專利名稱：燃料容器、氫剩余量檢測系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具備儲藏氫的金屬的燃料容器。
背景技術：
近些年，能量轉換效率高且不因發(fā)電反應而產生有害物質的燃料電池受到關注。 另外，為了將燃料電池用于可搬運型的攜帶型設備，也考慮到與電池主體不同而收容燃料的容器。作為攜帶型設備用的電源的燃料電池系統(tǒng)被要求小型化、高輸出化。在高輸出化的觀點方面，與甲醇燃料相比，使用氫燃料作為燃料電池的燃料更為有利。作為儲存氫燃料的機構的一個例子，列舉出收容儲氫合金的儲氫合金箱。作為對這種儲氫合金箱內的氫儲存量(氫剩余量)進行檢測的方法，以往施行對箱內的壓力(氫平衡壓力)進行測定的方法。然而，在對上述的箱內的壓力進行測定而推定氫剩余量的方法中，由于箱內的壓力與氫剩余量的關系的線性低，所以無法高精度地推定氫剩余量。在此，已知有如下方法， 艮口，利用儲氫合金儲藏氫時膨脹、放出氫時收縮的性質，對儲氫合金的體積變化進行測定， 從而測定儲氫合金箱內的氫剩余量(例如，參照專利文獻1及專利文獻2)。在先技術文獻專利文獻專利文獻1日本特開昭57-66357號公報專利文獻2日本特開平5-223012號公報上述的方法在適用于姿態(tài)固定的固定用或機動車用的儲氫合金箱的情況下是有效的。然而，攜帶型設備用的儲氫合金箱大多在姿態(tài)不固定的狀況下使用。在上述的方法中，未考慮姿態(tài)的變化，存在因儲氫合金箱的姿態(tài)而導致儲氫合金覆蓋檢測體積變化的檢測部、或者因儲氫合金的自重對將儲氫合金成形體固定的彈簧的變位造成影響的情況。在這種情況下，難以精度良好地對儲氫合金的體積變化進行測定。

發(fā)明內容
本發(fā)明鑒于這樣的情況而提出，其目的在于提供一種無論燃料容器的姿態(tài)如何都能夠算出儲氫合金的體積變化的技術。為了解決上述課題，本發(fā)明的某一形態(tài)的燃料容器具備多個成形體，其由能夠含有向燃料電池供給的氫的儲氫金屬構成；保持機構，其允許多個成形體的體積變化，且以使各成形體層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持；收容部，其將由保持機構以層疊的狀態(tài)保持的多個成形體收容；檢測部，其對多個成形體的體積變化下的該多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測。根據這種形態(tài)，即使燃料容器的姿態(tài)變化也可由保持機構維持多個成形體的層疊狀態(tài)。因此，通過利用檢測部對多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測，無論燃料容器的姿態(tài)如何，都能夠算出多個成形體整體的體積變化。保持機 構可以是分別設置在多個成形體的層疊方向的兩端部與收容部的內壁之間的彈性構件。彈性構件可以從兩側對多個成形體施力。由此，在維持多個成形體的層疊狀態(tài)的同時允許多個成形體的體積變化。另外，能夠抑制多個成形體在收容部中竄動。保持機構可以由彈性構件構成，該彈性構件將多個成形體的層疊方向的兩端部連結，對兩端部沿所述層疊方向施力并進行夾持。由此，在維持多個成形體的層疊狀態(tài)的同時允許多個成形體的體積變化。保持機構可以具有一對支承構件，它們從外側支承多個成形體的層疊方向的兩端部；彈性構件，其將一對支承構件連結，對一對支承構件沿層疊方向施力并進行夾持。由此，在維持多個成形體的層疊狀態(tài)的同時允許多個成形體的體積變化。還可以具備夾在相鄰的成形體間的多孔質體。由此，使成形體彼此相接的面的流通性提高。成形體可以與多孔質體粘接。由此，在維持多個成形體的層疊狀態(tài)的同時允許多個成形體的體積變化。多孔質體可以是發(fā)泡金屬。由此，例如，使成形體彼此的導熱性或成形體與燃料容器的導熱性提高。收容部可以具有分別連通的多個筒狀部。多個筒狀部分別至少收容有儲氫金屬， 在多個筒狀部的至少一個中設置有多個成形體、保持機構和檢測部。由此，通過推定位于至少一個筒狀部中的多個成形體的體積變化，還能夠推定整體的儲氫合金的體積變化。本發(fā)明的另一形態(tài)為氫剩余量檢測系統(tǒng)。該氫剩余量檢測系統(tǒng)具備燃料容器和根據檢測部輸出的信號來計算收容部中的氫的剩余量的計算部。根據該形態(tài)，無論燃料容器的姿態(tài)如何，都能夠算出燃料容器內的氫的剩余量。燃料容器還可以具備從外部填充氫并向外部放出氫的填充放出口 ；對填充的氫的累積填充量的信息進行存儲的存儲部。儲氫合金在反復進行氫的儲藏、放出時存在填充量減少的傾向。因此，通過對填充的氫的累積填充量的信息進行存儲，能夠在計算氫的剩余量時進行修正。計算部可以根據存儲在存儲部中的累積填充量的信息和由檢測部檢測出的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置來算出收容部中的氫的剩余量。由此，即使在儲氫合金反復進行氫的儲藏、放出的情況下，也能夠精度良好地算出燃料容器的氫的剩余量。還可以具備顯示部，該顯示部顯示在計算部算出的收容部中的氫的剩余量的信息。由此，能夠簡便地掌握氫的剩余量。還可以具備氫填充裝置，該氫填充裝置具有能夠與填充放出口拆裝的連接部，且向燃料容器填充氫。計算部可以配置在氫填充裝置上。由此，即使不按各燃料容器設置計算部也能夠算出氫的剩余量，因此有助于燃料容器的成本的降低。計算部可以根據檢測部檢測出的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置的信息來算出氫填充裝置所填充的氫的填充量，存儲部將算出的氫的填充量加到當前為止所存儲的累積填充量上而得到的填充量作為新的累積填充量進行存儲。由此，能夠按各燃料容器更新氫的累積填充量。本發(fā)明的再一形態(tài)為燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池；收容向燃料電池供給的氫的燃料容器；根據檢測部輸出的信號來計算收容部中的氫的剩余量的計算部。 根據該形態(tài)，無論燃料容器的姿態(tài)如何都能夠算出燃料容器內的氫的剩余量。燃料容器還可以具備從外部填充氫且向外部放出氫的填充放出口和對填充的氫的累積填充量的信息進行存儲的存儲部。儲氫合金在反復進行氫的儲藏、放出時存在填充量減少的傾向。因此，通過對填充的氫的累積填充量的信息進行存儲，能夠在計算氫的剩余量時進行修正。計算部可以根據存儲在存儲部中的累積填充量的信息和由檢測部檢測出的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置來算出收容部中的氫的剩余量。由此，即使在儲氫合金反復進行氫的儲藏、放出的情況下，也能夠精度良好地算出燃料容器的氫的剩余量。還可以具備顯示部，其顯示在計算部算出的收容部中的氫的剩余量的信息。由此， 能夠簡便地掌握氫的剩余量。燃料電池可以構成為能夠與燃料容器拆裝，計算部可以配置在燃料電池上。由此， 即使不按各燃料容器設置計算部也能夠算出氫的剩余量，因此有助于燃料容器的成本的降低。需要說明的是，將以上的構成要素的任意的組合、本發(fā)明的表現(xiàn)方式在方法、裝置、系統(tǒng)等間變換而得到的形態(tài)作為本發(fā)明的形態(tài)也是有效的。發(fā)明效果根據本發(fā)明，無論燃料容器的姿態(tài)如何都能夠算出儲氫合金的體積變化。


圖1是表示第一實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的概況的框圖。圖2是第一實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖。圖3是氫的儲藏量比圖2所示的燃料容器多的情況下的燃料容器的簡要剖視圖。圖4是第二實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖。圖5是第三實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖。圖6是在成形體間夾有多孔質體的燃料容器的簡要剖視圖。圖7 (a)是表示在收容部不存在成形體的狀態(tài)下燃料容器傾斜的形態(tài)的簡要示意圖，圖7(b)是表示在收容部收容有未儲藏氫的多個成形體的狀態(tài)下燃料容器傾斜的形態(tài)的簡要示意圖，圖7(c)是表示在收容部收容有儲藏氫的多個成形體的狀態(tài)下燃料容器傾斜的形態(tài)的簡要示意圖。圖8(a)是表示第四實施方式涉及的保持機構的簡要剖視圖，圖8(b)是圖8(a)的 A-A剖視圖。圖9(a)是第四實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖，圖9(b)是圖9(a)的B-B 剖視圖。圖10(a)是表示第五實施方式涉及的保持機構的簡要側視圖，圖10(b)是從C方向觀察到的圖10(a)所示的保持機構的俯視圖，圖10(c)是圖10(a)的D-D剖視圖。圖11(a)是第五實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖，圖11(b)是圖11(a)的 E-E剖視圖。
圖12(a)是表示第六實施方式涉及的保持機構的簡要側視圖，圖12(b)是圖12(a) 的F-F剖視圖。圖13是表示第七實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)的概況的圖。圖14是表示氫的填充循環(huán)數與最大填充量的關系的圖。圖15是表示第八實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)的概況的圖。圖16是表示第八實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的概況的圖。

圖17(a)、圖17(b)是表示收容部的變形例的立體圖。符號說明10燃料電池系統(tǒng)12燃料電池14燃料容器16計算部18檢測部24成形體26保持機構28收容部30、32支持構件44多孔質體50彈性構件70氫剩余量檢測系統(tǒng)
具體實施例方式以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，在

中，對相同的要素標注相同的符號，適當省略重復性說明。另外，以下所敘述的結構僅為例示，對本發(fā)明的范圍不構成任何限定。(第一實施方式)圖1是表示第一實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的概況的框體。燃料電池系統(tǒng)10 具備燃料電池12、收容向燃料電池供給的氫的燃料容器14、對燃料容器14的氫的剩余量進行計算的計算部16。燃料容器14收容儲氫合金，且具備對儲氫合金的狀態(tài)的變化進行檢測的檢測部18。計算部16根據檢測部18輸出的信號，對燃料容器14中的儲氫合金的體積變化和氫的剩余量進行計算。計算結果根據需要而顯示在顯示部20上。在燃料容器14與燃料電池12之間設置有用于將燃料容器14中放出的氫向燃料電池12供給的供給路22。圖2是第一實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖。燃料容器14具備由儲氫合金構成的多個成形體24 ；允許多個成形體24的體積變化且以使各成形體24層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持的保持機構26 ；收容多個成形體24的收容部28 ；對多個成形體24 的體積變化下的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測的檢測部18(18a、18b)。成形體24通過在儲氫合金的粉末中混合PTFE分散體等粘結劑并利用沖壓機壓縮成型而成，其能夠含有向燃料電池12供給的氫。需要說明的是，也可以根據情況對壓縮成型的成形體進一步施加燒結處理。成形體加工成例如圓板狀、圓筒狀、長方體等形狀。儲氫合金是具備儲藏大量的氫的能力和將儲藏的氫再次放出的能力的合金，例如，適合采用 LaNi5 合金、FeTi 合金、Mg2Ni 合金、Ti1+xCr2_yMny (χ = O. 1 O. 3，y = O 1· 0)合金等。當這種儲氫合金儲藏氫時，其體積增加，當放出氫時其體積減小。 收容部28為圓筒形狀或長方體形狀的筐體，在長度方向的兩端部具有蓋部28a和底部28b。另外，將蓋部28a和底部28b連結的主體部28c形成有層疊的多個成形體24能夠根據氫的儲藏狀態(tài)而產生體積變化的空間。填充有成形體(顆粒)的空間可以是截面為矩形(長方形或長孔)且角部帶有倒角R的空間或圓筒形的空間。蓋部28a、底部28b、主體部28c相互分開，通過切削或靠模等成形。此外，將蓋部28a及底部28b和主體部28c密封并通過螺栓等緊固。由于將儲氫合金加工成成形體，因此與儲氫合金為粉末的情況相比， 能夠避免合金引起的局部應力破壞等影響。

本實施方式涉及的收容部28收容多個成形體24，該多個成形體24通過保持機構 26以層疊的狀態(tài)保持。需要說明的是，考慮到與外部的熱交換性，收容部28的外側形狀優(yōu)選為長方體形狀。材質優(yōu)選為SUS或鋁等。保持機構26由作為彈性構件的兩個彈簧26a、26b構成。彈簧26a在被壓縮的狀態(tài)下一端固定于蓋部28a，另一端與支承構件30連結。彈簧26b在壓縮的狀態(tài)下一端固定于底部28b，而另一端與支承構件32連結。這樣，兩個彈簧26a、26b分別設置在多個成形體 24的層疊方向A的兩端部與收容部28的內壁之間，從層疊方向的兩側對多個成形體24施力。由此，在維持多個成形體24的層疊狀態(tài)的同時允許多個成形體24的體積變化。另外， 由于可抑制多個成形體24在收容部28中竄動，因此可保護各成形體，以免受到因燃料容器的落下或振動引起的沖擊的影響。需要說明的是，兩個彈簧26a、26b的長度、彈簧常數設定為無論燃料容器14的姿態(tài)如何，兩個彈簧26a、26b都始終為被壓縮的狀態(tài)。一對支承構件30、32從外側支承多個成形體24的層疊方向的兩端部。通過利用這樣的支承構件30、32從外側支承多個成形體24，彈簧26a、26b的作用力不會直接或局部地向成形體24傳遞。換而言之，彈簧26a、26b的作用力經由支承構件30、32均勻地向成形體24傳遞。因此，將各成形體24以層疊成相互最接近的狀態(tài)穩(wěn)定地保持。并且，還能抑制由儲氫合金構成的成形體24出現(xiàn)破裂或切口。本實施方式涉及的檢測部18a、18b為靜電容量傳感器。各靜電容量傳感器具有一對電極板18al、18a2 (18b 1、18b2)。一對電極板18al、18a2 (18bl、18b2)以對置的方式埋入收容部28的主體部28c的內壁。另外，一對電極板18al、18a2設置在蓋部28a附近，一對電極板18bl、18b2設置在底部28b附近。靜電容量傳感器根據存在于一對電極板之間的支承構件、成形體的體積變化而靜電容量發(fā)生變化。圖3是氫的儲藏量比圖2所示的燃料容器多的情況下的燃料容器的簡要剖視圖。 當因氫的儲藏或放出而多個成形體24整體的體積發(fā)生變化時，彈簧26a、26b伸縮，對應于此，位于多個成形體24整體的兩端部的成形體24a、24b的位置、支承構件30、32的位置發(fā)生變化。因此，因存在于一對電極板18al、18a2(18bl、18b2)之間的支承構件30 (32)、成形體24a(24b)的體積變化而靜電容量發(fā)生變化。此外，靜電容量傳感器的檢測部18a、18b根據與靜電容量的變化相對應的輸出對多個成形體整體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測。在本實施方式的燃料容器14中，即使姿態(tài)變化，通過保持機構26也可以維持多個成形體24的層疊狀態(tài)。因此，通過利用檢測部18a、18b對多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測，從而無論燃料容器14的姿態(tài)如何，都能夠算出多個成形體整體的體積變化。 更具體而言，例如，將儲氫合金完全未儲藏氫的狀態(tài)下的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置作為Pa0、Pb0(參照圖3)。圖3所示的狀態(tài)為各成形體儲藏氫而膨脹的狀態(tài)，多個成形體的層疊方向的兩端部的位置變化為Pa0’、Pb0’。即，多個成形體的層疊方向上的一個端部(蓋部側)的變化量APa為APa = Pa0’-Pa0，多個成形體的層疊方向上的另一端部(底部側)的變化量APb為APb = PbO' -PbO。因此，多個成形體24的層疊方向上的全長的變化ΔΧ = APa+APb。多個成形體的層疊方向上的全長的變化與多個成形體整體的體積變化相對應。這樣，通過利用檢測部 18a、18b檢測多個成形體的層疊方向的兩端部的位置，能夠算出多個成形體整體的體積變化。另外，通過在收容部28的長度方向的兩端部設置檢測部，能夠對層疊的多個成形體的體積變化最顯現(xiàn)的兩端部進行計測。由此，能夠精度良好地檢測多個成形體整體的體積變化，從而能夠更加正確地掌握氫的儲藏放出狀態(tài)。(第二實施方式)第二實施方式涉及的燃料容器在利用電感式傳感器作為檢測部這一點上與第一實施方式涉及的燃料容器14差別較大。圖4是第二實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖。需要說明的是，對于與第一實施方式涉及的燃料容器14同樣的結構和作用，適當省略說明。燃料容器34具備多個成形體24 ；允許多個成形體24的體積變化且以使各成形體24層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持的彈簧26a、26b ；收容部28 ；對多個成形體24的體積變化下的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測的檢測部36a、36b。本實施方式涉及的檢測部36a、36b為電感式傳感器。檢測部36a在蓋部28a的內壁固定有間隙檢測線圈36al。另外，檢測部36b在底部28b的內壁固定有間隙檢測線圈 36bl。當在間隙檢測線圈36al(36bl)與支承構件30(32)之間產生距離的變化時，電感式傳感器的檢測線圈的電感發(fā)生變化，變化后電感在檢測電路中轉換為直流電壓的信號。即， 能夠根據與間隙檢測線圈和支承構件之間的距離的變化相對應的信號，算出多個成形體整體的體積變化。(第三實施方式)第三實施方式涉及的燃料容器在利用超音波式物位傳感器作為檢測部這一點上與第一實施方式涉及的燃料容器14差異較大。圖5是第三實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖。需要說明的是，對與第一實施方式的燃料容器14同樣的結構和作用，適當省略說明。燃料容器38具備多個成形體24 ；允許多個成形體24的體積變化且以使各成形體24層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持的彈簧26a、26b ；收容部28 ；對多個成形體24的體積變化下的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測的檢測部40a、40b。本實施方式的檢測部40a、40b為超音波式物位傳感器。檢測部40a的傳感部41a 埋入蓋部28a的內壁。另外，檢測部40b的傳感部40bl埋入底部28b的內壁。超音波式物位傳感器通過檢測電路將回波時間轉換為電信號，該回波時間為從傳感部40al(40bl)發(fā)射出的超音波由支承構件30(32)反射并由相同的傳感部40al(40bl)接收為止的時間。回波時間與傳感部和支承構件之間的距離相對應(成比例)，因此通過將回波時間換算為距離，能夠檢測多個成形體的層疊方向的兩端部的位置，從而能夠算出多個成形體整體的體積變化。在以上 的說明中，作為檢測部例示出了三個方式，但是也可以使用這些方式中的多個。另外，在上述的各實施方式涉及的燃料容器中，檢測部分別設置在燃料容器的兩端部 (蓋部、底部)附近，在將多個成形體一體保持的狀態(tài)下，當一個端部固定在收容部時，也可以僅在另一端部設置檢測部。由此，檢測部的數量削減，從而成本降低。另外，優(yōu)先考慮氫的儲藏、放出的功能而制造的成形體不一定能夠選擇適于檢測部的檢測的材料、特性、形狀。然而，上述的各實施方式涉及的燃料容器由于具備在層疊的多個成形體的兩端部配置的支承構件，因此通過根據適于檢測部的方式的材料、物理性質、 形狀選擇支承構件，從而能夠提高檢測精度。需要說明的是，支承構件不是必須的，可以省略。另一方面，可以在鄰接的成形體間夾有板狀的多孔質體。圖6是在成形體間夾有多孔質體的燃料容器42的簡要剖視圖。需要說明的是，對于與第三實施方式涉及的燃料容器38同樣的結構和作用，適當省略說明。在相鄰的成形體24間夾持有板狀的多孔質體44。 成形體24通過多孔質體44使氫的流通性提高，從而使氫的儲藏及放出變得容易。另外，當進行氫的儲藏時，膨脹的成形體24彼此受力，通過多孔質體44來緩和該力，從而能夠抑制成形體24破裂。另外，通過選擇發(fā)泡金屬作為多孔質體44，也能夠實現(xiàn)導熱性的提高。例如，成形體24的頂底面經由發(fā)泡金屬的多孔質體44能夠與相鄰的成形體24、收容部28的主體部28c進行熱傳導。發(fā)泡金屬優(yōu)先例如銅或鋁等的熱傳導性良好的金屬。需要說明的是，各成形體24可以與相接的多孔質體44粘接。由此，即使將彈簧26a 或彈簧26b中的一方省略，也能夠在維持多個成形體的層疊狀態(tài)的同時允許多個成形體的體積變化。[燃料容器的姿態(tài)變化]接下來，對燃料容器的姿態(tài)變化與儲氫狀態(tài)的關系進行說明。圖7(a)是表示在收容部不存在成形體的狀態(tài)下燃料容器傾斜的形態(tài)的簡要示意圖，圖7(b)是在收容部收容未儲藏氫的多個成形體的狀態(tài)下燃料容器傾斜的形態(tài)的簡要示意圖，圖7(c)是在收容部收容儲藏氫的多個成形體的狀態(tài)下燃料容器傾斜的形態(tài)的簡要示意圖。需要說明的是，在各圖中省略了檢測部及支承構件。另外，燃料容器的傾斜用以水平為0°時的θ來表示。在圖7 (a)所示的燃料容器46中，彈簧26a未受到載荷的狀態(tài)下的長度為xa，彈簧常數為ka，彈簧26b未受到載荷的狀態(tài)下的長度為xb，彈簧常數為kb。另外，收容部28的蓋部28a與底部28b的距離為L。接下來，如圖7(b)所示，在燃料容器46收容多個成形體。在此，成形體實質上未儲藏氫。通過利用被壓縮的彈簧26a、26b夾持多個成形體24，從而多個成形體24被彼此無間隙地保持。當多個成形體24的層疊方向的全長為X，多個成形體24整體的質量為M，彈簧26a的壓縮變位為Δ xa,彈簧26b的壓縮變位為Δ xb,多個成形體24從彈簧26a受到的力為Fa，多個成形體24從彈簧26b受到的力為Fb時，導出以下的式(1) 式(4)。L = (xa- Δ xa) +X+ (xb- Δ xb)...式(1)
Fb = Mgsin θ +Fa…式(2)Fa = AxaXka…式(3)Fb = Axb Xkb…式(4)接下來，如圖7(c)所示，向圖7(b)所示的燃料容器46填充氫，使多個成形體分別儲藏了氫。儲藏了氫的成形體發(fā)生膨脹，彈簧26a、26b被進一步壓縮。當多個成形體24的層疊方向的膨脹量為Δ X，彈簧26a的壓縮變位為Δ xa’，彈簧26b的壓縮變位為Axb’，多個成形體24從彈簧26a受到的力為Fa’，多個成形體24從彈簧26b受到的力為Fb’時，導出以下的式(5) 式(8)。L= (xa-Axa，)+ (X+AX) + (xb-Axb，)...式(5)Fb，=Mgsin θ+Fa，…式(6)Fa，= Axa' Xka…式(7)Fb，= Axb' Xkb…式(8)根據以上的式(1) (8)，導出以下的關系式(9) (11)。ΔΧ = (Axa' -Axa)+ (Axb' -Axb)...式(9)ΔΧ = ((ka+kb)/kb) X (Axa，-Axa)…式(10)ΔΧ = ((ka+kb)/ka) X (Axb，-Axb)…式(11)根據式(9)可知，通過利用兩個檢測部對多個成形體的兩端部的變位進行檢測， 可算出多個成形體的層疊方向的膨脹量ΔΧ，從而算出多個成形體的體積變化。其結果是， 能夠算出燃料容器內的氫的剩余量。另外，根據式(10)、式(11)可知，多個成形體的層疊方向的膨脹量ΔΧ不取決于燃料容器46的傾斜θ。具體而言，膨脹量ΔΧ由從未填充氫的狀態(tài)到填充有氫的情況下的層疊的多個成形體的兩端部的變位量(Axa’ -Axa)或變位量 (Axb'-Axb)唯一地確定。因此，無需根據燃料容器的姿態(tài)考慮變位量(Axa’-Axa)、變位量(Axb’ -Axb)與膨脹量Δ X的關系，從而使計算處理容易。另外，根據式(10)、式(11)可知，只要預先知道彈簧26a、26b的彈簧常數ka、kb， 上述的各燃料容器也能夠利用一個檢測部算出膨脹量ΔΧ。(第四實施方式)接下來，對采用了與第一實施方式到第三實施方式中敘述的保持機構26不同方式的保持機構的燃料容器進行說明。圖8(a)是表示第四實施方式的保持機構的簡要剖視圖，圖8(b)是圖8(a)的A-A剖視圖。本實施方式涉及的保持機構為網狀的彈性構件50，形成為將層疊的多個成形體 24和位于其兩端部的支承構件30、32 —起覆蓋的形狀。即，在彈性構件50的作用下，在維持多個成形體24的層疊狀態(tài)的同時，允許多個成形體24的體積變化。需要說明的是，也可以省略支承構件30、32。彈性構件50是通過將熱傳導性良好的銅或磷青銅 、不銹鋼線等加工成網狀而賦予了彈性的構件。圖9(a)是第四實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖，圖9(b)是圖9(a)的B-B 剖視圖。圖9(a)所示的燃料容器52具備由儲氫合金構成的多個成形體24;允許多個成形體24的體積變化且以使各成形體24層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持的網狀的彈性構件50 ；將多個成形體24收容的收容部28 ；對多個成形體24的體積變化下的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測的檢測部(未圖示)。
由于圖9(a)所示的多個成形體24儲藏氫，因此比圖8(a)所示的多個成形體24 膨脹。因此，成形體24不僅在主體部28c的長度方向上膨脹，在主體部28c的徑向也膨脹。 本實施方式的彈性構件50伴隨成形體24在主體部28c的長度方向上膨脹而向上下方向延伸，從而存在于成形體24與主體部28c的內壁之間的部分的厚度變薄(參照圖9(a)、圖 9(b))。這樣，通過使彈性構件50的厚度變薄，成形體24沿主體部28c的徑向能夠不過度膨脹，因此在成形體24膨脹時，在成形體24與主體部28c間作用的載荷減輕，從而抑制成形體24的破裂或變形。另外，由于彈性構件50為網狀(網眼狀)，從而使收容部28內部的氫的流通性提高。(第 五實施方式)圖10(a)是表示第五實施方式涉及的保持機構的簡要側視圖，圖10(b)是從C方向觀察到的圖10(a)所示的保持機構的俯視圖，圖10(c)是圖10(a)的D-D剖視圖。本實施方式的保持機構為多個彈簧54。彈簧54為兩端成為鉤狀的圓棒狀的構件。 各彈簧54通過鉤狀的部分54a將層疊的多個成形體24的兩端部或位于其外側的支承構件 30、32彼此連結，并且將它們向彼此在層疊方向上接近的方向施力的同時進行夾持。S卩，在彈簧54的作用下，在維持多個成形體24的層疊狀態(tài)的同時，允許多個成形體24的體積變化。需要說明的是，也可以省略支承構件30、32。彈簧54是通過將熱傳導性良好的銅或磷青銅、不銹鋼線等加工成網狀而賦予了彈性的構件。圖11(a)是第五實施方式涉及的燃料容器的簡要剖視圖，圖11(b)是圖11(a)的 E-E剖視圖。圖11(a)所示的燃料容器56具備由儲氫合金構成的多個成形體24 ；允許多個成形體24的體積變化且以使各成形體24層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持的彈簧 54 ；將多個成形體24收容的收容部28 ；對多個成形體24的體積變化下的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測的檢測部(未圖示)；將支承構件32和底部28b連結的彈簧58。通過彈簧58可限制收容部28中多個成形體一體地竄動。由于圖11(a)所示的多個成形體24儲藏氫，因此比圖10(a)所示的多個成形體 24膨脹。因此，成形體24不僅在主體部28c的長度方向上膨脹，而且在主體部28c的徑向上也膨脹。由于本實施方式的彈簧54伴隨成形體24在主體部28c的長度方向上膨脹而向上下方向延伸，從而存在于成形體24與主體部28c的內壁之間的部分的直徑變小(參照圖 11 (a)、圖11 (b))。這樣，通過彈簧54的直徑變小，從而成形體24沿主體部28c的徑向能夠不過度膨脹，因此在成形體24膨脹時，作用在成形體24與主體部28c間的載荷減輕，從而抑制成形體24的破裂或變形。另外，由于彈簧54在圓板狀的成形體24的外周以等間隔配置有六根，因此在收容部28的內部的氫的流通性提高。需要說明的是，也可以代替多個彈簧54，而使用呈螺旋狀地覆蓋多個成形體的外周的一個螺旋彈簧。(第六實施方式)圖12(a)是表示第六實施方式涉及的保持機構的簡要側視圖，圖12(b)是圖12(a) 的F-F剖視圖。本實施方式的保持機構具有一對支承構件60、62，其從外側支承圓筒形狀的多個成形體59的層疊方向的兩端部；拉伸彈簧64，其將一對支承構件60、62連結，將一對支承構件60、62向彼此靠近的方向拉拽。拉伸彈簧64設置成貫通圓筒形狀的成形體59的中央。在該拉伸彈簧64的作用下，能夠在維持多個成形體59的層疊狀態(tài)的同時，允許多個成形體59的體積變化。另外，本實施方式涉及的燃料容器66具備由儲氫合金構成的圓筒形狀的多個成形體59 ；允許多個成形體59的體積變化且以使各成形體59層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持的保持機構；將多個成形體59收容的收容部28 ；對多個成形體59的體積變化下的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測的檢測部(未圖示)；將支承構件62和底部28b連結的彈簧58。利用彈簧58限制多個成形體在收容部28 —體地竄動。(第七實施方式)本實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)在燃料容器的收容部形成多個筒狀的燃料室。并且，在至少一個燃料室設置有檢測部。圖13是表示第七實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)70的概況的圖。氫剩余量檢測系統(tǒng)70具備燃料容器72、計算部16、顯示部20。燃料容器72具備形成有多個筒狀的燃料室的收容部74。燃料室76為與圖4所示的燃料容器34大致同樣的結構，因此對相同的結構標注相同的符號并省略說明。燃料室78通過隔壁80與相鄰的燃料室76 分隔。在燃料室78中收容有儲氫合金的粉末或成形體。在蓋部28a及底部28b 與隔壁80之間形成有將燃料室76與燃料室78連通的連通路82、84。在連通路82、84設置有過濾器88、90，以免燃料室78所收容的粉末的儲氫合金86侵入燃料室76。過濾器88、90 構成為至少能夠使氫流通。上述那樣構成的燃料容器72在作為多個燃料室中的一個的燃料室76內設置有多個成形體24、彈簧26a、26b和檢測部36(36a、36b)。由此，通過推定位于燃料室76內的多個成形體24的體積變化，也能夠推定燃料容器所具備的儲氫合金整體的體積變化。并且， 計算部16根據燃料容器72的檢測部36輸出的信號來計算收容部74的氫的剩余量。(第八實施方式)通常，儲氫合金若反復進行氫的儲藏及放出，則氫的最大填充量存在逐漸減少的傾向。圖14是表示氫的填充循環(huán)數與最大填充量的關系的圖。由于儲氫合金隨著填充量的增加而膨脹，因此氫的填充量與由儲氫合金構成的多個成形體的兩端部的變位(膨脹量ΔΧ)具有相關(比例)關系。因此，如前述的式(9) 式(11)所示，通過在檢測部檢測成形體的兩端部的變位而算出膨脹量ΔΧ，其結果是，可算出氫的填充量。另一方面，如圖14所示，最大填充量V(N)Hiax表示為填充循環(huán)數N的函數， 其隨著填充循環(huán)數的增加而逐漸減少。因此，即使在燃料容器填充有相同量的氫的情況下， 只要最大填充量V(N)Hiax變化，則氫的剩余量的比率也變化。因此，在本實施方式中，說明了如下結構在通過氫填充裝置向燃料容器填充氫的氫剩余量檢測系統(tǒng)和利用填充有氫的燃料容器驅動燃料電池的燃料電池系統(tǒng)中，即使在反復進行了氫的填充及放出的情況下，也能夠精度良好地算出氫的剩余量。需要說明的是，最大填充量V(N)Hiax的函數能夠根據儲氫合金的種類、粒徑、填充壓力、混合材料的結構等而變化。因此，可以預先通過實驗或模擬算出。圖15是表示第八實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)的概況的圖。圖16是表示第八實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的概況的圖。圖15所示的氫剩余量檢測系統(tǒng)100在燃料容器72具備從外部填充氫且向外部放出氫的填充放出口 102和對填充的氫的累積填充量的信息進行存儲的存儲部104這一點上與第七實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)70差異較大。另外，氫剩余量檢測系統(tǒng)100還具備向燃料容器72填充氫的氫填充裝置108。氫填充裝置108具有能夠與燃料容器72的填充放出口 102拆裝的連接部106。另外，計算部16配置于氫填充裝置108。

需要說明的是，在圖15所示的氫剩余量檢測系統(tǒng)100中，對于與第七實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)70相同的構件標注相同的符號并省略說明。接下來，對使用氫填充裝置108向燃料容器72填充氫時的氫剩余量檢測系統(tǒng)100 的動作進行說明。首先，將燃料容器72的填充放出口 102與氫填充裝置108的連接部106連接。此時，確立計算部16與檢測部36及存儲部104能夠通信的狀態(tài)。通信可以是無線，也可以有線。當燃料容器72與氫填充裝置108連接時，計算部16從燃料容器72的存儲部104 讀出氫的累積填充量Vcum及圖14所示的最大填充量的函數V(N)maX。累積填充量Vcum在燃料容器72為新品的情況下為0。當氫的填充開始時，計算部16根據檢測部36檢測出的多個成形體24的層疊方向的兩端部的位置算出多個成形體24的膨脹量ΔΧ。計算部16在氫的填充結束時根據此時的膨脹量ΔΧ算出氫的填充量Δν。然后，計算部16將算出的氫的填充量AVl加到當前為止存儲的累積填充量Vcum上，而作為新的累積填充量(Vcum = Vcum+Δ VI)存儲在存儲部104中。由此，能夠按各燃料容器72來更新氫的累積填充量Vcum。另外，若在氫填充裝置108中預先具備流量計，則能夠基于由流量計計測的氫填充量Μι,以更高的精度算出 AVl0接下來，對根據燃料容器72的累積填充量Vcum求得此時的最大填充量V(N)max 的方法進行說明。需要說明的是，將氫的累積填充量Vcum這種項目存儲于存儲部104是出于以下的理由。若始終在向燃料容器完全未填充氫的狀態(tài)下反復進行將氫填充到最大填充量的動作，則只要對填充循環(huán)數N進行計數，就能夠簡便地求出最大填充量V(N)max。然而，可能有在氫未被用盡的狀態(tài)下填充氫的情況和未將氫填充到最大填充量的情況。在這種情況下， 若只通過對填充的次數進行計數，則無法正確算出此時的最大填充量V(N)max。S卩，如圖14所示，當第一次的填充量為Δν ，第二次的填充量為AV2，第三次的填充量為ΔΥ3，第四次的填充量為Δ V4時，則累積填充量Vcum成為箭頭所示的位置。所以， 由于累積填充量Vcum相當于填充循環(huán)數N = 3，因此此時的燃料容器的最大填充量為V(3) max。需要說明的是，計算部16可以將該時刻的燃料容器的最大填充量V(3)maX的值存儲在存儲部104中。這樣，計算部16能夠根據存儲在存儲部104中的累積填充量Vcum和由檢測部36 檢測出的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置來算出收容部74中的氫的剩余量。由此， 即使在儲氫合金反復進行氫的儲藏、放出的情況下，也能夠精度良好地算出燃料容器72的氫的剩余量。另外，如上所述，雖然儲氫合金在反復進行氫的儲藏、放出時存在填充量減少的傾向，但氫剩余量檢測系統(tǒng)100通過將填充的氫的累積填充量Vcum的信息存儲在存儲部104 中，從而可在計算氫的剩余量時進行修正。
另外，將氫填充量AVf或氫填充量AV與最大填充量V(N)Hiax進行比較，其中，氫填充量△ Vf是將氫從用盡氫的狀態(tài)填充到最大填充狀態(tài)，而在填充氫時利用流量計計測的氫填充量，氫填充量△ V是將氫從用盡氫的狀態(tài)填充到最大填充狀態(tài)，而根據由檢測部 36所檢測出的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置算出的膨脹量ΔΧ而算出的氫填充量，若在氫填充量AW或填充量AV與最大填充量V(N)Hiax的差較大的狀態(tài)下，則認為與累積填充量Vcum對應的最大填充量V (N) max的減少的進行度是不同的。在此，作為修正的判定模式，從用盡氫的狀態(tài)到最大填充狀態(tài)反復多次填充氫，對上述那樣以流量計計測的氫填充量AVf或根據膨脹量ΔΧ算出的氫填充量AV與最大填充量V (N) max進行比較。然后，當氫填充量Δ Vf與最大填充量V(N)Hiax的差、或填充量AV 與最大填充量V(N)Hiax的差都大于規(guī)定值(例如為最大填充量V(N)Hiax的值的5%以上) 時，可以將最大填充量V(N)Hiax修正為與氫填充量AVf、填充量AV相當的新的最大填充量 V(N’)max(N興N’)。另外，若根據膨脹量ΔΧ算出的氫的填充量AV與在填充氫時利用流量計測量到的氫填充量Μ 的值存在較大差異，則可能檢測部的成形體產生損壞等，無法進行剩余量計測，從而可以進行警告顯示。 另外，氫填充裝置108還可以具備顯示部，該顯示部顯示在計算部16算出的收容部74中的氫的剩余量信息。由此，從而能夠簡便地掌握氫的剩余量。另外，計算部16設置在氫填充裝置108上，即使不按各燃料容器設置計算部也能夠算出氫的剩余量，因此有助于燃料容器的成本的降低。接下來，對本實施方式的燃料電池系統(tǒng)進行說明。圖16所示的燃料電池系統(tǒng)110 是將圖15所示的氫剩余量檢測系統(tǒng)100的氫填充裝置108取下而將燃料電池12安裝在燃料容器72上的系統(tǒng)。燃料電池12具有能夠與燃料容器72的填充放出口 102拆裝的連接部112。另外，計算部16及顯示部20配置在燃料電池12上。需要說明的是，在圖16所示的燃料電池系統(tǒng)110中，對與圖15所示的氫剩余量檢測系統(tǒng)100相同的構件標注相同的符號并省略說明。接下來，對從燃料容器72放出氫而利用燃料電池12進行發(fā)電時的燃料電池系統(tǒng) 110的動作進行說明。首先，將燃料容器72的填充放出口 102和燃料電池系統(tǒng)110的連接部112連接。 此時，確立計算部16與檢測部36及存儲部104能夠通信的狀態(tài)。通信可以是無線，也可以
是有線。當燃料容器72與燃料電池12連接時，計算部16從燃料容器72的存儲部104讀出氫的累積填充量Vcum及圖14所示的最大填充量的函數V(N)max。當開始向燃料電池12放出氫時，計算部16根據檢測部36所檢測出的多個成形體 24的層疊方向的兩端部的位置來算出多個成形體24的膨脹量ΔΧ。計算部16在氫的放出結束(發(fā)電停止)時根據此時的膨脹量ΔΧ算出剩余的氫的填充量Δν。然后，計算部 16根據算出的氫的填充量△ V和從存儲部104讀出的氫的累積填充量Vcum及最大填充量 V(N)Hiax來算出剩余量。剩余量(％ )通過填充量Δ V/最大填充量V (N) max X 100而算出。 算出的剩余量顯示在顯示部20上。需要說明的是，計算部16以燃料容器72的初始的最大填充量V(I)Hiax為基準而顯示剩余量(％)，從而還能夠算出剩余量相對于初始的容量的比率。
這樣，在燃料電池系統(tǒng)110中，計算部16也能夠根據存儲在存儲部104中的累積填充量Vcum和檢測部36所檢測出的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置來算出收容部 74中的氫的剩余量。由此，即使在儲氫合金反復進行氫的儲藏、放出的情況下，也能夠精度良好地算出燃料容器72中的氫的剩余量。另 外，由于燃料電池12還具備顯示部20，該顯示部20顯示在計算部16算出的收容部74中的氫的剩余量信息，因此能夠簡便地掌握氫的剩余量。另外，計算部16設置在燃料電池12上，即使不按各燃料容器設置計算部也能夠算出氫的剩余量，因此有助于燃料容器的成本的降低。(變形例)接下來，對收容部具有的筒狀部的變形例進行說明。圖17(a)、圖17(b)是表示收容部的變形例的立體圖。圖17(a)所示的收容部92形成圓柱形狀的空間作為燃料室94，各燃料室94排列成線狀。另外，圖17(b)所示的收容部96形成四棱柱形狀的空間作為燃料室98，各燃料室98排列成線狀。這樣，在具有多個燃料室的收容部92 (96)中，也在一個燃料室94(98)設置前述的多個成形體、保持機構和檢測部，從而能夠推定燃料容器所具備的儲氫合金整體的體積變化。如上所述，上述的各實施方式涉及的氫剩余量檢測系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)無論燃料容器的姿態(tài)如何，都能夠對因氫的儲藏放出引起的儲氫合金的體積變化進行檢測，從而據此來推定燃料容器內的氫剩余量。以上，參照上述的各實施方式對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明不局限于上述的實施方式，將各實施方式的結構適當組合的形態(tài)和將其替換的形態(tài)也包含在本發(fā)明中。另夕卜，也可以根據本領域技術人員的知識，在各實施方式的燃料電池或燃料電池系統(tǒng)中對實施方式施加各種設計變更等變形，施加了這樣的變形的實施方式也包含在本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種燃料容器，其特征在于，具備多個成形體，它們由能夠含有向燃料電池供給的氫的儲氫金屬構成； 保持機構，其允許所述多個成形體的體積變化，且以使各成形體層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持；收容部，其將由所述保持機構以層疊的狀態(tài)保持的所述多個成形體收容； 檢測部，其對所述多個成形體的體積變化下的該多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測。
2.根據權利要求1所述的燃料容器，其特征在于，所述保持機構為分別設置在所述多個成形體的層疊方向的兩端部與所述收容部的內壁之間的彈性構件，所述彈性構件從兩側對所述多個成形體施力。
3.根據權利要求1所述的燃料容器，其特征在于，所述保持機構由彈性構件構成，該彈性構件將所述多個成形體的層疊方向的兩端部連結，對所述兩端部沿所述層疊方向施力并進行夾持。
4.根據權利要求1所述的燃料容器，其特征在于， 所述保持機構具有一對支承構件，它們從外側支承所述多個成形體的層疊方向的兩端部； 彈性構件，其將所述一對支承構件連結，對所述一對支承構件沿所述層疊方向施力并進行夾持。
5.根據權利要求1所述的燃料容器，其特征在于， 還具備夾在相鄰的成形體之間的多孔質體。
6.根據權利要求5所述的燃料容器，其特征在于， 所述成形體與所述多孔質體粘接。
7.根據權利要求5或6所述的燃料容器，其特征在于， 所述多孔質體為發(fā)泡金屬。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的燃料容器，其特征在于， 所述收容部具有分別連通的多個筒狀部，所述多個筒狀部分別至少收容有儲氫金屬，在所述多個筒狀部的至少一個中設置有所述多個成形體、所述保持機構和所述檢測部。
9.一種氫剩余量檢測系統(tǒng)，其特征在于，具備 權利要求1至8中任一項所述的燃料容器；計算部，其根據所述檢測部輸出的信號來計算所述收容部中的氫的剩余量。
10.根據權利要求9所述的氫剩余量檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述燃料容器還具備從外部填充氫并向外部放出氫的填充放出口； 對填充的氫的累積填充量的信息進行存儲的存儲部。
11.根據權利要求10所述的氫剩余量檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述計算部根據存儲在所述存儲部中的所述累積填充量的信息和由所述檢測部檢測出的所述多個成形體的層疊方向的兩端部的位置，來算出所述收容部中的氫的剩余量。
12.根據權利要求10或11所述的氫剩余量檢測系統(tǒng)，其特征在于，還具備顯示部，其顯示在所述計算部算出的所述收容部中的氫的剩余量的信息。
13.根據權利要求10至12中任一項所述的氫剩余量檢測系統(tǒng)，其特征在于，還具備氫填充裝置，該氫填充裝置具有能夠與所述填充放出口拆裝的連接部，且向所述燃料容器填充氫，所述計算部配置在所述氫填充裝置上。
14.根據權利要求13所述的氫剩余量檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述計算部根據所述檢測部檢測出的多個成形體的層疊方向的兩端部的位置的信息來算出所述氫填充裝置所填充的氫的填充量，所述存儲部將算出的所述氫的填充量加到當前為止所存儲的累積填充量上而得到的填充量作為新的累積填充量進行存儲。
15.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備 燃料電池；收容向所述燃料電池供給的氫的權利要求1至8中任一項所述的燃料容器； 根據所述檢測部輸出的信號來計算所述收容部中的氫的剩余量的計算部。
16.根據權利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述燃料容器還具備從外部填充氫且向外部放出氫的填充放出口； 對填充的氫的累積填充量的信息進行存儲的存儲部。
17.根據權利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述計算部根據存儲在所述存儲部中的所述累積填充量的信息和由所述檢測部檢測出的所述多個成形體的層疊方向的兩端部的位置，來算出所述收容部中的氫的剩余量。
18.根據權利要求16或17所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具備顯示部，其顯示在所述計算部算出的所述收容部中的氫的剩余量的信息。
19.根據權利要求16至18中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述燃料電池構成為能夠與所述燃料容器拆裝，所述計算部配置在所述燃料電池上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無論燃料容器的姿態(tài)如何都可算出儲氫合金的體積變化的燃料容器、氫剩余量檢測系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)。燃料容器(14)具備多個成形體(24)，其由能夠含有向燃料電池供給的氫的儲氫金屬構成；保持機構(26)，其允許多個成形體的體積變化且以使各成形體層疊成彼此最接近的狀態(tài)將它們保持；收容部(28)，其將由保持機構以層疊的狀態(tài)保持的多個成形體收容；檢測部(18)，其對多個成形體的體積變化下的該多個成形體的層疊方向的兩端部的位置進行檢測。
文檔編號H01M8/04GK102437352SQ20111030200
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月29日
發(fā)明者安尾耕司, 木船研兒 申請人:三洋電機株式會社