JPH0799057A - 燃料電池と冷房装置のコンバインシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギーの利用効率が良好で，燃料電池の
負荷変動に対する応答性がよく，フロンを用いない，電
気自動車などに用いることのできる燃料電池と冷房装置
のコンバインシステムを提供すること。 【構成】 水素を燃料とする燃料電池１１と，冷房装置
２０の熱交換器２１と，熱媒体と熱交換を行うと共に水
素を供給する水素吸蔵合金（ＭＨ）内蔵タンク１０と，
水素圧送機１２と，二次電池３１とを有するコンバイン
システム１である。コントローラは，燃料電池１１の出
力の過不足に対応して二次電池３１を充放電する。冷房
装置２０に蓄熱槽２５を設けることが好ましい。更に，
過剰電力を吸収する熱電変換手段３５１〜３５５を設け
ると好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，燃料電池へ燃料の水素
を供給すると共に冷房装置を同時に駆動する省エネルギ
ーのコンバインシステムに関する。

【０００２】

【従来技術】水素を燃料とする燃料電池を用いた電気自
動車において，水素の供給源として，水素吸蔵合金を用
いる方法が従来より提案されている。これらは，水素吸
蔵合金を加熱することにより水素ガスを放出させるもの
である。水素吸蔵合金の加熱は，燃料電池の排熱などを
利用する。

【０００３】そして，燃料電池の負荷変動に対しては，
水素吸蔵合金を加熱するヒータを設け，ヒータの電流を
増減させるもの（特開昭５１−４７１４号公報），負荷
変動対応用として補強用の水素吸蔵合金を併設するもの
（特開昭５１−４７１５号公報），別個に補強用の水素
ガスタンクを併設するもの（特開昭５１−４７１６号公
報）などが提案されている。一方，車室内の冷房装置
は，内燃機関を搭載した自動車と同様に，熱媒体にフロ
ンを用いた蒸気圧縮式ヒートポンプを用いるものが一般
的である。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，車両駆動用の
燃料電池と冷房装置とを別個に設ける従来の電気自動車
には次のような問題がある。第１は，冷房装置に大量の
エネルギーが消費され自動車の走行距離が短くなるとい
う問題である。冷房装置と燃料電池（含水素供給源）と
はそれぞれが別個にエネルギーを消費し，互いにエネル
ギーを融通し合う補完関係がない。

【０００５】従って，トータルのエネルギー効率が悪
い。例えば，燃料電池の発電に伴う発熱などで水素吸蔵
合金を加熱するため，水素吸蔵合金の水素放出に伴う吸
熱反応を冷房に有効利用できず，別途冷房装置を駆動し
なければならず互いにエネルギーを利用補完し合うこと
がない。その結果，冷房装置に消費される動力が大き
く，電気自動車の走行距離が短くなる。

【０００６】第２は，冷房装置と燃料電池とは独立した
別個のシステムであるから制御装置などの各部材は，そ
れぞれが別個に設けられ構成要素の点数が多いという問
題がある。第３は，水素吸蔵合金を加熱して水素放出を
行なう従来の方法は，負荷変動に対する燃料電池の応答
速度や制御精度が良好ではないという問題がある。

【０００７】即ち，燃料電池の排熱やヒーターなど用い
て水素吸蔵合金の温度を上昇させ，それによって放出水
素量を増加させる方法は，即応性（応答速度）に欠ける
と共に，水素吸蔵合金から放出される供給水素圧力や水
素流量の制御精度が悪い。従って，負荷変動に十分対応
できないことで，二次電池からの放電量を多くする必要
があり，二次電池容量も増大する。第４は，冷房装置の
熱媒体には，フロンが用いられているからオゾン層破壊
などの環境問題上好ましくないという問題である。

【０００８】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みて，
エネルギー利用効率が良好であると共に，燃料電池の負
荷変動に対する応答性が良好であり，かつフロンなどの
環境破壊物質を用いる必要のない燃料電池と冷房装置の
コンバインシステムを提供しようとするものである。

【０００９】

【課題の解決手段】本発明は，電動式のアクチュエータ
に電力を供給する燃料電池と，熱媒体を用いた冷房装置
の熱交換器と，上記燃料電池に対して燃料である水素を
供給すると共に上記冷房装置の熱媒体管路を内部に導入
し熱媒体と熱交換を行なう水素吸蔵合金内蔵タンクと，
燃料電池に上記水素を供給する水素供給管路に介設し水
素を圧送する水素圧送機と，上記燃料電池の出力端子間
に並列接続された二次電池と，上記水素圧送機と二次電
池とを操作してアクチュエータへの供給電力と熱交換器
の冷房出力とを同時に制御するコントローラとを有す
る，燃料電池と冷房装置のコンバインシステムであっ
て，上記コントローラは，燃料電池の出力が過剰な場合
には，上記二次電池を充電し，燃料電池の出力が不足す
る場合には二次電池を放電してアクチュエータの駆動電
力と熱交換器の冷房出力とを同時に制御することを特徴
とする燃料電池と冷房装置のコンバインシステムにあ
る。

【００１０】本発明のコンバインシステムは，燃料電池
と，水素吸蔵合金内蔵タンク（以下「ＭＨ内蔵タンク」
という）と，水素圧送機と，燃料電池と並列接続された
二次電池と，熱交換器とを有している。上記燃料電池
は，水素を燃料とするものである。上記熱交換器は，例
えば，ブライン（不凍液）や水などの熱媒体を用いて被
冷却空気との間に熱交換を行ない空気を冷却するもので
ある。

【００１１】そして上記熱媒体はＭＨ内蔵タンクと熱交
換器との間を循環する。そして，上記ＭＨ内蔵タンク
は，水素吸蔵合金を内蔵すると共に熱媒体管路を内部に
導入し上記熱媒体との間に熱交換を行なう。また，上記
水素圧送機は，ＭＨ内蔵タンクの水素を燃料電池に対し
て圧送するものであり，送出圧力の高いコンプレッサ
や，送出圧力が比較的低い送風機や，ポンプなどがあ
る。

【００１２】一方，燃料電池の出力端子間には，アクチ
ュエータと並列に二次電池が接続されている。上記二次
電池は，コントローラに制御され，放電することにより
アクチュエータに電力を供給することができると共に，
燃料電池又はアクチュエータの放出電力により充電する
ことのできる電池である。

【００１３】コントローラは，水素圧送機と二次電池と
を適宜操作することができる操作手段を有すると共に，
アクチュエータへの供給電力と熱交換器の冷房出力とを
制御するための演算手段を有する制御装置である。そし
て，コントローラは燃料電池の出力が過剰な場合には，
二次電池を充電し，燃料電池の出力が不足する場合には
二次電池を放電する。

【００１４】なお，上記ＭＨ内蔵タンクは，複数個に分
割構成してもよい。ＭＨ内蔵タンクを複数個設ければ，
貯蔵水素量をより正確に検出することができると共に熱
容量を小さくできることから冷房装置の立上げをより高
速に行なうことができる。

【００１５】また，上記コンバインシステムは，更にＭ
Ｈ内蔵タンクと熱交換器との間の熱媒体管路に蓄熱槽を
併設し，ＭＨ内蔵タンクの冷熱出力が過剰な場合には，
上記蓄熱槽に冷熱を貯え，一方ＭＨ内蔵タンクの冷熱出
力が不足する場合には上記蓄熱槽の冷熱を放出するよう
熱交換器を作動させることが好ましい。

【００１６】このようにすることにより，ＭＨ内蔵タン
クの冷熱出力を平準化することができる。そして安定し
た冷房装置の出力を得ることができる。また，アクチュ
エータに対する供給電力と冷房装置の出力とを制御する
ための操作要素に蓄熱槽が加わることにより制御が容易
となり調整範囲の拡大を図ることができる。

【００１７】また，上記コンバインシステムは，燃料電
池の出力端子間に熱電変換手段を並列接続し，熱電変換
手段に過剰な電力を供給して熱出力を発生させ，発生し
た熱出力によって周辺部材の加熱又は冷却制御を行なう
ことが好ましい。二次電池の容量が一杯になった場合に
は，過剰電力を二次電池に吸収することができない。し
かし熱電変換手段を設ければ，この場合にも過剰電力を
吸収し，その有効利用を図ることができるからである。

【００１８】即ち，過剰電力を用いて周辺部材に必要な
熱制御を行い，エネルギーの有効利用を図ることができ
る。また，冷房出力を増大させると，燃料電池に過剰電
力が生じるが，過剰電力を二次電池と熱電変換手段の両
方によって吸収可能となる。それ故，冷房の制御パワー
を向上させ，冷房の応答スピードを向上させることがで
きる。

【００１９】熱電変換手段の熱出力による周辺部材の熱
制御には，例えば，アクチュエータの冷却，蓄熱槽の冷
却，冷房装置の補完出力，燃料電池の冷却などの冷却動
作，又は暖房装置の補完出力などの加熱動作の両方があ
る。そして，上記熱電変換手段には，例えば，電流の方
向により吸熱及び発熱を行なうペルチェ素子，電流の方
向に無関係に発熱する発熱素子などがある。

【００２０】なお，熱電変換手段に供給する余剰電力に
は，燃料電池の過剰出力の他にアクチュエータからの放
出電力（例えばモータからの回生電力）などがある。上
記コンバインシステムを用いる具体例には，例えば電気
自動車があり，この場合アクチュエータは走行駆動用の
モータである。

【００２１】自動車には，冷房装置が必須部材であるか
ら電気自動車に本発明のコンバインシステムは好適であ
る。そして，エネルギー効率を向上することによる走行
距離の増大，及び燃料電池の制御特性の向上による走行
特性の改善が可能である。また，電気自動車の場合に
は，坂道降下時や減速時においてモータからの回生電力
が発生する。

【００２２】そして，この回生電力を有効利用すること
は，省エネルギーとなるばかりでなく走行制御特性の改
善に極めて有効である。それ故，上記回生電力によって
コンバインシステムの二次電池を充電し又は熱電変換手
段に通電することは，省エネルギーと制御性の向上のた
めに好適である。

【００２３】なお，前記水素圧送機と並列にバイパス管
路を挿入し，このバイバス管路の流量を調整する制御弁
を設けることが好ましい。上記バイパス管路と制御弁と
を用いることにより，水素吸蔵合金の平衡圧力が燃料電
池の作動圧力より高い場合においては，その圧力差によ
り供給可能となるとともに，燃料電池に対する少流量の
水素供給が容易となるからである。これによって，上記
圧力差により水素供給を行っている間は，水素圧送機を
停止あるいは無負荷運転状態にできるから，水素圧送機
の稼働時間が短くなり，省エネルギーのために好適であ
ると共に，水素圧送機を用いた水素の供給制御の範囲が
拡大する。

【００２４】

【作用及び効果】本発明のコンバインシステムにおいて
は，水素吸蔵合金内蔵タンク（ＭＨ内蔵タンク）の水素
は，コントローラにより水素圧送機によって燃料電池に
供給される。そして，上記ＭＨ内蔵タンクの内部には，
冷房装置の熱媒体管路が引き込まれており，水素供給に
伴う水素吸蔵合金の水素放出による吸熱作用により熱媒
体を直接冷却する。

【００２５】即ち，水素吸蔵合金の放出水素量を調整す
ることにより，直接的に冷熱を発生させ冷房装置を駆動
する。従って，従来の冷房装置のように熱媒体を圧縮・
膨張させるヒートポンプは不要でありそのための設備と
動力は不要となる。

【００２６】また，水素吸蔵合金から水素を放出させる
ために従来装置ではその目的だけ設けていた水素吸蔵合
金の加熱装置が不要となる。上記のように，冷房装置の
ヒートポンプと水素吸蔵合金の加熱装置が共に不要とな
るから，設備が簡素化され，またエネルギーの利用効率
が大幅に上昇する。

【００２７】従って，電気自動車に本発明のコンバイン
システムを用いれば設備が簡略化すると共に走行距離が
大幅に上昇する。一方，アクチュエータに供給される電
力は，コントローラにより燃料電池の出力と二次電池の
充放電の両供給源によって調整されるから，冷房装置の
出力とは独立にアクチュエータの供給電力を調整するこ
とができる。

【００２８】即ち，コントローラは燃料電池の出力が不
足する場合には二次電池を放電し，燃料電池の出力が過
剰の場合には二次電池を充電してアクチュエータへの供
給電力を冷房出力とは独立に調整することができる。従
って，冷房装置出力とアクチュエータの駆動電力とは独
立してそれぞれを良好な状態に制御することができる。

【００２９】また，燃料電池に対する水素の供給は，水
素圧送機によって水素を直接圧送し，急速に供給水素量
を変えることができるから，燃料電池の出力を高速に精
度良く変えることができる。即ち，従来装置の水素吸蔵
合金を加熱しその結果として放出水素量を変える方法
は，熱行程を介するから応答性と制御精度が良好でない
が，本発明はそのようなことがない。

【００３０】そして，冷房装置による熱制御は，応答の
遅いゆるやかな制御であるから冷熱出力の平均値が重要
であり，放出水素量（燃料電池出力）の短時間の変動
は，その制御性に殆ど影響しない。従って，燃料電池の
出力を急変させて高速にアクチュエータを制御しても冷
房装置に悪影響を与えることは少なく，冷房装置とアク
チュエータの両装置を共に良好に制御することができ
る。

【００３１】なお，冷房装置に更に蓄熱槽を設けて冷熱
出力の平準化を図り，安定した冷房装置出力を得ること
ができることは前記の通りである。そして，冷房装置の
熱媒体は，圧縮・膨張などの行程が不要であり，直接的
に熱交換可能な流体であればよい。

【００３２】従って，フロンを用いず，ブライン（不凍
液）や水などを用いることによって良好な冷房特性を得
ることができる。それ故，エコロジーに悪影響を与える
ことのない冷房装置を提供することができる。

【００３３】上記のように，本発明によればエネルギー
効率が良好であると共に，燃料電池の負荷変動に対する
応答性が良好であり，かつフロンなどの環境破壊物質を
用いる必要のない，燃料電池と冷房装置のコンバインシ
ステムを提供することができる。

【００３４】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかる電気自動車の燃料電池と冷房装
置のコンバインシステムにつき，図１〜図４を用いて説
明する。本例は，図１に示すように，電動式のアクチュ
エータ３０としての走行用モータ３０１に電力を供給す
る燃料電池１１と，熱媒体を用いた冷房装置２０の熱交
換器２１と，燃料電池１１に対して燃料である水素を供
給すると共に冷房装置２０の熱媒体管路２２を内部に導
入し熱媒体と熱交換を行なう水素吸蔵合金（ＭＨ）内蔵
タンク１０と，燃料電池１１に水素を供給する水素供給
管路１３に介設し水素を圧送する水素圧送機１２と，上
記燃料電池１１の出力端子間に並列接続された二次電池
３１と，水素圧送機１２と二次電池３１を操作してモー
タ３０１への供給電力と熱交換器２１の冷房出力とを同
時に制御するコントローラ４０とを有する，燃料電池１
１と冷房装置２０のコンバインシステム１である。

【００３５】上記コントローラ４０は，燃料電池１１の
出力が過剰な場合には，二次電池３１を充電し，燃料電
池１１の出力が不足する場合には二次電池３１を放電し
てモータ３０１の駆動電力と熱交換器２１の冷房出力と
を同時に制御する。

【００３６】また，熱交換器２１の熱媒体管路２２に
は，蓄熱槽２５が併設されており，上記コントローラ
は，上記ＭＨ内蔵タンク１０からの冷熱出力が過剰な場
合には，上記蓄熱槽２５に冷熱を蓄え，一方ＭＨ内蔵タ
ンク１０からの冷熱出力が不足する場合には，上記蓄熱
槽２５の冷熱を放出する。

【００３７】そして，上記水素圧送機１２は，コンプレ
ッサ１２１であり，コンプレッサ１２１と並列にバイパ
ス管路１４が挿入されており，バイパス管路１４には流
量を調節する制御弁１５が設けられている。そして，上
記アクチュエータ３０は，電気自動車の走行用モータ３
０１である。

【００３８】図１において符号３２は，電気配線であ
り，符号４０１は，コントローラ４０の制御線，符号４
１は，コントローラを構成するモータ制御用のＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータである。また，コントローラ４０は，水素
圧送機１２，制御弁１５，及び蓄熱槽２５と接続されて
おり，それぞれを操作することができる。また，冷房装
置２０は，熱媒体を循環させるポンプ（図示略）や，熱
交換器２１を介して車室内に冷風を送る送風機（図示
略）を有している。そして，冷房装置２０の熱媒体はブ
ライン（不凍液）である。

【００３９】次に，本例のコンバインシステムの運転操
作について説明する。最初に走行パターン全般にわたる
基本的な走行制御方法について述べる。まず，アクセル
の踏み込み量あるいは車速などの車両走行状態，現在の
燃料電池１１の発電量，二次電池３１の容量などをコン
トローラ４０に入力し，車両の走行に必要な所要動力及
びその他の電気消費機器の動作に必要な電力量（以下
「補機動力」という）を算出して車両の走行に必要な電
力量を求める。

【００４０】そして，現在の燃料電池１１の発電量が必
要電力量より少ない場合は，コンプレッサ１２１の吐出
圧あるいは吐出量を増加させる。そして，それよりも必
要電力量が多い場合には，二次電池３１より不足分を放
電する。

【００４１】また，燃料電池１１の発電が必要電力量よ
り多い場合は，コンプレッサ１２１の吐出圧あるいは吐
出量を減少させるか，二次電池３１の容量が所定の設定
値Ｓより減少している場合には二次電池３１に充電を行
なう。ここで二次電池を充電する場合には，二次電池３
１に対する充電電力を所定の最高値Ｍとして燃料電池１
１の発電量を決定する。なお，車両の停止状態において
二次電池３１の容量が減少している場合には，燃料電池
１１の発電を継続するか，容量の減少割合によっては燃
料電池１１の運転を停止しても良い。

【００４２】一方，車室内の冷房装置２０の制御は水素
吸蔵合金からの水素放出に伴う吸熱反応を利用して行
う。その基本的な制御方法は，最初に車室内の空調条件
などをコントローラに入力することから始まる。そして
それが，例えば車室内の温度を一定に制御するような設
定である場合には，目標温度と車室内温度を比較して目
標値になるように車室内へ送気する風量を増減したり，
車室内の空気と熱媒体との熱交換を行なう熱交換器２１
を流れる熱媒体の流量を増減させたり，必要に応じ並列
に配設された蓄熱タンク２２へ熱媒体移動を制御するこ
とによって行なう。

【００４３】なお，水素吸蔵合金からの水素放出量は，
基本的には燃料電池１１の発電量により決定されるか
ら，吸熱反応により得られる冷房出力は，車両の走行条
件などにより過不足が生じる場合がある。この場合，水
素吸蔵合金からの水素放出流量をコントローラ４０に入
力し，目標温度を達成するのに必要な熱量（以下「冷房
負荷」という）に対する水素吸蔵合金からの水素放出量
で決定される上記吸熱量の過不足を判断する。

【００４４】そして吸熱量が不足する場合は前述の蓄熱
槽２５から冷熱の供給を行い，過剰な場合には蓄熱槽２
５に冷熱を蓄熱する制御を付加する。さらに，冷房出力
に過不足がある場合には，燃料電池への水素供給量を増
減することで対応し，それに伴う燃料電池発電量の過不
足は，適宜二次電池の充放電量を変化させることで制御
する。

【００４５】次に，本例のコンバインシステム１を用い
た電気自動車の効果について，図２に示す走行パターン
を用いた実験によって説明する。最初に，図２に示す走
行パターンについて説明する。本走行パターンは，停止
状態から車速６０ｋｍ／ｈまで１７秒で加速するモード
８１，車速６０ｋｍ／ｈで定速走行を１７秒間行うモー
ド８２，停止状態まで２８．５秒で減速を行うモード８
３，及び車両を１８．５秒間停止状態とするモード８４
の４つのモードパターンからなる。

【００４６】次に，その他の実験条件を説明する。ＭＨ
内蔵タンク１０内にＭｍＮｉ系の水素吸蔵合金を１００
ｋｇ充填し，必要な水素を発生する。燃料電池１１は最
高出力４０ｋｗの燃料電池を用いた。そして，所要動力
と燃料電池１１の発電量の過不足を補う二次電池３１は
８ｋｗｈの電池容量を持つ鉛蓄電池であり，乗員を含む
車両の総重量は２．２トンである。

【００４７】次に，図３に上記走行パターンで走行させ
た場合の必要電力（所要動力＋補機動力）の推移カーブ
８５及び燃料電池１１の発電量の推移カーブ８６（斜線
部）を示す。図３における空白部８７は二次電池３１の
放電電力を示し，小さな斜線部８８は，二次電池３１の
充電電力を示す。加速状態となるモード８１では，必要
電力が燃料電池１１の最高発電量である４０ｋｗとなる
までは水素供給量を増加させ燃料電池１１の発電量を制
御し，４０ｋｗを越える場合は二次電池３１からの放電
により補う（空白部８７）。本モード８１の場合，１１
秒以降は二次電池の放電が必要となり，６０ｋｍ／ｈに
達する１７秒近くまで放電状態が続く。この間の二次電
池３１の容量の低下は，約２０ｗｈ程度である。

【００４８】次に，６０ｋｍ／ｈ定速走行となるモード
８２では，必要電力が１０．３ｋｗであるが二次電池３
１への充電が必要となるため，しばらくの間（本実施例
では約４秒間）所定の発電量Ｍで必要電力以上の発電を
行うことになる。図３は，充電時の設定発電量Ｍを３１
ｋｗとした場合の結果であり，充電時間は設定発電量Ｍ
により異なる。

【００４９】続いて，減速状態となるモード８３では，
本例の場合二次電池３１の容量も設定値となっているた
め，燃料電池１１の発電量は補機動力分だけとなる。な
お，説明を簡単にするため減速時の回生発電はない状態
として説明したが，回生発電を行うとした場合減速時全
体（３４秒から６２秒）の平均で約２．６ｋｗが回生可
能である。

【００５０】この場合，モード８２の二次電池３１への
充電時の設定発電量Ｍを小さくするか，あるいは二次電
池３１の設定容量Ｓから回生電力分を除いた電池容量
Ｓ′までを充電し，残りを回生電力で充電する。これに
よりさらに水素消費量を低減することができる。車両停
止状態のモード８４では，補機動力分を燃料電池１１は
発電とする。

【００５１】次に，上記走行モード８１〜８４における
冷房装置２０の運転について説明する。本例の冷房運転
は水素吸蔵合金の水素放出に伴う吸熱反応を利用して行
ない，加速時に最大冷房出力が得られ約１２ｋｗとな
る。そして，車両停止状態のモード８４まで含めた全サ
イクル平均で約２．５ｋｗの熱出力が得られる。

【００５２】なお，上記は，燃料電池１１への水素供給
を主体にして二次電池３１の容量などを設定したが，冷
房運転を考慮した場合には，二次電池３１の容量は前述
の設定値Ｓの７０〜８０％程度に設定することができ
る。

【００５３】即ち，冷房出力が冷房熱負荷に比べ大幅に
少なく且つ蓄熱槽２５内にも冷熱がない場合などに，必
要に応じ燃料電池１１への水素供給量を増加させ吸熱量
の不足分を補うように制御する。そして燃料電池１１の
発電量の必要電力に対する余剰分を二次電池へ充電す
る。このとき，二次電池３１に対する充電時の発電量
は，二次電池の設定容量Ｓとの関係で最適値に設定す
る。

【００５４】次に従来装置と本例との比較を行う。水素
ガスタンク等余分な構成を付加しない従来装置と本例と
を比較する。従来装置の場合には，水素ガスタンク等を
付加しなければ負荷変動に対応して燃料電池の発電量を
追従させることはできない。従って通常行われているよ
うに，燃料電池は一定の発電量とし，必要電力に対する
不足分を二次電池の放電により補うものとして本例と比
較評価する。

【００５５】従来装置は，一定の発電を行う燃料電池の
規模を前述の走行モード８１〜８４を走行するのに必要
な平均所要動力約９．５ｋｗよりやや高めの１０ｋｗ規
模とすると，不足分を補う二次電池３１は１８ｋｗｈ容
量の電池（最大所要動力との差が大きくなるため容量も
増大する）が必要となる。

【００５６】最初に本例と従来装置の電池重量を比較す
る。本例の二次電池３１の容量８ｋｗｈに比べ，従来装
置は２倍強の二次電池の容量が必要となり，そのため二
次電池の重量が約２５０ｋｇ増加する。一方，従来装置
は燃料電池の出力が低いことにより，本例の燃料電池３
１の重量に比べ約１３０ｋｇ減少できる。しかし前述の
二次電池重量との和である総電池重量は，約１２０ｋｇ
増加することになり，車両重量増加を招くこととなる。

【００５７】次に本例と従来装置の水素消費量を比較す
る。本例で前述の走行モードを走行した場合の１サイク
ル当たりの水素消費量と，前述の従来装置を用いた車両
（本例より車両重量大）で同じ走行モードを走行した場
合の水素消費量を図４に示す。走行モードの前半は，本
例の水素消費カーブ８９０が，必要電力に追従して発電
するため水素消費量が多くなっている。しかし走行モー
ド全体では従来装置の水素消費カーブ８９１に比べ約５
０リットル（約２０％）水素消費量が少なくなってお
り，電気自動車の走行距離延長が可能である。

【００５８】次に，燃料電池１１の負荷変動に対する応
答性について述べる。従来装置では，水素吸蔵合金を加
熱することにより放出水素量を変化させていたため．応
答性に問題があったが，本例は，コンプレッサ１２１に
より，水素供給量を高速に変化せることができるから燃
料電池の負荷応答性が良好である。

【００５９】また，コンプレッサ１２１にはバイパス管
路１４を設けて，制御弁１５により，水素吸蔵合金の平
衡圧力が燃料電池の作動圧力より高い場合には，コンプ
レッサ１２１とは別個に圧力差による水素供給が可能と
なり，事実上コンプレッサの稼働時間を短くできること
から，エネルギーの有効利用につながる。さらに，少流
量の水素供給も容易となる。従って，燃料電池の出力制
御精度を高めることができる。

【００６０】また，前記のように熱媒体にはフロンを用
いていない。上記のように，本例によれば，エネルギー
の利用効率が良好であると共に，燃料電池の負荷変動に
対する応答性が良好であり，かつフロンなどの環境破壊
物質を用いる必要のない燃料電池と冷房装置のコンバイ
ンシステムを提供する事が出来る。

【００６１】実施例２ 次に車室内の冷房を水素吸蔵合金の吸熱を利用して行う
本例と，車室内の冷房を通常用いられている蒸気圧縮式
ヒートポンプ（以下フロン式）を搭載して行う従来装置
について，６０ｋｍ／ｈ定速走行での冷房性能について
説明する。本例の基本的な構成は実施例１と同じである
が，冷房装置作動による影響を明らかにするため，搭載
した燃料電池１１及び二次電池３１は，従来装置と同一
の発電量１０ｋｗの燃料電池と電池容量１８ｋｗｈの二
次電池とした。

【００６２】上記構成の車両を車速６０ｋｍ／ｈで定速
走行させ，かつ冷房出力３ｋｗ程度を得るのに必要な所
要動力は，本例のコンバインシステムが約１０．５ｋｗ
であるのに対し従来装置では約１２ｋｗとなり，それぞ
れ発電に必要な消費水素量は，本例が約１３５リットル
／ｍｉｎ，従来装置が約１９０リットル／ｍｉｎとなっ
た。

【００６３】本例の車両は，実施例１の評価結果に記載
したようにＭｍＮｉ系合金を１００ｋｇ充填しており，
約２０ｍ³ の水素を貯蔵している。従って，６０ｋｍ／
ｈ定速走行での走行距離は，本例が約１５０ｋｍであ
る。一方，従来装置では約１１０ｋｍとなり，本例は従
来装置より約３６％走行距離が長い。

【００６４】なお，６０ｋｍ／ｈ定速走行中に得られる
本例の冷房出力は，３ｋｗであった。上記のように本例
のコンバインシステムによれば，定速走行して冷房運転
した場合においても，より走行距離の大きな電気自動車
を提供することができる。

【００６５】実施例３ 本例は，図５に示すように，実施例１又は実施例２にお
いて，燃料電池１１の出力端子間に熱電変換手段３５１
〜３５５を並列接続すると共に，燃料電池１１やモータ
３０１の排熱を利用した暖房用の熱交換器２３を更に設
けたもう１つの実施例である。図５において符号２４
は，暖房用の熱媒体管路である。

【００６６】上記熱電変換手段３５１〜３５５は，冷却
用熱電変換手段３５１〜３５４と加熱用熱電変換手段３
５５とからなる。上記熱電変換手段３５１〜３５５は，
燃料電池１１の余剰電力又はモータ３０１の回生電力に
よって励磁され，電力を冷熱又は温熱に変換する。

【００６７】冷却用熱電変換手段３５１〜３５４は，図
５に示すように，モータ３０１，燃料電池１１，蓄熱槽
２５を冷却すると共に，冷房装置２０の補助冷房として
利用する。一方，加熱用熱電変換手段３５５は，暖房用
熱交換器２３を補助するものとして利用する。

【００６８】燃料電池１１及びモータ３０１に余剰又は
回生電力が生じた場合には，二次電池３１を充電し，余
剰電力を吸収するが，二次電池３１が充電完了した場合
には，実施例１及び実施例２においては，余剰電力を有
効に利用することができない。

【００６９】しかしながら，本例においては，二次電池
３１の充電完了状態においても，熱電変換手段３５１〜
３５５が余剰電力を吸収し，余剰電力を熱変換すること
により上記のようにエネルギーの有効利用が可能であ
る。従って，燃料である水素の有効利用が可能となり，
車両の走行距離を延ばすことができる。その他について
は，実施例１又は実施例２と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の燃料電池と冷房装置のコンバインシ
ステムのシステム構成図。

【図２】実施例１の走行実験における走行パターン図。

【図３】実施例１の走行実験における必要電力と燃料電
池発電量の変化図。

【図４】実施例１の走行実験における水素消費量の変化
図。

【図５】実施例３の燃料電池と冷房装置のコンバインシ
ステムのシステム構成図。

【符号の説明】

１．．．コンバインシステム， １０．．．水素吸蔵合金（ＭＨ）内蔵タンク， １１．．燃料電池， １２．．．水素圧送機， ２０．．．冷房装置， ２１．．．熱交換器， ２５．．．蓄熱槽， ３１．．．二次電池， ２５１〜３５５．．．熱電変換手段，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三井 宏之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 青木 博史 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 久保 秀人 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 藤 敬司 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 藤田 信雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動式のアクチュエータに電力を供給す
   る燃料電池と，熱媒体を用いる冷房装置の熱交換器と，
   上記燃料電池に対して燃料である水素を供給すると共に
   上記冷房装置の熱媒体管路を内部に導入し熱媒体と熱交
   換を行なう水素吸蔵合金内蔵タンクと，燃料電池に上記
   水素を供給する水素供給管路に介設し水素を圧送する水
   素圧送機と，上記燃料電池の出力端子間に並列接続され
   た二次電池と，上記水素圧送機と二次電池とを操作して
   アクチュエータへの供給電力と熱交換器の冷房出力とを
   同時に制御するコントローラとを有する，燃料電池と冷
   房装置のコンバインシステムであって，上記コントロー
   ラは，燃料電池の出力が過剰な場合には，上記二次電池
   を充電し，燃料電池の出力が不足する場合には二次電池
   を放電してアクチュエータの駆動電力と熱交換器の冷房
   出力とを同時に制御することを特徴とする燃料電池と冷
   房装置のコンバインシステム。
2. 【請求項２】 請求項１において，熱交換器の熱媒体管
   路には，蓄熱槽が併設されており，上記コントローラ
   は，水素吸蔵合金内蔵タンクの冷熱出力が過剰な場合に
   は，上記蓄熱槽に冷熱を蓄え，一方水素吸蔵合金内蔵タ
   ンクの冷熱出力が不足する場合には，上記蓄熱槽の冷熱
   を放出することを特徴とする燃料電池と冷房装置のコン
   バインシステム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において，上記燃
   料電池の出力端子間には，熱電変換手段が並列接続され
   ており，上記コントローラは，上記熱電変換手段に余剰
   な電力を供給して熱出力を発生させ，周辺部材の加熱又
   は冷却制御を行なうことを特徴とする燃料電池と冷房装
   置のコンバインシステム。