(57)【要約】      （修正有）【課題】  水素ボンベ内の水素ガスを使い切らなくても水素ガスを外部に放出することなく水素ボンベの交換をすることのできる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  燃料電池システムＳを、水素ボンベ３１から供給される水素ガスとエアブロア３７から供給される酸素ガスとを反応させて電力を発生する燃料電池２５と、燃料電池２５が発生する電力により作動する駆動モータ４３と、燃料電池２５が発生する電力を充電可能な二次電池２６と、未反応のまま燃料電池２５から放出される水素ガスをガス配管３２ａに送り返すためのガス配管３２ｂと、電源システム制御装置５０とで構成した。そして、ガス配管３２ａに主止弁３３ｂを設置して、ガス配管３２ａを閉止できるようにするとともに、ガス配管３２ａにおけるガス配管３２ｂとの合流部と主止弁３３ｂとの間にコネクタ３１ａを設けて、水素ボンベ３１を燃料電池２５に対して着脱可能にした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ボンベから水素供給用配管を介して供給される水素ガスと酸素供給装置から酸素供給用配管を介して供給される酸素ガスとを反応させて電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池が発生する電力により作動する作動装置と、
前記燃料電池が発生する電力を充電可能な二次電池と、
前記水素ボンベから前記燃料電池に送られた水素のうちの未反応の水素を前記燃料電池から前記水素供給用配管に送り返すための循環用配管と、
電源システム制御装置とを備えた燃料電池システムであって、
前記水素供給用配管における前記循環用配管との合流部よりも上流側部分に、前記電源システム制御装置の制御により前記水素供給用配管を開閉する開閉弁を設置して、前記電源システム制御装置の制御によって前記開閉弁を閉止することにより前記循環用配管を介して前記水素供給用配管に送り返される未反応の水素を発電のために使いきることができるようにするとともに、前記水素供給用配管における前記循環用配管との合流部と前記開閉弁との間に着脱装置を設けて、前記水素ボンベを前記燃料電池に対して着脱可能にしたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記循環用配管に前記電源システム制御装置の制御により作動する循環ポンプを設けて、前記循環用配管内の未反応の水素を強制的に前記水素供給用配管から前記燃料電池に供給して、前記燃料電池に発電させるようにした請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池システムの通常時の作動をオンオフ制御するメインスイッチと、前記燃料電池と前記作動装置との間の通電状態を接続・遮断に切り換える作動装置用スイッチとが設けられ、前記メインスイッチがオフに設定されると、前記電源システム制御装置の制御により前記作動装置用スイッチがオフに設定されるとともに前記開閉弁が閉止されて、前記循環用配管を介して前記燃料電池に供給される未反応の水素によって発電する電力が前記二次電池に充電されるようにした請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の電圧を測定するための電圧測定装置が設けられ、前記メインスイッチおよび前記作動装置用スイッチがオフに設定されて前記循環用配管を介して前記燃料電池に供給される水素によって発電する電力が前記二次電池に充電されるようになってからのちに前記電圧測定装置が測定する前記燃料電池の電圧値が、所定のしきい値以下になると、前記電源システム制御装置の制御により前記循環ポンプの作動が停止して前記燃料電池による発電が停止するようにした請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水素供給用配管における前記循環用配管との合流部よりも下流側部分に圧力測定装置が設けられ、前記メインスイッチおよび前記作動装置用スイッチがオフに設定されて前記循環用配管を介して前記燃料電池に供給される水素によって発電する電力が前記二次電池に充電されるようになってからのちに前記圧力測定装置が測定する前記水素供給用配管内の圧力値が、所定のしきい値以下になると、前記電源システム制御装置の制御により前記循環ポンプの作動が停止して前記燃料電池による発電が停止するようにした請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の電圧を測定するための電圧測定装置が設けられるとともに、前記水素供給用配管における前記循環用配管との合流部よりも下流側部分に圧力測定装置が設けられ、前記メインスイッチおよび前記作動装置用スイッチがオフに設定されて前記循環用配管を介して前記燃料電池に供給される水素によって発電する電力が前記二次電池に充電されるようになってからのちに前記電圧測定装置が測定する前記燃料電池の電圧値が所定のしきい値以下になるとともに、前記圧力測定装置が測定する前記水素供給用配管内の圧力値が所定のしきい値以下になったときに、前記電源システム制御装置の制御により前記循環ポンプの作動が停止して前記燃料電池による発電が停止するようにした請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池と前記二次電池との間の通電状態を接続・遮断に切り換える二次電池用スイッチが設けられ、前記循環ポンプの作動が停止して前記二次電池に充電する電力の前記燃料電池による発電が停止すると前記電源システム制御装置の制御により前記二次電池用スイッチがオフに設定されるようにした請求項４ないし６のうちのいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のうちのいずれか一つに記載の燃料電池システムを備えた電動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と二次電池とを備えた燃料電池システムおよびその燃料電池システムを備えた電動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の中には、燃料電池が発生する電力を利用して走行するものがあり、このような車両の中に自動二輪車や、燃料電池が発生する電力を主動力または補助動力として利用する電動自転車がある（例えば、特許文献１参照）。この電動自転車では、水素ボンベと燃料電池との間が、圧力調整器が設けられた導管によって接続されており、圧力調整器を開けることにより、水素ボンベの水素ガスを燃料電池に供給できるようになっている。また、外部の空気がファンによって燃料電池に圧送されるようになっており、この外部から送られた空気中の酸素と、水素ボンベから送られる水素ガスとが燃料電池で反応して発電する。また、水素ボンベ内の水素が全て消費されると、空になった水素ボンベは、新しい水素ボンベと交換される。
【特許文献１】特開平０８−１１９１８０号公報
【発明の開示】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の電動自転車では、水素が消費された水素ボンベを新しい水素ボンベと取り換える際に、水素ボンベ内や導管内に水素ガスが残っていると、その水素ガスが外部に放出されてしまう。このため、水素ガスのすべてを発電のために使用することはできず水素ガスに無駄が生じてしまう。また、この水素ガスの無駄を無くすためには、水素ボンベ中の水素ガスを完全に使いきってしまわなければならなくなり、水素ボンベの交換時期に制限が生じる。
【０００４】
本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、水素ボンベ内の水素ガスを使い切らなくても水素ガスを外部に放出することなく水素ボンベの交換をすることのできる燃料電池システムを提供することである。
【０００５】
前述した目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムの構成上の特徴は、水素ボンベから水素供給用配管を介して供給される水素ガスと酸素供給装置から酸素供給用配管を介して供給される酸素ガスとを反応させて電力を発生する燃料電池と、燃料電池が発生する電力により作動する作動装置と、燃料電池が発生する電力を充電可能な二次電池と、水素ボンベから燃料電池に送られた水素のうちの未反応の水素を燃料電池から水素供給用配管に送り返すための循環用配管と、電源システム制御装置とを備えた燃料電池システムであって、水素供給用配管における循環用配管との合流部よりも上流側部分に、電源システム制御装置の制御により水素供給用配管を開閉する開閉弁を設置して、電源システム制御装置の制御によって開閉弁を閉止することにより循環用配管を介して水素供給用配管に送り返される未反応の水素を発電のために使いきることができるようにするとともに、水素供給用配管における循環用配管との合流部と開閉弁との間に着脱装置を設けて、水素ボンベを燃料電池に対して着脱可能にしたことにある。
【０００６】
本発明に係る燃料電池システムでは、水素ボンベから燃料電池に水素ガスを供給するための水素供給用配管の所定部分に、燃料電池で酸素ガスと反応せず未反応のまま燃料電池から放出される水素ガスを送り返すための循環用配管の下流端を合流させている。そして、水素供給用配管における循環用配管との合流部よりも上流側部分に水素供給用配管を開閉するための開閉弁を設置している。したがって、開閉弁を閉止することにより、水素供給用配管における開閉弁よりも下流側部分と循環用配管とが燃料電池を介して連通するいわゆるアノード閉鎖循環系が形成される。
【０００７】
このため、このアノード閉鎖循環系内の水素ガスを殆ど使い尽くすまで燃料電池に繰り返し送って酸素ガスと反応させることにより未反応の水素を発電のために使いきることができるようになる。この場合、水素供給用配管における水素ボンベ側部分は、開閉弁に閉止されるため、水素ボンベおよび水素供給用配管における水素ボンベ側部分の内部の水素ガスがアノード閉鎖循環系側や外部に漏れることはない。
【０００８】
さらに、本発明に係る燃料電池システムでは、水素供給用配管における循環用配管との合流部と開閉弁との間に着脱装置を設けて、水素ボンベを燃料電池に対して着脱可能にしている。したがって、水素ボンベ内の水素ガスを完全に使い切らなくても適当なタイミングを見計らって都合のよいときに開閉弁を閉じて水素ボンベの交換を行うことができる。なお、水素ボンベ内に残った水素ガスは、新たに水素ボンベ内に充填される水素ガスとともに使用することができ、アノード閉鎖循環系内の水素ガスは前述したように発電に用いられる。この結果、水素ガスの無駄がなくなるとともに、水素ボンベの交換時期に余裕がでて使い勝手がよくなる。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池システムの他の構成上の特徴は、循環用配管に電源システム制御装置の制御により作動する循環ポンプを設けて、循環用配管内の未反応の水素を強制的に水素供給用配管から燃料電池に供給して、燃料電池に発電させるようにしたことにある。これによると、水素供給用配管における開閉弁よりも下流側部分と循環用配管との間で未反応の水素ガスを効果的に循環させることができ、無駄のない発電を効率的に行える。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池システムのさらに他の構成上の特徴は、燃料電池システムの通常時の作動をオンオフ制御するメインスイッチと、燃料電池と作動装置との間の通電状態を接続・遮断に切り換える作動装置用スイッチとが設けられ、メインスイッチがオフに設定されると、電源システム制御装置の制御により作動装置用スイッチがオフに設定されるとともに開閉弁が閉止され、循環用配管を介して燃料電池に供給される未反応の水素によって発電する電力が二次電池に充電されるようにしたことにある。
【００１１】
これによると、メインスイッチがオフに設定されて、燃料電池システムが通常時の作動を停止すると、作動装置の作動が停止して作動装置による電力消費がなくなり、燃料電池が発電する電力は二次電池に充電されるようになる。また、メインスイッチがオフに設定されると開閉弁が閉止して水素ボンベと燃料電池とは遮断された状態になる。このため、水素ボンベから新たに水素ガスが燃料電池側に供給されることはなくなり、水素供給用配管における開閉弁よりも下流側部分と循環用配管とに残った水素ガスが、二次電池に充電する電力の発電のために使用される。このため、水素ガスを無駄にすることなく二次電池の充電ができる。この二次電池に充電された電力は、燃料電池の補助電力として適宜使用される。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池システムのさらに他の構成上の特徴は、燃料電池の電圧を測定するための電圧測定装置が設けられ、メインスイッチおよび作動装置用スイッチがオフに設定されて循環用配管を介して燃料電池に供給される水素によって発電する電力が二次電池に充電されるようになってからのちに電圧測定装置が測定する燃料電池の電圧値が、所定のしきい値以下になると、電源システム制御装置の制御により循環ポンプの作動が停止して燃料電池による発電が停止するようにしたことにある。
【００１３】
一般に、燃料電池は、電圧が高い状態で発電を停止させると、寿命が短くなるが、これによると、電圧測定値が測定する電圧値が所定のしきい値以下になったときに、循環ポンプを停止させて燃料電池による発電を停止させるため、燃料電池の長寿命化が図れる。なお、この場合のしきい値は適宜設定することができ、例えば、３Ｖ程度に設定することができる。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池システムのさらに他の構成上の特徴は、水素供給用配管における循環用配管との合流部よりも下流側部分に圧力測定装置が設けられ、メインスイッチおよび作動装置用スイッチがオフに設定されて循環用配管を介して燃料電池に供給される水素によって発電する電力が二次電池に充電されるようになってからのちに圧力測定装置が測定する水素供給用配管内の圧力値が、所定のしきい値以下になると、電源システム制御装置の制御により循環ポンプの作動が停止して燃料電池による発電が停止するようにしたことにある。
【００１５】
これによると、水素供給用配管における開閉弁よりも下流側部分と循環用配管とに残った水素ガスが所定量以下になるまで、燃料電池による発電が行われるため、水素ガスに無駄がなくなる。この場合のしきい値は適宜設定することができるが、例えば、大気圧程度に設定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池システムのさらに他の構成上の特徴は、燃料電池の電圧を測定するための電圧測定装置が設けられるとともに、水素供給用配管における循環用配管との合流部よりも下流側部分に圧力測定装置が設けられ、メインスイッチおよび作動装置用スイッチがオフに設定されて循環用配管を介して燃料電池に供給される水素によって発電する電力が二次電池に充電されるようになってからのちに電圧測定装置が測定する燃料電池の電圧値が所定のしきい値以下になるとともに、圧力測定装置が測定する水素供給用配管内の圧力値が所定のしきい値以下になったときに、電源システム制御装置の制御により循環ポンプの作動が停止して燃料電池による発電が停止するようにしたことにある。
【００１７】
これによると、電圧測定装置が測定する燃料電池の電圧値は所定のしきい値以下になったが、水素供給用配管における開閉弁よりも下流側部分と循環用配管とには水素ガスが所定量以上残っている場合や、圧力測定装置が測定する水素供給用配管内の圧力値は所定のしきい値以下になったが、燃料電池の電圧値は所定値以上である場合には、まだ燃料電池による発電が行われる。このため、本発明によると燃料電池の長寿命化を図りながら水素ガスを無駄なく使用することができる。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池システムのさらに他の構成上の特徴は、燃料電池と二次電池との間の通電状態を接続・遮断に切り換える二次電池用スイッチが設けられ、循環ポンプの作動が停止して二次電池に充電する電力の燃料電池による発電が停止すると電源システム制御装置の制御により二次電池用スイッチがオフに設定されるようにしたことにある。これによると、二次電池への充電を確実に停止させることができる。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池システムのさらに他の構成上の特徴は、電動車に設けられたことにある。これによると、水素ボンベ内の水素ガスを使い切らなくても水素ガスを外部に放出することなく適当な時期に水素ボンベの交換をすることのできる電動車を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを図面を用いて詳しく説明する。図１は、同実施形態に係る燃料電池システムＳ（図２参照）を備えた本発明の電動車としての自動二輪車１０を示している。この自動二輪車１０は、前輪１１と後輪１２とからなる一対の車輪と、この一対の車輪が取り付けられた車体１０ａとを備えている。また、車体１０ａは、車体１０ａの主要部分を構成する車体フレーム１３と、車体フレーム１３に着脱自在に取り付けられるサブフレーム１４を備えている。そして、車体フレーム１３は、車体１０ａの前部側部分を構成するヘッドパイプ１５と、ヘッドパイプ１５から後方に延びるダウンチューブ１６とで構成されている。
【００２１】
また、前輪１１は、下方が二股に分岐したフロントフォーク１７の下端部に回転可能に支持されている。すなわち、フロントフォーク１７の両下端部は前輪１１の中心軸（図示せず）の両側部分を回転可能に支持しており、これによって、前輪１１は、中心軸を中心として回転可能になっている。また、フロントフォーク１７の上端部には、ヘッドパイプ１５内に配置されたステアリング軸１８の下端部が連結されている。このステアリング軸１８は、ヘッドパイプ１５内に、ヘッドパイプ１５の軸周り方向に回転可能な状態で取り付けられており、上端部がヘッドパイプ１５から突出して上方に延びている。
【００２２】
そして、ステアリング軸１８の上端部に略水平方向に配置されたハンドル１９が連結されている。このため、ハンドル１９を回転操作して、ステアリング軸１８を軸周り方向に回転させると、ステアリング軸１８の回転量に応じて前輪１１はフロントフォーク１７の軸方向を中心として左右に方向を変える。また、ハンドル１９の左右両端には、グリップ（図示せず）が設けられている。
【００２３】
このグリップのうちの一方のグリップは、軸回り方向に回転可能な状態で設けられており、手で持つための把持部として使用される外、後述する駆動モータ４３の駆動力を調節するためのアクセル操作子を構成する。そして、他方のグリップは、ハンドル１９に固定され手で持つための把持部として使用される。また、グリップの近傍には、それぞれ、グリップから離れるように付勢され、グリップ側に引っ張られることにより前輪１１または後輪１２の回転を抑制するブレーキレバー（図示せず）が設置されている。
【００２４】
ダウンチューブ１６は、湾曲した一対のメインフレーム１６ａ（一方しか図示せず）で構成されており、その前端部（上端部）はヘッドパイプ１５の下部側部分の両側部に連結されている。そして、各メインフレーム１６ａは、ヘッドパイプ１５との連結部からそれぞれ互いの間隔を広げるようにして、後方に向って斜め下方に延びたのちに湾曲して後方水平方向に延びている。さらに、各メインフレーム１６ａの後端側部分は、互いの間隔を保って後方斜め上方に向って延びている。そして、両メインフレーム１６ａの後端部は、水平方向に配置された板状の取付部材２１に連結されている。
【００２５】
また、両メインフレーム１６ａにおける後部側部分の上面には、クロスメンバ２２が掛け渡されている。このクロスメンバ２２は両端側部分が略直角に屈曲した略コ字状の棒状に形成されており、屈曲した両端部をそれぞれメインフレーム１６ａに連結して本体部分が両メインフレーム１６ａの上側に突出している。また、両メインフレーム１６ａの下端部には、両メインフレーム１６ａ間の下方に突出する設置台２３が掛け渡されている。この設置台２３の上面は、凹部に形成され、その凹部に燃料電池収容部２４が設けられている。そして、この燃料電池収容部２４の内部には燃料電池２５（図２参照）が収容されている。
【００２６】
また、ダウンチューブ１６を構成する両メインフレーム１６ａの前部側部分と、両メインフレーム１６ａの後部に設けられたクロスメンバ２２との間に板状のサブフレーム１４が取り付けられている。そして、サブフレーム１４の上面における中央よりもやや前部側部分にリチウムイオン電池からなる二次電池２６が固定され、サブフレーム１４の上面における後部側部分に燃料電池システムＳが備える各装置を制御する電源システム制御装置５０が固定されている。
【００２７】
また、ヘッドパイプ１５の前部には、固定部材２７ａを介してラジエータ２７が取り付けられ、ラジエータ２７の裏面（ラジエータ２７とヘッドパイプ１５との間）には、ラジエータ２７を空冷するためのファン２７ｂが取り付けられている。そして、ダウンチューブ１６の前部側部分における燃料電池収容部２４の前側でかつサブフレーム１４（二次電池２６）の下方部分にウォーターポンプ２８が取り付けられている。ラジエータ２７と燃料電池２５との間は、冷却水が燃料電池２５側からラジエータ２７側に向って流れる冷却水配管２９ａで接続されており、この冷却水配管２９ａは、燃料電池２５から燃料電池収容部２４の前面部を通過してラジエータ２７に向って延びている。
【００２８】
また、ラジエータ２７からウォーターポンプ２８に、冷却水がラジエータ２７から燃料電池２５側に向って流れる冷却水配管２９ｂが延びている。そして、この冷却水配管２９ｂは、さらにウォーターポンプ２８から燃料電池収容部２４に向って延び、燃料電池収容部２４の前面から内部に入って燃料電池２５に接続されている。このため、ウォーターポンプ２８が作動すると、ラジエータ２７内の冷却水が冷却水配管２９ｂを通って燃料電池２５に送られ燃料電池２５を冷却する。そして、燃料電池２５を冷却することによって熱を吸収した冷却水は、冷却水配管２９ａを通ってラジエータ２７に戻され、ラジエータ２７を通過する間にファン２７ｂによって冷却される。
【００２９】
また、両メインフレーム１６ａの後端部に連結された取付部材２１の上面には、燃料電池２５に供給するための水素が充填された水素ボンベ３１が取り付けられている。この水素ボンベ３１は、本発明に係る着脱装置としてのコネクタ３１ａを介して燃料電池２５に接続されている。すなわち、水素ボンベ３１は、図２に示したように、本発明の水素供給用配管としてのガス配管３２ａによって燃料電池２５の水素ガス供給口に接続されており、コネクタ３１ａは、このガス配管３２ａに設けられている。また、燃料電池２５の水素ガス排出口は本発明の循環用配管としてのガス配管３２ｂによって、ガス配管３２ａにおけるコネクタ３１ａ近傍の下流側部分に接続されている。
【００３０】
そして、ガス配管３２ａにおける水素ボンベ３１側部分に手動によりガス配管３２ａを開閉する元弁３３ａが設けられ、元弁３３ａの下流側に本発明の開閉弁としての主止弁３３ｂが設けられている。また、ガス配管３２ａにおけるガス配管３２ｂとの合流部よりも下流側部分には、ガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力を測定する本発明の圧力測定装置としての圧力センサ３４ａが設けられ、ガス配管３２ｂに燃料電池２５の水素ガス排出口から排出される水素ガスをガス配管３２ａに送り返すための循環ポンプ３４ｂが設けられている。
【００３１】
このため、元弁３３ａおよび主止弁３３ｂを開けることにより、水素ボンベ３１内の水素ガスを、ガス配管３２ａを介して燃料電池２５に供給することができる。また、その状態で、循環ポンプ３４ｂを作動させることにより、燃料電池２５内で反応しないまま残った水素ガスを、ガス配管３２ｂを通過させてガス配管３２ａに送り返し、水素ボンベ３１から新たにガス配管３２ａに送り出される水素ガスと合流させることができる。そして、水素ガスは、燃料電池２５内で酸素ガスと反応するまでガス配管３２ａ，３２ｂ内を循環する。また、水素ボンベ３１の前部側部分の上部にシート３５が配置されている。このシート３５は、支持部材３５ａを介して両メインフレーム１６ａの後部側に連結されている。
【００３２】
また、両メインフレーム１６ａの後部側部分におけるクロスメンバ２２の後方にエアフィルタ３６が取り付けられ、両メインフレーム１６ａの後部側部分におけるクロスメンバ２２の前方にエアブロア３７が取り付けられている。なお、両メインフレーム１６ａの後部側部分における両メインフレーム１６ａ間には、設置台（図示せず）が設けられており、エアフィルタ３６およびエアブロア３７は、この設置台を介してダウンチューブ１６に固定されている。
【００３３】
また、エアフィルタ３６とエアブロア３７との間およびエアブロア３７と燃料電池２５との間はそれぞれ図２に示したガス配管３８ａ，３８ｂによって接続されており、エアブロア３７の作動により、外部の空気がエアフィルタ３６を介して吸引され、燃料電池２５に供給される。そのエアフィルタ３６に吸引された空気はエアフィルタ３６内を通過する際に、異物を除去される。このエアフィルタ３６やエアブロア３７で本発明の酸素供給装置が構成される。また、両メインフレーム１６ａの後部側部分の下部には、後方に向って延びる一対のアーム部材からなるリヤアーム（図示せず）が連結部材４１を介して連結されている。
【００３４】
そして、リヤアームの両アーム部材の後端部に、後輪１２の中心軸の両側部分が回転可能に支持されており、これによって、後輪１２は、中心軸を中心として回転可能になっている。また、リヤアームの一方のアーム部材の外面側には、アーム部材を覆うようにして、モータユニット４２が取り付けられている。このモータユニット４２内には、燃料電池２５が発生する電力によって作動する本発明の作動装置としての駆動モータ４３や減速機が収容されている。この駆動モータ４３の作動により後輪１２が回転して自動二輪車１０が走行する。
【００３５】
また、両メインフレーム１６ａの後端部と、リヤアームの後端上部との間には、リヤクッション４４がそれぞれ掛け渡されている。このリヤクッション４４の伸縮によって、リヤアームの後端側が揺動自在になっている。また、モータユニット４２の内側面側にはドラムブレーキ（図示せず）が取り付けられている。駆動モータ４３は、電源システム制御装置５０の制御によってグリップの操作量に応じて作動し、後輪１２に駆動力を自動的に発生させる。
【００３６】
また、この自動二輪車１０は、静止状態のときに、自動二輪車１０を起立状態に維持させるための回転式のスタンド４５を備えており、自動二輪車１０を走行させるときには、図１に実線で示したように、スタンド４５を上方に上げておき、自動二輪車１０を静止させておくときには、図１に二点鎖線で示したようにスタンド４５を下方に下ろして、スタンド４５に自動二輪車１０を支持させる。
【００３７】
さらに、この燃料電池システムＳは、燃料電池２５が発生する電力の電圧を昇圧する昇圧装置４６および逆流防止用のダイオード４７も備えており、燃料電池２５、二次電池２６、駆動モータ４３、昇圧装置４６、ダイオード４７およびこれらを接続する配線で電気回路４８が形成されている。また、電気回路４８における燃料電池２５と二次電池２６との間には、本発明の二次電池用スイッチとしての開閉スイッチＳＷ１が設けられ、燃料電池２５と駆動モータ４３との間には本発明の作動装置用スイッチとしての開閉スイッチＳＷ２が設けられている。
【００３８】
さらに、図示していないが、この燃料電池システムＳを構成する各装置には、各装置の種々の状態を検出するための各種のセンサが設けられており、これらのセンサと電源システム制御装置５０との間が各電気配線を介して接続されている。すなわち、水素ボンベ３１には、水素ボンベ３１内の水素の残量を検出するための残量検出センサが設けられ、冷却水配管２９ａには、ラジエータ２７から燃料電池に送られ燃料電池２５を冷却したのちに燃料電池２５からラジエータ２７に送られる冷却水の温度を検出するための温度センサが設けられている。
【００３９】
また、燃料電池２５には、燃料電池２５の温度を検出するための温度センサおよび電圧値を検出するための電圧センサが設けられ、二次電池２６には二次電池２６の温度を検出するための温度センサが設けられている。そして、電気回路４８には、電気回路４８を流れる電流の値を検出するための電流センサおよび駆動モータ４３に流れる電流の値および電圧値を検出するための電流センサが設けられている。また、電気回路４８における二次電池２６に接続された配線４８ａには、二次電池２６に流れる電流の値を検出するための電流センサが設けられている。
【００４０】
これらの各センサはそれぞれ配線５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８を介して電源システム制御装置５０に接続されており、検出した値を電気信号として電源システム制御装置５０に送信する。また、圧力センサ３４ａと電源システム制御装置５０との間は配線５９によって接続されている。なお、電圧センサと配線５４とで本発明の電圧測定装置が構成される。
【００４１】
また、電源システム制御装置５０から、エアブロア３７、主止弁３３ｂ、循環ポンプ３４ｂ、ファン２７ｂ、ウォーターポンプ２８、昇圧装置４６、駆動モータ４３、開閉スイッチＳＷ１および開閉スイッチＳＷ２にそれぞれ指示信号を送信するための配線６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９がそれぞれ電源システム制御装置５０と対応する装置との間を接続している。エアブロア３７は、電源システム制御装置５０からの流量指示信号に応じて作動して空気を燃料電池２５に供給し、主止弁３３ｂは電源システム制御装置５０からの開閉指示信号に応じて開閉して、水素ボンベ３１から水素ガスを燃料電池２５に供給させる。
【００４２】
そして、燃料電池２５は、エアブロア３７から供給される空気中の酸素と、水素ボンベ３１から供給される水素とを反応させて水を発生させるとともに電気を発生させる。昇圧装置４６は、電源システム制御装置５０からの電圧指示信号に応じて燃料電池２５が発生した電気を昇圧して、駆動モータ４３に送ったり、二次電池２６に送って二次電池２６を充電したりする。また、循環ポンプ３４ｂは、電源システム制御装置５０からの動作指示信号に応じて作動して、燃料電池２５で酸素ガスと反応しなかった水素ガスを、ガス配管３２ｂを介してガス配管３２ａに戻し、水素ボンベ３１から新たにガス配管３２ａに送り出される水素ガスと合流させる。
【００４３】
また、ウォーターポンプ２８は、電源システム制御装置５０からの動作指示信号に応じて作動して、ラジエータ２７と燃料電池２５との間で冷却水を循環させて燃料電池２５の温度を所定の温度に維持する。そして、ファン２７ｂは、電源システム制御装置５０からの動作指示信号に応じて作動して、ラジエータ２７を空冷する。また、駆動モータ４３は、アクセル操作子を構成するグリップの操作量に応じた動作信号を電源システム制御装置５０から受信し、その動作信号に応じて作動する。
【００４４】
さらに、開閉スイッチＳＷ１は、電源システム制御装置５０からの開閉指示信号に応じて燃料電池２５と、二次電池２６および駆動モータ４３との間の通電状態を接続・遮断に切り換える。また、開閉スイッチＳＷ２は、電源システム制御装置５０からの開閉指示信号に応じて燃料電池２５と、駆動モータ４３との間の通電状態を接続・遮断に切り換える。なお、二次電池２６は、燃料電池２５が発生する電力を適宜充電し、補助の電源として必要に応じて駆動モータ４３に放電する。
【００４５】
また、電源システム制御装置５０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，タイマ等を備えており、ＲＯＭには、予め用意された各種のプログラムやマップ等のデータが記憶されている。そして、ＣＰＵは、運転者によるグリップ等の操作や、予め用意されたプログラム等に基づいて、駆動モータ４３、主止弁３３ｂ、エアブロア３７、ウォーターポンプ２８等を制御する。さらに、この自動二輪車１０は、電源スイッチ（図示せず）およびメインスイッチＳＷも備えている。
【００４６】
この構成において、運転者が自動二輪車１０を運転する場合には、運転者は、まず、シート３５を跨いで座る。ついで、電源スイッチおよびメインスイッチＳＷをオン状態にする。これによって、燃料電池２５には、エアブロア３７から空気が供給されるとともに、水素ボンベ３１から水素が供給され、燃料電池２５は、供給される空気中の酸素と水素を反応させて電気を発生する。その際、燃料電池２５は、ウォーターポンプ２８の作動によりラジエータ２７から送られる冷却水によって冷却され所定温度に維持される。また、燃料電池２５は、酸素と水素との反応によって発生した水を排気とともに外部に放出する。
【００４７】
この際、電源システム制御装置５０は、図３のフローチャートに示したプログラムを実行して燃料電池２５に発電させる。また、この燃料電池２５に発電させるためのプログラムはＲＯＭに記憶されており、電源スイッチがオン状態になったのちに、ＣＰＵによって所定時間ごとに繰り返し実行される。このプログラムは、まず、ステップ１００でスタートしたのちに、ステップ１０２に進み、メインスイッチＳＷがオン状態になっているか否かの判定が行われる。ここでは、メインスイッチＳＷはオンに設定されているため、「ＹＥＳ」と判定してプログラムは、ステップ１０４に進む。
【００４８】
そして、ステップ１０４においては、通常時の発電制御が行われる。ここでは、燃料電池２５を作動させるためのＦＣ補機（エアブロア３７、主止弁３３ｂ、ウォーターポンプ２８等）の作動を制御する処理が行われ、この処理は、運転者が操作するグリップの操作量および予め作成されＲＯＭに記憶されている所定のマップに基づいてＣＰＵが実行する。ついで、プログラムは再度ステップ１０２に進み、メインスイッチＳＷがオン状態であるか否かの判定を行う。そして、メインスイッチＳＷがオフに操作されてなく、まだ、オン状態であれば「ＹＥＳ」と判定してプログラムは、ステップ１０４に進み、燃料電池２５の発電を継続させる処理が行われる。
【００４９】
そして、メインスイッチＳＷがオフに設定されて、ステップ１０２において「ＮＯ」と判定されるまで、ステップ１０２，１０４の処理が繰り返される。その間燃料電池２５を発電させるための処理が行われ、その発電によって駆動モータ４３が作動して自動二輪車１０は走行する。また、この処理が行われる間、自動二輪車１０は、グリップの操作に応じて加速減速を繰り返す。そして、自動二輪車１０の走行速度を下げる場合には、必要に応じてブレーキレバーを操作する。これによって、自動二輪車１０は、ブレーキレバーの操作量に応じて減速する。
【００５０】
そして、自動二輪車１０を停止状態にするためにメインスイッチＳＷをオフに設定して、ステップ１０２において「ＮＯ」と判定すると、プログラムは、ステップ１０６に進んで、開閉スイッチＳＷ２をオフに設定する処理が行われる。これによって、燃料電池２５から駆動モータ４３への送電が停止される。そして、プログラムは、ステップ１０８に進み、主止弁３３ｂを閉止する処理が行われる。これによって、水素ボンベ３１から燃料電池２５への水素ガスの供給が停止される。そして、自動二輪車１０の走行を終了させるときには、スタンド４５を下方に回転させて地面に接地させることにより、自動二輪車１０を起立状態にしておく。
【００５１】
つぎに、プログラムは、ステップ１１０に進み、圧力センサ３４ａが検出するガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力が所定のしきい値以下であるか否かの判定が行われる。このしきい値は、予め設定されてＲＡＭに記憶されたもので、例えば、大気圧と同じ圧力値に設定しておく。ここで、ガス配管３２ａ内の圧力がしきい値以上で「ＮＯ」と判定すると、プログラムはステップ１１２に進み、さらに、燃料電池２５を発電させる処理が行われる。この場合の発電には、主止弁３３ｂによって閉止されたガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂの内部の水素ガスが使用され、燃料電池２５が発生する電力は二次電池２６に充電される。
【００５２】
そして、プログラムは、ステップ１１０に進み、再度、ガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力がしきい値以下であるか否かの判定が行われる。ここで、まだ、ガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力がしきい値以上で「ＮＯ」と判定すると、プログラムはステップ１１２に進み、さらに、燃料電池２５を発電させる処理が行われる。そして、ガス配管３２ａ内の圧力がしきい値以下になるまで、ステップ１１０，１１２の処理が繰り返され、その間、発生する電力は二次電池２６に充電され、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂの内部に残存する水素ガスの濃度は徐々に薄くなっていく。
【００５３】
そして、ガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力がしきい値以下になり、ステップ１１０において「ＹＥＳ」と判定すると、プログラムはステップ１１４に進む。ステップ１１４においては、循環ポンプ３４ｂを停止させる処理が行われる。これによって、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂの内部に残存する水素ガスの循環が停止され、燃料電池２５による発電が停止される。ついで、プログラムは、ステップ１１６に進み、開閉スイッチＳＷ１をオフに設定する処理が行われる。
【００５４】
これによって、燃料電池２５から二次電池２６への充電が停止される。そして、プログラムは、ステップ１１８に進み終了する。そして、燃料電池システムＳの作動を停止させるときには、電源スイッチをオフ状態にする。また、水素ボンベ３１内の水素ガスの残存量が減って水素ボンベ３１を水素ガスが充満された新たな水素ボンベ３１と交換する際には、元弁３３ａおよび主止弁３３ｂを閉止した状態でコネクタ３１ａを外す。
【００５５】
そして、水素ボンベ３１を取付部材２１から取り外して、新たな水素ボンベ３１を取付部材２１に取り付け、取り付けた水素ボンベ３１の接続部をコネクタ３１ａに接続する。この場合、使用済みの水素ボンベ３１内に水素ガスが残っていても、水素ボンベ３１は元弁３３ａおよび主止弁３３ｂによって閉止されているため内部の水素ガスが漏れることはない。また、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂの内部には水素ガスが残っていないため、ガス配管３２ａが開放されていても水素ガスの漏れは生じない。
【００５６】
このように、本実施形態に係る燃料電池システムＳでは、水素ボンベ３１から燃料電池２５に水素ガスを供給するガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂの下流側部分に、燃料電池２５で酸素ガスと反応せず未反応のまま燃料電池２５から放出される水素ガスをガス配管３２ａに送り返すためのガス配管３２ｂの下流端を合流させている。したがって、主止弁３３ｂを閉止することにより、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂとが燃料電池２５を介して連通するアノード閉鎖循環系を形成することができる。
【００５７】
このため、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂとの内部に残存する水素ガスを殆ど使い尽くすまで燃料電池２５に繰り返し送って酸素ガスと反応させることにより未反応の水素を発電のために使いきることができるようになる。また、本発明に係る燃料電池システムＳでは、ガス配管３２ａにおけるガス配管３２ｂとの合流部と主止弁３３ｂとの間にコネクタ３１ａを設けて、水素ボンベ３１を燃料電池２５に対して着脱可能にしている。
【００５８】
したがって、水素ボンベ３１内の水素ガスを完全に使い切らなくても適当なタイミングを見計らって都合のよいときに元弁３３ａおよび主止弁３３ｂを閉じて水素ボンベ３１の交換を行うことができる。この場合、水素ボンベ３１内に残った水素ガスは、新たに水素ボンベ３１内に充填される水素ガスとともに使用することができ、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂとの内部に残存する水素ガスは殆ど発電に用いられる。この結果、水素ガスの無駄がなくなるとともに、水素ボンベ３１の交換時期に余裕がでて使い勝手がよくなる。
【００５９】
また、ガス配管３２ｂに循環ポンプ３４ｂを設けて、未反応の水素ガスを強制的にガス配管３２ｂからガス配管３２ａを介して燃料電池２５に供給して、燃料電池２５に発電させるようにしている。これによると、未反応の水素ガスを効果的に循環させることができ、無駄のない発電を短時間で効率的に行える。また、本発明に係る燃料電池システムＳでは、メインスイッチＳＷがオフに設定されると、開閉スイッチＳＷ２がオフに設定されて駆動モータ４３への送電が停止されるとともに主止弁３３ｂが閉止され、ガス配管３２ｂを介して燃料電池２５に供給される未反応の水素ガスによって発電する電力が二次電池２６に充電されるようにしている。
【００６０】
このため、水素ボンベ３１から新たに水素ガスが燃料電池２５に供給されることはなくなり、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂとに残った未反応の水素ガスが、二次電池２６に充電する電力の発電のために使用される。このため、水素ガスを無駄にすることなく二次電池２６の充電ができる。そして、二次電池２６に充電された電力は、燃料電池２５の補助電力として適宜使用される。
【００６１】
また、ガス配管３２ａにおけるガス配管３２ｂとの合流部よりも下流側部分に圧力センサ３４ａを設けて、圧力センサ３４ａが測定するガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力値が、しきい値以下になると、循環ポンプ３４ｂの作動が停止して燃料電池２５による発電が停止するようにしている。このため、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂとに残った水素ガスが所定量以下になるまで、燃料電池２５による発電が行われるようになり、水素ガスに無駄がなくなる。また、水素ガスが無くなったのちに、循環ポンプ３４ｂの作動が継続することを防止できる。
【００６２】
さらに、燃料電池システムＳでは、燃料電池２５と二次電池２６との間の通電状態を接続・遮断に切り換える開閉スイッチＳＷ１を設けて、循環ポンプ３４ｂの作動が停止すると開閉スイッチＳＷ１がオフに設定されて燃料電池２５から二次電池２６への送電が停止するようにしている。このため、循環ポンプ３４ｂの作動が停止すると燃料電池２５による発電を停止させることができるとともに、二次電池２６への充電を確実に停止させることができる。また、燃料電池システムＳが、自動二輪車１０に設けられているため、水素ボンベ３１内の水素ガスを使い切らなくても水素ガスを外部に放出することなく適当な時期に水素ボンベ３１の交換をすることのできる自動二輪車１０を得ることができる。
【００６３】
また、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムＳにおける燃料電池２５の発電を制御するためのプログラムを図４に示している。このプログラムも電源システム制御装置５０が備えるＲＯＭに記憶されており、電源スイッチがオン状態になったのちに、ＣＰＵによって所定時間ごとに繰り返し実行される。このプログラムにおけるステップ２００〜２０８，２１２〜２１８では、前述した図３のプログラムにおけるステップ１００〜１０８，１１２〜１１８における処理と同一の処理が行われる。
【００６４】
すなわち、本実施形態においては、前述した実施形態におけるステップ１１０でガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力が予め設定されたしきい値以下であるか否かの判定を行う処理に代えて、ステップ２１０において燃料電池２５の電圧が所定のしきい値以下であるか否かの判定を行う処理が行われる。このしきい値は、予め設定されてＲＡＭに記憶されたもので、例えば、３Ｖに設定しておく。そして、燃料電池２５の電圧がしきい値以上で「ＮＯ」と判定すると、プログラムはステップ２１２に進み、燃料電池２５を発電させる処理が行われる。
【００６５】
以下、燃料電池２５の電圧がしきい値以下になりステップ２１０において「ＹＥＳ」と判定するまで、ステップ２１０，２１２の処理を繰り返し、燃料電池２５による発電が行われる。この場合の発電には、主止弁３３ｂによって閉止されたガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂの内部の水素ガスが使用され、燃料電池２５が発生する電力は二次電池２６に充電される。そして、ステップ２１０において「ＹＥＳ」と判定するプログラムは、ステップ２１４に進み、以下前述したステップ１１４〜１１８と同じ処理が行われている。
【００６６】
このように、本実施形態によると、燃料電池２５電圧値がしきい値以下になったときに、循環ポンプ３４ｂが停止して燃料電池２５による発電が停止するため、燃料電池２５が高電圧の状態で作動が停止することがなくなる。この結果、燃料電池２５の長寿命化が図れる。また、本実施形態におけるそれ以外の作用効果については、前述した実施形態の作用効果と同じである。
【００６７】
また、本発明に係る燃料電池システムは、前述した実施形態に限定するものでなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、前述した実施形態では、燃料電池システムＳを自動二輪車１０に設けているが、この燃料電池システムを利用する装置としては、自動二輪車１０に限らず、自動三輪車や自動四輪車等の車両であってもよいし、車両以外の電力を利用する装置であってもよい。また、前述した各実施形態では、ガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力が大気圧以下の値になったとき、または燃料電池２５の電圧値が３Ｖ以下の値になったときに、燃料電池２５による発電を停止するようにしているが、ガス配管３２ａ内の圧力が大気圧以下になるとともに、燃料電池２５の電圧値が３Ｖ以下になったときに、燃料電池２５による発電を停止するようにしてもよい。
【００６８】
これによると、燃料電池２５の電圧値は３Ｖ以下になったが、ガス配管３２ａにおける主止弁３３ｂよりも下流側部分とガス配管３２ｂとには水素ガスが所定量以上残っている場合や、ガス配管３２ａ内の水素ガスの圧力は大気圧以下になったが、燃料電池２５の電圧値は３Ｖ以上である場合には、まだ燃料電池２５による発電が行われる。このため、燃料電池２５の長寿命化を図りながら水素ガスを無駄なく使用することができる。この場合の各しきい値は、大気圧や３Ｖ以外の値に設定することができる。また、本発明に係る燃料電池システムを構成するそれ以外の部分についても、本発明の技術的範囲内で適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを備えた自動二輪車を示した側面図である。
【図２】燃料電池システムの構成図である。
【図３】燃料電池を発電させるプログラムを示したフローチャートである。
【図４】他の実施形態にかかる燃料電池を発電させるプログラムを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０…自動二輪車、２５…燃料電池、２６…二次電池、３１…水素ボンベ、３１ａ…コネクタ、３２ａ，３２ｂ…ガス配管、３３ｂ…主止弁、３４ａ…圧力センサ、３４ｂ…循環ポンプ、３６…エアフィルタ、３７…エアブロア、３８ａ，３８ｂ…ガス配管、４３…駆動モータ、５０…電源システム制御装置、５４…配線、Ｓ…燃料電池システム、ＳＷ…メインスイッチ、ＳＷ１，ＳＷ２…開閉スイッチ。
【図１】
2007188712.tif 000003
【図２】
2007188712.tif 000004
【図３】
2007188712.tif 000005
【図４】
2007188712.tif 000006