(57)【要約】【課題】燃料電池スタックを冷却する冷媒循環経路に接続された空調回路を含む空調システムの応答性を向上させることを課題とする。【解決手段】燃料電池システムは、空調システムに対する暖房要求が出されていない場合に、冷媒循環経路内の冷媒を空調回路に供給可能か否かを判定し、冷媒循環経路内の冷媒を空調回路に供給可能でない場合に、ヒータを作動させて空調回路内の冷媒の温度を第１の所定温度以上に維持し、冷媒循環経路内の冷媒を空調回路に供給可能である場合に、空調ウォータポンプを稼働させて冷媒循環経路内の冷媒を空調回路に引き込み、空調回路内の冷媒の温度を第１の所定温度以上に維持する空調システム準備制御を行う制御部を備える。【選択図】図２
2016096030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを冷却する冷媒が循環する冷媒循環経路と、
前記冷媒循環経路に接続され、前記冷媒循環経路を循環する前記冷媒を共用する空調回路を含む空調システムと、
前記空調回路に前記冷媒を流通させる空調ウォータポンプと、
前記空調回路に配置されたヒータと、
前記空調システムに対する暖房要求が出されていない場合に、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能か否かを判定し、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能でない場合に、前記ヒータを作動させて前記空調回路内の前記冷媒の温度を第１の所定温度以上に維持し、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能である場合に、前記空調ウォータポンプを稼働させて前記冷媒循環経路内の冷媒を前記空調回路に引き込み、前記空調回路内の前記冷媒の温度を前記第１の所定温度以上に維持する空調システム準備制御を行う制御部を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、外気温が所定温度以下である場合に前記空調システム準備制御を行う請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能でない場合に、前記空調回路内の前記冷媒の温度が前記第１の所定温度よりも高い温度に設定された第２の所定温度に到達したら前記ヒータの作動を停止させる請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能でない場合に、前記ヒータを前記空調システムに対する暖房要求があった場合の出力よりも低い出力で作動させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能である場合に、前記空調回路内の前記冷媒の温度を、前記第１の所定温度よりも高い温度に設定された第３の所定温度と前記冷媒循環経路内を循環する冷媒の温度との範囲に維持する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能である場合に、前記空調ウォータポンプを間欠的に稼働させ、一回当たりの稼働時間を前記空調回路内の冷媒が、前記冷媒循環経路内から引き込まれた冷媒によって置換することができる時間以上に設定された請求項１乃至５のいずれか一項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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の暖機完了後に、燃料電池が搭載された車両の室内に供給する空気の加熱要求があった場合に、ヒータを作動させる提案がされている（例えば、特許文献１参照）。これ以外にも、燃料電池の冷媒循環経路と冷媒を共用する空調回路とを組み合わせた提案は、種々行われている（例えば、特許文献２〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６７４７１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６８２８１号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７７１０１号公報
【特許文献４】特開２００８−１３０４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、燃料電池システムが、例えば、低温環境下に置かれた場合であっても暖房要求後にヒータを作動させる。このため、空調回路内に流通する冷媒が温められるまでに時間がかかり、ユーザの要求に対する応答性が低い。また、ヒータを用いることによって消費電力が増加する。これらの不都合は、特許文献２〜４の提案であっても同様に生じうる。
【０００５】
そこで、本明細書開示の燃料電池システムは、燃料電池スタックを冷却する冷媒循環経路に接続された空調回路を含む空調システムの応答性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを冷却する冷媒が循環する冷媒循環経路と、前記冷媒循環経路に接続され、前記冷媒循環経路を循環する前記冷媒を共用する空調回路を含む空調システムと、前記空調回路に前記冷媒を流通させる空調ウォータポンプと、前記空調回路に配置されたヒータと、前記空調システムに対する暖房要求が出されていない場合に、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能か否かを判定し、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能でない場合に、前記ヒータを作動させて前記空調回路内の前記冷媒の温度を第１の所定温度以上に維持し、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能である場合に、前記空調ウォータポンプを稼働させて前記冷媒循環経路内の冷媒を前記空調回路に引き込み、前記空調回路内の前記冷媒の温度を前記第１の所定温度以上に維持する空調システム準備制御を行う制御部を備える。
【０００７】
前記制御部は、外気温が所定温度以下である場合に前記空調システム準備制御を行うようにしてもよい。
【０００８】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能でない場合に、前記空調回路内の前記冷媒の温度が前記第１の所定温度よりも高い温度に設定された第２の所定温度に到達したら前記ヒータの作動を停止させるようにしてもよい。
【０００９】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能でない場合に、前記ヒータを前記空調システムに対する暖房要求があった場合の出力よりも低い出力で作動させるようにしてもよい。
【００１０】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能である場合に、前記空調回路内の前記冷媒の温度を、前記第１の所定温度よりも高い温度に設定された第３の所定温度と前記冷媒循環経路内を循環する冷媒の温度との範囲に維持するようにしてもよい。
【００１１】
前記制御部は、前記冷媒循環経路内の前記冷媒を前記空調回路に供給可能である場合に、前記空調ウォータポンプを間欠的に稼働させ、一回当たりの稼働時間を前記空調回路内の冷媒が、前記冷媒循環経路内から引き込まれた冷媒によって置換することができる時間以上に設定された構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書開示の燃料電池システムによれば、燃料電池スタックを冷却する冷媒循環経路に接続された空調回路を含む空調システムの応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は第１実施形態の燃料電池システムの一部の概略構成を示す説明図である。
【図２】図２は第１実施形態における燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は第１実施形態の燃料電池システムが暖機完了前の状態における第１三方弁及び第２三方弁の様子を示す説明図である。
【図４】図４は第１実施形態の燃料電池システムが暖機完了前の状態における冷媒の温度推移及びヒータの作動状況を示すタイムチャートの一例である。
【図５】図５は第１実施形態の燃料電池システムが暖機完了後の状態における第１三方弁及び第２三方弁の様子を示す説明図である。
【図６】図６は第１実施形態の燃料電池システムが暖機完了後の状態における冷媒の温度推移及び空調ウォータポンプの作動状況を示すタイムチャートの一例である。
【図７】図７は第２実施形態の燃料電池システムの制御の一例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、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、図１を参照しつつ、第１実施形態の燃料電池システム１について説明する。図１は第１実施形態の燃料電池システム１の一部の概略構成を示す説明図である。なお、図１は、燃料電池システム１の一部、具体的に、燃料電池スタック３、冷媒循環経路１７及び空調システム３０の周囲を中心として描いている。このため、以下の説明に登場する要素が図１中に描かれていない場合がある。燃料電池システム１は、車両、船舶、飛行機、ロボットなどの各種移動体に搭載できるほか、定置型電源にも適用可能である。ここでは、自動車に搭載した燃料電池システム１を例に説明する。燃料電池システム１は、固体高分子形の燃料電池２を含む。燃料電池２は、カソード電極、アノード電極、これらの間に配置された電解質膜を有する単セルを複数積層して形成されるとともに、内部にカソード流路３ａとアノード流路３ｂとが形成された燃料電池スタック３を含む。電解質膜は、例えば、プロトン導電性の固体高分子電解質膜である。なお、図１において単セルの図示は省略されている。また、燃料電池スタック３内には、燃料電池スタック３を冷却する冷媒が流通する冷媒流路３ｃが設けられている。燃料電池スタック３には、アノード電極に水素ガス、すなわち、アノードガスが供給されると共に、カソード電極に酸素を含む空気、すなわち、カソードガスが供給される。そして、アノード電極における触媒反応により発生した水素イオンが、電解質膜を透過し、カソード電極まで移動して、酸素と電気化学反応を起こすことにより発電する。燃料電池スタック３には、発電した電気の電圧値を測定する電圧計と電流値を測定する電流計が接続されている。そして、冷媒流路３ｃを流通する冷媒は、燃料電池スタック３を冷却する。
【００１６】
燃料電池スタック３の入口、より具体的には、燃料電池スタック３のカソード流路３ａの入口３ａ１側には、カソードガス供給流路４が接続されている。カソードガス供給流路４の端部には、エアクリーナが装着されている。また、カソードガス供給流路４には、カソードガスを圧送し、燃料電池スタック３にカソードガスを供給するコンプレッサが配置されている。カソードガス供給流路４上には、コンプレッサの出口と燃料電池スタック３の入口３ａ１との間の圧力を調節する調圧弁が設置されている。
【００１７】
燃料電池スタック３のカソード流路３ａの出口３ａ２側には、カソードオフガス排出流路６が接続されている。カソードオフガス排出流路６には、背圧弁が配置されている。背圧弁は、カソードガス供給流路４のコンプレッサよりも下流側、カソード流路３ａ及びカソードオフガス排出流路６の背圧弁よりも上流側の領域の圧力、すなわち、カソード背圧を調整する。カソードオフガス排出流路６には、背圧弁の下流側にマフラーが配置されている。
【００１８】
燃料電池スタック３のアノード流路３ｂの入口３ｂ１側には、アノード供給流路９が接続されている。アノード供給流路９の端部には、水素供給源となる水素タンクが接続されている。水素タンク内には、高圧の水素が貯留されている。アノード供給流路９には、水素の供給を遮断するシャット弁と、水素の圧力を減圧するレギュレータが配置されている。燃料電池スタック３のアノード流路３ｂの出口３ｂ２側には、排気管１３が接続されている。排気管１３の端部には、気液分離器が設置されている。そして、気液分離器において、循環流路とパージ流路とが分岐している。気液分離器では、アノードオフガスに含まれる水分が分離される。水分が分離された後のアノードオフガスは、循環流路側に排出される。一方、分離された水分は、パージ流路側へ排出される。循環流路には、ポンプが配置されている。循環流路にポンプが配置されることにより、アノードオフガスをアノード流路３ｂへ再度供給することができる。気液分離器において分岐したパージ流路は、カソードオフガス排出流路６に設けられた背圧弁の下流側に接続されている。パージ流路には、パージ弁が配置されている。パージ弁を開弁することにより、循環させないアノードオフガスをカソードオフガスとともに排出することができる。
【００１９】
燃料電池スタック３の冷媒流路３ｃの入口３ｃ１には、冷媒循環経路１７の一端が接続されている。また、冷媒流路３ｃの出口３ｃ２には、冷媒循環経路１７の他端が接続されている。冷媒循環経路１７には、冷媒を循環させ、冷媒を燃料電池スタック３内に供給するポンプＰ１が設置されている。また、冷媒循環経路１７には、ラジエータ１８が設置されている。冷媒循環経路１７には、第１三方弁１９が設けられており、この第１三方弁１９からラジエータ１８をバイパスするバイパス流路２０が分岐している。第１三方弁１９は、電気式の弁であり、制御部として機能するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１と電気的に接続されている。なお、第１三方弁１９は、感温部を備え、冷媒の温度に応じて開閉状態を変化させる、いわゆるサーモスタット型の弁を採用してもよい。第１三方弁１９は、冷媒の温度が所定値よりも高くなると冷媒をラジエータ１８側へ循環させて、冷媒を冷却するようになっている。冷媒流路３ｃの出口３ｃ２の近傍には、第１温度センサ２２が設置されている。この第１温度センサ２２及びポンプＰ１もＥＣＵ２１に電気的に接続されている。
【００２０】
燃料電池システム１は、空調システム３０を備える。空調システム３０は、燃料電池２が搭載された自動車の車室内の空調設備である。空調システム３０は、乗員の操作によって、車室内に暖房風を送風することができる。空調システム３０は、冷媒循環経路１７に接続され、この冷媒循環経路１７を循環する冷媒を共用する空調回路３１を含んでいる。具体的に、空調回路３１の入口端３１ａは、第１温度センサ２２の下流側で冷媒循環経路１７に接続されており、出口端３１ｂは、入口端３１ａの接続箇所よりも下流側で冷媒循環経路１７に接続されている。空調回路３１には、入口端３１ａ側から順に第２三方弁３２、ヒータ３３、ヒータコア３４及び空調ウォータポンプ（以下、「空調Ｗ／Ｐ」という）３５が配置されている。ヒータ３３は空調回路３１内を流通する冷媒を温める。ヒータコア３４は、空調回路３１内を流通する冷媒と空気との熱交換を行い、温められた暖房風を自動車の乗員の操作に基づいて車室内に送風する。空調Ｗ／Ｐ３５は、空調回路３１に冷媒を流通させる。空調回路３１のヒータ３３とヒータコア３４との間には第２温度センサ３６が設置されている。第２三方弁３２、ヒータ３３、空調Ｗ／Ｐ３５及び第２温度センサ３６は、それぞれＥＣＵ２１に電気的に接続されている。第２三方弁３２からはバイパス流路３８が分岐している。バイパス流路３８の他端は、空調回路３１の出口端３１ｂに近い位置に接続されている。バイパス流路３８は、ヒータ３３、ヒータコア３４、空調Ｗ／Ｐ３５及び第２温度センサ３６をバイパスしている。
【００２１】
燃料電池システム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１を備える。ＥＣＵ２１は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されており、制御部として機能する。ＥＣＵ２１には、上述のように第１温度センサ２２、第２温度センサ３６等が電気的に接続されていると共に、外気温を測定する外気温センサ３７が電気的に接続されている。ＥＣＵ２１は、電流電圧マップ等を格納している。このようなＥＣＵ２１は、燃料電池システム１の出力設定処理を行う。すなわち、空気供給量や、カソード背圧、水素供給量、水素圧力、出力履歴、電圧、電流値マップ等から出力する電流値を設定する。ＥＣＵ２１は、第１温度センサ２２、第２温度センサ３６及び外気温センサ３７の計測値に基づいて空調システム準備制御を行う。
【００２２】
つぎに、図２を参照しつつ、第１実施形態の燃料電池システム１の制御について説明する。図２は第１実施形態における燃料電池システム１の制御の一例を示すフローチャートである。燃料電池システム１の制御は、ＥＣＵ２１によって主体的に行われる。ここで、詳細な制御の内容を説明する前に、空調システム準備制御の基本的な考え方について説明する。例えば、乗員が燃料電池システム１を起動させた後、暫くしてから空調システム３０を使用し、車室内に暖房風を供給しようしたときに、即座に暖房風の送風が開始されないと、乗員は、暖房風の送風の遅れに不満を抱くことがある。燃料電池システム１では、起動後、暫くしても冷媒の温度が上昇しない場合があるため、空調回路３１を循環する冷媒を、冷媒循環経路１７内を循環する冷媒と共用している場合、暖房風の送風遅れが生じる可能性がある。そこで、本実施形態における燃焼電池システム１では、冷媒循環流路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能でない場合は、ヒータ３３を用いて冷媒を昇温させ、昇温させた冷媒によって温められた空気がヒータコア３４から送風できる状態に準備しておく。そして、冷媒循環流路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能である場合は、冷媒循環経路１７内の温かい冷媒を空調回路３１に引き込むことによって、その冷媒によって温められた空気がヒータコア３４から送風できる状態に準備しておく。ＥＣＵ２１は、これらの準備を、空調システム３０に対する暖房要求が出されていない場合に行っておく。ＥＣＵ２１は、例えば、空調システム３０に対する暖房要求が出される前にこれらの準備を行っておく。これにより、乗員が暖房風の送風を要求したときに、直ちに、暖房風の送風を行うことができる。ここで、冷媒循環経路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能か否かの判断は、種々の判断手法を用いることができる。例えば、燃料電池スタック３の暖機が完了したか否か、より具体的には、冷媒循環経路１７内を流通する冷媒の温度が暖機完了判定閾値以上であるか否かによって判断することができる。また、冷媒循環経路１７と空調回路３１との連結部に配置された弁、すなわち、本実施形態においては、第２三方弁３２の連通状態で判断してもよい。具体的に、ＥＣＵ２１は、第２三方弁３２の状態が、冷媒循環経路１７と空調回路３１とを連通させる状態となっているか否かの情報に基づいて、冷媒循環経路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能か否かの判断を行ってもよい。この際、ＥＣＵ２１は、第２三方弁３２の連通状態に基づいて冷媒循環経路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能か否かの判断を行う。すなわち、第２三方弁３２は、冷媒循環経路１７における冷媒の温度に基づいて連通制御が行われているが、冷媒の温度に基づくことなく、第２三方弁３２の連通状態に基づく判断がなされる。ここで、第２三方弁３２は、空調回路３１に設置された空調Ｗ／Ｐ３５とは別個に制御されている。このため、第２三方弁３２が冷媒循環経路１７と空調回路３１とを連通させた状態にある場合に、冷媒循環経路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能であると判断し、空調Ｗ／Ｐ３５を稼働させる。さらに、燃料電池システム１は、いわゆる急速暖機中であるか否かに基づいて冷媒循環経路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能か否かの判断を行ってもよい。いわゆる急速暖機中である場合、発熱量が増加し、即座に冷媒循環経路１７内の冷媒の温度が上昇すると予測される。このため、このような急速暖機状態となっているときを、冷媒循環経路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能な状態に含めることができる。以下、このような空調システム準備制御の内容を中心に、燃料電池システム１の制御について説明する。
【００２３】
図２にフローチャートを示す燃料電池システム１の制御のスタートは、燃料電池システム１の始動時であり、このタイミングは、図４における時刻ｔ１と一致している。まず、ステップＳ１において、外気温センサ３７によって検出された外気温Ｔｏｕｔが、予め定めた所定温度Ｔａよりも低いか否かを判断する。ここで、所定温度Ｔａは、燃料電池システム１を搭載した自動車の乗員が空調システム３０を使用し、暖房風の送風を要求することが予測される温度である。ステップＳ１でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。ステップＳ１でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ２へ進む。
【００２４】
ステップＳ２では、燃料電池スタック３の暖機が完了したか否かを判断する。具体的には、燃料電池スタック３の温度と相関性を有する冷媒循環経路１７内の冷媒の温度によって暖機完了判定を行う。すなわち、第１温度センサ２２によって検出された冷媒の温度Ｔ１が予め定められた暖機完了判定閾値Ｔｗ以上となっているか否かを判断する。なお、ステップＳ２における暖機完了判定は、冷媒循環経路１７内の冷媒を空調回路３１に供給可能か否かの判定の一例に相当する。ステップＳ２において、ＮＯと判断したとき、すなわち、暖機が完了していないと判断したときは、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３〜ステップＳ６までの処理が、燃料電池スタック３が暖機完了前である場合の空調システム準備制御の内容となる。なお、図４は燃料電池システム１が暖機完了前の状態における冷媒の温度推移及びヒータ３３の作動状況を示すタイムチャートの一例である。
【００２５】
燃料電池スタック３が暖機完了前である場合、冷媒循環経路１７内を循環する冷媒を空調回路３１に引き込んだとしても空調システム３０を暖房風供給可能な状態にすることは困難である。そこで、燃料電池スタック３が暖機完了前である場合は、ヒータ３３を用いてヒータコア３４に供給される冷媒の昇温を行う。そこで、燃料電池スタック３が暖機完了前であるときは、ヒータ３３を作動させて空調回路３１内の冷媒を温める。暖機完了前の燃料電池システム１では、図３に示すように第２三方弁３２を冷媒循環経路１７から冷媒を流入させない状態としておく。これにより、空調回路３１内の冷媒の移動を抑制し、空調回路３１内に留まる量の冷媒を効率よく昇温させる。
【００２６】
ステップＳ３では、第２温度センサ３６によって検知された空調回路３１内の冷媒の温度（以下、「空調水温」という）Ｔ２が第１の所定温度Ｔｂ以上であるか否かを判断する。ここで、第１の所定温度Ｔｂは、空調システム３０から暖房風を供給できる下限の温度として、予め設定された温度であり、以下の説明において、下限温度Ｔｂと称する。従って、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂ以上の状態に維持されていれば、ヒータコア３４から即座に暖房風を送り出すことができる。ステップＳ３でＹＥＳと判断したとき、すなわち、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂ以上の状態に維持されていれば、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ３でＮＯと判断したときは、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、ヒータ３３を作動させる。このとき、例えば、図４に示す時刻ｔ１、ｔ３やｔ６のタイミングでヒータ出力が立上っているように、ヒータ出力はＷ１としている。ここで、ヒータ出力Ｗ１は、空調システム３０に対する暖房要求があった場合の出力よりも低い出力である。図４中、時刻ｔ５において立ち上がる点線は、乗員により空調システム３０に対する暖房要求があったときのヒータ出力Ｗ０を表している。このように、ステップＳ４においてヒータ３３を作動させるときは、ヒータ出力Ｗ０ではなく、これよりも低いヒータ出力Ｗ１によってヒータ３３を作動させる。これにより、空調システム準備制御における消費電力を抑えることができる。なお、ヒータ３３を作動させる電力として、回生ブレーキから回収したエネルギを用いてもよい。
【００２７】
ステップＳ４に引き続き行われるステップＳ５では、空調水温Ｔ２が上限温度Ｔｃ以上であるか否かを判断する。ここで、上限温度Ｔｃは、第２の所定値であり、下限温度Ｔｂよりも高い温度に、ハンチングを抑制する目的で設定されている。ステップＳ５でＮＯと判断したときは、ステップＳ４からの処理を繰り返し、ヒータ３３の作動を継続する。ステップＳ５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ６へ進み、ヒータ３３の作動を停止する。このように上限温度Ｔｃを設定しておくことにより、ハンチングの発生を抑えることができる。図４中、時刻ｔ２、ｔ４やｔ７のタイミングで空調水温Ｔ２がハンチング抑制温度Ｔｃに到達し、このタイミングでヒータ３３の作動が停止される。空調水温Ｔ２は、ヒータ３３の作動が停止された後も、多少のタイムラグによって上昇し、僅かにハンチング抑制温度Ｔｃを越えるが、その後は、徐々に低下する。そして、空調水温Ｔ２が、再び下限温度Ｔｂに到達するヒータ３３の作動が再開される。これにより、空調回路３１内の冷媒の温度は、概ね下限温度Ｔｂからハンチング抑制温度Ｔｃの間に維持される。このように、空調システム３０の準備をしておけば、例えば、図４中、時刻ｔ５で空調システム３０に対する暖房要求があった場合であっても、空調システム３０は、即座に暖房風を送り出すことができる。また、暖房要求があったときに、空調水温Ｔ２は、下限温度Ｔｂよりも高い温度から昇温を開始するため、図４中、点線で示すように、実際に空調システム３０が作動しているときの空調水温Ｔ２へ到達する時間も短縮される。ステップＳ６の後は、処理はリターンとなる。
【００２８】
ステップＳ２において、ＹＥＳと判断したとき、すなわち、暖機が完了していると判断したときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７、ステップＳ８の処理が、燃料電池スタック３が暖機完了後である場合の空調システム準備制御の内容となる。なお、図６は燃料電池システム１が暖機完了後の状態における冷媒の温度推移及び空調Ｗ／Ｐ３５の作動状況を示すタイムチャートの一例である。
【００２９】
燃料電池スタック３が暖機完了後である場合、冷媒循環経路１７内を循環する冷媒の温度（以下、「ＦＣ水温」という）Ｔｅは、高くなっており、この冷媒を空調回路３１に引き込むことにより、空調システム３０を暖房風供給可能な状態にすることができる。そこで、燃料電池スタック３が暖機完了後である場合は、空調Ｗ／Ｐ３５を作動させて空調回路３１内の冷媒の温度を空調システム３０から暖房風を供給できる下限温度Ｔｂに維持する。暖機完了後の燃料電池システム１では、図５に示すように第２三方弁３２を冷媒循環経路１７から冷媒を流入させる状態としておく。これにより、空調回路３１内に冷媒循環経路１７内の温かい冷媒を引き込むことができる。
【００３０】
ステップＳ７では、空調水温Ｔ２が温度Ｔｄ以下であるか否かを判断する。ここで、温度Ｔｄは、下限温度Ｔｂよりも高い第３の所定温度として設定されている。温度Ｔｄは、下限温度Ｔｂに代えて下限温度に設定される温度である。さらに具体的に、温度Ｔｄは、燃料電池システム１の暖機が完了している状態におけるＦＣ水温Ｔｅとして想定される温度よりも低く、下限温度Ｔｂよりも高い温度である。燃料電池システム１の暖機が完了している状態では、冷媒循環流路１７内の温度が高くなっている。そこで、この熱量を効率よく利用すべく、空調回路３１内の冷媒をできるだけ高い温度に維持する趣旨である。温度Ｔｄは下限温度Ｔｂよりも高い温度であるので、温度Ｔｄを維持することで空調システム３０を暖房風供給可能な状態に準備しておくことができる。
【００３１】
ステップＳ７でＮＯと判断したとき、すなわち、空調水温Ｔ２が温度Ｔｄよりも高いときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ７でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、空調Ｗ／Ｐ３５を作動させる。空調Ｗ／Ｐ３５を作動させるタイミングは、空調水温Ｔ２が温度Ｔｄ以下である、例えば、図６中、時刻ｔ８、ｔ１０、ｔ１２及びｔ１４である。このように空調Ｗ／Ｐ３５は、空調水温Ｔ２が温度Ｔｄ以下となるタイミング毎に間欠的に作動させられる。ここで、空調Ｗ／Ｐ３５の一回当たりの稼働時間Ｓ秒は、空調回路３１内の冷媒が、冷媒循環経路１７内から空調回路３１内に引き込まれた冷媒によって置換することができる時間以上に設定されている。従って、図６中、時刻ｔ９、ｔ１１、ｔ１３は、それぞれ、時刻ｔ８、ｔ１０、ｔ１２からＳ秒経過した時点となっている。稼働時間Ｓ秒が設定されているのは、空調回路３１内の冷媒の温度を一旦所望の温度まで上昇させておけば、暖房要求が出される前の空調システム３０の準備として十分だからである。このように、間欠的な空調Ｗ／Ｐ３５の運転とし、一回当たりの稼働時間をＳ秒とすることにより、消費電力を抑えることができる。なお、ステップＳ８の処理を終了した後、再度ステップＳ７からの処理を繰り返すことにより、空調Ｗ／Ｐ３５の間欠的な作動が実現されている。なお、空調Ｗ／Ｐ３５の一回の作動を終了させるタイミングを稼働時間Ｓ秒で管理することに代えて、空調水温Ｔ２がＦＣ水温Ｔｅに一致したタイミングで空調Ｗ／Ｐ３５の一回の稼働を終了させてもよい。
【００３２】
以上のように、本実施形態の燃料電池システム１によれば、空調システム３０に対する暖房要求が出されていない場合に、空調システム準備制御を実施することで、空調システムの応答性を向上させることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
つぎに、図７を参照しつつ、第２実施形態について説明する。第２実施例が、第１実施例と異なる点は、空調システム準備制御の内容である。従って、燃料電池システム１のハード構成は、第１実施形態と第２実施形態で共通している。以下、第２実施形態における燃料電池システム１の制御の一例につき、図７に示すフローチャートを参照しつつ、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３４】
図７にフローチャートを示す燃料電池システム１の制御のスタートは、燃料電池システム１の始動時であり、このタイミングは、図６における時刻ｔ８と一致している。まず、ステップＳ１１において、外気温Ｔｏｕｔが、予め定めた所定温度Ｔａよりも低いか否かを判断する。ステップＳ１１の処理は、第１実施形態におけるステップＳ１と共通する。ステップＳ１１でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。
【００３５】
ステップＳ１１でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂ以上であるか否かを判断する。ステップＳ１２でＹＥＳと判断したとき、すなわち、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂ以上であるときは、空調システム３０の準備ができていると判断し、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ１２でＮＯと判断したときは、ステップＳ１３へ進む。
【００３６】
ステップＳ１３では、燃料電池スタック３の暖機が完了しているか否かを判断する。ステップＳ１３の処理は、第１実施形態におけるステップＳ２と共通する。ステップＳ１３でＮＯと判断したとき、すなわち、暖機が完了していないときは、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４〜ステップＳ１６の処理は、第１実施形態におけるステップＳ４〜ステップＳ６の処理に相当する。なお、ステップＳ１４〜ステップＳ１６の処理を行うときは、第１実施形態と同様に、第２三方弁３２の状態を図３に示す状態としておく。
【００３７】
ステップＳ１３でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７では、空調Ｗ／Ｐ３５を稼働させる。そして、引き続き行われるステップＳ１８では、再度、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂ以上であるか否かを判断する。ステップＳ１８でＹＥＳと判断したとき、すなわち、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂ以上であるときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ１８でＮＯと判断したとき、すなわち、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂよりも低いときはステップＳ１７からの処理を繰り返し、空調Ｗ／Ｐ３５の稼働を継続する。なお、ステップＳ１７、ステップＳ１８の処理を行うときは、第１実施形態のステップＳ７、ステップＳ８のときと同様に、第２三方弁３２の状態を図５に示す状態としておく。
【００３８】
このような制御としても、空調システム３０に対する暖房要求が出されていない場合に、空調システム準備制御を実施することで、空調システムの応答性を向上させることができる。なお、第２実施形態のステップＳ１８では、空調水温Ｔ２が下限温度Ｔｂ以上であるか否かを判断しているが、空調水温Ｔ２が第１実施形態で用いた第３の所定温度Ｔｄ以下であるか否かを判断するようにしてもよい。温度Ｔｄを用いることにより、空調回路３１内の冷媒をＦＣ水温Ｔｅに近い状態に準備しておくことができ、冷媒の熱を効率よく利用することができる。
【００３９】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
３  燃料電池スタック
３ｃ  冷媒流路
４  カソードガス供給流路
６  カソードオフガス排出流路
１７  冷媒循環経路
２２  第１温度センサ
３０  空調システム
３１  空調回路
３３  ヒータ
３４  ヒータコア
３５  空調Ｗ／Ｐ
３６  第２温度センサ
３７  外気温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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