(57)【要約】【課題】夏場などの高温の環境下においても、燃料電池の冷却効率を高めることを可能とする。【解決手段】燃料電池１００の冷却水が流れるヒータ用ラジエター１６０と、正回転時にヒータ用ラジエター１６０に空気を当てて温度を上昇させた空気を車室４００内に送風し、逆回転時に車室４００内の空気をラヒータ用ラジエター１６０に当ててヒータ用ラジエター１６０を冷却するファン３１０と、を備える、車両の燃料電池システム１０００が提供される。この構成により、夏場などの高温の環境下においても、燃料電池の冷却効率を高めることが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の冷却水が流れるラジエターと、
正回転時に前記ラジエターに空気を当てて温度を上昇させた空気を車室内に送風し、逆回転時に前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却する第１送風ファンと、
を備えることを特徴とする、車両の燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１送風ファンは、車外の気温が第１の所定値以上であり、且つ前記冷却水の温度が第２の所定値以上の場合に前記逆回転を行うことを特徴とする、請求項１に記載の車両の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１送風ファンの前記逆回転時に前記ラジエターを通過した前記車室内の空気を冷却して前記車室内に戻す冷却用エバポレータを更に備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の車両の燃料電池システム。
【請求項４】
車室外の空気が導入されて冷却する冷却用エバポレータと、
前記第１送風ファンの前記逆回転時に、前記冷却用エバポレータが冷却した空気を前記車室内に送る第２送風ファンと、
を更に備える、請求項１に記載の車両の燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷却水の主経路から前記冷却水を分岐させて前記ラジエターに送る３ウェイバルブを備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の車両の燃料電池システム。
【請求項６】
送風ファンを正回転させた場合に、燃料電池の冷却水が流れるラジエターに空気を当てて温度を上昇させた空気を車室内に送風するステップと、
前記送風ファンを逆回転させた場合に、前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却するステップと、
を備えることを特徴とする、車両の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の燃料電池システム及び車両の燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下記の特許文献１には、燃料電池装置の燃料電池スタックを冷却させて昇温した冷却水をヒータ（熱交換器）に流通し、車室内に暖気を供給することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８３８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば夏場などの車外気温が高い環境下では、燃料電池を冷却するための条件が非常に厳しくなり、燃料電池を十分に放熱することができず、燃料電池がオーバーヒートする可能性がある。上記特許文献には、燃料電池装置の燃料電池スタックを冷却させて昇温した冷却水を用いて車室内に暖気を供給することについて記載されているが、夏場などの高温の環境下において、燃料電池の冷却効率を高めることは想定していなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、夏場などの高温の環境下においても、燃料電池の冷却効率を高めることが可能な、新規かつ改良された車両の燃料電池システム及び車両の燃料電池システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、燃料電池の冷却水が流れるラジエターと、正回転時に前記ラジエターに空気を当てて温度を上昇させた空気を車室内に送風し、逆回転時に前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却する第１送風ファンと、を備える、車両の燃料電池システムが提供される。
【０００７】
前記第１送風ファンは、車外の気温が第１の所定値以上であり、且つ前記冷却水の温度が第２の所定値以上の場合に前記逆回転を行うものであっても良い。
【０００８】
また、前記第１送風ファンの前記逆回転時に前記ラジエターを通過した前記車室内の空気を冷却して前記車室内に戻す冷却用エバポレータを更に備えるものであっても良い。
【０００９】
また、車室外の空気が導入されて冷却する冷却用エバポレータと、前記第１送風ファンの前記逆回転時に、前記冷却用エバポレータが冷却した空気を前記車室内に送る第２送風ファンと、を更に備えるものであっても良い。
【００１０】
また、前記冷却水の主経路から前記冷却水を分岐させて前記ラジエターに送る３ウェイバルブを備えるものであっても良い。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、送風ファンを正回転させた場合に、燃料電池の冷却水が流れるラジエターに空気を当てて温度を上昇させた空気を車室内に送風するステップと、前記送風ファンを逆回転させた場合に、前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却するステップと、を備える、車両の燃料電池システムの制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、夏場などの高温の環境下においても、燃料電池の冷却効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池冷却システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】車室内の冷気を利用して燃料電池の冷却を行う例を示す模式図である。
【図３】図２の構成により車室内の空気を利用してヒータ用ラジエターを冷却する場合の処理を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る燃料電池冷却システムの概略構成を示す模式図である。
【図５】図４の構成により車室内の空気を利用してヒータ用ラジエターを冷却する場合の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池冷却システム１０００の概略構成について説明する。図１に示すように、燃料電池冷却システム１０００は、燃料電池１００、水温センサ１１０、３ウェイバルブ１２０、ＦＣラジエター１３０、水温センサ１４０、ＦＣクーリングポンプ１５０、ヒータ用ラジエター１６０、冷却水配管１７０、制御装置２００、クーラー用エバポレータ３００、送風ファン３１０、を有して構成されている。
【００１６】
図１に示す燃料電池冷却システム１０００では、ＦＣクーリングポンプ１５０の駆動により、冷却水配管１７０内を図１中に矢印で示す方向に冷却水が循環する。これにより、燃料電池１００が冷却水により冷却される。燃料電池１００の冷却により暖められた冷却水は、ＦＣラジエター１３０により冷却される。
【００１７】
また、３ウェイバルブ１２０が開かれると、ヒータ用ラジエター１６０にも冷却水が循環する。例えば冬場などに車室４００内を温める場合には、図１に示すように、送風ファン３１０を正回転させることで外気をヒータ用ラジエター１６０に当て、ヒータ用ラジエター１６０で暖められた空気を車室４００内に導入する。これにより、車室４００内が暖められる。ヒータ用ラジエター１６０に当てる空気として、車室４００外の空気と車室４００内の空気を切り換えることができる。なお、この場合、クーラー用エバポレータ３００によるクーラーの作動は行われない。このように、燃料電池１００の発熱で暖められた冷却水をヒータに利用して、車内を暖めることができる。
【００１８】
次に、図２に基づいて、夏場など車外の気温が高い場合に、車室４００内の冷気を利用して燃料電池１００の冷却を行う場合について説明する。図２に示す燃料電池冷却システム１０００の構成は、基本的に図１と同様である。図２では、図１の構成に加えて、車室外気温センサ１８０が追加されている。
【００１９】
例えば、夏場など車外が高温の場合、ＦＣラジエター１３０のみでは燃料電池１００の冷却性能が足りなくなることが想定される。このような場合に、本実施形態では、図２に示すように送風ファン３１０を逆回転させ、車室４００内の空気を外部に放出し、ヒータ用ラジエター１６０に車室４００内の空気を当てる。
【００２０】
夏場など車外の気温が高い場合は、通常、車室４００内はクーラーにより冷やされているため、車室４００の空気をヒータ用ラジエター１６０に当てることで、ヒータ用ラジエター１６０内を循環する冷却水を冷却することができる。これにより、ＦＣラジエター１３０とヒータ用ラジエター１６０の双方を用いて燃料電池１００を冷却することができるため、夏場など車外が高温の場合や冷却水温が高い場合等においても、冷却水を確実に冷却することができ、燃料電池１００を確実に冷却することが可能となる。
【００２１】
また、図２に示すように、ヒータ用ラジエター１６０を通過した後の空気は、クーラー用エバポレータ３００を通過することで冷却され、車室４００内に戻される。従って、車室４００内の空気を冷却することができる、車室４００の空気をヒータ用ラジエター１６０に当てたことによる室温の上昇が抑制される。
【００２２】
以上のように、図２に示す構成によれば、車室４００の空気をヒータ用ラジエター１６０に当てることで、ヒータ用ラジエター１６０を冷却することができる。また、ヒータ用ラジエター１６０を通過した後の空気は、クーラー用エバポレータ３００を通過して車室４００内に戻される。従って、ＦＣラジエター１３０とヒータ用ラジエター１６０により冷却水を冷却して燃料電池１００を冷却できるとともに、クーラー用エバポレータ３００により車室４００内の空気を冷却することができる。
【００２３】
図３は、図２の構成により車室４００内の空気を利用してヒータ用ラジエター１６０を冷却する場合の処理を示すフローチャートである。図３の処理は、主として制御装置２００にて行われ、所定の周期毎に行われる。先ず、ステップＳ１０では、水温センサ１１０が検出した冷却水温を取得する。なお、ステップＳ１０で水温センサ１４０が検出した冷却水温を検出することもできるが、水温センサ１１０は燃料電池１００の下流側に位置するため、水温センサ１１０が検出した冷却水温の方がより的確に燃料電池１００の温度を表すことになる。次のステップＳ１２では、車室外気温センサ１８０が検出した車室外気温を取得する。
【００２４】
次のステップＳ１４では、水温センサ１１０が検出した冷却水温が第１の所定温度以上であり、且つ車室外気温センサ１８０が検出した車室外気温が第２の所定温度以上であるか否かを判定する。そして、冷却水温が第１の所定温度以上であり、且つ車室外気温が第２の所定温度以上の場合はステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６に進んだ場合は、夏場など冷却水温が上昇し易い状況であるため、３ウェイバルブ１２０を開く。これにより、ヒータ用ラジエター１６０にも冷却水が循環する。
【００２５】
次のステップＳ１８では、送風ファン３１０を逆回転させる。これにより、車室４００内の冷気がヒータ用ラジエター１６０に当てられ、ヒータ用ラジエター１６０が冷却される。また、ヒータ用ラジエター１６０を通過した後の空気は、クーラー用エバポレータ３００を通過することで冷却され、車室４００内に戻される。
【００２６】
次のステップＳ２０では、水温センサ１１０が検出した冷却水温が所定温度以下であるか否かを判定し、冷却水温が所定温度以下の場合は、冷却水が十分に冷却されたため、ステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、３ウェイバルブ１２０を閉じる。これにより、ヒータ用ラジエター１６０への冷却水の循環が停止し、冷却水はＦＣラジエター１３０のみで冷却される。一方、ステップＳ２０で冷却水温が所定温度を超えている場合は、ステップＳ１６へ戻る。
【００２７】
ステップＳ２２の後はステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、ステップＳ１８で送風ファン３１０を逆回転させる以前にクーラー用エバポレータ３００によるクーラーを利用していたか否かを判定する。そして、クーラーを利用していた場合は、ステップＳ２６へ進み、送風ファン３１０を正回転させる。一方、クーラーを利用していなかった場合は、ステップＳ２８へ進み、送風ファン３１０を停止させる。ステップＳ２６，Ｓ２８の後は処理を終了する。
【００２８】
次に、図４に基づいて、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態に係る燃料電池冷却システム１０００の概略構成を示す模式図である。第２の実施形態では、ヒータ用ラジエター１６０とクーラー用エバポレータ３００が車室４００に対して並列に配置されている。また、クーラー用エバポレータ３００の送風ファン３１０に加えて、ヒータ用ラジエター１６０のための送風ファン３２０が設けられている。
【００２９】
図４においても、例えば夏場など車外の気温が高い場合に、送風ファン３２０を逆回転させることで、車室４００の空気をヒータ用ラジエター１６０に当てる。これにより、図２と同様に、ヒータ用ラジエター１６０内を循環する冷却水を冷却することができ、燃料電池１００の放熱を行うことができる。ヒータ用ラジエター１６０に当てられてヒータ用ラジエター１６０を通過した空気は、車室４００の外に排気される。
【００３０】
また、図４に示すように、ヒータ用ラジエター１６０を冷却して冷却水を冷却している間は、クーラー用エバポレータ３００の送風ファン３１０を作動させ、クーラー用エバポレータ３００を作動させることで、車室４００内の冷房が行われる。従って、車室４００の空気をヒータ用ラジエター１６０に当てたことによる室温の上昇が抑制される。
【００３１】
図４の構成では、図２と比較すると、ヒータ用ラジエター１６０を通過して暖められた空気は、車室４００の外に排気され、クーラー用エバポレータ３００には導入されない。クーラー用エバポレータ３００には、ヒータ用ラジエター１６０を通過した空気よりも低温の車室４００外の空気が導入されるため、車室４００内を冷却する際の冷却効率を高めることができる。
【００３２】
なお、図４に示す例において、矢印Ａ１で示すように、クーラー用エバポレータ３００から車室４００内に送られる空気の一部または全部をヒータ用ラジエター１６０に当てても良い。この場合、クーラー用エバポレータ３００からの空気の全てを車室４００内に送る場合に比べて、車室４００内の冷却効率は低下するものの、ヒータ用ラジエター１６０の冷却効率が高まるため、例えば夏の酷暑の場合などにおいても、ヒータ用ラジエター１６０を循環する冷却水の冷却効率をより高めることができ、燃料電池１００を確実に冷却することができる。
【００３３】
図５は、図４の構成により車室４００内の空気を利用してヒータ用ラジエター１６０を冷却する場合の処理を示すフローチャートである。図５の処理も、主として制御装置２００にて所定の周期毎に行われる。図５では、ステップＳ３０、ステップＳ３２、ステップＳ３６、ステップＳ３８、ステップＳ４０の処理が図３と異なり、その他のステップの処理は図３と同様である。以下では、図３と異なる処理を中心に説明する。
【００３４】
ステップＳ３０，Ｓ３２は、図３に対して追加された処理であり、ステップＳ３０では、クーラー用エバポレータ３００を使用しているか否か、すなわち、クーラー用エバポレータ３００により車室４００内を冷房しているか否かが判定される。クーラー用エバポレータ３００を使用している場合はステップＳ１６へ進む。一方、クーラー用エバポレータ３００を使用していない場合は、ステップＳ３２へ進み、クーラー用エバポレータ３００を作動させる。
【００３５】
また、ステップＳ２２で３ウェイバルブ１２０を閉じた後、ステップＳ３４では、ヒータ用ラジエター１６０の送風ファン３２０を停止させる。次のステップＳ３６では、ステップＳ１６で３ウェイバルブ１２０を開ける前にクーラーを使用していたか否かを判定する。そして、クーラーを使用していた場合はステップＳ３８へ進み、クーラーを継続して作動させる。一方、クーラーを使用していなかった場合はステップＳ４０へ進み、クーラーを停止させる。
【００３６】
以上のように、図５の処理では、ヒータ用ラジエター１６０に車室４００内の空気を当てる際に、クーラー用エバポレータ３００により車室４００内を冷房していない場合は、クーラー用エバポレータ３００により車室４００内の冷房が行われる。これにより、車室４００内の冷房により冷やされた冷気がヒータ用ラジエター１６０に当たるため、冷却効率を高めることができる。
【００３７】
以上説明したように本実施形態によれば、車室４００内の空気をヒータ用ラジエター１６０に当てるようにしたため、車室４００内の空気によりヒータ用ラジエター１６０内を循環する冷却水を冷却することができる。従って、特に夏場など燃料電池１００の冷却に負担がかかる条件下において、車室４００内の冷房により冷やされた冷気を利用して燃料電池１００を冷却することができるため、燃料電池１００の温度を最適に制御することが可能となる。これにより、例えば夏場など車外気温が高い場合に、燃料電池１００のオーバーヒートを確実に抑制することが可能となる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００３９】
１００    燃料電池
１２０    ３ウェイバルブ
１６０    ヒータ用ラジエター
３００    クーラー用エバポレータ
３１０，３２０    送風ファン
４００    車室
１０００  燃料電池システム
【図１】
2019197630.tif 000003
【図２】
2019197630.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019197630.tif 000007