(57)【要約】【課題】  低温環境で燃料電池システムを停止したときに、燃料電池システム凍結までの時間を延長する。【解決手段】  燃料電池システム停止時に、空気用三方弁２２をエアコンディショニング装置２３側へ切り換え、コンプレッサ８で圧縮し高温となった空気をエアコンディショニング装置２３を介して車室内で供給する。コンプレッサ８を停止した後に、エアコンディショニング装置２３の換気弁２４を内気側へ切り換える。これにより車室内の暖かい空気が車外に漏れることを防止し、燃料電池システムから車室側への熱放散を低減し、燃料電池システムの凍結までの時間を延長する。【選択図】    図１
2007128722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、該燃料電池に空気を供給する空気供給源と、外気温度を検出する外気温度センサと、エアコンディショニング装置とを備えた燃料電池車両において、
前記燃料電池の運転を停止する際に、前記外気温度センサが検出した外気温度が所定値以下の場合、前記空気供給源下流の空気を前記エアコンディショニング装置を介して車室内に供給することを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
前記エアコンデショニング装置は、吸込口の外気と内気とを切り換える換気弁を備え、
前記燃料電池の運転を停止する際に、前記空気供給源の動作を停止した後に、前記換気弁を内気側に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコンディショニング装置を備えた燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より電気自動車のエアコンディショニング装置において、運転者が乗車する前に車室内の空気調和を行うプリエアコンディショニングを実現したものがある（例えば、特許文献１）。この装置によれば、室内温度検出センサと外気温検出センサから夫々室内温度と外気温度を検出し、予め設定された乗車予定時刻における室内温度と外気温度とを予測演算する。この演算結果に基づいて乗車予定時刻に目標室内温度になるように、車両充電用の外部電源からエアコンディショナを最大能力で駆動するため、エアコンディショナの駆動時間が最小限となり、エネルギ消費を抑制することができる。
【特許文献１】特開平５−１４７２０号公報（第７頁、図１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来技術にあっては、乗車予定時刻が変更になった場合は効果が得られない上、キースイッチがオフ中にシステムが動作するという問題点があった。
【０００４】
また上記従来技術を燃料電池車両に適用しようとすれば、システム停止中に空調用に大量の電力を消費することになるため、最悪の場合、次回の燃料電池システムの起動ができなくなるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明は、燃料電池と、該燃料電池に空気を供給する空気供給源と、外気温度を検出する外気温度センサと、エアコンディショニング装置とを備えた燃料電池車両において、前記燃料電池の運転を停止する際に、前記外気温度センサが検出した外気温度が所定値以下の場合、前記空気供給源下流の空気を前記エアコンディショニング装置を介して車室内に供給することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、燃料電池の運転を停止する際に、空気供給源下流の空気をエアコンディショニング装置を介して車室内に供給して車室内の温度を上昇させることで、燃料電池システムから車室側への放熱量を抑制することが可能になり、氷点下環境下で車両を放置した場合の燃料電池凍結までの時間を延長することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図１は、本発明に係る燃料電池車両の実施例を示す構成図である。燃料電池１は、アノード１ａに水素ガス、カソード１ｃに空気がそれぞれ供給され、以下に示す電極の電気化学反応により発電が行われる。
【０００８】
アノード（水素極）：Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ-                   …（１）
カソード（酸素極）：２Ｈ+ ＋ ２ｅ- ＋ (1/2)Ｏ2 → Ｈ2Ｏ     …（２）
アノード１ａへの水素供給は水素タンク２から水素タンク元弁３、減圧弁１７、水素供給弁４を通じてなされる。水素タンクから供給される高圧水素は、減圧弁１７で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素供給弁４で燃料電池での水素圧力が所望の水素圧に制御される。水素循環ポンプ５は、アノード１ａで消費されなかった水素を再循環させるために設置される。アノード１ａの水素圧は、圧力センサ６ａで検出した水素圧力をフィードバックして水素供給弁４を駆動することによって制御される。水素圧を一定に制御することによって、燃料電池が消費した分だけの水素が自動的に補われる。アノード側温度は１１ｃ、１１ｅで検出する。
【０００９】
パージ弁７は、つぎのような役割を果たす。（１）水素循環機能を確保するために、水素系内に蓄積した窒素を排出する。（２）セル電圧を回復させるために、ガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばす。（３）燃料電池の劣化を防止するために、起動時および停止時にカソード１ｃの酸素を発電により消費させつつ水素系内のガスを水素置換させる。
【００１０】
カソード１ｃへの空気はコンプレッサ８により供給される。コンプレッサ８の下流には、コンプレッサで圧縮した空気を燃料電池１のカソード１ｃへ供給するか、エアコンディショニング装置２３へ供給するかを切り換える空気用三方弁２２が配置されている。カソード１ｃの空気圧は、圧力センサ６ｂで検出した空気圧力をフィードバックして空気調圧弁９を駆動することによって制御される。カソード側温度は１１ｄで検出する。
【００１１】
カソード１ｃの空気圧、アノード１ａの水素圧は、発電効率や水収支を考慮して設定されるとともに、電解質膜１ｂやセパレータ１ｅに歪みを生じないように所定の差圧に管理される。
【００１２】
冷却水は、例えば、純水に、凝固点降下剤としてエチレングリコール等を混合した冷却液を使用する。冷却水の循環駆動は、冷却水ポンプ１０により行われる。冷却水用三方弁１２は、冷却水の流路をラジエタ１３方向と、ラジエタ１３をバイパスするバイパス路１５方向に切り替えや分流する。バイパス路１５には、低温起動時に冷却水を加熱する冷却水ヒータ１６を備えている。ラジエタファン１４は、停車時や低速時における走行風が少ないときにラジエタ１３へ通風させて冷却水を冷やす。
【００１３】
コントロール装置２５は、冷却水用三方弁１２とラジエタファン１４を制御することにより、冷却水温度を調整する。この制御は、燃料電池１の冷却水流路１ｅの入口付近に配置した温度センサ１１ａ，冷却水流路１ｅの出口付近に配置した温度センサ１１ｂでそれぞれ検出した冷却水温度をフィードバックして行われる。
【００１４】
また、コントロール装置２５は、燃料電池システム全体を制御すると共に、燃料電池システムの運転を停止する際に、外気温度センサ１１ｈが検出した外気温度が所定値以下の場合、空気供給源であるコンプレッサ８の下流の空気をエアコンディショニング装置２３を介して車室内に供給するように制御する。
【００１５】
尚、本実施例では、コントロール装置２５は、特に限定されないが、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。
【００１６】
パワーマネージャー１８は、燃料電池１から電力を取り出して車両を駆動する駆動モータ２１へ電力を供給する。パワーマネージャー１８は、駆動モータ２１に必要な電力が燃料電池１の発電電力では不足するときに、蓄電装置２０から放電させて不足電力を補う。またパワーマネージャー１８は、燃料電池１の発電電力に余裕がある場合、燃料電池１から蓄電装置２０で充電したり、駆動モータ２１の回生電力を蓄電装置２０へ充電する制御を行う。
【００１７】
また、パワーマネージャー１８は、燃料電池システムの停止時に、電圧センサ１９で検出された燃料電池電圧および経過時間に応じて、燃料電池から電力を取り出して、カソード１ｃの酸素を消費させる。
【００１８】
エアコンディショニング装置２３は、車室内の空調制御を行っている。換気弁２４は、エアコンディショニング装置内に設けられている換気弁であり、車室内に外気を導入、または内気を循環するための切り替え弁である。
【００１９】
図２は、本実施例の燃料電池車両の運転停止操作時にコントロール装置２５が実行するフローチャートである。例えば、燃料電池車両のキースイッチがオフされると、燃料電池システムの運転停止要求があったとして、図２の燃料電池システム停止操作の処理手続が呼び出される。
【００２０】
まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０では、外気温度センサ１１ｈの検出値Ｔａを読み込む。次いでＳ１２で、外気温度センサ検出値Ｔａが閾値Ｔｄ以下か否かを判定する。外気温度センサ検出値Ｔａが閾値Ｔｄ以下の場合ならＳ１４に進み、外気温度センサ検出値Ｔａが閾値Ｔｄを超えていれば、Ｓ２６に進む。ここでの閾値Ｔｄは、燃料電池車両を駐車してから再起動するまでに燃料電池本体またはシステム構成品が凍結の虞があるか否かを判断する基準であり、例えば、５［℃］に設定される。
【００２１】
Ｓ２６では、通常の燃料電池システムの停止操作を行う。この通常の停止操作とは、例えば、後述するＳ１４のパージ操作及びＳ１６のカソード酸素消費操作、さらに冷却水温度の所定値以下への温度低下操作を含むものとする。
【００２２】
Ｓ１４では、空基調圧弁９を開き、コンプレッサ８からカソード１ｃへ大流量で空気供給し、カソード１ｃ内部及びその下流の水分を系外へ排出（パージ）し、燃料電池システムの温度が氷点以下に降下しても燃料電池１内部の凍結を防止することができる。
【００２３】
次いでＳ１６で、コンプレッサ８を停止し、空気調圧弁９を閉じ、水素供給弁４を閉じて、燃料電池１からパワーマネジャー１８が電力を取り出すことにより、カソード１ｃ及びこれに連通する空間内の酸素を消費する。この酸素消費により、以後、電解質膜１ｂを介して、アノード１ａ、カソード１ｃ間にガスのクロスリークが生じても電解質膜１ｂやその表面に形成された電極触媒の劣化を防止することができる。
【００２４】
次いでＳ１８で、空気用三方弁２２をエアコンディショニング装置２３側へ切り換え、コンプレッサ８を駆動して、コンプレッサ８で圧縮され高温となった空気をエアコンディショニング装置２３を介して、車室内に送風を開始する。
【００２５】
Ｓ２０では、Ｓ１８でコンプレッサ８からエアコンディショニング装置２３を介して車室内へ空気供給を開始してからの経過時間が所定時間以上となったか否かを判定する。所定時間以上であれば、Ｓ２２へ進み、そうでない場合は、所定時間以上となるまで、車室内に送風を継続する。
【００２６】
Ｓ２２では、コンプレッサ８を停止し、空気用三方弁を燃料電池側に切り換える。次いでＳ２４で、エアコンディショニング装置２３の換気弁２４を内気側に切り換えて、燃料電池システムの停止操作を終了する。尚、Ｓ２４における換気弁２４の内気側への切り換えは、車室内を密閉し、保温性を向上させるためのもので、内外気混合機能を有する換気弁では１００％内気側（閉じきり）とする。
【００２７】
以上説明した本実施例によれば、燃料電池の運転を停止する際に、空気供給源下流の空気をエアコンディショニング装置を介して車室内に供給して車室内の温度を上昇させることで、燃料電池システムから車室側への放熱量を抑制することが可能になり、氷点下環境下で車両を放置した場合の燃料電池凍結までの時間を延長することができるという効果がある。
【００２８】
また本実施例によれば、燃料電池システムの停止の際に、空気供給源の動作を停止させた後、エアコンディショニング装置の換気弁を内気側に閉じきるので、氷点下環境下に車両を放置した場合でも車室内の空気を車外に放出することを抑制し、車室内温度の低下が遅くなり、燃料電池システム凍結までの時間を延長することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る燃料電池車両の実施例の構成図である。
【図２】実施例の動作を説明する制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１：燃料電池
２：水素タンク
３：水素タンク元弁
４：水素供給弁
５：水素循環ポンプ
６：圧力センサ
７：パージ弁
８：コンプレッサ
９：空気調圧弁
１０：冷却水ポンプ
１１ａ〜１１ｇ：温度センサ
１１ｈ：外気温度センサ
１２：冷却水用３方弁
１３：ラジエタ
１４：ラジエタファン
１５：バイパス路
１６：冷却水ヒータ
１７：減圧弁
１８：パワーマネージャー
１９：電圧センサ
２０：蓄電装置
２１：駆動モータ
２２：空気用三方弁
２３：エアコンディショニング装置
２４：換気弁
２５：コントロール装置
【図１】
2007128722.tif 000003
【図２】
2007128722.tif 000004