(57)【要約】【課題】車両衝突時に燃料電池の電圧を好適に低下させることが可能な電動車両を提供する。【解決手段】電動車両は、燃料電池１５を備え、被毒物質供給部２９と、衝突検知部５９と、ＥＣＵ５０とを備える。被毒物質供給部２９は、燃料電池１５の触媒を被毒する物質を貯蔵する。衝突検知部５９は、電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知する。ＥＣＵ５０は、衝突検知部５９が電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知した場合、被毒物質供給部２９から、触媒を被毒する物質を少なくとも燃料電池１５のアノード側に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える電動車両であって、
前記燃料電池の触媒を被毒する物質を貯蔵する触媒被毒物質貯蔵手段と、
前記電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知する検知手段と、
前記検知手段が前記電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知した場合、前記触媒被毒物質貯蔵手段から、前記触媒を被毒する物質を少なくとも前記燃料電池のアノード側に供給する制御手段と、
を備えることを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の電圧を低下させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
法規制及び安全の観点から、車両の衝突時に燃料電池の電圧を低下させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、車両の衝突時に燃料電池を短絡させることで燃料電池の電圧を低下させる技術が開示されている。また、特許文献２には、発電停止時に、白金を被毒する触媒被毒剤をカソード触媒層へ供給する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８９４１５号公報
【特許文献２】特開２００７−０５９２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、車両が衝突した後に短絡回路が開いてしまった場合、空気が燃料電池に流れ込み電圧が上昇する可能性がある。また、特許文献２の方法では、被毒物質の使用頻度が高いために被毒物質を定期的に補給する必要があり、また、触媒の被毒回復処理を発電再開時に毎回行う必要がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車両衝突時に燃料電池の電圧を好適に低下させることが可能な電動車両を提供することを主な課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、電動車両は、燃料電池を備え、前記燃料電池の触媒を被毒する物質を貯蔵する触媒被毒物質貯蔵手段と、前記電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知する検知手段と、前記検知手段が前記電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知した場合、前記触媒被毒物質貯蔵手段から、前記触媒を被毒する物質を少なくとも前記燃料電池のアノード側に供給する制御手段と、を備える。
【０００７】
上記電動車両は、燃料電池を備え、触媒被毒物質貯蔵手段と、検知手段と、制御手段とを備える。触媒被毒物質貯蔵手段は、燃料電池の触媒を被毒する物質を貯蔵する。検知手段は、電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知する。制御手段は、検知手段が電動車両の衝突又は衝突の危険性を検知した場合、触媒被毒物質貯蔵手段から、触媒を被毒する物質を少なくとも燃料電池のアノード側に供給する。このようにすることで、電動車両は、車両の衝突時に燃料電池の触媒を不活性化させて燃料電池の電圧を好適に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明に係る電動車両の好適な実施の形態について説明する。
【００１０】
［燃料電池システムの全体構成］
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１０の構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、本発明に係る電動車両に搭載され、主に、燃料電池１５と、水素タンク２０と、被毒物質供給部２９と、コンプレッサ３０と、水素遮断弁４０と、水素循環ポンプ４４と、パージ弁４６と、第１のカソード封止弁４８と、第２のカソード封止弁４９と、負荷切替部５１と、電圧センサ５２と、負荷５７と、短絡回路５８と、衝突検知部５９と、制御部５０と、を備えている。
【００１１】
燃料電池１５は、固体高分子型の燃料電池であり、発電体としての単セルを複数積層したスタック構造を有している。水素タンク２０は、燃料ガスとしての水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、アノード供給流路２２を介して燃料電池１５のアノード側の供給マニホールドに接続されている。アノード供給流路２２上において、水素遮断弁４０が設けられている。
【００１２】
燃料電池１５のアノード側の排出マニホールドには、アノード排出流路２４が接続されている。このアノード排出流路２４には、パージ弁４６が設けられている。また、アノード供給流路２２とアノード排出流路２４とを接続する接続流路２５が設けられている。接続流路２５は、アノード供給流路２２に接続し、パージ弁４６よりも上流側でアノード排出流路２４に接続している。接続流路２５には、流路内を水素が循環する際の駆動力を発生する水素循環ポンプ４４が設けられている。
【００１３】
また、燃料電池システム１０には、触媒被毒物質を貯蔵する被毒物質供給部２９が設けられている。被毒物質供給部２９は、後述するＥＣＵ５０の制御に基づき、触媒被毒物質をアノード供給流路２２に流すことで、触媒被毒物質を燃料電池１５のアノード側に供給する。ここで、被毒物質供給部２９に貯蔵される触媒被毒物質は、例えば、Ｓ（硫黄）を含むガス、ＣＯ又はＮＯｘなどのガス、Ｎａ＋やＣｌ−等を含む溶液系（例えば塩水）、その他特開２００７−５９２７８に記載の被毒物質である。上述のＳ（硫黄）を含むガスは、例えば、ＳＯｘ、Ｈ２Ｓ、付臭剤として用いられるサルファイドやメルカプタン＝チオール等である。被毒物質供給部２９は、本発明における「触媒被毒物質貯蔵手段」の一例である。
【００１４】
コンプレッサ３０は、外部から空気を取り込んで圧縮し、酸化ガスとして燃料電池１５に供給するための装置であり、カソード供給流路３２を介して、燃料電池１５のカソード側のマニホールドに接続されている。コンプレッサ３０には、その停止時に外部からカソード供給流路３２への空気の流入を遮断可能にするための第２のカソード封止弁４９が設けられている。また、燃料電池１５の酸化ガス排出マニホールドには、空気排出流路３４が接続されている。コンプレッサ３０からカソード供給流路３２を介して供給される空気は、燃料電池１５で電気化学反応に供され、空気排出流路３４を介して燃料電池１５の外部に排出される。この空気排出流路３４には、第１のカソード封止弁４８が設けられている。第１のカソード封止弁４８は、燃料電池１５の発電時には開弁されており、燃料電池１５の発電停止時には閉弁される。
【００１５】
燃料電池１５には、配線５６を介して負荷５７及び短絡回路５８が接続可能となっている。負荷５７は、例えば、二次電池や、電力消費装置（モータなど）とすることができる。この配線５６には、燃料電池１５と、負荷５７あるいは短絡回路５８との間の接続を切り替えるスイッチとしての負荷切替部５１が設けられている。負荷切替部５１は、燃料電池１５の発電時には、燃料電池１５と負荷５７とが接続されるように切り替えられ、燃料電池１５の発電停止時等には、燃料電池１５と短絡回路５８との間が接続されるように切り替えられる。後者の場合、燃料電池１５（各単セル）は、アノード側とカソード側が短絡した状態となる。なお、短絡回路２５３は、負荷５７と比較して低抵抗な回路である。
【００１６】
電圧センサ５２は、燃料電池１５の燃料電池１５の電圧（「燃料電池電圧Ｖｆ」とも呼ぶ。）を検出する。衝突検知部５９は、電動車両の衝突又は衝突する危険を検知するセンサ等である。衝突検知部５９は、本発明における「検知手段」の一例である。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種信号を入出力する入出力ポート等を備える。ＥＣＵ５０は、被毒物質供給部２９、コンプレッサ３０、水素遮断弁４０、負荷切替部５１、第１のカソード封止弁４８、第２のカソード封止弁４９、水素循環ポンプ４４、パージ弁４６等に対して駆動信号を出力する。また、制御部５０は、電圧センサ５２及び衝突検知部５９から、検出信号を取得する。ＥＣＵ５０は、本発明における「制御手段」の一例である。
【００１８】
なお、図１に示す構成は一例であり、本発明が適用可能な燃料電池システム１０の構成は、これに限らない。例えば、燃料電池１５のアノードとカソードを短絡させる方法は、特開２０１０−１７６８６４や特開２００８−４４３２等に開示の方法であってもよい。
【００１９】
［電圧低下処理］
次に、ＥＣＵ５０が実行する緊急時での燃料電池電圧Ｖｆの低下処理について説明する。概略的には、ＥＣＵ５０は、衝突検知部５９により電動車両の衝突又は衝突の危険を検知した場合、燃料電池１５への水素及び空気の供給を停止し、かつ、必要に応じて燃料電池１５のアノード側に触媒被毒物質を供給する。これにより、燃料電池１５の触媒を不活性化させて燃料電池電圧Ｖｆを確実に低下させる。
【００２０】
この処理について具体的に説明する。まず、ＥＣＵ５０は、衝突検知部５９により電動車両の衝突又は衝突の危険を検知した場合、燃料電池１５への燃料ガスおよび酸化ガスの供給を停止させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、水素遮断弁４０、第１及び第２カソード封止弁４８、４９を閉弁させると共に、水素循環ポンプ４４及びコンプレッサ３０を駆動停止させる。
【００２１】
その後、ＥＣＵ５０は、電圧センサ５２の検出信号を監視し、燃料電池電圧Ｖｆが低下するか否か監視する。一般に、カソード側の密閉度に関する不具合等がない場合、燃料電池１５内での酸素消費により燃料電池電圧Ｖｆは低下する。そして、ＥＣＵ５０は、燃料電池電圧Ｖｆが上昇した場合、被毒物質供給部２９から触媒被毒物質を燃料電池１５のアノード側に供給する。これにより、ＥＣＵ５０は、燃料電池１５の触媒を不活性化させて燃料電池電圧Ｖｆを好適に下げることができる。
【００２２】
また、ＥＣＵ５０は、触媒被毒物質の供給と共に、又は、燃料電池１５への燃料ガスおよび酸化ガスの供給停止後に、燃料電池１５と短絡回路５８との間が接続されるように負荷切替部５１を駆動させることで、燃料電池１５のアノードとカソードを短絡させる。これにより、ＥＣＵ５０は、燃料電池１５を放電させて燃料電池電圧Ｖｆを好適に低下させることができる。
【００２３】
ここで、燃料電池１５のアノード側に触媒被毒物質を供給することの効果について補足説明する。カソード側は基本的には酸化雰囲気であり、衝突して放電できないときには燃料電池１５は１Ｖ以上の高電位となっているため、触媒を構成する白金（Ｐｔ）は酸化状態となっていて被毒物質が吸着しにくい。これに対し、アノード側は水素雰囲気で、Ｐｔは還元状態であるため、被毒物質が吸着しやすい。よって、アノード側に被毒物質を供給することで、効果的に燃料電池電圧Ｖｆを低下させることができる。
【００２４】
［被毒回復処理］
次に、上述の電圧低下処理での触媒被毒物質の供給により不活性化した触媒の被毒回復処理について説明する。
【００２５】
例えば、触媒被毒物質として塩水（ＮａＣｌ）を用いた場合には、Ｎａ＋及びＣｌ−はいずれも可逆であり、純水を流すことによって燃料電池１５の触媒を再び活性化させることが可能である。従って、この場合、燃料電池システム１０は、図示しない水供給部を有し、ＥＣＵ５０は、燃料電池１５の発電再開のために触媒を再び活性化させる際に、当該水供給部を制御して燃料電池１５のアノード側に水を供給する。なお、触媒の回復を早めるため、好適には、ＥＣＵ５０は、燃料電池１５がある程度発電できる状態となったところで発電を開始し、その生成水によってＮａ＋及びＣｌ−を排出させる。これにより、ＥＣＵ５０は、触媒に対する被毒物質除去をより効果的に行うことができる。同様に、触媒被毒物質としてＮＯｘを用いた場合、ＮＯｘは可逆であるため、空気を供給することで燃料電池１５の触媒を再び活性化させることが可能である。
【００２６】
一方、触媒被毒物質として硫黄を含むガス系を用いた場合には、純空気あるいは純水素を供給しつつ、数百℃といった状況で酸化させることによって、触媒被毒物質をＳＯｘ又はＨ２Ｓとして排出することが可能である。従って、この場合には、燃料電池１５の構成材料として、上述の数百℃の環境に耐えることが可能な材料を用いる必要がある。
【００２７】
［変形例］
次に、上述の実施形態に好適な変形例について説明する。
【００２８】
（変形例１）
ＥＣＵ５０は、燃料電池電圧Ｖｆを監視することなく、燃料電池１５への燃料ガスおよび酸化ガスの供給停止の直後に、短絡回路５８を通電させることによる燃料電池１５の短絡及び触媒被毒物質の供給を同時に行ってもよい。一般に、短絡回路５８への通電後、しばらく経過して何らかの不具合により燃料電池１５のカソードに拡散酸素が到達し、再度燃料電池電圧Ｖｆが上昇する可能性がある。この場合であっても、本変形例によれば、燃料電池１５の短絡を行うと共に触媒被毒物質をアノード側に供給する処理を行うことで、電池電圧Ｖｆの再上昇を好適に抑制することができる。
【００２９】
（変形例２）
燃料電池システム１０は、燃料電池１５のアノード側に加え、カソード側に触媒被毒物質を供給可能であってもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、燃料電池電圧Ｖｆの電圧の上昇を確認した場合に、被毒物質供給部２９を制御することで燃料電池１５のアノード側及びカソード側の両方に触媒被毒物質を供給する。
【００３０】
ここで、変形例２の効果について補足説明する。アノード側に被毒物質を供給すること等に起因して燃料電池電圧ＶｆがＰｔの酸化還元電位の境界電位である０．９８Ｖ以下になると、カソード側もＰｔは酸化状態から還元状態となり、触媒被毒物質が吸着しやすくなる。従って、この場合、カソード側に触媒被毒物質を供給することで、好適に燃料電池電圧Ｖｆの低下を促進することができる。従って、燃料電池１５のアノード側に加え、カソード側に触媒被毒物質を供給することで、より効果的に電気車両の衝突時等に燃料電池電圧Ｖｆを低下させることができる。
【００３１】
なお、変形例２は、変形例１と組み合わせてもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、燃料電池１５への燃料ガスおよび酸化ガスの供給停止直後に、燃料電池１５の短絡と、カソード側及びアノード側への触媒被毒物質の供給とを同時に行う。
【００３２】
（変形例３）
変形例３では、被毒物質供給部２９は、燃料電池１５のアノード側に代えて、カソード側に触媒被毒物質を供給する。この場合、ＥＣＵ５０は、燃料電池電圧Ｖｆの電圧の上昇を確認した場合に、被毒物質供給部２９を制御することで燃料電池１５のカソード側に触媒被毒物質を供給する。なお、変形例３は、変形例１と組み合わせてもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、燃料電池１５への燃料ガスおよび酸化ガスの供給停止の直後に、燃料電池１５の短絡と、カソード側への触媒被毒物質の供給とを同時に行う。
【符号の説明】
【００３３】
１０…燃料電池システム
１５…燃料電池
２０…水素タンク
２２…アノード供給流路
２４…アノード排出流路
２５…接続流路
２９…被毒物質供給部
３０…コンプレッサ
３２…カソード供給流路
３４…空気排出流路
４０…水素遮断弁
４４…水素循環ポンプ
４６…パージ弁
４８…第１のカソード封止弁
４９…第２のカソード封止弁
５０…ＥＣＵ
５１…負荷切替部
５２…電圧センサ
５６…配線
５７…負荷
５８…短絡回路
【図１】
2016001518.tif 000003