(57)【要約】【課題】システム効率を悪化させることなく二次電池を暖機することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】電気負荷に対して電力供給可能な燃料電池１と、燃料電池１と直列接続され、燃料電池１から電力供給を受けて充電可能であるとともに、電気負荷に対して電力供給可能な二次電池３と、燃料電池１に供給される酸化剤ガスが通過する発電用酸化剤ガス供給経路２０と、燃料電池１に酸化剤ガスを圧縮して供給する圧縮機２２と、圧縮機２２から排出され二次電池に供給される酸化剤ガスが通過する加熱用酸化剤ガス経路１１、３３と、圧縮機２２から排出された酸化剤ガスの流路を、燃料電池１側または二次電池側の少なくとも一方に切り替える酸化剤ガス流路切替手段３５と、酸化剤ガス流路切替手段３５による圧縮機２２から排出された酸化剤ガスの流量調整を制御する制御手段１００とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電し、電気負荷（４、６）に対して電力供給可能な燃料電池（１）と、
前記燃料電池と直列接続され、前記燃料電池から電力供給を受けて充電可能であるとともに、前記電気負荷に対して電力供給可能な二次電池（３）と、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが通過する発電用酸化剤ガス供給経路（２０）と、
前記発電用酸化剤ガス供給経路に設けられ、前記燃料電池に酸化剤ガスを圧縮して供給する圧縮機（２２）と、
前記圧縮機から排出された酸化剤ガスであって前記二次電池に供給される酸化剤ガスが通過する加熱用酸化剤ガス経路（１１、３３）と、
前記圧縮機から排出された酸化剤ガスの流路を、前記燃料電池側または前記二次電池側に切り替える酸化剤ガス流路切替手段（３５）と、
前記酸化剤ガス流路切替手段による前記圧縮機から排出された酸化剤ガスの流路切替を制御する制御手段（１００）とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記酸化剤ガス流路切替手段は、前記燃料電池側に流れる酸化剤ガスの流量と前記二次電池側に流れる酸化剤ガスの流量とを調整することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記二次電池の温度を検出する二次電池温度検出手段（９）を備え、
前記制御手段は、前記二次電池温度計測手段にて測定した前記二次電池の温度に基づいて、前記酸化剤ガス流路切替手段による酸化剤ガス流路の切り替えを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記二次電池の温度を検出する二次電池温度検出手段（９）と、前記圧縮機から排出された酸化剤ガスの温度を検出する酸化剤ガス温度検出手段（２５）とを備え、
前記制御手段は、前記二次電池温度計測手段にて測定した前記二次電池の温度と前記酸化剤ガス温度計測手段にて測定した前記酸化剤ガスの温度とに基づいて、前記酸化剤ガス流路切替手段による酸化剤ガス流路の切り替えを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記発電用酸化剤ガス供給経路に設けられ、前記圧縮機から排出された酸化剤ガスを冷却する熱交換器（２８）を備え、
前記加熱用酸化剤ガス経路は、前記発電用酸化剤ガス供給経路における前記熱交換器の上流側から分岐して設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、特に車両の駆動モータや燃料電池発電用の補機等の負荷に電力供給をする二次電池を暖機する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、車両の駆動モータや燃料電池発電用の補機等の負荷に電力供給をする二次電池が搭載され、燃料電池の起動時には二次電池からの電力供給により補機類を作動させるように構成されている。ところが、一般的に用いられるニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池は、電池温度が低温（例えば０℃以下）となる場合には極端に充放電性能が低下するため、低温環境下で燃料電池を起動させる場合には、二次電池により補機類を充分に作動させることができない。
【０００３】
このような問題に対し、車室内用空調装置のヒートポンプにより温調された暖気を二次電池ケース内に供給して二次電池を早期暖機する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２６２１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、本来、車室内へ供給する暖気を二次電池に供給するため、車室内の空調能力が低下する。このため、空調能力の確保には空調装置の大型化、あるい冷媒圧縮機の負荷増大等が生じて、車両全体のシステム効率が悪化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、システム効率を悪化させることなく二次電池を暖機することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、 酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電し、電気負荷（４、６）に対して電力供給可能な燃料電池（１）と、燃料電池と直列接続され、燃料電池から電力供給を受けて充電可能であるとともに、電気負荷に対して電力供給可能な二次電池（３）と、燃料電池に供給される酸化剤ガスが通過する発電用酸化剤ガス供給経路（２０）と、発電用酸化剤ガス供給経路に設けられ、燃料電池に酸化剤ガスを圧縮して供給する圧縮機（２２）と、圧縮機から排出された酸化剤ガスであって二次電池に供給される酸化剤ガスが通過する加熱用酸化剤ガス経路（１１、３３）と、圧縮機から排出された酸化剤ガスの流路を、燃料電池側または二次電池側に切り替える酸化剤ガス流路切替手段（３５）と、酸化剤ガス流路切替手段による圧縮機から排出された酸化剤ガスの流路切替を制御する制御手段（１００）とを備えることを特徴としている。
【０００７】
このような構成により、圧縮機にて圧縮され高温となった酸化剤ガスを利用して二次電池を加熱することができ、燃料電池システムで余剰に存在していたエネルギーを有効利用して二次電池を加熱することができる。これにより、システム全体の効率を悪化させることなく、二次電池を暖機することが可能となる。
【０００８】
また、酸化剤ガス流路切替手段を、燃料電池側に流れる酸化剤ガスの流量と二次電池側に流れる酸化剤ガスの流量とを調整することで、二次電池に対する圧縮機から排出された空気（温風）の供給量を調整できる。
【０００９】
また、二次電池の温度を検出する二次電池温度検出手段（９）を備える構成において、制御手段が、二次電池温度計測手段にて測定した二次電池の温度に基づいて、酸化剤ガス流路切替手段による酸化剤ガス流路の切り替えを行うようにすることができる。これにより、二次電池の温度制御を適切に行うことができる。例えば、二次電池温度が二次電池の充放電性能が低下する基準下限温度を下回っている場合にのみ、圧縮機から排出された空気を二次電池に供給することができる。
【００１０】
また、二次電池の温度を検出する二次電池温度検出手段（９）と、圧縮機から排出された酸化剤ガスの温度を検出する酸化剤ガス温度検出手段（２５）とを備える構成において、制御手段が、二次電池温度計測手段にて測定した二次電池の温度と酸化剤ガス温度計測手段にて測定した酸化剤ガスの温度とに基づいて、酸化剤ガス流路切替手段による酸化剤ガス流路の切り替えを行うようにすることができる。これにより、二次電池の温度制御を適切に行うことができる。例えば、二次電池温度が二次電池の充放電性能が低下する基準下限温度を下回っており、かつ、圧縮機から排出された酸化剤ガスの温度が二次電池を昇温させることが可能な基準温度を上回っている場合にのみ、圧縮機から排出された空気を二次電池に供給することができる。
【００１１】
また、発電用酸化剤ガス供給経路に設けられ、圧縮機から排出された酸化剤ガスを冷却する熱交換器（２８）を備える構成において、加熱用酸化剤ガス経路が発電用酸化剤ガス供給経路における熱交換器の上流側から分岐して設けられているように構成することができる。これにより、熱交換器で冷却される前の酸化剤ガスを二次電池に供給することができる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態は、本発明を燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用した実施例である。
【００１４】
図１は、本実施形態の燃料電池システムの概念図である。図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１を備えている。本実施形態では燃料電池１として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となる燃料電池セルが複数積層されて構成されている。
【００１５】
燃料電池１では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギーが発生する。なお、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素（空気）が本発明の酸化剤ガスに相当している。
【００１６】
アノード（水素極）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード（酸素極）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
全体              Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
燃料電池１と二次電池３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を介して電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、燃料電池１から二次電池３あるいは二次電池３から燃料電池１への電力の流れをコントロールする。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は昇降圧チョッパ回路で、燃料電池１で発生した電力を二次電池３に充電したり、二次電池３に蓄えられた電力を燃料電池１や走行用インバータ４に供給することができる装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は電圧の大きさに関わらず双方向に電力のやり取りが可能となっている。
【００１７】
二次電池３は、燃料電池１から供給された電気エネルギーを蓄えると共に、蓄えた電気エネルギーを各種の電気負荷に供給するものであり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を用いることができる。
【００１８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２と二次電池３の間に走行用インバータ４が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２を経由した燃料電池１からの電力あるいは二次電池３からの電力が走行用インバータ４へ供給される。なお、走行用インバータ４は燃料電池１とＤＣ−ＤＣコンバータ２の間に接続してもよい。
【００１９】
走行用インバータ４は、走行用モータ５を駆動させたりあるいは電力を回生させるためのインバータである。本実施形態の走行用インバータ４は３相インバータであり、３相の交流電力を走行用モータ５に供給し、走行用モータ５を回転させることで燃料電池車両を走行させる。
【００２０】
また、燃料電池１の発電時に余った電力を二次電池３に蓄えることができる。二次電池３は回生ブレーキなどによって回生された電力を蓄えることができるため、効率的な車両システムとすることができる。通常、二次電池３は最適な充電状態に充電されている。本実施形態では、二次電池３から走行用インバータ４に電力供給できるように構成されており、例えば急加速時などに急激に大きな電力が必要な場合に、燃料電池１からだけでなく二次電池３からも電力を引き出して走行用インバータ４に供給することで対応することができる。
【００２１】
さらにＤＣ−ＤＣコンバータ２と二次電池３との間には、圧縮機用モータ２３を作動させるための圧縮機用インバータ６が接続されている。図示を省略しているが、ＤＣ−ＤＣコンバータ２と二次電池３との間には、ウォータポンプ３０、５１を作動させるためのウォータポンプ用インバータも接続されている。さらに、燃料電池システムには、燃料電池１の端子間電圧を検出するための電圧センサ７と、燃料電池１からの出力電流を検出するための電流センサ８が設けられている。また、二次電池３には、二次電池３の温度を検出するための温度センサ９が設けられている。なお、圧縮機用モータ２３は本発明の補機に相当し、温度センサ９が本発明の二次電池温度検出手段に相当している。補機２３には、燃料電池１から電力供給されるとともに、燃料電池１の起動時等には、２次電池３からも電力供給される。
【００２２】
二次電池３は、その周囲に隙間を確保してカバーできる二次電池ケース１０に収納されている。二次電池ケース１０には、二次電池ケース１０内に温調用空気を導入するための温調用空気供給経路１１と、二次電池ケース１０内から温調用空気を外部に排出するための温調用空気排出経路１２とが接続されている。温調用空気供給経路１１は、二次電池ケース１０内に外気を導入可能に構成されており、二次電池ケース１０内に強制的に外気を導入するためのファン１３が設けられている。二次電池３が高温となって二次電池３の冷却が必要な場合には、温調用空気供給経路１１を介して二次電池ケース１０内に外気が導され、二次電池３の冷却が行われる。二次電池ケース１０内への外気の導入は、ファン１３を作動させて強制的に、あるいはファン１３を作動させず自然対流によって行われる。また、温調用空気供給経路１１におけるファン１３の下流側と、温調用空気排出経路１２には、それぞれ経路を開閉可能なシャット弁１４、１５が設けられている。
【００２３】
燃料電池システムには、燃料電池１の酸素極に供給される酸素ガス（空気）が通過する空気供給経路２０と、燃料電池１の酸素極から排出される空気極側排ガスが通過する空気排出経路２１が設けられている。空気供給経路２０には、空気を供給するための空気供給装置２２が設けられている。本実施形態では、空気供給装置２２として空気を断熱圧縮して供給する空気圧縮機を用いている。このため、空気供給装置２２から排出される空気は空気供給装置２２に導入される前より高温になっている。空気供給装置２２は圧縮機用モータ２３と機械的に接続されている。圧縮機用モータ２３は、圧縮機用インバータ６により電力供給されるとともに、回転数制御される。なお、空気供給経路２０が本発明の発電用酸化剤ガス供給経路に相当し、空気供給装置２２が本発明の圧縮機に相当している。
【００２４】
空気供給経路２０における空気供給装置２２の上流側には、燃料電池１に供給される空気の流量を検出する空気流量検出手段としてのエアフロセンサ２４が設けられている。空気供給経路２０における空気供給装置２２の下流側には、空気供給装置２２から排出された空気の温度を検出するための温度センサ２５が設けられている。また、空気排出経路２１には、所望の圧力になるよう空気の排気圧力（燃料電池１の背圧）を調整する調圧装置２６が設けられている。なお、温度センサ２５が本発明の酸化剤ガス温度検出手段に相当している。
【００２５】
また、燃料電池１での発電時における電気化学反応のために、燃料電池１内の固体高分子膜を水分を含んだ湿潤状態にしておく必要がある。このため、空気供給経路２０における空気供給装置２２の下流側には、燃料電池１に供給される空気に加湿するための加湿装置２７が設けられている。加湿装置２７は、高分子繊維を用いて水分の授受を行うように構成されており、燃料電池１から排出される湿った排気空気に含まれる水分を用いて、空気供給装置２２の吐出後の空気を加湿する。加湿装置２７に用いられる高分子繊維は、燃料電池１の電解質膜と同様、所定の許容上限温度を超えると高温により破壊されるため、加湿装置２７に導入される空気を低温にする必要がある。
【００２６】
空気供給経路２０における空気供給装置２２の下流側であって、加湿装置２７の上流側には、空気供給装置２２から排出された空気を冷却するためのインタークーラ２８が設けられている。本実施形態のインタークーラは水冷式熱交換器であり、空気供給経路２０を流れる空気と冷却水循環流路２９内を循環する冷却水との間で熱交換を行うように構成されている。冷却水循環流路２９には、冷却水を循環させるウォータポンプ３０、ファン３１を備えたラジエータ（放熱器）３２が設けられている。なお、インタークーラ２８が本発明の熱交換器に相当している。
【００２７】
空気供給経路２０における空気供給装置２２の下流側であってインタークーラ２８の上流側には、第１空気バイパス経路３３が分岐して設けられている。第１空気バイパス経路３３は、空気供給経路２０における空気供給装置２２の下流側であってインタークーラ２８の上流側と、温調用空気供給経路１１におけるシャット弁１４の下流側とを接続している。このため、空気供給装置２２から排出された空気は、第１空気バイパス経路３３と温調用空気供給経路１１を介して２次電池３に供給可能となっている。なお、温調用空気供給経路１１と第１空気バイパス経路３３とが本発明の加熱用酸化剤ガス経路に相当している。
【００２８】
空気供給経路２０におけるインタークーラ２８の下流側であって燃料電池１の上流側には、第２空気バイパス経路３４が分岐して設けられている。第２空気バイパス経路３４は、空気供給経路２０におけるインタークーラ２８の下流側であって燃料電池１の上流側と、温調用空気排出経路１２とを接続している。このため、２次電池ケース１０から排出された空気は、温調用空気排出経路１２と第２空気バイパス経路３４を介して空気供給経路２０に流入し、燃料電池１に供給可能となっている。
【００２９】
空気供給経路２０における第１空気バイパス経路３３の分岐点には、第１バイパス用流路切替弁３５が設けられており、空気供給経路２０における第２空気バイパス経路３４の分岐点には、第２バイパス用流路切替弁３６が設けられている。第１バイパス用流路切替弁３５は、空気供給装置２２から排出された空気の流れ方向をＡ１方向またはＡ２方向に切り替えることができる。第２バイパス用流路切替弁３６は、燃料電池１に供給される空気の流れをＢ１方向またはＢ２方向に切り替えることができる。なお、第１バイパス用流路切替弁３５が本発明の酸化剤ガス流路切替手段に相当している。
【００３０】
燃料電池１の通常運転時は、第１バイパス用流路切替弁３５はＡ１方向に切り替えられており、第２バイパス用流路切替弁３６はＢ１方向に切り替えられている。２次電池３が低温であり、加熱が必要な場合には、シャット弁１４、１５を閉じ、第１バイパス用流路切替弁３５をＡ２方向に切り替えることで、空気供給装置２２から排出された空気を２次電池ケース１０内に供給して２次電池３を加熱することができる。このとき、第２バイパス用流路切替弁３６をＢ２方向に切り替えることで、２次電池ケース１０内に供給され２次電池３の加熱に用いられた空気を燃料電池１に供給することができる。
【００３１】
燃料電池システムには、燃料電池１の水素極に供給される水素ガスが通過する水素供給経路４０と、燃料電池１の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路４１が設けられている。水素供給経路４０の最上流部には、燃料電池１の水素極に水素ガスを供給するための水素供給装置４２が設けられている。本実施形態では、水素供給装置４２として、高圧の水素が充填された水素タンクを用いている。
【００３２】
水素供給経路４０には、上流側から順に第１シャット弁４３、調圧装置４４、第２シャット弁４５が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、第１シャット弁４３と第２シャット弁４５を開き、調圧装置４４によって所望の水素圧力にして燃料電池１に供給する。車両停止時には、安全の為第１シャット弁４３、第２シャット弁４５は閉められる。
【００３３】
水素排出配管４１には、第３シャット弁４６が設けられている。必要に応じて第３シャット弁４６を開くことで、燃料電池１の水素極側から水素排出配管４１を介して、未反応水素ガス、蒸気（あるいは水）および空気極側から電解質膜を通過して水素極側に混入した窒素、酸素などの不純物が排出される。
【００３４】
燃料電池１は発電の際、上記電気化学反応により熱が発生する発熱体である。燃料電池１は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば７０℃程度）に維持する必要がある。また、燃料電池１内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池１温度を許容温度以下に保持する必要がある。このため、燃料電池１を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路５０、冷却水を循環させるウォータポンプ５１、ファン５３を備えたラジエータ（放熱器）５２が設けられている。
【００３５】
ウォータポンプ５１は図示しないウォータポンプ用モータと機械的に接続されており、ウォータポンプ用モータを回転させることによりウォータポンプ５１を回転させて燃料電池１に冷却液を循環させる。ウォータポンプ用モータは、図示しないウォータポンプ用インバータにより電力供給されるとともに、回転数制御される。
【００３６】
冷却水経路５０には、冷却水をラジエータ５２をバイパスさせるためのバイパス経路５４が設けられている。冷却水経路５０とバイパス経路５４との合流点には、バイパス経路５４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁５５が設けられている。流路切替弁５５は、電動制御弁を好適に用いることができるが、サーモスタットのような機械式弁を用いてもよい。
【００３７】
また、冷却水経路５０における燃料電池１の出口側近傍には、燃料電池１から流出した冷却水の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ５６が設けられている。この温度センサ５６により冷却水温度を検出することで、燃料電池１の温度ＴFCを間接的に検出することができる。温度センサ５６を燃料電池１本体に直接設置し、燃料電池温度ＴFCを直接的に検出してもよい。
【００３８】
燃料電池１で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ５２で系外に排出される。このような冷却系によって、ウォータポンプ５１による流量制御、ファン５３による風量制御、流路切替弁５５によるバイパス流量制御で、燃料電池１の冷却量制御を行うことができる。
【００３９】
燃料電池システムには、各種制御を行う制御手段としての制御部（ＥＣＵ）１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。
【００４０】
図２は、制御部１００における信号の入出力を示す説明図である。制御部１００には、各種負荷からの要求電力信号、温度センサ９、２５、５６からの温度信号、電圧センサ７からの電圧信号、電流センサ８からの電流信号、エアフロセンサ２４からの空気流量信号等が入力される。また、制御部１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２、インバータ４、６、ファン１３、３１、５３、シャット弁１４、１５、４３、４５、４６、調圧装置２６、４４、流路切替弁３５、３６、５５等に制御信号を出力するように構成されている。
【００４１】
次に、本実施形態の二次電池温度制御を図３に基づいて説明する。図３は、制御部１００がＲＯＭ等に格納されたプログラムにしたがって行う二次電池温度制御の流れを示すフローチャートである。図３の二次電池温度制御は、所定の制御間隔で繰り返し行われる。
【００４２】
本二次電池温度制御に先立って、二次電池３からの電源供給により圧縮機用モータ２３を含む補機類を作動させ、燃料電池１に空気および水素の供給が開始され、燃料電池１での発電が開始されているものとする。燃料電池１の発電開始後は燃料電池１の方が二次電池３より早期に暖機されるため、本二次電池温度制御では燃料電池１から補機類に電力供給される。
【００４３】
まず、温度センサ９で二次電池３の温度ＴBを検出する（Ｓ１０）。次に、二次電池温度ＴBが基準下限温度ＴLを下回っているか否かを判定する（Ｓ１１）。「基準下限温度ＴL」は、二次電池３の充放電性能が低下すると推定される下限温度であり、任意に設定できる値である。本実施形態では基準下限温度ＴLを０℃に設定している。
【００４４】
Ｓ１１の判定処理の結果、二次電池温度ＴBが基準下限温度ＴLを下回っていると判定された場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、二次電池３の加熱が必要であると判断できるので、シャット弁１４、１５を閉鎖し（Ｓ１２）、第１バイパス用流路切替弁３５をＡ２方向に切り替え、第２バイパス用流路切替弁３６をＢ２方向に切り替える（Ｓ１３）、ファン１３の作動を停止する（Ｓ１４）。その後、Ｓ２０に移行する。
【００４５】
これにより、空気供給装置２２から排出され高温となった空気（温風）の流路は、空気供給経路２０→第１空気バイパス経路３３→温調用空気供給経路１１→二次電池ケース１０→温調用空気排出経路１２→第２空気バイパス経路３４→空気供給経路２０となる。二次電池ケース１０に温風が導入されることで二次電池３が加熱される。二次電池ケース１０内で二次電池３の加熱に用いられた空気は、温調用空気排出経路１２、第２空気バイパス経路３４、空気供給経路２０を介して燃料電池１に供給され、燃料電池１での発電に用いられる。
【００４６】
Ｓ１１の判定処理の結果、二次電池温度ＴBが基準下限温度ＴLを下回っていないと判定された場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、二次電池３の加熱が必要ないと判断できるので、シャット弁１４、１５を開放し（Ｓ１５）、第１バイパス用流路切替弁３５をＡ１方向に切り替え、第２バイパス用流路切替弁３６をＢ１方向に切り替える（Ｓ１６）。
【００４７】
これにより、空気供給装置２２から排出され高温となった空気（温風）の流路は、空気供給経路２０→インタークーラ２８→空気供給経路２０となる。空気供給装置２２から排出された温風は、インタークーラ２８で冷却された後で燃料電池１に供給され、燃料電池１での発電に用いられる。２次電池ケース１０内への空気の流通経路は、外部→温調用空気供給経路１１→２次電池ケース１０→温調用空気排出経路１２→外部となる。
【００４８】
次に、二次電池温度ＴBが基準上限温度ＴHを下回っているか否かを判定する（Ｓ１７）。「基準上限温度ＴH」は、二次電池３の充放電性能が低下すると推定される上限温度であり、任意に設定できる値である。
この結果、二次電池温度ＴBが基準上限温度ＴHを下回っていると判定された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、二次電池温度ＴBが基準下限温度ＴLと基準上限温度ＴHの間であり、適正温度範囲内にあると考えられるので、ファン１３を停止させる（Ｓ１８）。これにより、自然対流により外気が２次電池ケース１０内に導入される。一方、二次電池温度ＴBが基準上限温度ＴHを下回っていないと判定された場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、二次電池３の冷却が必要であると考えれるので、ファン１３を作動させる（Ｓ１９）。これにより、ファン１３により強制的に外気が２次電池ケース１０内に導入される。
【００４９】
上述のように空気供給装置２２から排出された空気の流路を切り替える場合には、圧力損失が変化し、空気供給装置２２による空気供給流量が変化することが予想される。例えば、空気供給装置２２から排出された空気を二次電池ケース１０内に供給した後に燃料電池１に供給するような場合（Ｓ１２、Ｓ１３）には、空気供給装置２２から排出された空気を直接燃料電池１に供給する場合（Ｓ１５、Ｓ１６）に比べて、圧力損失が増大して空気供給装置２２による空気供給流量が減少する。このため、空気供給装置２２による空気供給量を調整する処理を行う。
【００５０】
次に、エアフロセンサ２４にて空気流量Ｆを検出し（Ｓ２０）、空気流量Ｆと指令値Ｘが等しいか否かを判定する（Ｓ２１）。「指令値Ｘ」は、インバータ４、６等の各種負荷からの要求電力を燃料電池１が発電するために必要な空気流量である。ここで、指令値Ｘに対して所定の誤差αを設定し、Ｓ２１の判定処理では空気流量Ｆが指令値Ｘ±αの範囲内に入っている場合に、空気流量Ｆが指令値Ｘと等しいと判定するようにしてもよい。
【００５１】
Ｓ２１の判定処理の結果、空気流量Ｆが指令値Ｘより小さい判定された場合には、圧縮機用モータ２３の回転数を上昇させ、空気供給装置２２による空気供給量を増大させる（Ｓ２２）。一方、空気流量Ｆが指令値Ｘより大きい判定された場合には、圧縮機用モータ２３の回転数を低下させ、空気供給装置２２による空気供給量を減少させる（Ｓ２３）。また、空気流量Ｆが指令値Ｘと等しいと判定された場合には、本二次電池温度制御を終了する。
【００５２】
以上のように、空気供給装置２２にて圧縮され高温となった空気を利用して二次電池３を加熱することで、燃料電池システムで余剰に存在していたエネルギーを有効利用して二次電池３を加熱することができる。これにより、システム全体の効率を悪化させることなく、二次電池３を暖機することができる。
【００５３】
また、第１空気バイパス経路３３は、空気供給経路２０におけるインタークーラ２８の上流側で分岐しているので、インタークーラ２８で冷却される前の空気を二次電池３に供給することができる。
【００５４】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、空気供給経路２０と第１空気バイパス経路３３との分岐点に第１バイパス流路切替弁３５を設け、空気供給経路２０と第２空気バイパス経路３４との分岐点に第２バイパス流路切替弁３６を設けたが、これに限らず、温調用空気供給経路１１と第１空気バイパス経路３３との接続点に第１バイパス流路切替弁３５を設けてもよく、温調用空気排出経路１２と第２空気バイパス経路３４との分岐点に第２バイパス流路切替弁３６を設けてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、酸化剤ガス流路切替手段として空気供給装置２２から排出された空気の流路をＡ１方向またはＡ２方向のいずれかに切り替える第１バイパス流路切替弁３５を用いたが、これに限らず、酸化剤ガス流路切替手段を異なる構成とすることができる。例えば、酸化剤ガス流路切替手段を、空気供給装置２２から排出された空気のうちＡ１方向（燃料電池側）とＡ２方向（二次電池側）に流れる割合を調整し、それぞれの方向に流れる流量を調整可能な流量調整弁として構成してもよい。このような構成によれば、二次電池３の温度ＴBに応じて二次電池３への空気供給装置２２から排出された空気（温風）の供給量を調整できる。このため、二次電池温度ＴBの上昇に伴い、Ａ２方向（二次電池側）の流量を小さくし、Ａ１方向（燃料電池側）の流量を大きくすることで、圧力損失を低減でき、空気供給装置２２の消費電力を低減できる。
【００５６】
また、上記実施形態では、二次電池温度ＴBのみに基づいて空気供給装置２２から排出された空気を二次電池ケース１０に導入するか否かを決定したが、これに限らず、温度センサ２５にて空気供給装置２２から排出された空気の温度ＴAを検出し、二次電池温度ＴBと空気温度ＴAとに基づいて空気供給装置２２から排出された空気を二次電池ケース１０に導入するか否かを決定するように構成してもよい。この場合、二次電池温度ＴBが基準下限温度ＴLを下回り、かつ、空気温度ＴAが基準温度を上回っている場合に、空気供給装置２２から排出された空気を二次電池ケース１０に導入するようにすればよい。この基準温度は、空気供給装置２２から排出された空気によって二次電池３の昇温が可能となる温度である。このような構成により、空気供給装置２２から排出された空気が低温の場合に二次電池ケース１０に導入されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】上記実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】図１の制御部の信号の入出力を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態の二次電池温度制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１…燃料電池、２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３…二次電池、４…走行用インバータ、５…走行用モータ、６…圧縮機用インバータ、９…温度センサ、１０…二次電池ケース、１１…温調用空気供給経路、１２…温調用空気排出経路、１３…ファン、１４、１５…シャット弁、２０…空気供給経路、２１…空気排出経路、２２…空気供給装置、２３…圧縮機用モータ、２４…エアフロセンサ、２５…温度センサ、２８…インタークーラ、３３…第１空気バイパス経路、３４…第２空気バイパス経路、３５…第１バイパス流路切替弁、３６…第２バイパス流路切替弁、４０…水素供給経路、４１…水素排出経路、４２…水素供給装置、５０…冷却水経路、５１…ウォータポンプ、５２…ラジエータ、１００…制御部（ＥＣＵ）。
【図１】
2007250374.tif 000003
【図２】
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【図３】
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