車両用燃料電池システム
【課題】簡易かつ低コストで、登坂時に燃料電池内に気体が滞留することを防止することのできる車両用燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】液体燃料が供給される燃料供給路１３を備える燃料電池３と、燃料電池３から排出される液体燃料を、燃料電池３に還流させるための第１還流管２２と、第１還流管２２に介在され、液体燃料に含まれる気体を分離するための第１気液分離器２３とを備える燃料電池システム２において、第１気液分離器２３を、その前端部３２が、電動車両１の前後方向において、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されるとともに、上端部３４が、電動車両１の上下方向において、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されるように、設ける。
【解決手段】液体燃料が供給される燃料供給路１３を備える燃料電池３と、燃料電池３から排出される液体燃料を、燃料電池３に還流させるための第１還流管２２と、第１還流管２２に介在され、液体燃料に含まれる気体を分離するための第１気液分離器２３とを備える燃料電池システム２において、第１気液分離器２３を、その前端部３２が、電動車両１の前後方向において、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されるとともに、上端部３４が、電動車両１の上下方向において、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されるように、設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料が供給される燃料電池を備える車両用燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料を使用する燃料電池システムとして、例えば、直接メタノール形燃料電池、直接ジメチルエーテル形燃料電池、ヒドラジン形燃料電池などを備えた燃料電池システムが知られている。
【０００３】
液体燃料形燃料電池は、水素ガスを生成するための改質器を必要としないので、システムとしての構造の簡略化が期待されている。
【０００４】
液体燃料形燃料電池が備えられる燃料電池システムは、一般的に、液体燃料が供給される燃料電池と、燃料電池に液体燃料を供給するための燃料供給ポンプと、燃料電池に空気を供給するためのエアコンプレッサとを備えている。
【０００５】
このようなシステムでは、燃料電池のアノードに液体燃料が供給されるとともに、燃料電池のカソードに空気が供給されることによって、電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、直接メタノール形燃料電池では、下記式（１）および（２）の通りとなる。
【０００６】
（１）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ− （アノードでの反応）
（２）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソードでの反応）
しかし、アノード側に発生するＣＯ２ガスが液体燃料中に気泡として滞留すると、アノード電極における液体燃料との接触面が気泡に覆われて、燃料電池の出力が低下するおそれがある。
【０００７】
一方、近年では、液体燃料に含まれる気体を分離するための気液分離器を備える燃料電池システムが提案されている。
【０００８】
例えば、液体燃料が供給される燃料電池と、その燃料電池から排出される液体燃料を、燃料電池に還流させるための還流路と、還流路に介在され、液体燃料に含まれる気体を分離するための気液分離部と、気液分離部に設けられ、気液分離部内の圧力を開放するための圧力開放手段と、圧力開放手段を、燃料電池の定常運転時に間欠的に動作させるための制御手段とを備える燃料電池システムが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この燃料電池システムでは、還流路に介在された気液分離部において圧力開放手段を間欠的に動作させることにより、その内部圧力を開放し、循環する液体燃料の圧力を低下させている。そして、これにより、液体燃料に対する気体の溶解度を低下させ、液体燃料に溶解する気体を気泡として発生させることにより、気液分離部において気体を回収している。
【特許文献１】特開２０１０−１２９３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかるに、特許文献１記載の燃料電池システムでは、気液分離部が燃料電池の後方かつ上側に設けられている。
【００１１】
そのため、例えば、燃料電池システムを車両に搭載し、その車両が登坂するときなど、燃料電池の前側が上方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する状態において発電する場合には、相対的に下方に配置される気液分離部内に、液体燃料が充填される。一方、相対的に上方に配置される燃料電池の前端部には、気体が滞留する。このような場合には、発電時に、その滞留気体に起因して、燃料電池の破損を生じる場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、簡易かつ低コストで、登坂時に燃料電池内に気体が滞留することを防止することのできる車両用燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の車両用燃料電池システムは、液体燃料が供給される燃料流路を備える燃料電池と、前記燃料流路から排出される液体燃料を、前記燃料流路に還流させるための還流路と、前記還流路に介在され、液体燃料と気体とを分離するための第１気液分離部とを備え、前記第１気液分離部は、前端部が、車両の前後方向において、前記燃料流路の最前端より前側に配置されるとともに、上端部が、車両の上下方向において、前記燃料流路の最上端より上側に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
このような車両用燃料電池システムにおいて、第１気液分離部は、その前端部が、車両の前後方向において、燃料流路の最前端より前側に配置されるとともに、上端部が、車両の上下方向において、燃料流路の最上端より上側に配置されている。
【００１５】
そのため、燃料電池の前側が上方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する状態において発電する場合、例えば、車両用燃料電池システムを車両に搭載し、その車両を登坂させる場合にも、第１気液分離部内に気体を滞留させることができるので、燃料電池における燃料流路内に、液体燃料を充填でき、燃料流路内に気体が滞留することを、抑制できる。
【００１６】
その結果、このような車両用燃料電池システムによれば、例えば、登坂時など、燃料電池の前側が上方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する場合においても、発電時おける燃料電池の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【００１７】
さらに、このような車両用燃料電池システムによれば、第１気液分離部の設置高さを抑制できるため、車両の車室内空間の有効利用を図ることができ、さらには、軽量化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明の車両用燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記燃料電池による発電を停止させる燃料電池停止手段とを備えていることが好適である。
【００１９】
このような車両用燃料電池システムでは、燃料電池の前側が下方向に向くように、燃料電池を水平方向に対して傾斜させる場合、例えば、車両を降坂させる場合には、燃料流路内に気体が滞留する場合がある。
【００２０】
しかし、この車両用燃料電池システムでは、燃料電池の前側が下方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する状態では、燃料電池停止手段によって、燃料電池による発電が停止されるため、燃料流路内の気体に起因する燃料電池の破損を、防止することができる。
【００２１】
また、本発明の車両用燃料電池システムは、さらに、後端部が、前記前後方向において、前記燃料電池の最後端より後側に配置されるとともに、上端部が、前記上下方向において、前記燃料電池の最上端より上側に配置されている第２気液分離部と、前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が上方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を稼動させるとともに前記第２気液分離部を停止させ、一方、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を停止させるとともに前記第２気液分離部を稼動させるための気液分離部切替手段とを備えることが好適である。
【００２２】
このような車両用燃料電池システムでは、第１気液分離部が、前側に配置されるとともに、第２気液分離部が、後側に配置される。
【００２３】
このような車両用燃料電池システムにおいて、燃料流路の前側が上方向に向くように燃料電池を傾斜させる場合、例えば、車両用燃料電池システムを車両に搭載し、その車両を登坂させる場合には、燃料電池の燃料流路、および、その燃料電池の後側に配置される第２気液分離部には液体燃料が充填される。一方、前側に配置される第１気液分離部には気体が滞留され、そして、第１気液分離部が稼動される。
【００２４】
また、燃料流路の前側が下方向に向くように燃料電池を傾斜させる場合、例えば、車両用燃料電池システムを車両に搭載し、その車両を降坂させる場合には、燃料電池の燃料流路、および、その燃料電池の前側に配置される第１気液分離部には液体燃料が充填される。一方、後側に配置される第２気液分離部には気体が滞留され、そして、第２気液分離部が稼動される。
【００２５】
すなわち、このような車両用燃料電池システムでは、登坂時および降坂時のいずれにおいても、第１気液分離部または第２気液分離部に気体を滞留させることによって、燃料電池の燃料流路内を、液体燃料で充填することができ、また、その気体が滞留される第１気液分離部または第２気液分離部のみを稼動させることができる。
【００２６】
つまり、このような車両用燃料電池システムによれば、燃料流路に気体が滞留することを抑制することができるとともに、気体が滞留される第１気液分離部または第２気液分離部を、選択的に稼動させることができる。
【００２７】
そのため、このような車両用燃料電池システムによれば、簡易な構成により、登坂時および降坂時のいずれにおいても、燃料電池の燃料流路内に気体が滞留することを抑制して、気体に起因する燃料電池の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の車両用燃料電池システムによれば、燃料電池の燃料流路内に気体が滞留することを抑制することができる。
【００２９】
そのため、本発明の車両用燃料電池システムによれば、気体に起因する燃料電池の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】図１に示す電動車両が登坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図３】図１に示す電動車両が平坦走行する状態を示す概略構成図である。
【図４】図１に示す電動車両が降坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図５】図１のコントロールユニットにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【図７】図６に示す電動車両が登坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図８】図６に示す電動車両が降坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図９】図６のコントロールユニットにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【図１０】図９に示す登坂／平坦路モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【図１１】図９に示す降坂モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
１−１．燃料電池システムの全体構成（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【００３２】
図１において、電動車両１は、燃料電池およびバッテリを選択的に動力源とするハイブリッド車両であって、車両用燃料電池システムとしての、燃料電池システム２を搭載している。
【００３３】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、図示しない空気給排部と、制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給される、例えば、アニオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。
【００３４】
燃料電池３に供給される液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（例えば、無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００３５】
また、燃料電池３の出力電圧は、例えば、０．２〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば、１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、後述する単位セル１つあたりの出力である。
【００３６】
燃料電池３は、電解質層８と、電解質層８の一方側に配置されたアノード９と、電解質層８の他方側に配置されたカソード１０とを有する燃料電池セル（単位セル）が、絶縁材料からなるセパレータ（図示せず）を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。つまり、電解質層８を介してアノード９およびカソード１０が対向配置されてなる単位セルが複数積層されている。なお、図１では、積層される複数の単位セルのうち、電動車両１の前後方向最前端に配置される単位セル１つだけを拡大して表わし、その他の単位セルについては簡略化して記載している。
【００３７】
電解質層８は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜を用いて形成されている。
【００３８】
アノード９は、アノード電極１１と、アノード電極１１に液体燃料を供給するための燃料供給部材１２とを有している。
【００３９】
アノード電極１１は、電解質層８の一方面に形成されている。アノード電極１１の電極材料としては、例えば、触媒が担持された多孔質担体（触媒担持多孔質担体）などが挙げられる。
【００４０】
燃料供給部材１２は、ガス不透過性の導電性部材からなる。燃料供給部材１２には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、燃料供給部材１２は、溝の形成された表面がアノード電極１１に対向接触されている。これにより、アノード電極１１の一方面と燃料供給部材１２の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極１１全体に液体燃料を接触させるための燃料流路としての燃料供給路１３が形成される。
【００４１】
燃料供給路１３には、液体燃料をアノード９内に流入させるための燃料供給口１５が一端側（下側）に形成され、液体燃料をアノード９から排出するための燃料排出口１４が他端側（上側）に形成されている。
【００４２】
カソード１０は、カソード電極１６と、カソード電極１６に空気を供給するための空気供給部材１７とを有している。
【００４３】
カソード電極１６は、電解質層８の他方面に形成されている。
【００４４】
カソード電極１６の電極材料としては、例えば、アノード電極１１の電極材料として例示した、触媒担持多孔質担体などが挙げられる。
【００４５】
空気供給部材１７は、ガス不透過性の導電性部材からなる。空気供給部材１７には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、空気供給部材１７は、溝の形成された表面がカソード電極１６に対向接触されている。これにより、カソード電極１６の他方面と空気供給部材１７の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極１６全体に空気を接触させるための空気流路としての空気供給路１８が形成される。
【００４６】
空気供給路１８には、空気をカソード１０内に流入させるための空気供給口１９が一端側に形成され、空気をカソード１０から排出するための空気排出口２０が他端側に形成されている。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、液体燃料を貯蔵するための燃料タンク２１と、燃料タンク２１から供給される液体燃料をアノード９に供給するとともに、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出される液体燃料を燃料電池３（アノード９の燃料供給路１３）に還流するための還流路としての第１還流管２２とを備えている。
【００４７】
燃料タンク２１は、燃料電池３よりも後方、電動車両１の後側に配置されている。燃料タンク２１には、液体燃料として、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどが貯蔵されている。
【００４８】
第１還流管２２は、その一端側（下側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料供給口１５に接続され、他端側（上側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料排出口１４に接続されている。これにより、燃料電池３と燃料給排部４との間には、燃料排出口１４（上流側）から排出される液体燃料が、第１還流管２２を介して燃料供給口１５（下流側）へ流れ、燃料供給路１３を介して再び燃料排出口１４に戻ることによりアノード９を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
【００４９】
第１還流管２２の途中には、第１気液分離部としての第１気液分離器２３が介在されている。第１気液分離器２３は、例えば、中空の容器からなり、その下部には、第１気液分離器２３の内外を流通させる第１底部流通口２４が２つ形成されている。
【００５０】
また、第１気液分離器２３の上部には、第１気液分離器２３の内外を流通させる第１上部流通口２５が１つ形成されている。
【００５１】
第１気液分離器２３は、燃料電池３よりも電動車両１の前後方向前方、かつ、電動車両１の上下方向上方において、２つの第１底部流通口２４が第１還流管２２に接続されることにより、第１還流管２２に介装されている。
【００５２】
より具体的には、第１気液分離器２３は、その前端部３２が、燃料供給路１３の最前端３３（複数の単位セルを積層して形成される複数の燃料供給路１３のうち、最も前側の燃料供給路１３の最前端。以下同じ。）より前側に配置されるとともに、上端部３４が、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されている。
【００５３】
つまり、電動車両１の車幅方向から投影したときに、第１気液分離器２３の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より前方に突き出るように配置され、これにより、第１気液分離器２３の前端部３２が、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されている。また、第１気液分離器２３の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より上方に突き出るように配置され、これにより、第１気液分離器２３の上端部３４が、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されている。
【００５４】
これにより、燃料電池３が水平に配置される状態において、燃料供給路１３が液体燃料で満たされる場合にも、第１気液分離器２３内の液体燃料の水位は、燃料供給路１３の最上端３５と同位とされ、第１気液分離器２３内の上部に気体を滞留させることができる。
【００５５】
２つの第１底部流通口２４と第１還流管２２とは、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。これにより、第１気液分離器２３の中空部分が、クローズドラインの一部を形成している。
【００５６】
第１上部流通口２５には、第１気液分離器２３で分離されたガス（気体）を排出するための第１ガス排出管２６が接続されている。第１ガス排出管２６は、シール材（ガスケット）を介して第１上部流通口２５に接続されている。また、第１ガス排出管２６の途中には、圧力開放手段としての第１ガス排出弁２７が設けられている。
【００５７】
第１ガス排出弁２７は、第１ガス排出管２６を開放して第１気液分離器２３内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。第１ガス排出弁２７は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が第１ガス排出弁２７に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、第１ガス排出弁２７の開閉を制御する。
【００５８】
第１還流管２２において、第１気液分離器２３と燃料供給口１５との間には、燃料電池稼動手段および燃料電池停止手段としての第１燃料還流ポンプ２９が介在されている。
【００５９】
第１燃料還流ポンプ２９としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。第１燃料還流ポンプ２９は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、第１燃料還流ポンプ２９に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、第１燃料還流ポンプ２９の駆動および停止を制御する。
【００６０】
第１還流管２２において、第１燃料還流ポンプ２９と燃料供給口１５との間には、燃料タンク２１に貯蔵された液体燃料を第１還流管２２へ供給するための燃料供給管３０が接続されている。つまり、燃料供給管３０の上流側端部は、燃料タンク２１と、シール材（ガスケットなど）を介して接続され、燃料供給管３０の下流側端部は、第１還流管２２の流れ方向途中と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６１】
燃料供給管３０の流れ方向途中には、燃料電池稼動手段および燃料電池停止手段としての燃料供給ポンプ４１が介在されている。
【００６２】
燃料供給ポンプ４１としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。燃料供給ポンプ４１は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、燃料供給ポンプ４１に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、燃料供給ポンプ４１の駆動および停止を制御する。
【００６３】
燃料供給管３０において燃料供給ポンプ４１の下流側には、燃料供給弁３１が設けられている。
【００６４】
燃料供給弁３１は、燃料供給管３０を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、燃料供給弁３１は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、燃料供給弁３１に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、燃料供給弁３１の開閉を制御する。
（３）空気給排部
空気給排部は、詳しくは図示しないが、燃料電池システム２に採用される公知の構成でよく、具体的には、空気をカソード１０に供給するための空気供給管（図示せず）と、カソード１０から排出される空気を外部に排出するための空気排出管（図示せず）とを備えている。
【００６５】
空気供給管（図示せず）は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口１９に接続されている。空気供給管（図示せず）の途中には、エアコンプレッサなどの公知の空気供給ポンプ（図示せず）が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁（図示せず）が設けられている。
【００６６】
これら空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）は、それぞれ、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、空気供給ポンプ（図示せず）の駆動および停止、および、空気供給弁（図示せず）の開閉を制御する。
【００６７】
空気排出管（図示せず）は、その一端側（上流側）が空気排出口２０に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、制御手段としてのコントロールユニット４２と、電動車両１において、燃料電池３が水平方向に対して傾斜していることを検出し、また、その傾斜角度を検出する傾斜検出手段としての傾斜センサ４３とを備えている。
【００６８】
コントロールユニット４２は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。
【００６９】
傾斜センサ４３は、コントロールユニット４２と電気的に接続されている（図１の破線参照。）。傾斜センサ４３としては、例えば、加速度センサなどの公知のセンサが用いられる。具体的には、傾斜センサ４３は、電動車両１（燃料電池３）の進行方向に平行な方向に対して掛かる重力加速度ｇ・ｓｉｎθを検出して、電動車両１（燃料電池３）が水平方向に対して傾斜している傾斜角度θを検出する。そして、検出した傾斜角度θを電気信号に変換し、コントロールユニット４２に出力する。
（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギを電動車両１の駆動力として機械エネルギに変換するためのモータ３７と、モータ３７に電気的に接続されるインバータ３８と、モータ３７による回生エネルギを蓄電するための動力用バッテリ４０と、動力用バッテリ４０に電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６とを備えている。
【００７０】
モータ３７は、燃料電池３よりも後方、電動車両１の後側に配置されている。モータ３７としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の三相電動機が挙げられる。
【００７１】
インバータ３８は、モータ３７と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３８は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であって、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置が挙げられる。また、インバータ３８は、配線により、燃料電池３およびモータ３７にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線の分岐により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に電気的に接続されている。
【００７２】
動力用バッテリ４０としては、例えば、定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池や、リチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ４０は、モータ３７に電力を供給可能とされている。
【００７３】
また、このような動力用バッテリ４０には、その電池容量（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を計測するための計測器４４が備えられている。計測器４４は、動力用バッテリ４０およびコントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００７４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、動力用バッテリ４０と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、燃料電池３の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池３の電力および動力用バッテリ４０の入出力電力を調整する機能を有している。
【００７５】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、配線により、燃料電池３および動力用バッテリ４０にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線の分岐により、インバータ３８に電気的に接続されている。
【００７６】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６からモータ３７への電力は、インバータ３８において直流電力から三相交流電力に変換され、三相交流電力としてモータ３７に供給される。
１−２．燃料電池システムによる発電（第１実施形態）
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット４２の制御により、燃料供給弁３１が開かれ、第１燃料還流ポンプ２９および燃料供給ポンプ４１が駆動されることにより、液体燃料が第１還流管２２を介してアノード９に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁３１は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【００７７】
アノード９では、液体燃料が、アノード電極１１と接触しながら燃料供給路１３を通過する。一方、カソード１０では、空気が、カソード電極１６と接触しながら空気供給路１８を通過する。
【００７８】
そして、各電極（アノード電極１１およびカソード電極１６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１１での反応）
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１６での反応）
（３）ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極１１では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）とカソード電極１６での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ−）が発生する（上記式（１）参照）。
【００７９】
アノード電極１１で発生した電子（ｅ−）は、図示しない外部回路を経由してカソード電極１６に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子（ｅ−）が、電流となる。
【００８０】
一方、カソード電極１６では、電子（ｅ−）と、外部からの供給もしくは燃料電池３での反応で生成した水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路１８を流れる空気中の酸素（Ｏ２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成する（上記式（２）参照）。
【００８１】
そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）が、電解質層８を通過してアノード電極１１に到達し、上記と同様の反応（上記式（１）参照）が生じる。
【００８２】
また、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４）Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− （アノード電極１１での反応）
（５）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１６での反応）
（６）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
このようなアノード電極１１およびカソード電極１６での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池３全体として、上記式（３）または上記式（６）で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が発生する。
【００８３】
そして、動力部７では、発生した起電力が、配線を介してインバータ３８、および／または、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に送電され、モータ３７および／または動力用バッテリ４０に送電される。そして、モータ３７では、インバータ３８により三相交流電力に変換された電気エネルギが電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。一方、動力用バッテリ４０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６で降圧された電力が受電され、その電力が充電される。
【００８４】
また、燃料給排部４では、第１燃料還流ポンプ２９および燃料供給ポンプ４１の駆動力により、アノード９から排出される使用後および未反応の液体燃料が、第１還流管２２を通過して上流側の第１底部流通口２４から第１気液分離器２３に流入する。第１気液分離器２３では、水位が第１上部流通口２５よりも下方位置に保持される液体燃料の液溜まり３９が、第１気液分離器２３の中空部分に生じるとともに、液溜まり３９に含まれるガス（気体）が液溜まり３９の上方空間へ分離される。その一方で、液溜まり３９の一部が、下流側の第１底部流通口２４から第１還流管２２に流出する。第１還流管２２に流出する液体燃料は、再び燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。このようにして、液体燃料が、クローズドライン（第１還流管２２、第１気液分離器２３および燃料供給路１３）を循環する。なお、第１気液分離器２３で分離された気体は、第１ガス排出弁２７が開かれることにより、第１ガス排出管２６を介して外部へ排出される。
【００８５】
そして、このような燃料電池システム２が搭載された電動車両１が、登坂を走行するときには、図２に示すように、液体燃料が燃料供給路１３に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留する。また、電動車両１が平坦路を走行するときにも、図３に示すように、液体燃料が燃料供給路１３に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留する。
【００８６】
このように、液体燃料が燃料供給路１３に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留するとき（登坂／平坦路走行時）には、燃料電池３が稼動され、そのエネルギーにより、電動車両１が走行する。
【００８７】
これに対して、電動車両１が降坂を走行するときには、図４に示すように、第１気液分離器２３内に液体燃料が充填される一方、燃料供給路１３に気体が滞留する。このような状態において燃料電池３を稼動させると、燃料電池３の破損を惹起する場合があるため、この燃料電池システム２では、燃料供給路１３に気体が滞留した状態では、燃料電池３を停止させる。
【００８８】
そのため、この燃料電池システム２は、燃料電池の破損を抑制するための制御モードとして、第１気液分離器２３の稼動を制御する燃料電池制御モードを有している。
１−３．燃料電池制御モードによる制御処理（第１実施形態）
図５は、図１のコントロールユニット４２において実行される制御処理を表わすフロー図である。
【００８９】
この処理は、燃料電池３の運転開始をトリガーとしてスタートされる。処理がスタートされると、まず、電動車両１の走行中、すなわち、燃料電池３の発電中、電動車両１の水平方向に対する傾斜角θが、傾斜センサ４３によって検出され、その検出信号がコントロールユニット４２に入力される（ステップＳ１）。
【００９０】
次いで、コントロールユニット４２では、その入力信号に基づいて、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、燃料供給路１３の前側が下を向くように燃料電池３が傾斜している（以下、電動車両１が降坂走行中であるとする。））か、あるいは、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、燃料供給路１３の前側が上を向くように燃料電池３が傾斜している（以下、電動車両１が登坂走行中であるとする。）、または、電動車両１が平坦路走行中である）かが検出される（ステップＳ２）。
【００９１】
なお、この判断においては、電動車両１の水平方向に対する傾斜が負の値である場合でも、傾斜角が−５°以上（−５〜０°の範囲）の緩やかな傾斜であれば、平坦路走行中であるとみなす。
【００９２】
そして、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、電動車両１が登坂走行中である（図２参照）、または、電動車両１が平坦路走行中である（図３参照））ことが検出される場合（ステップＳ２のＮＯ）には、ステップＳ１に戻り、再度、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出される。
【００９３】
一方、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、電動車両１が降坂走行中である（図４参照））ことが検出される場合（ステップＳ２のＹＥＳ）には、コントロールユニット４２の制御により燃料供給ポンプ４１および第１燃料還流ポンプ２９が停止され、燃料電池３による発電が停止される（ステップＳ３）。
【００９４】
そして、燃料電池３の停止に伴い、動力用バッテリ４０の電池容量が、計測器４４により計測され、コントロールユニット４２に入力される（ステップＳ４）。
【００９５】
コントロールユニット４２では、入力された信号に基づき、モータ３７の出力制限処理がなされる（ステップＳ５）。
【００９６】
より具体的には、動力用バッテリ４０の電池容量が所定量以上である場合には、モータ出力を許可し、動力用バッテリ４０に充電されている電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６およびインバータ３８を介してモータ３７に供給する。これにより、電動車両１が降坂走行する。
【００９７】
一方、動力用バッテリ４０の電池容量が所定量未満である場合には、モータ出力を許可せず、これにより、電動車両１は、走行路の傾斜角および重力に従って降坂走行する。
【００９８】
その後は、上記と同様の制御処理が、燃料電池３の定常運転中に連続的に実行される。
１−４．作用効果（第１実施形態）
以上のような燃料電池システム２において、第１気液分離器２３は、その前端部３２が、電動車両１の前後方向において、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されるとともに、上端部３４が、電動車両１の上下方向において、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されている。
【００９９】
そのため、燃料電池３の前側が上方向に向くように、燃料電池３が水平方向に対して傾斜する状態において発電する場合、例えば、電動車両１を登坂させる場合にも、第１気液分離器２３内に気体を滞留させることができるので、燃料電池３における燃料供給路１３内に、液体燃料を充填でき、燃料供給路１３内に気体が滞留することを、抑制できる。
【０１００】
その結果、このような燃料電池システム２によれば、例えば、登坂時など、燃料電池３の前側が上方向に向くように、燃料電池３が水平方向に対して傾斜する場合においても、発電時おける燃料電池３の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【０１０１】
さらに、このような燃料電池システム２によれば、第１気液分離器２３の設置高さを抑制できるため、電動車両１の車室内空間の有効利用を図ることができ、さらには、軽量化を図ることができる。
【０１０２】
また、このような燃料電池システム２では、燃料電池３の前側が下方向に向くように、燃料電池３を水平方向に対して傾斜させる場合、例えば、電動車両１を降坂させる場合には、燃料供給路１３内に気体が滞留する場合がある。
【０１０３】
しかし、この燃料電池システム２では、燃料電池３の前側が下方向に向くように、燃料電池３が水平方向に対して傾斜する状態では、燃料供給ポンプ４１および第１燃料還流ポンプ２９が停止することによって、燃料電池３による発電が停止されるため、燃料供給路１３内の気体に起因する燃料電池３の破損を、簡易かつ低コストで防止することができる。
【０１０４】
なお、上記した第１実施形態において、第１気液分離器２１は、その前端部３２が、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されるとともに、上端部３４が、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されていれば、電動車両１の車幅方向における配置は特に制限されない。より具体的には、例えば、第１気液分離器２３は、燃料電池３の車幅方向一方側または他方側に配置されることができ、また、第１気液分離器２３の投影面は、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面と、車幅方向において重複することができる。
２−１．燃料電池システムの全体構成（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。なお、上記した部材に対応する部材については、図６において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０５】
また、図６では、積層される複数の単位セルのうち、電動車両１の前後方向最後端に配置される単位セル１つだけを拡大して表わし、その他の単位セルについては簡略化して記載している。
【０１０６】
上記した第１実施形態では、燃料電池３に対して１つの気液分離部（第１気液分離部）を設けたが、例えば、本発明の第２実施形態として、燃料電池３に対して２つの気液分離部、すなわち、第１気液分離部および第２気液分離部を設けることもできる。
【０１０７】
図６において、燃料給排部４は、燃料タンク２１と、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出される液体燃料を燃料電池３（アノード９）に還流するための還流路としての第１還流管２２と、燃料タンク２１から供給される液体燃料をアノード９に供給するとともに、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出される液体燃料を燃料電池３（アノード９）に還流するための還流路としての第２還流管４５とを備えている。
【０１０８】
第１還流管２２において、第１気液分離器２３と燃料供給口１５との間には、気液分離部切替手段としての第１燃料還流ポンプ２９が介在されている。
【０１０９】
また、第２実施形態では、上記の第１実施形態と異なり、第１還流管２２は、燃料供給管３０が接続されることなく、クローズドライン（閉流路）を形成している。
【０１１０】
第２還流管４５は、その一端側（下側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料供給口１５に接続され、他端側（上側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料排出口１４に接続されている。これによって、燃料電池３と燃料給排部４との間には、燃料排出口１４（上流側）から排出される液体燃料が、第２還流管４５を介して燃料供給口１５（下流側）へ流れ、燃料供給路１３を介して再び燃料排出口１４に戻ることによりアノード９を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
【０１１１】
第２還流管４５の途中には、第２気液分離部としての第２気液分離器４６が介在されている。第２気液分離器４６は、例えば、中空の容器からなり、その下部には、第２気液分離器４６の内外を流通させる第２底部流通口５１が２つ形成されている。
【０１１２】
また、第２気液分離器４６の上部には、第２気液分離器４６の内外を流通させる第２上部流通口５２が１つ形成されている。第２上部流通口５２および２つの第２底部流通口５１は、中空部分を介して互いに流通可能とされている。
【０１１３】
第２気液分離器４６は、燃料電池３よりも電動車両１の後方、かつ、電動車両１の上方において、２つの第２上部流通口５２が第２還流管４５に接続されることにより、第２還流管４５に介装されている。
【０１１４】
より具体的には、第２気液分離器４６は、その後端部４７が、燃料供給路１３の最後端４８（なお、複数の単位セルを積層して形成される複数の燃料供給路１３のうち、最も後側の燃料供給路１３の最後端。以下同じ。）より後側に配置されるとともに、上端部４９が、燃料供給路１３の最上端５０より上側に配置されている。
【０１１５】
つまり、電動車両１の車幅方向から投影したときに、第２気液分離器４６の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より後方に突き出るように配置され、これにより、第２気液分離器４６の後端部４７が、燃料供給路１３の最後端４８より後側に配置されている。また、第２気液分離器４６の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より上方に突き出るように配置され、これにより、第２気液分離器４６の上端部４９が、燃料供給路１３の最上端５０より上側に配置されている。
【０１１６】
これにより、燃料電池３が水平に配置される状態において、燃料供給路１３が液体燃料で満たされる場合にも、第２気液分離器４６内の液体燃料の水位は、燃料供給路１３の最上端５０と同位とされ、第２気液分離器４６内の上部に気体を滞留させることができる。
【０１１７】
２つの第２底部流通口５１と第２還流管４５とは、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。これにより、第２気液分離器４６の中空部分が、クローズドラインの一部を形成している。
【０１１８】
第２上部流通口５２には、第２気液分離器４６で分離されたガス（気体）を排出するための第２ガス排出管５３が接続されている。
【０１１９】
第２ガス排出管５３は、その下流側端部が第２気液分離器４６に接続されるとともに、上流側端部が第１ガス排出管２６の流れ方向途中、より具体的には、ガス排出弁２７の下流側に接続されている。また、第２ガス排出管５３の途中には、圧力開放手段としての第２ガス排出弁５４が設けられている。
【０１２０】
第２ガス排出弁５４は、第２ガス排出管５３を開放して第２気液分離器４６内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。第２ガス排出弁５４は、コントロールユニット４２に電気的に接続されている（図６の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２からの制御信号が第２ガス排出弁５４に入力され、コントロールユニット４２が、第２ガス排出弁５４の開閉を制御する。
【０１２１】
第２還流管４５において、第２気液分離器４６と燃料供給口１５との間には、気液分離部切替手段としての第２燃料還流ポンプ５５が介在されている。
【０１２２】
第２燃料還流ポンプ５５としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。第２燃料還流ポンプ５５は、コントロールユニット４２に電気的に接続されている（図６の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２からの制御信号が、第２燃料還流ポンプ５５に入力され、コントロールユニット４２が、第２燃料還流ポンプ５５の駆動および停止を制御する。
【０１２３】
第２還流管４５において第２燃料還流ポンプ５５と燃料供給口１５との間には、燃料タンク２１に貯蔵された液体燃料を第２還流管４５へ供給するための燃料供給管３０が接続されている。
【０１２４】
また、このような燃料電池システム２では、動力用バッテリ４０の電池容量を計測するための計測器４４は備えられておらず、一方、燃料電池３の電流を計測するための計測器５６が備えられている。計測器５６は、燃料電池３およびコントロールユニット４２に電気的に接続されている（図６の破線参照）。
２−２．燃料電池システムによる発電（第２実施形態）
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット４２の制御により、燃料供給弁３１が開かれ、第１燃料還流ポンプ２９および／または第２燃料還流ポンプ５５と、燃料供給ポンプ４１とが駆動されることにより、液体燃料が第１還流管２２および／または第２還流管４５を介してアノード９に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁３１は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【０１２５】
アノード９およびカソード１０における反応は、上記の通りである。
【０１２６】
そして、このような燃料電池システム２では、電動車両１が登坂を走行するときには、図７に示すように、液体燃料が第２気液分離器４６に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留する。これに対して、電動車両１が降坂を走行するときには、図８に示すように、液体燃料が第１気液分離器２３に充填され、一方、気体が第２気液分離器４６内に滞留する。
【０１２７】
そこで、この燃料電池システム２では、気体が滞留される第１気液分離器２３または第２気液分離器４６を選択的に稼動させ、発電する。
【０１２８】
そのため、この燃料電池システム２は、燃料電池の破損を抑制するための制御モードとして、第１気液分離器２３および第２気液分離器４６の稼動を切り替える気液分離切替制御モードを有している。
２−３．気液分離切替制御モードによる制御処理（第２実施形態）
図９は、図６のコントロールユニット４２において実行される制御処理を表わすフロー図であり、図１０は、図９に示す登坂／平坦路モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図であり、図１１は、図９に示す降坂モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【０１２９】
この処理は、燃料電池３の運転開始をトリガーとしてスタートされる。処理がスタートされると、まず、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出され、その検出信号がコントロールユニット４２に入力される（ステップＳ１）。
【０１３０】
次いで、コントロールユニット４２では、その入力信号に基づいて、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、燃料供給路１３の前側が下を向くように燃料電池３が傾斜している（電動車両１が降坂走行中である））か、あるいは、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、燃料供給路１３の前側が上を向くように燃料電池３が傾斜している（電動車両１が登坂走行中である）、または、電動車両１が平坦路走行中である）かが検出される（ステップＳ２）。
【０１３１】
なお、上記と同様、この判断においては、電動車両１の水平方向に対する傾斜が負の値である場合にも、傾斜角が−５°以上（−５〜０°の範囲）の緩やかな傾斜であれば、平坦路走行中であるとみなす。
【０１３２】
そして、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、電動車両１が登坂走行中である、または、電動車両１が平坦路走行中である）ことが検出される場合（ステップＳ２のＮＯ）には、登坂／平坦路走行モードを実行する（ステップＳ３）。
【０１３３】
登坂／平坦路走行モードでは、図１０に示すように、コントロールユニット４２の制御により、まず、第１ガス排出弁２７が開放されるとともに、第２ガス排出弁５４が閉鎖される（ステップＳ３１）。
【０１３４】
次いで、コントロールユニット４２の制御により、第１燃料還流ポンプ２９が駆動されるとともに、第２燃料還流ポンプ５５が停止される（ステップＳ３２）。
【０１３５】
これにより、登坂／平坦路走行モードでは、気体が滞留される第１気液分離器２３が稼動され、第１気液分離器２３において気液が分離される一方、第２気液分離器４６は停止される。
【０１３６】
そして、登坂／平坦路走行モードでは、燃料電池３の電流が、計測器５６により計測され、コントロールユニット４２に入力される（ステップＳ３３）。そして、その入力に基づいて、液体燃料の供給流量が、下記式（１）により算出される。なお、下記式（１）において、Ｋ１は、測定電流から液体燃料の供給流量を算出するための係数である。
流量（Ｌ／ｍｉｎ）
＝Ｋ１（Ｌ／Ａ・ｍｉｎ）×電流（Ａ）
＝［反応物質量×分子量÷濃度÷密度］（Ｌ／ｍｉｎ・Ａ）×電流（Ａ）
＝セル数÷ファラデー定数（Ａ・ｓｅｃ／ｍｏｌ）÷反応電子数（ｍｏｌ）÷＜秒→分変換＞（ｍｉｎ／ｓｅｃ）×分子量÷濃度÷密度（ｋｇ／Ｌ）×電流（Ａ） （１）
より具体的には、例えば、燃料電池３のセル数を１００とし、液体燃料としてヒドラジン１水和物（分子量：５０、反応電子数：４）の水溶液（濃度：１０質量％、密度：１．０３ｋｇ／Ｌ）を用いる場合には、液体燃料の流量は、上記式（１）および測定電流から、下記の通り計算される。
流量（Ｌ／ｍｉｎ）
＝１００÷９６４８５（Ａ・ｓｅｃ／ｍｏｌ）÷４（ｍｏｌ）×６０（ｓｅｃ／ｍｉｎ）×５０÷０．１÷１．０３（ｋｇ／Ｌ）×電流（Ａ）
そして、登坂／平坦路走行モードでは、算出された液体燃料の供給流量に基づいて、ポンプ回転数、すなわち、第１燃料還流ポンプ２９の回転数が、下記式（２）により決定され、コントロールユニット４２により、第１燃料還流ポンプ２９の回転数が制御される（ステップＳ３５）。なお、下記式（２）において、Ｋ２は、液体燃料の供給流量からポンプ回転数を算出するための係数であって、ポンプ１回転あたりの液体燃料吐出量（Ｌ／回）の逆数を示す。
ポンプ回転数（回／ｍｉｎ）
＝Ｋ２（回／Ｌ）×流量（Ｌ／ｍｉｎ） （２）
より具体的には、第１燃料還流ポンプ２９が、１回転あたり２Ｌの液体燃料を供給する場合には、ポンプ回転数は、上記により算出された液体燃料の供給流量から、下記の通り計算される。
ポンプ回転数（回／ｍｉｎ）
＝１／２（回／Ｌ）×流量（Ｌ／ｍｉｎ）
このようにして、登坂／平坦路走行モードでは、気体が滞留される第１気液分離器２３が稼動された後、ステップＳ１に戻り、再度、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出される。
【０１３７】
一方、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、電動車両１が降坂走行中である）ことが検出される場合（ステップＳ２のＹＥＳ）には、降坂走行モードを実行する（ステップＳ４）。
【０１３８】
なお、電動車両１が降坂走行中であることが検出されるとき、第２気液分離器４６内には、気体が滞留される。
【０１３９】
そして、降坂走行モードでは、図１１に示すように、コントロールユニット４２の制御により、まず、第２ガス排出弁５４が開放されるとともに、第１ガス排出弁２７が閉鎖される（ステップＳ４１）。
【０１４０】
次いで、コントロールユニット４２の制御により、第２燃料還流ポンプ５５が駆動されるとともに、第１燃料還流ポンプ２９が停止される（ステップＳ４２）。
【０１４１】
これにより、降坂走行モードでは、気体が滞留される第２気液分離器４６が稼動され、第２気液分離器４６において気液が分離される一方、第１気液分離器２３は停止される。
【０１４２】
そして、降坂走行モードでは、燃料電池３の電流が、計測器５６により計測され、コントロールユニット４２に入力される（ステップＳ４３）。そして、その入力に基づいて、液体燃料の供給流量が、上記式（１）により算出される。
【０１４３】
そして、降坂走行モードでは、算出された液体燃料の供給流量に基づいて、ポンプ回転数、すなわち、第２燃料還流ポンプ５５の回転数が、上記式（２）により決定され、コントロールユニット４２により、第２燃料還流ポンプ５５の回転数が制御される（ステップＳ４５）。
【０１４４】
このようにして、降坂走行モードでは、気体が滞留される第２気液分離器４６が稼動された後、ステップＳ１に戻り、再度、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出される。
【０１４５】
その後は、上記と同様の制御処理が、燃料電池３の定常運転中に連続的に実行される。
２−４．作用効果（第２実施形態）
以上のように、このような燃料電池システム２では、第１気液分離器２３が、前側に配置されるとともに、第２気液分離器４６が、後側に配置される。
【０１４６】
このような燃料電池システム２において、燃料供給路１３の前側が上方向に向くように燃料電池３を傾斜させる場合、例えば、電動車両１を登坂させる場合には、燃料電池３の燃料供給路１３、および、その燃料電池３の後側に配置される第２気液分離器４６には液体燃料が充填される。一方、前側に配置される第１気液分離器２３には気体が滞留され、そして、第１気液分離器２３が稼動される。
【０１４７】
また、燃料供給路１３の前側が下方向に向くように燃料電池３を傾斜させる場合、例えば、電動車両１を降坂させる場合には、燃料電池３の燃料供給路１３、および、その燃料電池３の前側に配置される第１気液分離器２３には液体燃料が充填される。一方、後側に配置される第２気液分離器４６には気体が滞留され、そして、第２気液分離器４６が稼動される。
【０１４８】
すなわち、このような燃料電池システム２では、登坂時および降坂時のいずれにおいても、第１気液分離器２３または第２気液分離器４６に気体を滞留させることによって、燃料電池３の燃料供給路１３内を、液体燃料で充填することができ、また、その気体が滞留される第１気液分離器２３または第２気液分離器４６のみを稼動させることができる。
【０１４９】
つまり、このような燃料電池システム２によれば、燃料供給路１３に気体が滞留することを抑制することができるとともに、気体が滞留される第１気液分離器２３または第２気液分離器４６を、選択的に稼動させることができる。
【０１５０】
そのため、このような燃料電池システム２によれば、簡易な構成により、登坂時および降坂時のいずれにおいても、燃料電池３の燃料供給路１３内に気体が滞留することを抑制して、気体に起因する燃料電池３の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【０１５１】
なお、第１実施形態と同様、上記した第２実施形態において、第１気液分離器２３は、燃料電池３の車幅方向一方側または他方側に配置されることができ、また、第１気液分離器２３の投影面は、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面と、車幅方向において重複することができる
また、第２実施形態において、第２気液分離器４６は、その後端部４７が、燃料供給路１３の最後端４８より後側に配置されるとともに、上端部４９が、燃料供給路１３の最上端５０より上側に配置されていれば、電動車両１の車幅方向における配置は特に制限されない。より具体的には、例えば、第２気液分離器４６は、燃料電池３の車幅方向一方側または他方側に配置されることができ、また、第２気液分離器４６の投影面は、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面と、車幅方向において重複することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１ 電動車両
２ 燃料電池システム
３ 燃料電池
１３ 燃料供給路
２２ 第１還流管
３２ 前端部
３３ 最前端
３４ 上端部
３５ 最上端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料が供給される燃料電池を備える車両用燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料を使用する燃料電池システムとして、例えば、直接メタノール形燃料電池、直接ジメチルエーテル形燃料電池、ヒドラジン形燃料電池などを備えた燃料電池システムが知られている。
【０００３】
液体燃料形燃料電池は、水素ガスを生成するための改質器を必要としないので、システムとしての構造の簡略化が期待されている。
【０００４】
液体燃料形燃料電池が備えられる燃料電池システムは、一般的に、液体燃料が供給される燃料電池と、燃料電池に液体燃料を供給するための燃料供給ポンプと、燃料電池に空気を供給するためのエアコンプレッサとを備えている。
【０００５】
このようなシステムでは、燃料電池のアノードに液体燃料が供給されるとともに、燃料電池のカソードに空気が供給されることによって、電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、直接メタノール形燃料電池では、下記式（１）および（２）の通りとなる。
【０００６】
（１）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ− （アノードでの反応）
（２）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソードでの反応）
しかし、アノード側に発生するＣＯ２ガスが液体燃料中に気泡として滞留すると、アノード電極における液体燃料との接触面が気泡に覆われて、燃料電池の出力が低下するおそれがある。
【０００７】
一方、近年では、液体燃料に含まれる気体を分離するための気液分離器を備える燃料電池システムが提案されている。
【０００８】
例えば、液体燃料が供給される燃料電池と、その燃料電池から排出される液体燃料を、燃料電池に還流させるための還流路と、還流路に介在され、液体燃料に含まれる気体を分離するための気液分離部と、気液分離部に設けられ、気液分離部内の圧力を開放するための圧力開放手段と、圧力開放手段を、燃料電池の定常運転時に間欠的に動作させるための制御手段とを備える燃料電池システムが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この燃料電池システムでは、還流路に介在された気液分離部において圧力開放手段を間欠的に動作させることにより、その内部圧力を開放し、循環する液体燃料の圧力を低下させている。そして、これにより、液体燃料に対する気体の溶解度を低下させ、液体燃料に溶解する気体を気泡として発生させることにより、気液分離部において気体を回収している。
【特許文献１】特開２０１０−１２９３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかるに、特許文献１記載の燃料電池システムでは、気液分離部が燃料電池の後方かつ上側に設けられている。
【００１１】
そのため、例えば、燃料電池システムを車両に搭載し、その車両が登坂するときなど、燃料電池の前側が上方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する状態において発電する場合には、相対的に下方に配置される気液分離部内に、液体燃料が充填される。一方、相対的に上方に配置される燃料電池の前端部には、気体が滞留する。このような場合には、発電時に、その滞留気体に起因して、燃料電池の破損を生じる場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、簡易かつ低コストで、登坂時に燃料電池内に気体が滞留することを防止することのできる車両用燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の車両用燃料電池システムは、液体燃料が供給される燃料流路を備える燃料電池と、前記燃料流路から排出される液体燃料を、前記燃料流路に還流させるための還流路と、前記還流路に介在され、液体燃料と気体とを分離するための第１気液分離部とを備え、前記第１気液分離部は、前端部が、車両の前後方向において、前記燃料流路の最前端より前側に配置されるとともに、上端部が、車両の上下方向において、前記燃料流路の最上端より上側に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
このような車両用燃料電池システムにおいて、第１気液分離部は、その前端部が、車両の前後方向において、燃料流路の最前端より前側に配置されるとともに、上端部が、車両の上下方向において、燃料流路の最上端より上側に配置されている。
【００１５】
そのため、燃料電池の前側が上方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する状態において発電する場合、例えば、車両用燃料電池システムを車両に搭載し、その車両を登坂させる場合にも、第１気液分離部内に気体を滞留させることができるので、燃料電池における燃料流路内に、液体燃料を充填でき、燃料流路内に気体が滞留することを、抑制できる。
【００１６】
その結果、このような車両用燃料電池システムによれば、例えば、登坂時など、燃料電池の前側が上方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する場合においても、発電時おける燃料電池の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【００１７】
さらに、このような車両用燃料電池システムによれば、第１気液分離部の設置高さを抑制できるため、車両の車室内空間の有効利用を図ることができ、さらには、軽量化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明の車両用燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記燃料電池による発電を停止させる燃料電池停止手段とを備えていることが好適である。
【００１９】
このような車両用燃料電池システムでは、燃料電池の前側が下方向に向くように、燃料電池を水平方向に対して傾斜させる場合、例えば、車両を降坂させる場合には、燃料流路内に気体が滞留する場合がある。
【００２０】
しかし、この車両用燃料電池システムでは、燃料電池の前側が下方向に向くように、燃料電池が水平方向に対して傾斜する状態では、燃料電池停止手段によって、燃料電池による発電が停止されるため、燃料流路内の気体に起因する燃料電池の破損を、防止することができる。
【００２１】
また、本発明の車両用燃料電池システムは、さらに、後端部が、前記前後方向において、前記燃料電池の最後端より後側に配置されるとともに、上端部が、前記上下方向において、前記燃料電池の最上端より上側に配置されている第２気液分離部と、前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が上方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を稼動させるとともに前記第２気液分離部を停止させ、一方、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を停止させるとともに前記第２気液分離部を稼動させるための気液分離部切替手段とを備えることが好適である。
【００２２】
このような車両用燃料電池システムでは、第１気液分離部が、前側に配置されるとともに、第２気液分離部が、後側に配置される。
【００２３】
このような車両用燃料電池システムにおいて、燃料流路の前側が上方向に向くように燃料電池を傾斜させる場合、例えば、車両用燃料電池システムを車両に搭載し、その車両を登坂させる場合には、燃料電池の燃料流路、および、その燃料電池の後側に配置される第２気液分離部には液体燃料が充填される。一方、前側に配置される第１気液分離部には気体が滞留され、そして、第１気液分離部が稼動される。
【００２４】
また、燃料流路の前側が下方向に向くように燃料電池を傾斜させる場合、例えば、車両用燃料電池システムを車両に搭載し、その車両を降坂させる場合には、燃料電池の燃料流路、および、その燃料電池の前側に配置される第１気液分離部には液体燃料が充填される。一方、後側に配置される第２気液分離部には気体が滞留され、そして、第２気液分離部が稼動される。
【００２５】
すなわち、このような車両用燃料電池システムでは、登坂時および降坂時のいずれにおいても、第１気液分離部または第２気液分離部に気体を滞留させることによって、燃料電池の燃料流路内を、液体燃料で充填することができ、また、その気体が滞留される第１気液分離部または第２気液分離部のみを稼動させることができる。
【００２６】
つまり、このような車両用燃料電池システムによれば、燃料流路に気体が滞留することを抑制することができるとともに、気体が滞留される第１気液分離部または第２気液分離部を、選択的に稼動させることができる。
【００２７】
そのため、このような車両用燃料電池システムによれば、簡易な構成により、登坂時および降坂時のいずれにおいても、燃料電池の燃料流路内に気体が滞留することを抑制して、気体に起因する燃料電池の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の車両用燃料電池システムによれば、燃料電池の燃料流路内に気体が滞留することを抑制することができる。
【００２９】
そのため、本発明の車両用燃料電池システムによれば、気体に起因する燃料電池の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】図１に示す電動車両が登坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図３】図１に示す電動車両が平坦走行する状態を示す概略構成図である。
【図４】図１に示す電動車両が降坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図５】図１のコントロールユニットにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【図７】図６に示す電動車両が登坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図８】図６に示す電動車両が降坂走行する状態を示す概略構成図である。
【図９】図６のコントロールユニットにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【図１０】図９に示す登坂／平坦路モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【図１１】図９に示す降坂モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
１−１．燃料電池システムの全体構成（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【００３２】
図１において、電動車両１は、燃料電池およびバッテリを選択的に動力源とするハイブリッド車両であって、車両用燃料電池システムとしての、燃料電池システム２を搭載している。
【００３３】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、図示しない空気給排部と、制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給される、例えば、アニオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。
【００３４】
燃料電池３に供給される液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（例えば、無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００３５】
また、燃料電池３の出力電圧は、例えば、０．２〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば、１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、後述する単位セル１つあたりの出力である。
【００３６】
燃料電池３は、電解質層８と、電解質層８の一方側に配置されたアノード９と、電解質層８の他方側に配置されたカソード１０とを有する燃料電池セル（単位セル）が、絶縁材料からなるセパレータ（図示せず）を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。つまり、電解質層８を介してアノード９およびカソード１０が対向配置されてなる単位セルが複数積層されている。なお、図１では、積層される複数の単位セルのうち、電動車両１の前後方向最前端に配置される単位セル１つだけを拡大して表わし、その他の単位セルについては簡略化して記載している。
【００３７】
電解質層８は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜を用いて形成されている。
【００３８】
アノード９は、アノード電極１１と、アノード電極１１に液体燃料を供給するための燃料供給部材１２とを有している。
【００３９】
アノード電極１１は、電解質層８の一方面に形成されている。アノード電極１１の電極材料としては、例えば、触媒が担持された多孔質担体（触媒担持多孔質担体）などが挙げられる。
【００４０】
燃料供給部材１２は、ガス不透過性の導電性部材からなる。燃料供給部材１２には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、燃料供給部材１２は、溝の形成された表面がアノード電極１１に対向接触されている。これにより、アノード電極１１の一方面と燃料供給部材１２の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極１１全体に液体燃料を接触させるための燃料流路としての燃料供給路１３が形成される。
【００４１】
燃料供給路１３には、液体燃料をアノード９内に流入させるための燃料供給口１５が一端側（下側）に形成され、液体燃料をアノード９から排出するための燃料排出口１４が他端側（上側）に形成されている。
【００４２】
カソード１０は、カソード電極１６と、カソード電極１６に空気を供給するための空気供給部材１７とを有している。
【００４３】
カソード電極１６は、電解質層８の他方面に形成されている。
【００４４】
カソード電極１６の電極材料としては、例えば、アノード電極１１の電極材料として例示した、触媒担持多孔質担体などが挙げられる。
【００４５】
空気供給部材１７は、ガス不透過性の導電性部材からなる。空気供給部材１７には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、空気供給部材１７は、溝の形成された表面がカソード電極１６に対向接触されている。これにより、カソード電極１６の他方面と空気供給部材１７の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極１６全体に空気を接触させるための空気流路としての空気供給路１８が形成される。
【００４６】
空気供給路１８には、空気をカソード１０内に流入させるための空気供給口１９が一端側に形成され、空気をカソード１０から排出するための空気排出口２０が他端側に形成されている。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、液体燃料を貯蔵するための燃料タンク２１と、燃料タンク２１から供給される液体燃料をアノード９に供給するとともに、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出される液体燃料を燃料電池３（アノード９の燃料供給路１３）に還流するための還流路としての第１還流管２２とを備えている。
【００４７】
燃料タンク２１は、燃料電池３よりも後方、電動車両１の後側に配置されている。燃料タンク２１には、液体燃料として、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどが貯蔵されている。
【００４８】
第１還流管２２は、その一端側（下側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料供給口１５に接続され、他端側（上側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料排出口１４に接続されている。これにより、燃料電池３と燃料給排部４との間には、燃料排出口１４（上流側）から排出される液体燃料が、第１還流管２２を介して燃料供給口１５（下流側）へ流れ、燃料供給路１３を介して再び燃料排出口１４に戻ることによりアノード９を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
【００４９】
第１還流管２２の途中には、第１気液分離部としての第１気液分離器２３が介在されている。第１気液分離器２３は、例えば、中空の容器からなり、その下部には、第１気液分離器２３の内外を流通させる第１底部流通口２４が２つ形成されている。
【００５０】
また、第１気液分離器２３の上部には、第１気液分離器２３の内外を流通させる第１上部流通口２５が１つ形成されている。
【００５１】
第１気液分離器２３は、燃料電池３よりも電動車両１の前後方向前方、かつ、電動車両１の上下方向上方において、２つの第１底部流通口２４が第１還流管２２に接続されることにより、第１還流管２２に介装されている。
【００５２】
より具体的には、第１気液分離器２３は、その前端部３２が、燃料供給路１３の最前端３３（複数の単位セルを積層して形成される複数の燃料供給路１３のうち、最も前側の燃料供給路１３の最前端。以下同じ。）より前側に配置されるとともに、上端部３４が、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されている。
【００５３】
つまり、電動車両１の車幅方向から投影したときに、第１気液分離器２３の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より前方に突き出るように配置され、これにより、第１気液分離器２３の前端部３２が、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されている。また、第１気液分離器２３の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より上方に突き出るように配置され、これにより、第１気液分離器２３の上端部３４が、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されている。
【００５４】
これにより、燃料電池３が水平に配置される状態において、燃料供給路１３が液体燃料で満たされる場合にも、第１気液分離器２３内の液体燃料の水位は、燃料供給路１３の最上端３５と同位とされ、第１気液分離器２３内の上部に気体を滞留させることができる。
【００５５】
２つの第１底部流通口２４と第１還流管２２とは、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。これにより、第１気液分離器２３の中空部分が、クローズドラインの一部を形成している。
【００５６】
第１上部流通口２５には、第１気液分離器２３で分離されたガス（気体）を排出するための第１ガス排出管２６が接続されている。第１ガス排出管２６は、シール材（ガスケット）を介して第１上部流通口２５に接続されている。また、第１ガス排出管２６の途中には、圧力開放手段としての第１ガス排出弁２７が設けられている。
【００５７】
第１ガス排出弁２７は、第１ガス排出管２６を開放して第１気液分離器２３内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。第１ガス排出弁２７は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が第１ガス排出弁２７に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、第１ガス排出弁２７の開閉を制御する。
【００５８】
第１還流管２２において、第１気液分離器２３と燃料供給口１５との間には、燃料電池稼動手段および燃料電池停止手段としての第１燃料還流ポンプ２９が介在されている。
【００５９】
第１燃料還流ポンプ２９としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。第１燃料還流ポンプ２９は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、第１燃料還流ポンプ２９に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、第１燃料還流ポンプ２９の駆動および停止を制御する。
【００６０】
第１還流管２２において、第１燃料還流ポンプ２９と燃料供給口１５との間には、燃料タンク２１に貯蔵された液体燃料を第１還流管２２へ供給するための燃料供給管３０が接続されている。つまり、燃料供給管３０の上流側端部は、燃料タンク２１と、シール材（ガスケットなど）を介して接続され、燃料供給管３０の下流側端部は、第１還流管２２の流れ方向途中と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６１】
燃料供給管３０の流れ方向途中には、燃料電池稼動手段および燃料電池停止手段としての燃料供給ポンプ４１が介在されている。
【００６２】
燃料供給ポンプ４１としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。燃料供給ポンプ４１は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、燃料供給ポンプ４１に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、燃料供給ポンプ４１の駆動および停止を制御する。
【００６３】
燃料供給管３０において燃料供給ポンプ４１の下流側には、燃料供給弁３１が設けられている。
【００６４】
燃料供給弁３１は、燃料供給管３０を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、燃料供給弁３１は、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、燃料供給弁３１に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、燃料供給弁３１の開閉を制御する。
（３）空気給排部
空気給排部は、詳しくは図示しないが、燃料電池システム２に採用される公知の構成でよく、具体的には、空気をカソード１０に供給するための空気供給管（図示せず）と、カソード１０から排出される空気を外部に排出するための空気排出管（図示せず）とを備えている。
【００６５】
空気供給管（図示せず）は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口１９に接続されている。空気供給管（図示せず）の途中には、エアコンプレッサなどの公知の空気供給ポンプ（図示せず）が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁（図示せず）が設けられている。
【００６６】
これら空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）は、それぞれ、コントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット４２（後述）からの制御信号が、空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、空気供給ポンプ（図示せず）の駆動および停止、および、空気供給弁（図示せず）の開閉を制御する。
【００６７】
空気排出管（図示せず）は、その一端側（上流側）が空気排出口２０に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、制御手段としてのコントロールユニット４２と、電動車両１において、燃料電池３が水平方向に対して傾斜していることを検出し、また、その傾斜角度を検出する傾斜検出手段としての傾斜センサ４３とを備えている。
【００６８】
コントロールユニット４２は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。
【００６９】
傾斜センサ４３は、コントロールユニット４２と電気的に接続されている（図１の破線参照。）。傾斜センサ４３としては、例えば、加速度センサなどの公知のセンサが用いられる。具体的には、傾斜センサ４３は、電動車両１（燃料電池３）の進行方向に平行な方向に対して掛かる重力加速度ｇ・ｓｉｎθを検出して、電動車両１（燃料電池３）が水平方向に対して傾斜している傾斜角度θを検出する。そして、検出した傾斜角度θを電気信号に変換し、コントロールユニット４２に出力する。
（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギを電動車両１の駆動力として機械エネルギに変換するためのモータ３７と、モータ３７に電気的に接続されるインバータ３８と、モータ３７による回生エネルギを蓄電するための動力用バッテリ４０と、動力用バッテリ４０に電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６とを備えている。
【００７０】
モータ３７は、燃料電池３よりも後方、電動車両１の後側に配置されている。モータ３７としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の三相電動機が挙げられる。
【００７１】
インバータ３８は、モータ３７と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３８は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であって、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置が挙げられる。また、インバータ３８は、配線により、燃料電池３およびモータ３７にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線の分岐により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に電気的に接続されている。
【００７２】
動力用バッテリ４０としては、例えば、定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池や、リチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ４０は、モータ３７に電力を供給可能とされている。
【００７３】
また、このような動力用バッテリ４０には、その電池容量（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を計測するための計測器４４が備えられている。計測器４４は、動力用バッテリ４０およびコントロールユニット４２（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００７４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、動力用バッテリ４０と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、燃料電池３の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池３の電力および動力用バッテリ４０の入出力電力を調整する機能を有している。
【００７５】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、配線により、燃料電池３および動力用バッテリ４０にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線の分岐により、インバータ３８に電気的に接続されている。
【００７６】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６からモータ３７への電力は、インバータ３８において直流電力から三相交流電力に変換され、三相交流電力としてモータ３７に供給される。
１−２．燃料電池システムによる発電（第１実施形態）
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット４２の制御により、燃料供給弁３１が開かれ、第１燃料還流ポンプ２９および燃料供給ポンプ４１が駆動されることにより、液体燃料が第１還流管２２を介してアノード９に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁３１は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【００７７】
アノード９では、液体燃料が、アノード電極１１と接触しながら燃料供給路１３を通過する。一方、カソード１０では、空気が、カソード電極１６と接触しながら空気供給路１８を通過する。
【００７８】
そして、各電極（アノード電極１１およびカソード電極１６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１１での反応）
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１６での反応）
（３）ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極１１では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）とカソード電極１６での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ−）が発生する（上記式（１）参照）。
【００７９】
アノード電極１１で発生した電子（ｅ−）は、図示しない外部回路を経由してカソード電極１６に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子（ｅ−）が、電流となる。
【００８０】
一方、カソード電極１６では、電子（ｅ−）と、外部からの供給もしくは燃料電池３での反応で生成した水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路１８を流れる空気中の酸素（Ｏ２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成する（上記式（２）参照）。
【００８１】
そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）が、電解質層８を通過してアノード電極１１に到達し、上記と同様の反応（上記式（１）参照）が生じる。
【００８２】
また、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４）Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− （アノード電極１１での反応）
（５）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１６での反応）
（６）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
このようなアノード電極１１およびカソード電極１６での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池３全体として、上記式（３）または上記式（６）で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が発生する。
【００８３】
そして、動力部７では、発生した起電力が、配線を介してインバータ３８、および／または、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に送電され、モータ３７および／または動力用バッテリ４０に送電される。そして、モータ３７では、インバータ３８により三相交流電力に変換された電気エネルギが電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。一方、動力用バッテリ４０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６で降圧された電力が受電され、その電力が充電される。
【００８４】
また、燃料給排部４では、第１燃料還流ポンプ２９および燃料供給ポンプ４１の駆動力により、アノード９から排出される使用後および未反応の液体燃料が、第１還流管２２を通過して上流側の第１底部流通口２４から第１気液分離器２３に流入する。第１気液分離器２３では、水位が第１上部流通口２５よりも下方位置に保持される液体燃料の液溜まり３９が、第１気液分離器２３の中空部分に生じるとともに、液溜まり３９に含まれるガス（気体）が液溜まり３９の上方空間へ分離される。その一方で、液溜まり３９の一部が、下流側の第１底部流通口２４から第１還流管２２に流出する。第１還流管２２に流出する液体燃料は、再び燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。このようにして、液体燃料が、クローズドライン（第１還流管２２、第１気液分離器２３および燃料供給路１３）を循環する。なお、第１気液分離器２３で分離された気体は、第１ガス排出弁２７が開かれることにより、第１ガス排出管２６を介して外部へ排出される。
【００８５】
そして、このような燃料電池システム２が搭載された電動車両１が、登坂を走行するときには、図２に示すように、液体燃料が燃料供給路１３に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留する。また、電動車両１が平坦路を走行するときにも、図３に示すように、液体燃料が燃料供給路１３に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留する。
【００８６】
このように、液体燃料が燃料供給路１３に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留するとき（登坂／平坦路走行時）には、燃料電池３が稼動され、そのエネルギーにより、電動車両１が走行する。
【００８７】
これに対して、電動車両１が降坂を走行するときには、図４に示すように、第１気液分離器２３内に液体燃料が充填される一方、燃料供給路１３に気体が滞留する。このような状態において燃料電池３を稼動させると、燃料電池３の破損を惹起する場合があるため、この燃料電池システム２では、燃料供給路１３に気体が滞留した状態では、燃料電池３を停止させる。
【００８８】
そのため、この燃料電池システム２は、燃料電池の破損を抑制するための制御モードとして、第１気液分離器２３の稼動を制御する燃料電池制御モードを有している。
１−３．燃料電池制御モードによる制御処理（第１実施形態）
図５は、図１のコントロールユニット４２において実行される制御処理を表わすフロー図である。
【００８９】
この処理は、燃料電池３の運転開始をトリガーとしてスタートされる。処理がスタートされると、まず、電動車両１の走行中、すなわち、燃料電池３の発電中、電動車両１の水平方向に対する傾斜角θが、傾斜センサ４３によって検出され、その検出信号がコントロールユニット４２に入力される（ステップＳ１）。
【００９０】
次いで、コントロールユニット４２では、その入力信号に基づいて、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、燃料供給路１３の前側が下を向くように燃料電池３が傾斜している（以下、電動車両１が降坂走行中であるとする。））か、あるいは、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、燃料供給路１３の前側が上を向くように燃料電池３が傾斜している（以下、電動車両１が登坂走行中であるとする。）、または、電動車両１が平坦路走行中である）かが検出される（ステップＳ２）。
【００９１】
なお、この判断においては、電動車両１の水平方向に対する傾斜が負の値である場合でも、傾斜角が−５°以上（−５〜０°の範囲）の緩やかな傾斜であれば、平坦路走行中であるとみなす。
【００９２】
そして、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、電動車両１が登坂走行中である（図２参照）、または、電動車両１が平坦路走行中である（図３参照））ことが検出される場合（ステップＳ２のＮＯ）には、ステップＳ１に戻り、再度、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出される。
【００９３】
一方、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、電動車両１が降坂走行中である（図４参照））ことが検出される場合（ステップＳ２のＹＥＳ）には、コントロールユニット４２の制御により燃料供給ポンプ４１および第１燃料還流ポンプ２９が停止され、燃料電池３による発電が停止される（ステップＳ３）。
【００９４】
そして、燃料電池３の停止に伴い、動力用バッテリ４０の電池容量が、計測器４４により計測され、コントロールユニット４２に入力される（ステップＳ４）。
【００９５】
コントロールユニット４２では、入力された信号に基づき、モータ３７の出力制限処理がなされる（ステップＳ５）。
【００９６】
より具体的には、動力用バッテリ４０の電池容量が所定量以上である場合には、モータ出力を許可し、動力用バッテリ４０に充電されている電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６およびインバータ３８を介してモータ３７に供給する。これにより、電動車両１が降坂走行する。
【００９７】
一方、動力用バッテリ４０の電池容量が所定量未満である場合には、モータ出力を許可せず、これにより、電動車両１は、走行路の傾斜角および重力に従って降坂走行する。
【００９８】
その後は、上記と同様の制御処理が、燃料電池３の定常運転中に連続的に実行される。
１−４．作用効果（第１実施形態）
以上のような燃料電池システム２において、第１気液分離器２３は、その前端部３２が、電動車両１の前後方向において、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されるとともに、上端部３４が、電動車両１の上下方向において、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されている。
【００９９】
そのため、燃料電池３の前側が上方向に向くように、燃料電池３が水平方向に対して傾斜する状態において発電する場合、例えば、電動車両１を登坂させる場合にも、第１気液分離器２３内に気体を滞留させることができるので、燃料電池３における燃料供給路１３内に、液体燃料を充填でき、燃料供給路１３内に気体が滞留することを、抑制できる。
【０１００】
その結果、このような燃料電池システム２によれば、例えば、登坂時など、燃料電池３の前側が上方向に向くように、燃料電池３が水平方向に対して傾斜する場合においても、発電時おける燃料電池３の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【０１０１】
さらに、このような燃料電池システム２によれば、第１気液分離器２３の設置高さを抑制できるため、電動車両１の車室内空間の有効利用を図ることができ、さらには、軽量化を図ることができる。
【０１０２】
また、このような燃料電池システム２では、燃料電池３の前側が下方向に向くように、燃料電池３を水平方向に対して傾斜させる場合、例えば、電動車両１を降坂させる場合には、燃料供給路１３内に気体が滞留する場合がある。
【０１０３】
しかし、この燃料電池システム２では、燃料電池３の前側が下方向に向くように、燃料電池３が水平方向に対して傾斜する状態では、燃料供給ポンプ４１および第１燃料還流ポンプ２９が停止することによって、燃料電池３による発電が停止されるため、燃料供給路１３内の気体に起因する燃料電池３の破損を、簡易かつ低コストで防止することができる。
【０１０４】
なお、上記した第１実施形態において、第１気液分離器２１は、その前端部３２が、燃料供給路１３の最前端３３より前側に配置されるとともに、上端部３４が、燃料供給路１３の最上端３５より上側に配置されていれば、電動車両１の車幅方向における配置は特に制限されない。より具体的には、例えば、第１気液分離器２３は、燃料電池３の車幅方向一方側または他方側に配置されることができ、また、第１気液分離器２３の投影面は、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面と、車幅方向において重複することができる。
２−１．燃料電池システムの全体構成（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る車両用燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。なお、上記した部材に対応する部材については、図６において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０５】
また、図６では、積層される複数の単位セルのうち、電動車両１の前後方向最後端に配置される単位セル１つだけを拡大して表わし、その他の単位セルについては簡略化して記載している。
【０１０６】
上記した第１実施形態では、燃料電池３に対して１つの気液分離部（第１気液分離部）を設けたが、例えば、本発明の第２実施形態として、燃料電池３に対して２つの気液分離部、すなわち、第１気液分離部および第２気液分離部を設けることもできる。
【０１０７】
図６において、燃料給排部４は、燃料タンク２１と、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出される液体燃料を燃料電池３（アノード９）に還流するための還流路としての第１還流管２２と、燃料タンク２１から供給される液体燃料をアノード９に供給するとともに、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出される液体燃料を燃料電池３（アノード９）に還流するための還流路としての第２還流管４５とを備えている。
【０１０８】
第１還流管２２において、第１気液分離器２３と燃料供給口１５との間には、気液分離部切替手段としての第１燃料還流ポンプ２９が介在されている。
【０１０９】
また、第２実施形態では、上記の第１実施形態と異なり、第１還流管２２は、燃料供給管３０が接続されることなく、クローズドライン（閉流路）を形成している。
【０１１０】
第２還流管４５は、その一端側（下側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料供給口１５に接続され、他端側（上側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料排出口１４に接続されている。これによって、燃料電池３と燃料給排部４との間には、燃料排出口１４（上流側）から排出される液体燃料が、第２還流管４５を介して燃料供給口１５（下流側）へ流れ、燃料供給路１３を介して再び燃料排出口１４に戻ることによりアノード９を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
【０１１１】
第２還流管４５の途中には、第２気液分離部としての第２気液分離器４６が介在されている。第２気液分離器４６は、例えば、中空の容器からなり、その下部には、第２気液分離器４６の内外を流通させる第２底部流通口５１が２つ形成されている。
【０１１２】
また、第２気液分離器４６の上部には、第２気液分離器４６の内外を流通させる第２上部流通口５２が１つ形成されている。第２上部流通口５２および２つの第２底部流通口５１は、中空部分を介して互いに流通可能とされている。
【０１１３】
第２気液分離器４６は、燃料電池３よりも電動車両１の後方、かつ、電動車両１の上方において、２つの第２上部流通口５２が第２還流管４５に接続されることにより、第２還流管４５に介装されている。
【０１１４】
より具体的には、第２気液分離器４６は、その後端部４７が、燃料供給路１３の最後端４８（なお、複数の単位セルを積層して形成される複数の燃料供給路１３のうち、最も後側の燃料供給路１３の最後端。以下同じ。）より後側に配置されるとともに、上端部４９が、燃料供給路１３の最上端５０より上側に配置されている。
【０１１５】
つまり、電動車両１の車幅方向から投影したときに、第２気液分離器４６の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より後方に突き出るように配置され、これにより、第２気液分離器４６の後端部４７が、燃料供給路１３の最後端４８より後側に配置されている。また、第２気液分離器４６の投影面が、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面より上方に突き出るように配置され、これにより、第２気液分離器４６の上端部４９が、燃料供給路１３の最上端５０より上側に配置されている。
【０１１６】
これにより、燃料電池３が水平に配置される状態において、燃料供給路１３が液体燃料で満たされる場合にも、第２気液分離器４６内の液体燃料の水位は、燃料供給路１３の最上端５０と同位とされ、第２気液分離器４６内の上部に気体を滞留させることができる。
【０１１７】
２つの第２底部流通口５１と第２還流管４５とは、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。これにより、第２気液分離器４６の中空部分が、クローズドラインの一部を形成している。
【０１１８】
第２上部流通口５２には、第２気液分離器４６で分離されたガス（気体）を排出するための第２ガス排出管５３が接続されている。
【０１１９】
第２ガス排出管５３は、その下流側端部が第２気液分離器４６に接続されるとともに、上流側端部が第１ガス排出管２６の流れ方向途中、より具体的には、ガス排出弁２７の下流側に接続されている。また、第２ガス排出管５３の途中には、圧力開放手段としての第２ガス排出弁５４が設けられている。
【０１２０】
第２ガス排出弁５４は、第２ガス排出管５３を開放して第２気液分離器４６内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。第２ガス排出弁５４は、コントロールユニット４２に電気的に接続されている（図６の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２からの制御信号が第２ガス排出弁５４に入力され、コントロールユニット４２が、第２ガス排出弁５４の開閉を制御する。
【０１２１】
第２還流管４５において、第２気液分離器４６と燃料供給口１５との間には、気液分離部切替手段としての第２燃料還流ポンプ５５が介在されている。
【０１２２】
第２燃料還流ポンプ５５としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。第２燃料還流ポンプ５５は、コントロールユニット４２に電気的に接続されている（図６の破線参照）。これにより、コントロールユニット４２からの制御信号が、第２燃料還流ポンプ５５に入力され、コントロールユニット４２が、第２燃料還流ポンプ５５の駆動および停止を制御する。
【０１２３】
第２還流管４５において第２燃料還流ポンプ５５と燃料供給口１５との間には、燃料タンク２１に貯蔵された液体燃料を第２還流管４５へ供給するための燃料供給管３０が接続されている。
【０１２４】
また、このような燃料電池システム２では、動力用バッテリ４０の電池容量を計測するための計測器４４は備えられておらず、一方、燃料電池３の電流を計測するための計測器５６が備えられている。計測器５６は、燃料電池３およびコントロールユニット４２に電気的に接続されている（図６の破線参照）。
２−２．燃料電池システムによる発電（第２実施形態）
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット４２の制御により、燃料供給弁３１が開かれ、第１燃料還流ポンプ２９および／または第２燃料還流ポンプ５５と、燃料供給ポンプ４１とが駆動されることにより、液体燃料が第１還流管２２および／または第２還流管４５を介してアノード９に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁３１は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【０１２５】
アノード９およびカソード１０における反応は、上記の通りである。
【０１２６】
そして、このような燃料電池システム２では、電動車両１が登坂を走行するときには、図７に示すように、液体燃料が第２気液分離器４６に充填され、一方、気体が第１気液分離器２３内に滞留する。これに対して、電動車両１が降坂を走行するときには、図８に示すように、液体燃料が第１気液分離器２３に充填され、一方、気体が第２気液分離器４６内に滞留する。
【０１２７】
そこで、この燃料電池システム２では、気体が滞留される第１気液分離器２３または第２気液分離器４６を選択的に稼動させ、発電する。
【０１２８】
そのため、この燃料電池システム２は、燃料電池の破損を抑制するための制御モードとして、第１気液分離器２３および第２気液分離器４６の稼動を切り替える気液分離切替制御モードを有している。
２−３．気液分離切替制御モードによる制御処理（第２実施形態）
図９は、図６のコントロールユニット４２において実行される制御処理を表わすフロー図であり、図１０は、図９に示す登坂／平坦路モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図であり、図１１は、図９に示す降坂モードにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。
【０１２９】
この処理は、燃料電池３の運転開始をトリガーとしてスタートされる。処理がスタートされると、まず、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出され、その検出信号がコントロールユニット４２に入力される（ステップＳ１）。
【０１３０】
次いで、コントロールユニット４２では、その入力信号に基づいて、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、燃料供給路１３の前側が下を向くように燃料電池３が傾斜している（電動車両１が降坂走行中である））か、あるいは、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、燃料供給路１３の前側が上を向くように燃料電池３が傾斜している（電動車両１が登坂走行中である）、または、電動車両１が平坦路走行中である）かが検出される（ステップＳ２）。
【０１３１】
なお、上記と同様、この判断においては、電動車両１の水平方向に対する傾斜が負の値である場合にも、傾斜角が−５°以上（−５〜０°の範囲）の緩やかな傾斜であれば、平坦路走行中であるとみなす。
【０１３２】
そして、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°以上である（すなわち、電動車両１が登坂走行中である、または、電動車両１が平坦路走行中である）ことが検出される場合（ステップＳ２のＮＯ）には、登坂／平坦路走行モードを実行する（ステップＳ３）。
【０１３３】
登坂／平坦路走行モードでは、図１０に示すように、コントロールユニット４２の制御により、まず、第１ガス排出弁２７が開放されるとともに、第２ガス排出弁５４が閉鎖される（ステップＳ３１）。
【０１３４】
次いで、コントロールユニット４２の制御により、第１燃料還流ポンプ２９が駆動されるとともに、第２燃料還流ポンプ５５が停止される（ステップＳ３２）。
【０１３５】
これにより、登坂／平坦路走行モードでは、気体が滞留される第１気液分離器２３が稼動され、第１気液分離器２３において気液が分離される一方、第２気液分離器４６は停止される。
【０１３６】
そして、登坂／平坦路走行モードでは、燃料電池３の電流が、計測器５６により計測され、コントロールユニット４２に入力される（ステップＳ３３）。そして、その入力に基づいて、液体燃料の供給流量が、下記式（１）により算出される。なお、下記式（１）において、Ｋ１は、測定電流から液体燃料の供給流量を算出するための係数である。
流量（Ｌ／ｍｉｎ）
＝Ｋ１（Ｌ／Ａ・ｍｉｎ）×電流（Ａ）
＝［反応物質量×分子量÷濃度÷密度］（Ｌ／ｍｉｎ・Ａ）×電流（Ａ）
＝セル数÷ファラデー定数（Ａ・ｓｅｃ／ｍｏｌ）÷反応電子数（ｍｏｌ）÷＜秒→分変換＞（ｍｉｎ／ｓｅｃ）×分子量÷濃度÷密度（ｋｇ／Ｌ）×電流（Ａ） （１）
より具体的には、例えば、燃料電池３のセル数を１００とし、液体燃料としてヒドラジン１水和物（分子量：５０、反応電子数：４）の水溶液（濃度：１０質量％、密度：１．０３ｋｇ／Ｌ）を用いる場合には、液体燃料の流量は、上記式（１）および測定電流から、下記の通り計算される。
流量（Ｌ／ｍｉｎ）
＝１００÷９６４８５（Ａ・ｓｅｃ／ｍｏｌ）÷４（ｍｏｌ）×６０（ｓｅｃ／ｍｉｎ）×５０÷０．１÷１．０３（ｋｇ／Ｌ）×電流（Ａ）
そして、登坂／平坦路走行モードでは、算出された液体燃料の供給流量に基づいて、ポンプ回転数、すなわち、第１燃料還流ポンプ２９の回転数が、下記式（２）により決定され、コントロールユニット４２により、第１燃料還流ポンプ２９の回転数が制御される（ステップＳ３５）。なお、下記式（２）において、Ｋ２は、液体燃料の供給流量からポンプ回転数を算出するための係数であって、ポンプ１回転あたりの液体燃料吐出量（Ｌ／回）の逆数を示す。
ポンプ回転数（回／ｍｉｎ）
＝Ｋ２（回／Ｌ）×流量（Ｌ／ｍｉｎ） （２）
より具体的には、第１燃料還流ポンプ２９が、１回転あたり２Ｌの液体燃料を供給する場合には、ポンプ回転数は、上記により算出された液体燃料の供給流量から、下記の通り計算される。
ポンプ回転数（回／ｍｉｎ）
＝１／２（回／Ｌ）×流量（Ｌ／ｍｉｎ）
このようにして、登坂／平坦路走行モードでは、気体が滞留される第１気液分離器２３が稼動された後、ステップＳ１に戻り、再度、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出される。
【０１３７】
一方、電動車両１の水平方向に対する傾斜角が−５°より小さい（すなわち、電動車両１が降坂走行中である）ことが検出される場合（ステップＳ２のＹＥＳ）には、降坂走行モードを実行する（ステップＳ４）。
【０１３８】
なお、電動車両１が降坂走行中であることが検出されるとき、第２気液分離器４６内には、気体が滞留される。
【０１３９】
そして、降坂走行モードでは、図１１に示すように、コントロールユニット４２の制御により、まず、第２ガス排出弁５４が開放されるとともに、第１ガス排出弁２７が閉鎖される（ステップＳ４１）。
【０１４０】
次いで、コントロールユニット４２の制御により、第２燃料還流ポンプ５５が駆動されるとともに、第１燃料還流ポンプ２９が停止される（ステップＳ４２）。
【０１４１】
これにより、降坂走行モードでは、気体が滞留される第２気液分離器４６が稼動され、第２気液分離器４６において気液が分離される一方、第１気液分離器２３は停止される。
【０１４２】
そして、降坂走行モードでは、燃料電池３の電流が、計測器５６により計測され、コントロールユニット４２に入力される（ステップＳ４３）。そして、その入力に基づいて、液体燃料の供給流量が、上記式（１）により算出される。
【０１４３】
そして、降坂走行モードでは、算出された液体燃料の供給流量に基づいて、ポンプ回転数、すなわち、第２燃料還流ポンプ５５の回転数が、上記式（２）により決定され、コントロールユニット４２により、第２燃料還流ポンプ５５の回転数が制御される（ステップＳ４５）。
【０１４４】
このようにして、降坂走行モードでは、気体が滞留される第２気液分離器４６が稼動された後、ステップＳ１に戻り、再度、電動車両１の水平方向に対する傾斜が、傾斜センサ４３によって検出される。
【０１４５】
その後は、上記と同様の制御処理が、燃料電池３の定常運転中に連続的に実行される。
２−４．作用効果（第２実施形態）
以上のように、このような燃料電池システム２では、第１気液分離器２３が、前側に配置されるとともに、第２気液分離器４６が、後側に配置される。
【０１４６】
このような燃料電池システム２において、燃料供給路１３の前側が上方向に向くように燃料電池３を傾斜させる場合、例えば、電動車両１を登坂させる場合には、燃料電池３の燃料供給路１３、および、その燃料電池３の後側に配置される第２気液分離器４６には液体燃料が充填される。一方、前側に配置される第１気液分離器２３には気体が滞留され、そして、第１気液分離器２３が稼動される。
【０１４７】
また、燃料供給路１３の前側が下方向に向くように燃料電池３を傾斜させる場合、例えば、電動車両１を降坂させる場合には、燃料電池３の燃料供給路１３、および、その燃料電池３の前側に配置される第１気液分離器２３には液体燃料が充填される。一方、後側に配置される第２気液分離器４６には気体が滞留され、そして、第２気液分離器４６が稼動される。
【０１４８】
すなわち、このような燃料電池システム２では、登坂時および降坂時のいずれにおいても、第１気液分離器２３または第２気液分離器４６に気体を滞留させることによって、燃料電池３の燃料供給路１３内を、液体燃料で充填することができ、また、その気体が滞留される第１気液分離器２３または第２気液分離器４６のみを稼動させることができる。
【０１４９】
つまり、このような燃料電池システム２によれば、燃料供給路１３に気体が滞留することを抑制することができるとともに、気体が滞留される第１気液分離器２３または第２気液分離器４６を、選択的に稼動させることができる。
【０１５０】
そのため、このような燃料電池システム２によれば、簡易な構成により、登坂時および降坂時のいずれにおいても、燃料電池３の燃料供給路１３内に気体が滞留することを抑制して、気体に起因する燃料電池３の破損を、簡易かつ低コストで抑制することができる。
【０１５１】
なお、第１実施形態と同様、上記した第２実施形態において、第１気液分離器２３は、燃料電池３の車幅方向一方側または他方側に配置されることができ、また、第１気液分離器２３の投影面は、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面と、車幅方向において重複することができる
また、第２実施形態において、第２気液分離器４６は、その後端部４７が、燃料供給路１３の最後端４８より後側に配置されるとともに、上端部４９が、燃料供給路１３の最上端５０より上側に配置されていれば、電動車両１の車幅方向における配置は特に制限されない。より具体的には、例えば、第２気液分離器４６は、燃料電池３の車幅方向一方側または他方側に配置されることができ、また、第２気液分離器４６の投影面は、燃料電池３の燃料供給路１３の投影面と、車幅方向において重複することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１ 電動車両
２ 燃料電池システム
３ 燃料電池
１３ 燃料供給路
２２ 第１還流管
３２ 前端部
３３ 最前端
３４ 上端部
３５ 最上端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料が供給される燃料流路を備える燃料電池と、
前記燃料流路から排出される液体燃料を、前記燃料流路に還流させるための還流路と、
前記還流路に介在され、液体燃料と気体とを分離するための第１気液分離部とを備え、
前記第１気液分離部は、
前端部が、車両の前後方向において、前記燃料流路の最前端より前側に配置されるとともに、
上端部が、車両の上下方向において、前記燃料流路の最上端より上側に配置されていることを特徴とする、車両用燃料電池システム。
【請求項２】
さらに、前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、
前記傾斜検出手段による、
前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していること
の検出に基づいて、前記燃料電池による発電を停止させる燃料電池停止手段と
を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項３】
さらに、後端部が、前記前後方向において、前記燃料電池の最後端より後側に配置されるとともに、上端部が、前記上下方向において、前記燃料電池の最上端より上側に配置されている第２気液分離部と、
前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、
前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が上方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を稼動させるとともに前記第２気液分離部を停止させ、一方、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を停止させるとともに前記第２気液分離部を稼動させるための気液分離部切替手段と
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項１】
液体燃料が供給される燃料流路を備える燃料電池と、
前記燃料流路から排出される液体燃料を、前記燃料流路に還流させるための還流路と、
前記還流路に介在され、液体燃料と気体とを分離するための第１気液分離部とを備え、
前記第１気液分離部は、
前端部が、車両の前後方向において、前記燃料流路の最前端より前側に配置されるとともに、
上端部が、車両の上下方向において、前記燃料流路の最上端より上側に配置されていることを特徴とする、車両用燃料電池システム。
【請求項２】
さらに、前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、
前記傾斜検出手段による、
前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していること
の検出に基づいて、前記燃料電池による発電を停止させる燃料電池停止手段と
を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項３】
さらに、後端部が、前記前後方向において、前記燃料電池の最後端より後側に配置されるとともに、上端部が、前記上下方向において、前記燃料電池の最上端より上側に配置されている第２気液分離部と、
前記燃料電池が水平方向に対して傾斜していることを検出する、傾斜検出手段と、
前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が上方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を稼動させるとともに前記第２気液分離部を停止させ、一方、前記傾斜検出手段による、前記燃料流路の前側が下方向に向くように前記燃料電池が傾斜していることの検出に基づいて、前記第１気液分離部を停止させるとともに前記第２気液分離部を稼動させるための気液分離部切替手段と
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−７４２９３（Ｐ２０１２−７４２９３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９１７１（Ｐ２０１０−２１９１７１）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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