(57)【要約】【課題】空調機能部品の故障時に、燃料電池の温度低下を抑制できる空調システムを提供する。【解決手段】空調システム１００は、ＦＣ回路１と、車両の空調に用いられる冷却用流体が流れる空調用回路２と、制御装置５と、を備える。空調システム１００は、ＦＣ回路１と空調用回路２とを連通させた状態の連携モード運転とＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離した状態の独立モード運転と、を切り換える三方弁２３を備える。制御装置５は、三方弁２３の作動を制御して連携モード運転と独立モード運転とを少なくとも実施し、空調用ポンプ、三方弁２３、電池用温度センサ及び空調用温度センサを含む故障判定対象部品のうち、少なくとも一つの部品について故障の有無を判定する。制御装置５は、故障判定対象部品の少なくとも一つについて故障であると判定した場合は、空調用ポンプの運転停止または独立モード運転を実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（１２）を冷却する冷却用流体が流れる回路であって、冷却用流体を循環させる燃料電池用ポンプ（１３）と当該回路を流れる冷却用流体の温度を検出する電池用温度センサ（６０、６１、６２、６３）を有する燃料電池冷却回路（１）と、
空気を加熱する空調用熱交換器（２６）に供給する冷却用流体が流れる回路であって、冷却用流体を循環させる空調用ポンプ（２４）と当該回路を流れる冷却用流体の温度を検出する空調用温度センサ（６４、６５）を有する空調用回路（２）と、
前記燃料電池冷却回路と前記空調用回路とを連通させた状態の連携モード運転と前記燃料電池冷却回路と前記空調用回路とを切り離した状態の独立モード運転と、を切り換える切換手段（２３）と、
前記切換手段の作動を制御して前記連携モード運転と前記独立モード運転とを少なくとも実施するとともに、前記空調用ポンプ、前記切換手段、前記電池用温度センサ、及び前記空調用温度センサを含む故障判定対象部品のうち、少なくとも一つの部品について故障の有無を判定する制御装置（５）と、
を備え、
前記制御装置は、前記故障判定対象部品の少なくとも一つについて故障であると判定した場合は、前記空調用ポンプの運転停止または前記独立モード運転を実施することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記切換手段について故障であると判定した場合は、前記空調用ポンプの運転停止を実施することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記空調用ポンプについて故障であると判定した場合は、前記独立モード運転を実施することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項４】
前記空調用回路を循環する冷却用流体を加熱するヒータ装置（２５）をさらに備え、
前記制御装置は、加熱能力不足または加熱不能による前記ヒータ装置の故障であると判定した場合は、前記空調用ポンプの運転停止を実施することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項５】
前記空調用回路を流れる冷却用流体を加熱するヒータ装置（２５）をさらに備え、
前記制御装置は、前記電池用温度センサまたは前記空調用温度センサについて故障であると判定した場合は、前記ヒータ装置の運転停止及び前記空調用ポンプの運転停止を実施することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を冷却する冷却流体の熱を用いた空調を実施可能な空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、燃料電池及びラジエータを含む燃料電池冷却回路（以下、ＦＣ回路ともいう）と、車室内へ送られる空気を加熱するヒータコアを通って冷却液が流れる空調用回路と、を備えた燃料電池システムを開示する。このシステムは、ＦＣ回路を流れる冷却液の検出温度が燃料電池の動作温度に基づいて設定された第１閾値以上である場合に、ＦＣ回路及び空調用回路における発熱量と放熱量との平衡をとる制御を実施する。この制御では、燃料電池を含む発熱要素の動作状態から発熱量を推定し、ヒータコア等の放熱要素の動作状態から放熱量を推定し、発熱量の推定値が放熱量の推定値よりも小さい場合に発熱量を増加させるように発熱要素を制御する。このように、特許文献１には、ＦＣ回路の冷却液の検出温度に応じて、発熱要素の発熱量が小さくならないように発熱要素を制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８２８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のシステムは、燃料電池の廃熱を空調利用する際の制御を提供しているが、空調機能部品に異常が発生した場合に、冷却液の熱が無駄に空調に使われてしまい、燃料電池の温度低下を招いてしまうことになる。例えば、切替バルブがＦＣ回路と空調用回路とを連通させた状態のまま固着するように故障した場合には、ＦＣ回路の冷却液が空調用回路に流入してヒータコアで放熱し続けるため、燃料電池の温度が低下し続けることになる。特許文献１では、このような故障時に対処して、燃料電池システムを保護する制御を行うことはできない。
【０００５】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、空調機能部品の故障時に、燃料電池の温度低下を抑制できる空調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】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
開示された空調システムに係る発明のひとつは、燃料電池（１２）を冷却する冷却用流体が流れる回路であって冷却用流体を循環させる燃料電池用ポンプ（１３）と当該回路を流れる冷却用流体の温度を検出する電池用温度センサ（６０、６１、６２、６３）を有する燃料電池冷却回路（１）と、空気を加熱する空調用熱交換器（２６）に供給する冷却用流体が流れる回路であって冷却用流体を循環させる空調用ポンプ（２４）と当該回路を流れる冷却用流体の温度を検出する空調用温度センサ（６４、６５）を有する空調用回路（２）と、燃料電池冷却回路と空調用回路とを連通させた状態の連携モード運転と燃料電池冷却回路と空調用回路とを切り離した状態の独立モード運転と、を切り換える切換手段（２３）と、切換手段の作動を制御して連携モード運転と独立モード運転とを少なくとも実施するとともに、空調用ポンプ、切換手段、電池用温度センサ、及び空調用温度センサを含む故障判定対象部品のうち、少なくとも一つの部品について故障の有無を判定する制御装置（５）と、を備え、
制御装置は、故障判定対象部品の少なくとも一つについて故障であると判定した場合は、空調用ポンプの運転停止または独立モード運転を実施することを特徴とする。
【０００８】
この開示発明によれば、前述の故障判定対象部品のうち、少なくとも一つの部品について故障の有無を判定した場合に、燃料電池の熱を奪いすぎないように直ちに対処する制御を提供できる。例えば、切換手段、電池用温度センサ、空調用温度センサの少なくとも一つが故障であると判定すると空調用ポンプの運転停止を実施することにより、故障時に、燃料電池の温度低下を迅速に抑制することができる。また、空調用ポンプに故障があると判定すると独立モード運転を実施することにより、故障時に、燃料電池の温度低下を迅速に抑制することができる。以上によれば、空調機能部品の故障時に、燃料電池の温度低下を抑制可能な空調システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一例である第１実施形態の空調システムの概要構成を示す構成図であって、空調用回路を燃料電池用回路から切り離した状態を示す。
【図２】第１実施形態の空調システムの概要構成を示す構成図であって、空調用回路と燃料電池用回路とを連携させた状態を示す。
【図３】第１実施形態の空調システムにおいて、空調用回路と燃料電池用回路とを連携させた状態についての他の形態を示す。
【図４】第１実施形態の空調システムにおける制御に関するブロック図である。
【図５】第１実施形態の空調システムにおける制御で実行される、水温センサの故障診断に関するフローチャートである。
【図６】第１実施形態の空調システムにおける制御で実行される、三方弁の故障診断に関するフローチャートである。
【図７】第１実施形態の空調システムにおける制御で実行される、空調用ポンプの故障診断に関するフローチャートである。
【図８】第１実施形態の空調システムにおける制御で実行される、ヒータの故障診断に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。
【００１１】
（第１実施形態）
開示発明に含まれる空調システム１００は、走行用モータを走行用駆動源とし、走行用モータへの電力供給手段として燃料電池（Fuel Cell）を有する燃料電池自動車に搭載されるシステムである。空調システム１００は、燃料電池スタック１２を流れる冷却用流体が循環する燃料電池冷却回路１（以下、ＦＣ回路１ともいう）と、燃料電池自動車の空調に用いられる冷却用流体が流れる空調用回路２と、制御装置５と、を備える。冷却用流体には、例えば、水、不凍液等の液体の他、燃料電池の適正温度範囲に制御可能な気体を用いることができる。以下に、冷却用流体を冷却水として説明する。
【００１２】
第１実施形態に係る空調システム１００について、図１〜図８を参照して説明する。ＦＣ回路１は、冷却用流体との一例である冷却水が循環する循環通路１０に、燃料電池スタック１２、ポンプ１３、ラジエータ１５、バイパス通路１１、切換弁１４、及び温度センサ６０、６１、６２、６３（電池用温度センサ）等を備えて構成される。
【００１３】
燃料電池スタック１２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を有するユニットである。燃料電池スタック１２は、例えば、プラス極とマイナス極との間に高分子電解質膜が挟まれてなるセルが複数直列に接続されて形成され、ケーシング内に収容されている。また、燃料電池自動車は、燃料電池へ空気を供給する空気供給装置、燃料電池へ水素を供給する水素供給装置、及び燃料電池から電力の供給を受ける負荷、例えば、インバータ、二次電池等を備える。燃料電池は、発電効率確保のために一定温度、例えば８０℃以下に維持される必要がある。燃料電池スタック１２のケーシング内には、冷却水が流通できるようになっており、流通する冷却水によって、燃料電池の運転中の温度が一定温度以下に調節されうる。
【００１４】
ポンプ１３は、電動モータによって駆動される電動式の流体機械であり、燃料電池用ポンプである。ポンプ１３は、配管によって形成される循環通路１０におけるラジエータ１５やバイパス通路１１に冷却水を循環させる流体駆動手段である。ラジエータ１５は、燃料電池によって温度上昇した冷却水を冷却する放熱用熱交換器であり、例えば、車両前部のグリル後方となるエンジンルーム内に設けられている。また、ラジエータ１５の前方には、車両用空調装置４のコンデンサ３１が積層して設けられている。ラジエータ１５の後方には、送風機が設けられている。ラジエータ１５は、この送風機によって供給される空気によって冷却水を冷却して、冷却水の放熱が促進される。
【００１５】
バイパス通路１１は、循環通路１０において、ラジエータ１５をバイパスする通路を構成する。バイパス通路１１は、ラジエータ１５の入口側で循環通路１０から分岐して、ラジエータ１５の出口側で循環通路１０に合流するように、ラジエータ１５と並列の関係に設けられる。
【００１６】
切換弁１４は、ＦＣ回路１における冷却水の流路をラジエータ１５側、またはバイパス通路１１側に切り換える流路切換手段であり、循環通路１０からバイパス通路１１が分岐する分岐点に設けられている。切換弁１４は、内部のバルブによってラジエータ１５側を開きバイパス通路１１側を閉じることで冷却水がラジエータ１５を流通する場合と、バイパス通路１１側を開きラジエータ１５側を閉じることで冷却水がバイパス通路１１を流通する場合とに切換可能である。
【００１７】
切換弁１４の内部のバルブの開閉は、制御装置５によって制御される。また、バルブの開度は、制御装置５によって可変に制御される。また、バルブの開度を制御することで、ラジエータ１５を通る冷却水の量とバイパス通路１１を通る冷却水の量との比を制御することもできる。バルブの開度は、例えば、温度センサ６１の検出温度が所定の閾値以下の場合は冷却水がバイパス通路１１を通るように制御され、検出温度が閾値を超える場合は冷却水温度が高いほどラジエータ１５を通る冷却水の量を多くするように制御される。また、切換弁１４には、冷却水の温度に応じて内部のバルブの開度が変化するサーモスタット式を用いてもよい。
【００１８】
ＦＣ回路１には、燃料電池スタック１２への流入口付近、流出口付近に、それぞれ、冷却水の温度を検出する温度センサ６０、温度センサ６１が設けられる。さらに、ラジエータ１５への流入口付近、流出口付近に、それぞれ、冷却水の温度を検出する温度センサ６２、温度センサ６３が設けられる。温度センサ６０、６１、６２、６３は、それぞれ、燃料電池へ流入する冷却水の温度、燃料電池から流出する冷却水の温度、ラジエータ１５へ流入する冷却水の温度、ラジエータ１５から流出する冷却水の温度を検出し、制御装置５に出力する。
【００１９】
以上の構成により、ＦＣ回路１において、ポンプ１３が運転されると、燃料電池スタック１２を通過した冷却水は、ラジエータ１５及びバイパス通路１１の少なくとも一方を通って再び燃料電池スタック１２へ送られる。ラジエータ１５を通過した冷却水は、ラジエータ１５における放熱によって冷却された後、燃料電池の温度調整を行う。
【００２０】
空調用回路２は、冷却水が循環する循環通路２０に、ポンプ２４、ヒータ装置２５、ヒータコア２６、三方弁２３、及び温度センサ６４、６５（空調用温度センサ）等を備えて構成される。空調用回路２は、接続用通路２１、２２によって、ＦＣ回路１に接続されている。ポンプ２４は、冷却水を循環通路２０に流通させる流体駆動手段である。
【００２１】
ヒータコア２６は、冷却水を加熱源として空調ケース４ａ内の空気通路４０を流通する空気を加熱する空調用熱交換器である。ヒータコア２６は、空調ケース４ａ内においてエバポレータ３４の下流側に設けられている。ヒータコア２６は、複数のチューブ内部に冷却水流路が形成され、この冷却水流路に冷却水が流れると、ヒータコア２６は、冷却水の熱をチューブの周囲を通過する空気に放出して加熱し、車室へ送られる暖房のために空気を暖める。ヒータ装置２５は、ヒータコア２６へ流れ込む冷却水を補完的に加熱できる加熱手段であり、通電により発熱して冷却水を加熱する。制御装置５は、例えば、ヒータ装置２５の発熱量を直流電力のデューティ制御によって調節することができる。
【００２２】
三方弁２３は、ＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離した状態の独立モード運転と、ＦＣ回路１と空調用回路２とを連通させた状態の連携モード運転と、を切り換え可能な切換手段である。ＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離した状態では、三方弁２３において、循環通路１０から循環通路２０へ冷却水が流れ込む経路（接続用通路２２）は閉じられ、ＦＣ回路１の冷却水は、空調用回路２には流入せず循環通路１０を循環する。つまり、図１に示すように、独立モード運転では、循環通路１０を流れる冷却水と循環通路２０を流れる冷却水とが混合することなく、ＦＣ回路１及び空調用回路２のそれぞれにおいて冷却水が独立して循環する。
【００２３】
ＦＣ回路１と空調用回路２とを連携させた状態では、三方弁２３において、循環通路１０から循環通路２０へ冷却水が流れ込む経路（接続用通路２２）は開かれ、ポンプ２４の入口側とヒータコア２６の出口側とを接続する経路は閉じられる。燃料電池を流出した冷却水の少なくとも一部は、循環通路１０から接続用通路２２を通じて循環通路２０へ流入し、ヒータ装置２５及びヒータコア２６を通過した後、接続用通路２１を通じて循環通路１０に戻る。そして、ラジエータ１５またはバイパス通路１１を通って燃料電池に送られる。図２に示すように、連携モード運転では、燃料電池から熱を奪って温められた冷却水がヒータコア２６を通るため、燃料電池の廃熱を利用して車室に送られる空気を温めることができる。
【００２４】
また、図３に示すように、三方弁２３は、内部に、接続用通路２２と循環通路２０とを連絡する連絡通路２３ａを有する構成であってもよい。連絡通路２３ａは、循環通路２０よりも通路断面積が小さく形成され、三方弁２３の通路開閉位置にかかわらず、常時解放されている通路である。
【００２５】
このシステムにおいて、前述の独立モード運転を実施するように三方弁２３の開度位置を制御すると、ポンプ２４の入口側とヒータコア２６の出口側とを接続する経路が開かれる。さらに循環通路１０から循環通路２０へ冷却水が流れ込む経路（接続用通路２２）も連絡通路２３ａを介して開放される。したがって、独立モード運転の実施時に、ＦＣ回路１の冷却水は、その大半が循環通路１０を循環するが、前述の連携モード運転時よりも少量の冷却水は連絡通路２３ａを通じて空調用回路２に流入する。この少量の冷却水は、ヒータ装置２５及びヒータコア２６を通過した後、接続用通路２１を通じて循環通路１０に戻り、ラジエータ１５またはバイパス通路１１を通って燃料電池に送られる。すなわち、空調用回路２においても冷却水は、その大半が循環通路２０を循環し、前述の少量の冷却水が循環通路２０を出入りすることになる。
【００２６】
次に、冷凍サイクル３の概要を説明する。冷凍サイクル３は、車室内の空調を行うために冷媒が循環するサイクルである。冷凍サイクル３は、環状に構成される冷媒通路に、電動のコンプレッサ３０、コンデンサ３１、内部熱交換器３２、減圧装置３３及びエバポレータ３４等が設けられて構成される。冷凍サイクル３を構成する各機器のうち、エバポレータ３４は、パワーコントロールユニットやモータが搭載される駆動機器ルームと車室内とを仕切る仕切り壁７とインストルメントパネルとの間の空間に設けられる。例えば、他の機器は、駆動機器ルーム内に設けられる。
【００２７】
コンプレッサ３０は、電動モータによって駆動されて、サイクル内の冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する電動式の流体機械であり、例えば作動回転数に応じて冷媒の吐出量が調節されるようになっている。コンプレッサ３０の作動回転数及び冷媒吐出量は、バッテリ等から供給される電力がインバータによって調整されることで制御される。インバータによる電力調整は、制御装置５によって制御される。
【００２８】
コンデンサ３１は、コンプレッサ３０から吐出される冷媒と外部の空気とを熱交換する熱交換器である。コンデンサ３１は、凝縮した液冷媒と蓄えるモジュレータタンクを有する。減圧装置３３は、コンデンサ３１から流出した冷媒を減圧する。減圧装置３３は、通路開度が固定された固定式の絞り部でもよいし、制御装置５によって絞り開度が制御されるものでもよい。エバポレータ３４は、減圧装置３３によって減圧された冷媒と空調ケース４ａの空気通路４０を流通する空気との間で熱交換して空気を冷却して空調する熱交換器である。エバポレータ３４は、空調ケース４ａ内で通路全体を横断するように設けられる。内部熱交換器３２は、減圧装置３３によって減圧される前の冷媒とエバポレータ３４で蒸発した冷媒とを熱交換する。エバポレータ３４で蒸発した冷媒は、減圧装置３３によって減圧される前の冷媒によって加熱されてからコンプレッサ３０に吸入される。
【００２９】
また、空調ケース４ａの内部には、エバポレータ３４よりも上流側に、空気を送風する送風機４１が設けられ、ヒータコア２６よりも下流側に、空気を補完的に加熱できるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ４２が設けられている。また、温度センサ６６は、ヒータコア２６により温められる空気の温度（ヒータコア流入空気温度）を検出し、制御装置５に出力する。したがって、送風機４１によって車外または車室内から取り込まれた空気は、空気通路４０を流通する間に、エバポレータ３４、ヒータコア２６、ＰＴＣヒータ４２によって温度調整された後、設定された吹出しモードにしたがって車室内へ供給される。
【００３０】
制御装置５は、演算処理や制御処理を行うＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ、及びＩ／Ｏポート（入力／出力回路）等の機能を含んで構成されるマイクロコンピュータを備えている。制御装置５は、各温度センサ６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６からの信号、空調装置の運転を指令する空調用の操作部５２からの信号等が入力される入力回路を備える。操作部５２は、例えば、インストルメントパネル等に一体的に設置された操作パネル上のスイッチである。
【００３１】
制御装置５は、故障発生か否かを判定する演算回路部であり、入力部に入力された各種信号に基づく各種情報と演算プロプラム等を用いた所定の演算や判定を実行する判定部５０を備える。制御装置５は、判定部５０による判定結果に応じて、ポンプ１３、２４、ヒータ装置２５の運転、停止を制御し、三方弁２３の開度位置を制御する作動制御部５１を備える。作動制御部５１は、各種機器の作動を制御する出力回路を構成する。
【００３２】
また、判定部５０は、温度センサ６３によって取得した燃料電池スタック１２の出口冷却水温が、所定の暖房活用温度を超える場合は連携モードにし、暖房活用温度以下である場合は独立モードにすることを決定する。作動制御部５１は、決定結果に応じて生成した制御信号を、三方弁２３に対して出力して三方弁２３を制御し、ＦＣ回路１と空調用回路２とについて、切り離し状態（独立モード）または連通した状態（連携モード）を実施する。
【００３３】
また、制御装置５は、空調ＥＣＵと同様の機能を有するものであり、車両用空調装置４への当該供給電力を制御することによって、車両用空調装置４の空調機能部品の出力を制御することができる。空調機能部品には、コンプレッサ３０、室内用の送風機４１、内外気切換ドア、エアミックスドア、吹出しモード切換ドア等が含まれる。制御装置５には、乗員が操作可能な操作部５２からの信号が入力される。乗員は操作部５２を操作することにより、自動の空調運転を実施する信号を制御装置５に対して送信できる。また、乗員は操作部５２を操作することにより、車室内の設定温度を設定することができる。
【００３４】
制御装置５には、空調制御に関する各種信号、例えば、内気センサ、外気センサ、日射センサ、吐出温度センサ、吐出圧力センサ、蒸発器温度センサ等の空調制御用のセンサ群の各検出信号、及び自動運転における設定温度の信号等が入力される。制御装置５は、これらの検出信号と空調制御プログラムとを用いて各種演算、処理を行い、各モードドア用のアクチュエータ、送風機４１のブロワモータのモータ駆動回路、コンプレッサ３０の電圧制御等へ制御信号を出力する。
【００３５】
次に、空調システム１００におけるＦＣ回路１の廃熱利用に関する制御（以下、ＦＣ廃熱利用制御という）について、図５〜図８のフローチャートを参照しながら説明する。空調システム１００は、車両のスタートスイッチがオン状態にあるとき、ＦＣ廃熱利用制御を開始する。ＦＣ廃熱利用制御では、図５の水温センサ（温度センサ６０〜６５）の故障診断、図６の三方弁２３の故障診断、図７の空調用のポンプ２４の故障診断、図８のヒータ装置２５の故障診断、のそれぞれに関する処理を、同時または順位付けした順番に実行する。これらの故障診断制御のうち一つでも機器が故障していると判定した場合には、以下に説明する適切な処理を実行して制御装置５の記憶手段等に記録して履歴を残すようにする。
【００３６】
以下に、各図を参照しながら、各故障診断制御における処理について順に説明する。図５に示す水温センサの故障診断制御では、判定部５０は、ステップ１０で、水温センサが故障状態であるか否かを判定する。ステップ１０の判定処理は、水温センサが故障状態であると判定されるまで繰り返される。この故障診断の対象となる水温センサは、電池用温度センサである温度センサ６０〜６３、空調用温度センサである温度センサ６４、６５の少なくとも一つである。
【００３７】
制御装置５は、温度センサ６０〜６５によって検出される電気信号（例えば電圧信号）を取得し、各信号値が通常の温度を示す正常値である場合には故障でないと判定し、正常値でない異常な数値である場合には故障であると判定する。故障状態とは、例えば、センサの検知部や通信線が、ショートしたり、断線したりしている状態と考えられる。このような場合には、各温度センサが検出する信号値は、通常ではありえない数値を示すものである。
【００３８】
ステップ１０で判定部５０が故障であると判定すると、燃料電池の温度を制御するための根本的な情報が正確に得られないことになるため、即時に燃料電池の廃熱を空調利用することを停止する。したがって、作動制御部５１は、ステップ１１でヒータ装置２５が運転中である場合はヒータ装置２５の運転を停止するように制御し、ステップ１２でポンプ２４の運転を停止するように制御する。さらに制御装置５は、特定の温度センサが故障状態である旨を履歴情報として記録し、本フローチャートを終了する。この履歴情報は、車両のメンテナンス時等に閲覧可能なデータであり、また、車両の表示画面等に表示されたり、通信機能によって外部のディーラー等の端末機に送信されたりするように構成してもよい。また、作動制御部５１は、ステップ１１とステップ１２の処理に加えて、ＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離すように三方弁２３の開度位置を制御してもよい。
【００３９】
このように水温センサの故障診断制御によれば、水温センサが故障したことで、燃料電池の廃熱をこのまま空調利用し続けても適正に空調利用できているか不明であるため、即時に空調利用を停止する。したがって、無駄な廃熱利用が継続されて、燃料電池を温度低下させてしまうことを防止することができる。
【００４０】
図６に示す三方弁の故障診断制御では、判定部５０は、ステップ２０で、三方弁２３の開度位置が不明である故障状態か否かを判定する。ステップ２０の判定処理は、例えばポテンショメータが故障することにより、開度位置がわからない状態であるか否かを判定する。
【００４１】
ステップ２０で判定部５０が、開度位置不明の故障であると判定すると、現在、ＦＣ回路１と空調用回路２とが連携しているのか、切り離されているのかわからない。このため、燃料電池の廃熱を利用するモード（連携モード）が行われているのか、利用していないモード（独立モード）が行われているのかが不明であるので、制御装置５は、空調用回路２における冷却水の流通を停止する処理を行う。具体的には、それぞれ、前述のステップ１１、ステップ１２、ステップ１３と同様の処理であるステップ２４、ステップ２５、ステップ２６を実行し、本フローチャートを終了する。ステップ２６では、制御装置５は、三方弁２３が開度位置不明の故障状態である旨を履歴情報として記録する。
【００４２】
一方、ステップ２０で判定部５０が、開度位置不明の故障ではないと判定すると、次にステップ２１で開度位置が固定されてしまって変更することができないロック故障であるか否かを判定する。ステップ２１で判定部５０が、ロック故障でないと判定すると、ステップ２０に戻り以降の処理を実行する。ステップ２１で、ロック故障であると判定すると、さらにステップ２２でその固定位置が、単独モードを実施する位置であるか否かを判定する。ステップ２２で判定部５０が、単独モード実施位置でのロック故障でないと判定すると、連携モード実施位置に固定された故障であるため、前述のステップ２４、ステップ２５、ステップ２６を実行し、本フローチャートを終了する。この場合のステップ２６では、制御装置５は、三方弁２３が連携モード実施位置に固定された故障状態である旨を履歴情報として記録する。
【００４３】
ステップ２２で判定部５０が、単独モード実施位置でのロック故障であると判定すると、単独モードに固定されているため、このまま空調運転を継続しても、燃料電池の廃熱を利用しないので、燃料電池の温度低下を招くことない。したがって、作動制御部５１は、ステップ２３で、通常の空調運転を行うべく、自動空調時の演算処理結果に応じて、各モードドア用のアクチュエータ、送風機４１のブロワモータのモータ駆動回路、コンプレッサ３０の電圧制御等への制御信号を制御する。そしてステップ２６に進み、制御装置５は、単独モード実施位置に固定された故障状態である旨を履歴情報として記録し、本フローチャートを終了する。
【００４４】
図７に示す空調用のポンプの故障診断制御では、判定部５０は、ステップ３０で、ポンプ２４が運転不能で停止したままの故障状態か否かを判定する。ステップ３０の判定処理では、例えば温度センサ６４等による検出温度が上昇しない場合に、ポンプ２４が運転不能状態であると判定できる。
【００４５】
ステップ３０で判定部５０が、停止したままの故障状態であると判定すると、ヒータ装置２５による加熱が行われていると、ヒータコア２６においていつまでも空気加熱が行われることになる。このため、制御装置５は、ステップ３４でヒータ装置２５が運転中である場合はヒータ装置２５の運転を停止するように制御する。そしてステップ３５に進み、制御装置５は、ポンプ２４が運転不能の故障状態である旨を履歴情報として記録し、本フローチャートを終了する。また、作動制御部５１は、ステップ３４の処理に加えて、ＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離すように三方弁２３の開度位置を制御してもよい。
【００４６】
一方、ステップ３０で判定部５０が、停止したままの故障状態でないと判定すると、次にステップ３１でポンプ２４が停止不能の故障状態であるか否かを判定する。ステップ３１で判定部５０が、停止不能の故障状態でないと判定すると、ステップ３０に戻り以降の処理を実行する。ステップ３１で、停止不能の故障状態であると判定すると、冷却水が循環通路２０を流通し続けることになるため、燃料電池の廃熱利用を停止する必要がある。したがって、ステップ３２で、作動制御部５１は、ＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離す単独モード運転を実施するように三方弁２３の開度位置を制御する。
【００４７】
さらに、作動制御部５１は、ステップ３３で、空調運転を継続すべく、自動空調時の演算処理結果に応じて、各モードドア用のアクチュエータ、送風機４１のブロワモータのモータ駆動回路、コンプレッサ３０の電圧制御等への制御信号を制御する。そしてステップ３５に進み、制御装置５は、ポンプ２４が停止不能の故障状態である旨を履歴情報として記録し、本フローチャートを終了する。
【００４８】
図８に示すヒータ装置の故障診断制御では、判定部５０は、ステップ４０で、ヒータ装置２５が運転不能で停止したままの故障状態か否かを判定する。ステップ４０の判定処理では、例えば、ヒータ装置２５を運転状態に制御しているのに温度センサ６４等による検出温度が所望の温度まで上昇しない場合に、ヒータ装置２５が運転不能状態であると判定できる。
【００４９】
ステップ４０で判定部５０が、運転不能の故障状態であると判定すると、ヒータ装置２５による補助加熱が得られないため、必要以上に燃料電池から熱を奪ってしまう可能性がある。このため、制御装置５は、ステップ４３でポンプ２４の運転を停止するように制御する。そしてステップ４４に進み、制御装置５は、ヒータ装置２５が運転不能の故障状態である旨を履歴情報として記録し、本フローチャートを終了する。また、作動制御部５１は、ステップ４３の処理に加えて、ＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離すように三方弁２３の開度位置を制御してもよい。
【００５０】
一方、ステップ４０で判定部５０が、運転不能の故障状態でないと判定すると、次にステップ４１でヒータ装置２５が停止不能の故障状態であるか否かを判定する。ステップ４１で判定部５０が、停止不能の故障状態でないと判定すると、ステップ４０に戻り以降の処理を実行する。ステップ４１で、停止不能の故障状態であると判定すると、ヒータ装置２５によって冷却水を加熱しっぱなしになるため、ステップ４２で制御装置５は、ポンプ２４の運転を停止するように制御する。そしてステップ４４に進み、制御装置５は、ヒータ装置２５が停止不能の故障状態である旨を履歴情報として記録し、本フローチャートを終了する。
【００５１】
また、この場合、ＦＣ回路１と空調用回路２との関係は単独モードでも連携モードでもよい。仮に連携モードである場合は、ヒータコア２６において熱を奪いすぎると、温度センサ６１の検出温度が下がるため、単独モードに切り換わるように三方弁２３が制御されることになる。
【００５２】
次に、第１実施形態の空調システム１００がもたらす作用効果について説明する。空調システム１００は、ＦＣ回路１、空調用回路２、及び制御装置を備える。空調システム１００は、ＦＣ回路１と空調用回路２とを連通させた状態の連携モード運転とＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離した状態の独立モード運転と、を切り換える三方弁２３を備える。制御装置５は、三方弁２３の作動を制御して連携モード運転と独立モード運転とを少なくとも実施する。空調システム１００は、空調用のポンプ２４、三方弁２３、電池用の温度センサ６４、６５及び空調用の温度センサ６０〜６３を含む故障判定対象部品のうち、少なくとも一つの部品について故障の有無を判定する。制御装置５は、故障判定対象部品の少なくとも一つについて故障であると判定した場合は、ポンプ２４の運転停止または独立モード運転を実施する。
【００５３】
これによれば、列記する故障判定対象部品のうち、少なくとも一つの部品について故障がある場合に、無駄な運転の継続によって燃料電池の熱を奪いすぎてその能力低下を引き起こさないように、直ちに対処するシステムを提供できる。例えば、三方弁２３、電池用の温度センサ６４、６５、空調用の温度センサ６０〜６３の少なくとも一つが故障であると判定すると空調用のポンプ２４を停止することにより、故障発生時に、燃料電池が温度低下してしまうことを迅速にくい止めることができる。また、ポンプ２４に故障がある場合には、独立モード運転を実施することで、故障発生時に、燃料電池が温度低下してしまうことを迅速にくい止めることができる。したがって、空調システム１００によれば、空調機能部品の故障時に、燃料電池の温度低下を抑制可能なシステムを提供できる。
【００５４】
また、制御装置５は、三方弁２３について故障であると判定した場合は、空調用のポンプ２４の運転停止を実施する。これによれば、三方弁２３が故障であるときは、現在、連携モード運転であるか独立モード運転であるかが不明なことがある。この場合、いずれのモードであるかにかかわらず、冷却水の流通を停止することで、余計な廃熱利用を迅速かつ確実に停止することができる。
【００５５】
また、制御装置５は、空調用のポンプ２４について故障であると判定した場合は、独立モード運転を実施する。これによれば、現在、ＦＣ回路１から空調用回路２への廃熱利用が実施されているか否かにかかわらず、独立モード運転によって、ＦＣ回路１と空調用回路２とを切り離すことにより、制御不能になった状況での廃熱利用を迅速かつ確実に停止することができる。この制御によれば、例えば、空調用のポンプ２４が停止不能である場合、流量制御が不能である場合に的確な対処を可能にする。
【００５６】
また、空調システム１００は、空調用回路２を循環する冷却用流体を加熱するヒータ装置２５を備える。制御装置５は、加熱能力不足または加熱不能によるヒータ装置２５の故障であると判定した場合は、空調用のポンプ２４の運転停止を実施する。これによれば、空調においてヒータ装置２５による補助加熱が得られないため、例えば、燃料電池から余分に熱を奪ってしまい、一時的であっても燃料電池の温度低下をもたらしてしまい、無駄な運転を行われてしまう。そこで、空調用のポンプ２４を停止することにより、余計な廃熱利用を迅速かつ確実に停止することができる。
【００５７】
また、制御装置５は、電池用の温度センサ６４、６５または空調用の温度センサ６０〜６３について故障であると判定した場合は、ヒータ装置２５の運転停止及び空調用のポンプ２４の運転停止を実施する。これによれば、ＦＣ回路１から空調用回路２への廃熱利用を制御するための重要なファクタである冷却水の温度が不正確な場合には、空調用回路２における冷却水の流通と補助加熱を停止する。これにより、適正で、効率的な廃熱利用がなされているのか不明な状況を、迅速かつ確実に回避することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。
【００５９】
前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００６０】
前述の実施形態におけるＦＣ廃熱利用制御では、図５、図６、図７、図８のそれぞれに示した故障診断に関する処理のうち、制御装置５は、少なくとも一つを実行するようにしてもよい。すなわち、水温センサの故障診断、三方弁２３の故障診断、空調用のポンプ２４の故障診断、ヒータ装置２５の故障診断、のうち、いずれか一つを実行する制御としてもよいし、二つ以上の診断を実行する制御としてもよい。
【００６１】
前述の実施形態において、制御装置５は、ポンプ２４、三方弁２３を制御する作動制御部５１と、各機能部品について故障の有無を判定する判定部５０と、を備える装置であるが、作動制御部５１と判定部５０とは別々の装置に搭載される構成でもよい。すなわち、作動制御部５１の機能を有する制御装置と判定部５０の機能を有する制御装置とが、一つの装置を構成することに限定されない。
【００６２】
また、前述の実施形態の制御装置５は、空調ＥＣＵと一体である共通の制御装置であり、または空調ＥＣＵそのものであるが、制御装置５は、空調ＥＣＵとは別体の制御装置であって、空調ＥＣＵと通信可能に構成される制御装置であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…燃料電池冷却回路
２…空調用回路
５…制御装置
１２…燃料電池スタック（燃料電池）
１３…ポンプ（燃料電池用ポンプ）
２３…三方弁（切換手段）
２４…ポンプ（空調用ポンプ）
２６…ヒータコア（空調用熱交換器）
６０、６１、６２、６３…温度センサ（電池用温度センサ）
６４、６５…温度センサ（空調用温度センサ）
【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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【図８】
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