(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車のモータ駆動源としてのバッテリに電力を供給する燃料電池発電装置と、
オン状態とすることによって、前記バッテリから前記燃料電池発電装置に電力を供給させて該燃料電池発電装置を起動させるための第１のスイッチ手段と、
オン状態とすることによって、前記燃料電池発電装置から前記バッテリに電力を供給させて該バッテリを充電するための第２のスイッチ手段と、
前記燃料電池発電装置からの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された出力電圧が所定値に達したことが検出されたときに前記第１のスイッチ手段をオフ状態とすると共に前記第２のスイッチ手段をオン状態とする第１の制御手段と、
前記第１のスイッチ手段がオン状態のときに前記バッテリからの出力電圧を調整するＤＣ−ＤＣコンバータと、
を有してなることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記燃料電池発電装置が起動して前記バッテリが満充電状態になったときに、前記第２のスイッチ手段をオフ状態とするスイッチ切り替え手段が備えられることを特徴とする請求項１の充電装置。
【請求項３】
前記スイッチ切り替え手段は、前記燃料電池発電装置からの出力電圧が一定時間定格電圧に実質的に維持されていることを確認したときに前記第２のスイッチ手段を自動的にオフ状態とすることを特徴とする請求項２の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は充電装置に関し、特に、電気自動車においてバックアップ電源として使用可能な燃料電池を利用した充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の観点から、有害ガスの発生源となるガソリンエンジン等を駆動源とせず、クリーンな電力によって車両を駆動させる電気自動車が注目されている。
【０００３】
一般に、電気自動車には、モータの駆動電源として、鉛電池やニッカド（Ｎｉ−Ｃｄ）電池等の充電可能なバッテリが搭載される。しかしながら、バッテリの一充電当たりの走行距離は現状で約１００ｋｍと短いため、ガソリンエンジン車にガソリンスタンドでガソリンを給油する要領で、電気自動車のバッテリを充電するための充電スタンドを設置し、バッテリ残容量が少なくなった場合にはいずれかの充電スタンドで充電することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、バッテリの一充電走行距離に比して充電スタンドの数が非常に少なく、充電が必要とされるときに近辺に充電スタンドがない場合が多い。
【０００５】
電気自動車を現在のガソリンエンジン車等に代替し得るオンロード車として実用化するためには、バッテリの充電を商用電源等の外部電源に依存するのではなく、バッテリを充電するためのバックアップ電源を電気自動車に搭載して随時充電を行うように構成することが望ましく、該バックアップ電源には、車両搭載用としての小型軽量性および発電効率等の観点から、固体高分子電解質膜等を電解質に用いる燃料電池を用いることが好適であると考えられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は上記した従来技術の問題点を解消し、燃料電池を利用した充電装置であって、特に電気自動車においてモータ駆動電源としてのバッテリを随時充電可能なバックアップ電源として車両搭載可能である充電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
かかる目的を達成するために創案された本発明は、電気自動車のモータ駆動源としてのバッテリに電力を供給する燃料電池発電装置と、オン状態とすることによって、前記バッテリから前記燃料電池発電装置に電力を供給させて該燃料電池発電装置を起動させるための第１のスイッチ手段と、オン状態とすることによって、前記燃料電池発電装置から前記バッテリに電力を供給させて該バッテリを充電するための第２のスイッチ手段と、前記燃料電池発電装置からの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された出力電圧が所定値に達したことが検出されたときに前記第１のスイッチ手段をオフ状態とすると共に前記第２のスイッチ手段をオン状態とする第１の制御手段と、前記第１のスイッチ手段がオン状態のときに前記バッテリからの出力電圧を調整するＤＣ−ＤＣコンバータと、を有してなることを特徴とする充電装置である。
【０００８】
【作用】充電装置に内蔵される燃料電池発電装置は、第１のスイッチ手段がオン状態となることによってバッテリから電力が供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータでその出力電圧が調整された後、起動する。燃料電池発電装置からの出力電圧は電圧検出手段により検出され、所定値に達したことが検出されたときに、第１のスイッチ手段がオフ状態となり、第２のスイッチ手段がオン状態となる。これにより燃料電池発電装置からバッテリに電力が与えられてバッテリが充電される。バッテリが満充電された後、第２のスイッチ手段はオフ状態となる。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の一実施例による充電装置を示す。この充電装置は、電気自動車のバッテリ２０を充電するために車両のリアトランク等の任意箇所に搭載可能な可般型充電装置１として構成されている。この充電装置１は、バッテリ２０と接続可能な接続端子２、２を有する。
【００１０】
充電装置１の内部には、固体高分子電解質型の燃料電池スタック３および各種の補機類が収容されている。すなわち、メタノールと過剰量の水とからなる混合液体燃料（改質原料）がタンク４からポンプ５により燃料改質装置６に導入されるとともに、酸化剤ガスとしての空気がエアコンプレッサ７から燃料改質装置６に導入される。燃料改質装置６には、公知のように、改質原料を気化する気化部、気化した改質原料ガスを改質触媒により改質反応させて水素と二酸化炭素とからなる改質ガスを生成する改質部、改質ガス中の一酸化炭素濃度をシフト触媒によるシフト反応を介して低減させる変成部、これら気化部、改質部および変成部をそれぞれの活性温度に過熱するための触媒燃焼部等が設けられる。
【００１１】
燃料改質装置６からの改質ガスは、エアコンプレッサ７からの空気とともに、一酸化炭素除去装置８に導入され、選択酸化触媒の下で改質ガス中の一酸化炭素が酸化除去される。このようにして一酸化炭素濃度を低減された水素リッチな改質ガスは、加湿装置９にて加湿された後、燃料電池スタック３の水素極（−）に導入され、エアコンプレッサ７から酸素極（＋）に導入される酸化剤ガス（空気）との間で電池反応を起こして発電を行うものである。なお、これら補機類の作動を制御するために補機制御装置１０が設けられる。
【００１２】
燃料電池スタック３および補機類から構成される燃料電池発電装置の起動は、バッテリ２０の残容量から燃料電池発電装置に電力供給することによって行われる。すなわち、充電装置１が接続端子２、２によりバッテリ２０と接続された状態において、スイッチＳＷ１をオンとすることにより閉じられる燃料電池起動回路が形成される。この燃料電池起動回路は、バッテリ２０の残容量により、まず燃料電池補機類を起動させ、各補機類により燃料電池が所定の作動条件に調整された後に燃料電池３を起動させる。なお、燃料電池起動回路には抵抗Ｒ１が組み込まれ、バッテリ２０からの大電流から回路および回路中の接点を保護している。
【００１３】
燃料電池３起動後の開放電位は、燃料電池３の出力側に接続される電圧検出器１１により検出され、その検出結果を示す信号はスイッチ切り替え制御器１２に送られる。そして、燃料電池の定格出力（たとえば３００Ｖ）より若干高い所定値（たとえば３２０Ｖ）に達したことを示す信号が電圧検出器１１からスイッチ切り替え制御器１２に与えられると、該制御器１２により、スイッチＳＷ１をオフに切り替えると同時に、これまでオフとされていたスイッチＳＷ２をオンに切り替える。
【００１４】
スイッチＳＷ２は、上記燃料電池起動回路とは異なる回路であるバッテリ充電回路に含まれるものであり、このバッテリ充電回路は、充電装置１が接続端子２、２によりバッテリ２０と接続された状態において、スイッチＳＷ２のオン時に閉回路とされ、燃料電池発電装置からの出力によりバッテリ２０を充電する。
【００１５】
本実施例においては、バッテリ２０の充電状態は、電気自動車に備えられる電圧計（図示せず）でモニターされる。該電圧計によりバッテリ２０の満充電状態が確認されたときに、オフスイッチ１３を手動操作して、スイッチＳＷ２をオフとする。
【００１６】
上記のように、図１の実施例では、バッテリ２０の満充電状態を電圧計で確認した後にスイッチＳＷ２を手動でオフ操作するように構成されているが、スイッチＳＷ２を自動制御によりスイッチオフするように構成することも可能である。この変形実施例が図２に示される。すなわち、バッテリ充電回路においても燃料電池３の出力側に電圧検出器１４が接続され、該電圧検出器１４により検出される燃料電池の開放電位を示す信号が第２のスイッチ切り替え制御器１５に送られる。充電当初は燃料電池の出力電圧は定格出力の３００Ｖよりも低い値を示すが、バッテリ２０が満充電状態に近くなると略３００Ｖで安定する。そこで、電圧検出器１４からの信号で、燃料電池３の出力電圧がある一定時間３００Ｖに持続されていることが確認されたとき、スイッチ切り替え制御器１５は、スイッチＳＷ２を自動的にオフに切り替える。
【００１７】
図１および図２に示す実施例では、燃料電池起動回路に抵抗Ｒ１を設けて、電気自動車のモータの回生電流等の大電流から回路および接点を保護しているが、図３の実施例では、さらに、燃料電池起動回路およびバッテリ充電回路にそれぞれ整流機能を有するダイオードＤ１およびＤ２が組み込まれている。これにより、特に、充電前のバッテリ２０の残容量がきわめて少ない場合にも、燃料電池発電装置の起動が円滑に行われる。
【００１８】
また図４の実施例では、図１および図２の実施例における抵抗Ｒ１に代えて、燃料電池起動回路およびバッテリ充電回路にそれぞれ電圧調整機能を有するＤＣ−ＤＣコンバータ１６、１７が組み込まれている。この場合において、図３の実施例のように、さらにダイオードＤ１およびＤ２を接続することができる。
【００１９】
これまで述べた実施例は、いずれも、燃料電池起動用の電力を電気自動車のモータ駆動源であるバッテリ２０のみから供給するように構成されているが、図５の実施例として示すように、該バッテリ２０だけでなく、モータ以外の補機起動用に設置されているバッテリ２１からも併せて燃料電池起動用の電力を供給するように構成することができる。この実施例では、スイッチＳＷ１のオンにより閉とされる燃料電池起動回路において、バッテリ２０の残容量がＤＣ−ＤＣコンバータ２２により電圧調整された後に燃料電池発電装置１８に供給されるが、バッテリ２０の残容量が少ない場合には、さらに補機起動用バッテリ２１の残容量が燃料電池発電装置１８に供給され、燃料電池発電装置１８の起動が円滑に行われるようにしている。
【００２０】
なお図３ないし図５においては、図示の簡略化のため、燃料電池スタック３および各補機類４〜９から構成される燃料電池発電装置１８が示され、また、各制御装置１０、１２、１５は省略されている。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、燃料電池発電装置によりモータ駆動電源としてのバッテリを充電可能な充電装置が提供される。
【００２２】
本発明の充電装置は、燃料電池発電装置の起動用バッテリを備えることなくモータ駆動電源としてのバッテリの残容量により燃料電池を起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による充電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の実施例による充電装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の更に別の実施例による充電装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の更に別の実施例による充電装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の更に別の実施例による充電装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  充電装置
２  接続端子
３  燃料電池スタック
１１、１４  電圧検出器
１２、１５  スイッチ切り替え制御器
１３  オフスイッチ
１６、１７、２２  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１８  燃料電池発電装置
２０  バッテリ
２１  補機起動用バッテリ
【図１】
0003557266.tif 000002
【図２】
0003557266.tif 000003
【図３】
0003557266.tif 000004
【図４】
0003557266.tif 000005
【図５】
0003557266.tif 000006