の燃焼部と冷却水タンクとに与えられるように
したので、暖機用の燃料を節約しながら改質器の暖機運
転や冷却水の解凍が継続できるものである。
【００５５】さらにまた、請求項８に記載の発明によれ
ば、冷却水タンクの冷却水の一部または全部を収納する
補助タンクを備え、冷却水を加熱・解凍する燃焼加熱部
を補助タンクに設けるようにしたので、加熱後の冷却水
を冷却水タンクに移して蒸発を防止したり、発電電極か
ら排出される排ガスや改質器から排出される不完全燃焼
ガスを完全燃焼して浄化することができるものである。
ば、冷却水タンクの冷却水の一部または全部を収納する
補助タンクを備え、冷却水を加熱・解凍する燃焼加熱部
を補助タンクに設けるようにしたので、加熱後の冷却水
を冷却水タンクに移して蒸発を防止したり、発電電極か
ら排出される排ガスや改質器から排出される不完全燃焼
ガスを完全燃焼して浄化することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電気自動車用
燃料電池の起動制御装置の電気回路図である。
燃料電池の起動制御装置の電気回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による電気自動車用
燃料電池の起動制御装置の動作説明用のフローチャート
である。
燃料電池の起動制御装置の動作説明用のフローチャート
である。
【図３】 この発明の実施の形態２による電気自動車用
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態３による電気自動車用
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態４による電気自動車用
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態５による電気自動車用
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
【図７】 この発明の実施の形態６による電気自動車用
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
燃料電池の起動制御を説明する説明図である。
【符号の説明】 １ 二次電池、３ 電源スイッチ、４ 直交順逆変換
機、５ 三相交流電動機、６ 車速センサ、７ 力行回
生制御装置、８ コントローラ、１５ 燃料電池、１６
発電用補機、１７ 補機制御装置、１８ 発電制御装
置、１９ 第一の補機駆動スイッチ、２０ 第二の補機
駆動スイッチ、２１ 外部電源、２５ 水素ガスタン
ク、２６ 加湿器、２８、３６、４０、４１、４５、４
６、５４ 電磁弁、２９ 発電電極、３０、５５ 凝縮
器、３１ 冷却水タンク、３３ 水素循環ポンプ、３４
給水ポンプ、３５ 熱交換器、３７ 補助タンク、３
８ 揚水ポンプ、３９ 燃焼加熱部、４２ 水素吸蔵
部、４４ 起動用燃料タンク、４７ 改質器、４８ 給
気装置、４９ 燃料ポンプ、５０ 燃料タンク、５１
起動用燃料ポンプ、５２ 切換電磁弁、５７ 加熱部、
５８ フラップ、５９ 起動用燃焼器。
機、５ 三相交流電動機、６ 車速センサ、７ 力行回
生制御装置、８ コントローラ、１５ 燃料電池、１６
発電用補機、１７ 補機制御装置、１８ 発電制御装
置、１９ 第一の補機駆動スイッチ、２０ 第二の補機
駆動スイッチ、２１ 外部電源、２５ 水素ガスタン
ク、２６ 加湿器、２８、３６、４０、４１、４５、４
６、５４ 電磁弁、２９ 発電電極、３０、５５ 凝縮
器、３１ 冷却水タンク、３３ 水素循環ポンプ、３４
給水ポンプ、３５ 熱交換器、３７ 補助タンク、３
８ 揚水ポンプ、３９ 燃焼加熱部、４２ 水素吸蔵
部、４４ 起動用燃料タンク、４７ 改質器、４８ 給
気装置、４９ 燃料ポンプ、５０ 燃料タンク、５１
起動用燃料ポンプ、５２ 切換電磁弁、５７ 加熱部、
５８ フラップ、５９ 起動用燃焼器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BA01 BA13 BA14 CC06 DD03 KK51 KK54 MM26 5H115 PC06 PG04 PI16 PI18 PI29 PI30 PO01 PO02 PO09 PO10 PU08 PV09 PV23 QA10 QE19 QE20 QI04 QN03 TB01 TI05 TI06 TO21 TO23 TR19 TU17 TZ01
Claims (8)
- 【請求項１】 水素ガスと空気とが供給されて発電する
燃料電池、この燃料電池の出力により充電される二次電
池、前記燃料電池に対して燃料や空気や冷却水などを供
給する発電用補機、前記二次電池が過放電状態にあると
き燃料電池の起動電源として前記発電用補機を駆動する
外部電源、前記二次電池から前記発電用補機に電力供給
する回路に設けられた第一の補機駆動スイッチ、前記燃
料電池から前記発電用補機に電力供給する回路に設けら
れた第二の補機駆動スイッチを備え、前記第一の補機駆
動スイッチと前記第二の補機駆動スイッチとが前記二次
電池と前記燃料電池の電圧に応動し、前記発電用補機に
電力供給する電源を、前記燃料電池と前記二次電池と前
記外部電源のいずれかに選択的に切り換えることを特徴
とする電気自動車用燃料電池の起動制御装置。 - 【請求項２】 第一の補機駆動スイッチと第二の補機駆
動スイッチとによる電源の選択切換が、外部電源から発
電用補機を駆動する第一のモードと、燃料電池が発電を
開始した後に燃料電池から発電用補機を駆動する第二の
モードと、二次電池が電力供給能力を有するときに二次
電池から発電用補機を駆動する第三のモードとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用燃料電
池の起動制御装置。 - 【請求項３】 水素ガスが供給されるアノード電極と空
気が供給されるカソード電極とからなる燃料電池の発電
電極、この発電電極を冷却する冷却水と、前記発電電極
に供給される前記水素ガスと前記空気とを加湿する加湿
水を供給する冷却水貯蔵部、起動時に、前記発電電極に
前記水素ガスと前記空気とが供給されることに先立ち、
起動用燃料が供給されて触媒燃焼し、前記冷却水貯蔵部
の冷却水を加熱・解凍する燃焼加熱部を備えたことを特
徴とする電気自動車用燃料電池の起動制御装置。 - 【請求項４】 発電電極に水素ガスと空気とが供給され
た後において、アノード電極から排出される排出ガスが
再循環されてアノード電極に供給されると共に、この排
出ガスの一部が燃焼加熱部に供給され、冷却水を加熱・
解凍することを特徴とする請求項３に記載の電気自動車
用燃料電池の起動制御装置。 - 【請求項５】 水素ガスの供給源に水素吸蔵合金が使用
され、発電電極を冷却後の温水または燃焼加熱部で加熱
された温水が水素吸蔵合金の加熱用に使用されることを
特徴とする請求項３または請求項４に記載の電気自動車
用燃料電池の起動制御装置。 - 【請求項６】 炭化水素系の燃料を加熱気化して化学反
応により水素ガスを生成すると共に、加熱気化するため
の燃焼部を有する改質器、この改質器から水素ガスを含
む燃料ガスが供給されるアノード電極と、空気が供給さ
れるカソード電極とを有する燃料電池の発電電極、この
発電電極を冷却する冷却水と、前記発電電極に供給され
る水素ガスと空気とを加湿する加湿水を供給する冷却水
貯蔵部を備え、起動時に、前記改質器の燃焼部に炭化水
素系の燃料または水素ガスからなる起動用燃料が与えら
れて前記改質器が加熱されると共に、前記改質器の燃焼
部から排出された燃焼ガスが前記冷却水貯蔵部に与えら
れて冷却水が加熱されるように構成したことを特徴とす
る電気自動車用燃料電池の起動制御装置。 - 【請求項７】 改質器が水素ガスを含む燃料ガスの生成
を開始した後、改質器が生成する燃料ガスが改質器の燃
焼部と冷却水貯蔵部とに与えられ、暖機運転が継続され
るように構成したことを特徴とする請求項６に記載の電
気自動車用燃料電池の起動制御装置。 - 【請求項８】 冷却水貯蔵部が冷却水タンクと補助タン
クとを有し、燃料電池の運転停止時には冷却水タンクの
冷却水の一部または全部が補助タンクに移され、起動時
に冷却水を加熱・解凍する燃焼加熱部が補助タンクに設
けられたことを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれ
か一項に記載の電気自動車用燃料電池の起動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000238659A JP3975052B2 (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 電気自動車用燃料電池の起動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000238659A JP3975052B2 (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 電気自動車用燃料電池の起動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002050378A true JP2002050378A (ja) | 2002-02-15 |
| JP3975052B2 JP3975052B2 (ja) | 2007-09-12 |
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ID=18730328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000238659A Expired - Fee Related JP3975052B2 (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 電気自動車用燃料電池の起動制御装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3975052B2 (ja) |
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| CN113675442A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-19 | 华南理工大学 | 一种应用于燃料电池的辅助低温冷启动系统及其控制方法 |
| JP7423820B2 (ja) | 2020-05-11 | 2024-01-29 | ヨ，ヨンチャン | 燃料電池システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016134319A1 (en) | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Enphase Energy, Inc. | Method and apparatus for time-domain droop control with integrated phasor current control |
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2000
- 2000-08-07 JP JP2000238659A patent/JP3975052B2/ja not_active Expired - Fee Related
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