(57)【要約】【課題】電気ヒータなどの熱源を新たに設けることなくバッテリを暖機できる燃料電池車両を提供すること。【解決手段】燃料電池車両１は、燃料電池１０と、バッテリ２１と、バッテリ２１を収納するバッテリボックス２０と、を備え、このバッテリボックス２０は、燃料電池１０に対して車両後方側に設けられる。さらに、燃料電池車両１は、バッテリ温度ＴＢＡＴＴを検出するバッテリ温度センサ２９と、バッテリボックス２０のうち燃料電池１０側に設けられた吸気部２２の吸気口から、バッテリボックス２０内に空気を導入することでバッテリの温度を調整するファン２４と、バッテリ温度センサ２９により検出された温度が所定の判定温度以下である場合には、ファン２４を制御してバッテリ２１を暖機するバッテリ暖機制御を実行する制御装置４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を蓄電するバッテリと、
前記バッテリを収納するバッテリボックスと、を備える燃料電池車両であって、
前記バッテリボックスは、前記燃料電池に対して車両後方側に設けられ、
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
前記バッテリボックスのうち前記燃料電池側に設けられた吸気口から、当該バッテリボックス内に空気を導入することで前記バッテリの温度を調整する温度調整装置と、
前記燃料電池が発電している間において、前記温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度以下である場合には、前記温度調整装置を制御して前記バッテリを暖機するバッテリ暖機制御を実行する温度調整装置制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
前記バッテリの充放電量を算出するバッテリ充放電量算出手段をさらに備え、
前記温度調整装置制御手段は、前記バッテリ充放電量算出手段により算出された充放電量に基づいてバッテリ暖気制御を実行するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項３】
前記燃料電池、前記バッテリボックス、及び前記温度調整装置は、車両のフロアパネルと、当該フロアパネルの下方に設けられたアンダーカバーとの間に形成された単一の空間内に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池車両。
【請求項４】
前記温度調整装置制御手段は、
バッテリ暖機制御を開始した後、前記バッテリの温度が、バッテリ暖機制御開始時における温度よりも低い状態で所定の判定時間経過した場合には、当該バッテリ暖機制御を停止することを特徴とする請求項１から３の何れか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、燃料電池車両に関する。詳しくは、新たな熱源を設けることなくバッテリを暖機できる燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を動力源とする燃料電池車両では、燃料電池を起動する際において補機類に電力を供給したり、車両の加速時において駆動モータに補助的に電力を供給したりするためにバッテリが搭載される。しかしながら、氷点下起動時などバッテリが低温である場合には、内部抵抗が大きく、バッテリの充電及び放電ともに効率が低下してしまうため、燃費や加速性能が悪化してしまう。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、バッテリに流入する空気の流路の上流側に電気ヒータを設け、この電気ヒータでバッテリに流入する空気を加温することにより、バッテリを短時間で暖機する加温装置が示されている。
【特許文献１】特開２００３−３４１４４８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、特許文献１に示された加温装置では、車両に電気ヒータを設けるためのスペースを確保する必要がある。このため、車室内の快適性が損なわれたり、コストがかかったりする。
【０００５】
本発明は、上述した点を考慮してなされたものであり、電気ヒータなどの熱源を新たに設けることなくバッテリを暖機できる燃料電池車両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、発電を行う燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、前記燃料電池で発電した電力を蓄電するバッテリ（例えば、後述のバッテリ２１）と、前記バッテリを収納するバッテリボックス（例えば、後述のバッテリボックス２０）と、を備える燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両１，１Ａ）であって、前記バッテリボックスは、前記燃料電池に対して車両後方側に設けられ、前記バッテリの温度（例えば、後述のバッテリ温度ＴＢＡＴＴ）を検出する温度検出手段（例えば、後述のバッテリ温度センサ２９）と、前記バッテリボックスのうち前記燃料電池側に設けられた吸気口（例えば、後述の吸気部２２の吸気口）から、当該バッテリボックス内に空気を導入することで前記バッテリの温度を調整する温度調整装置（例えば、後述のファン２４）と、前記燃料電池が発電している間において、前記温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度（例えば、後述の判定温度ＴＴＨ）以下である場合には、前記温度調整装置を制御して前記バッテリを暖機するバッテリ暖機制御を実行する温度調整装置制御手段（例えば、後述の制御装置４０）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、燃料電池に対して車両後方側にバッテリボックスを設け、さらにこのバッテリボックスのうち燃料電池側に設けられた吸気口から、バッテリボックス内に空気を導入することでバッテリの温度を調整する温度調整装置を設けた。これにより、発電することで発熱した燃料電池を熱源として、この熱源により温められた空気を温度調整装置によりバッテリボックス内に導入することで、バッテリを暖機することができる。このように、この発明によれば、新たな熱源を設けたり、この熱源を設けるためのスペースを新たに確保したりすることなくバッテリを暖機できる。また、発電することで発生した熱を利用してバッテリを暖機することで、バッテリの暖機にかかるエネルギーコストを低減できる。
また、燃料電池が発電している間において、温度検出手段により検出されたバッテリの温度が所定の判定温度以下である場合には、温度調整装置を制御してバッテリを暖機するバッテリ暖機制御を実行する。このように、バッテリの暖機が必要な場合にのみ温度調整装置を制御することで、バッテリを効率的に暖機することができる。
【０００８】
この場合、前記バッテリの充放電量（例えば、後述のバッテリ充放電量ＱＢＡＴＴ）を算出するバッテリ充放電量算出手段（例えば、後述の制御装置４０、及び図３のステップＳ１の実行に係る手段）をさらに備え、前記温度調整装置制御手段は、前記バッテリ充放電量算出手段により算出された充放電量に基づいてバッテリ暖気制御を実行するか否かを判断することが好ましい。
【０００９】
この発明によれば、バッテリの充放電量を算出し、このバッテリ充放電量に基づいてバッテリ暖気制御を実行するか否かを判断する。バッテリは、充電量や放電量が大きいほどその発熱量が大きくなる。このため、バッテリの充放電量を算出することで、バッテリの温度上昇率、すなわち将来的なバッテリ温度を間接的に知ることができる。この発明によれば、バッテリの充放電量に基づいてバッテリ暖気制御の実行を判断することにより、バッテリの温度のみで判断した場合と比較して、より早期かつ確実に判断することができる。
【００１０】
この場合、前記燃料電池、前記バッテリボックス、及び前記温度調整装置は、車両のフロアパネル（例えば、後述のフロアパネル３０）と、当該フロアパネルの下方に設けられたアンダーカバー（例えば、後述のアンダーカバー３２，３２Ａ）との間に形成された単一の空間内に設けられることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、燃料電池、バッテリボックス、及び温度調整装置を、フロアパネルとアンダーカバーとの間に形成された単一の空間内に設けた。これにより、燃料電池で発電することにより温めた空気を、単一の空間内に滞留させることができる。したがって、バッテリの暖機の効率をさらに向上できる。
【００１２】
この場合、前記温度調整装置制御手段は、バッテリ暖機制御を開始した後、前記バッテリの温度が、バッテリ暖機制御開始時における温度よりも低い状態で所定の判定時間（例えば、後述の判定時間ｔＴＨ）経過した場合には、当該バッテリ暖機制御を停止することが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、バッテリ暖気制御を開始した後、バッテリの温度がバッテリ暖機制御開始時における温度よりも低い状態で所定の判定時間経過した場合には、バッテリ暖機制御を停止する。これにより、バッテリ暖機制御を実行することで、逆にバッテリの温度が過度に低下してしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、発電することで発熱した燃料電池を熱源として、この熱源により温められた空気を温度調整装置によりバッテリボックス内に導入することで、バッテリを暖機することができる。このように、この発明によれば、新たな熱源を設けたり、この熱源を設けるためのスペースを新たに確保したりすることなくバッテリを暖機できる。また、発電することで発生した熱を利用してバッテリを暖機することで、バッテリの暖機にかかるエネルギーコストを低減できる。また、バッテリの暖機が必要な場合にのみ温度調整装置を制御することで、バッテリを効率的に暖機することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池車両１の概略構成を示す側面図である。
燃料電池車両１は、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池１０と、バッテリ２１を収納するバッテリボックス２０と、制御装置４０と、を備える。
【００１６】
これら燃料電池１０及びバッテリボックス２０は、燃料電池車両１の車室の床となるフロアパネル３０の下方、すなわち車室外に設けられる。より具体的には、フロアパネル３０のうち、車幅方向の中央部には、車室内側へ向けて凸状に形成されたセンターコンソール３１が設けられており、燃料電池１０はこのセンターコンソール３１内に設けられている。また、図１中右方を車両後方として、バッテリボックス２０は、燃料電池１０に対して車両後方側に設けられている。
また、これら燃料電池１０及びバッテリボックス２０は、フロアパネル３０の下方に設けられたアンダーカバー３２により各々の底部から覆われている。これにより、燃料電池１０及びバッテリボックス２０は、フロアパネル３０とアンダーカバー３２との間に形成された単一の空間内に収められる。
【００１７】
燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）及びカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。この燃料電池１０は、図示しない反応ガス供給装置により、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。また、この燃料電池１０により発電された電力は、図示しない駆動モータに供給される。
また、この燃料電池１０には、燃料電池１０の温度ＴＦＣを検出する燃料電池温度センサ１１が接続されており、この燃料電池温度センサ１１の検出信号は、制御装置４０に入力される。
【００１８】
バッテリ２１は、燃料電池１０で発電した電力や、減速時における駆動モータからの回生電力などを蓄電する。また、バッテリ２１に蓄電された電力は、運転状態に応じて駆動モータに適宜供給される。
また、このバッテリ２１には、バッテリ２１の出力電流ＩＢＡＴＴを検出するバッテリ電流センサ２８と、バッテリ２１の温度ＴＢＡＴＴを検出する温度検出手段としてのバッテリ温度センサ２９とが接続されており、これらバッテリ電流センサ２８及びバッテリ温度センサ２９の検出信号は、制御装置４０に入力される。
【００１９】
バッテリボックス２０は、略箱状であり、その内部にはバッテリ２１が収納される。このバッテリボックス２０には、バッテリボックス２０の内部を換気するために、吸気部２２と排気部２３とが設けられている。
【００２０】
図２は、燃料電池車両１の概略構成を示す上面図である。
吸気部２２は、その吸気口を燃料電池１０側に向けてバッテリボックス２０に設けられる。これにより、発電を行うことで温められた燃料電池１０の周囲の空気を、吸気部２２を介してバッテリボックス２０の内部に導入することができる。またここで、吸気部２２の吸気口と燃料電池１０との間には、燃料電池１０の周囲の空気を導入する上で障害となるものが設けられないことが好ましい。
排気部２３は、バッテリボックス２０のうち吸気部２２と対向する位置に設けられる。
【００２１】
また、この排気部２３の排気口には、バッテリボックス２０の内部の空気を外部に排出する温度調整装置としてのファン２４が設けられている。すなわち、このファン２４を制御することにより、燃料電池１０の周囲の空気を、吸気部２２の吸気口を介してバッテリボックス２０の内部に導入し、バッテリ２１の温度を調整することができる。
【００２２】
ここで、これら燃料電池１０、バッテリボックス２０の内部、及びバッテリ２１の各々の温度の関係について説明する。
先ず、燃料電池車両１を起動した直後は、これらの温度は次のような関係になる。
燃料電池温度＝バッテリボックス内温度＝バッテリ温度＝外気温度
【００２３】
次に、燃料電池車両１の起動後、燃料電池１０の発電が開始すると、この燃料電池１０の昇温速度はバッテリ２１の昇温速度よりも速いため、これら温度は次のような関係になる。
燃料電池温度＞バッテリボックス内温度＞バッテリ温度＞外気温度
すなわち、燃料電池１０の温度は、バッテリ２１の温度よりも高い。したがって、このような状態でファン２４を駆動し、燃料電池１０の周囲の空気をバッテリボックス２０の内部に導入することにより、バッテリ２１を暖機することができる。
【００２４】
図１に戻って、制御装置４０は、燃料電池温度センサ１１、バッテリ電流センサ２８、及びバッテリ温度センサ２９などからの入力に基づいて、ファン２４を制御し、バッテリ２１を暖機するバッテリ暖機制御を実行する。
【００２５】
図３は、制御装置によるファンの制御の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示す制御は、燃料電池が発電している間において、所定の時間ごとに行われる。
【００２６】
ステップＳ１では、バッテリ電流センサにより検出されたバッテリの出力電流ＩＢＡＴＴに基づいてバッテリの充放電量ＱＢＡＴＴを算出し、ステップＳ２に移る。
ステップＳ２では、バッテリ充放電量ＱＢＡＴＴが所定の判定量ＱＴＨ以下であるかを判別し、この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ３に移り、ＮＯの場合にはステップＳ５に移る。より具体的には、このステップＳ２では、バッテリの充放電量が増加するに従いバッテリの温度上昇率も増加することに基づき、算出されたバッテリ充放電量ＱＢＡＴＴが判定量ＱＴＨ以下である場合にはバッテリ暖機制御を実行する必要があると判断してステップＳ３に移り、バッテリ充放電量ＱＢＡＴＴが判定量ＱＴＨより大きい場合にはバッテリ暖機制御を実行する必要がないとしてステップＳ５に移る。
【００２７】
ステップＳ３では、バッテリ温度センサにより検出されたバッテリ温度ＴＢＡＴＴが所定の判定温度ＴＴＨ以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳである場合には、ステップＳ４に移り、ＮＯである場合には、ステップＳ５に移る。
【００２８】
ステップＳ４では、バッテリ暖機制御を実行、すなわちファンを駆動し、さらにバッテリ暖機制御実行フラグを「１」に更新し、この処理を終了する。ここで、バッテリ暖機制御実行フラグは、バッテリ暖機制御を実行していることを示すフラグであり、後述のステップＳ５及び図４のステップＳ１４において、「０」に更新される。また、このバッテリ暖機制御実行フラグは、イグニッションスイッチをオンにした直後は「０」に設定される。
ステップＳ５では、バッテリ暖気制御を停止、すなわちファンを停止し、さらにバッテリ暖機制御実行フラグを「０」に更新し、この処理を終了する。
【００２９】
図４は、制御装置によるバッテリ暖機制御の停止制御の手順を示すフローチャートである。なお、この停止制御は、所定の時間ごとに行われる。
ステップＳ１１では、バッテリ暖機制御フラグが「１」であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１２に移り、ＮＯの場合にはこの処理を終了する。
ステップＳ１２では、バッテリ温度低下状態であるか否かを判別する。ここで、バッテリ温度低下状態とは、バッテリ暖機制御開始時におけるバッテリの温度をバッテリ初期温度として、バッテリ温度センサにより検出されたバッテリ温度ＴＢＡＴＴが、このバッテリ初期温度以下である状態を示す。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１３に移り、ＮＯの場合にはこの処理を終了する。
ステップＳ１３では、バッテリ温度低下状態で所定の判定時間ｔＴＨ経過したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ１４に移り、ＮＯの場合にはこの処理を終了する。
ステップＳ１４では、バッテリ暖機制御を停止、すなわちファンを停止し、さらにバッテリ暖機制御実行フラグを「０」に更新し、停止制御を終了する。
【００３０】
本実施形態の燃料電池車両１によれば、以下の効果を奏することができる。
燃料電池１０に対して車両後方側にバッテリボックス２０を設け、さらにこのバッテリボックス２０のうち燃料電池１０側に設けられた吸気部２２の吸気口から、バッテリボックス２０内に空気を導入することでバッテリ２１の温度を調整するファン２４を設けた。これにより、発電することで発熱した燃料電池１０を熱源として、この熱源により温められた空気をファン２４によりバッテリボックス２０内に導入することで、バッテリ２１を暖機することができる。このように、本実施形態によれば、新たな熱源を設けたり、この熱源を設けるためのスペースを新たに確保したりすることなくバッテリ２１を暖機できる。また、発電することで発生した熱を利用してバッテリ２１を暖機することで、バッテリ２１の暖機にかかるエネルギーコストを低減できる。
また、燃料電池１０が発電している間において、バッテリ温度センサ２９により検出されたバッテリ２１の温度ＴＢＡＴＴが判定温度ＴＴＨ以下である場合には、ファン２４を制御してバッテリ２１を暖機するバッテリ暖機制御を実行する。このように、バッテリ２１の暖機が必要な場合にのみファン２４を制御することで、バッテリ２１を効率的に暖機することができる。
【００３１】
また、バッテリ２１の充放電量ＱＢＡＴＴを算出し、このバッテリ充放電量ＱＢＡＴＴに基づいてバッテリ暖気制御を実行するか否かを判断する。バッテリは充電量や放電量が大きいほど発熱量が大きくなる。このため、バッテリの充放電量ＱＢＡＴＴを算出することで、バッテリの温度上昇率を間接的に知ることができる。本実施形態によれば、バッテリ２１の充放電量ＱＢＡＴＴに基づいてバッテリ暖気制御の実行を判断することにより、バッテリの温度ＴＢＡＴＴのみで判断した場合と比較して、より早期かつ確実に判断することができる。
【００３２】
また、燃料電池１０、バッテリボックス２０、及びファン２４を、フロアパネル３０とアンダーカバー３２との間に形成された単一の空間内に設けた。これにより、燃料電池１０で発電することにより温めた空気を、単一の空間内に滞留させることができる。したがって、バッテリ２１の暖機の効率をさらに向上できる。
【００３３】
また、バッテリ暖気制御を開始した後、バッテリ２１がバッテリ初期温度よりも低い状態で判定時間ｔＴＨ経過した場合には、バッテリ暖機制御を停止する。これにより、バッテリ暖機制御を実行することで、逆にバッテリの温度が過度に低下してしまうことを防止することができる。
【００３４】
＜変形例＞
図５は、上記実施形態の変形例の燃料電池車両１Ａの概略構成を示す側面図である。
変形例の燃料電池車両１Ａは、アンダーカバー３２Ａの構成が上記実施形態の燃料電池車両１と異なる。
アンダーカバー３２Ａは、燃料電池１０をその底部から覆う第１アンダーカバー３２１Ａと、バッテリボックス２０をその底部から覆う第２アンダーカバー３２２Ａと、を含んで構成される。したがって、燃料電池１０及びバッテリボックス２０は、上記実施形態と同様に、フロアパネル３０と第１アンダーカバー３２１Ａ及び第２アンダーカバー３２２Ａとの間に形成された単一の空間内に収められる。
この変形例によれば、アンダーカバー３２Ａを複数のカバーで構成することにより、メンテナンス性を向上できる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、バッテリボックス２０のうち吸気部２２と対向する位置に排気部２３を設けたが、排気部を設ける位置はこれに限らない。
【００３６】
また、上記実施形態では、バッテリ充放電量ＱＢＡＴＴが判定量ＱＴＨ以下であり、かつ、バッテリ温度ＴＢＡＴＴが判定温度ＴＴＨ以下であることを条件としてバッテリ暖機制御を実行したが、これに限らない。例えば、燃料電池温度センサ１１により検出された燃料電池温度ＴＦＣが所定の判定温度ＴＴＨＦＣより大きいことを、バッテリ暖気制御を実行するための条件として、上記２つの条件に加えてもよい。このような条件を加えることにより、バッテリ暖機制御を実行することで、バッテリの温度が低下するのをより効果的に防止できる。
【００３７】
また、上記実施形態では、バッテリ暖機制御を実行してから、バッテリ温度低下状態で判定時間ｔＴＨ経過した場合には、バッテリ暖機制御を停止したが、これに限らない。例えば、外気温度を検出する外気温度センサをさらに設け、この外気温度センサにより検出された外気温度が所定の判定温度以下である場合に、バッテリ暖機制御を停止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池車両の概略構成を示す側面図である。
【図２】上記実施形態に係る燃料電池車両の概略構成を示す上面図である。
【図３】上記実施形態に係る制御装置によるファン制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】上記実施形態に係る制御装置によるファン停止制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】上記実施形態の変形例の燃料電池車両の概略構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ…燃料電池車両
１０…燃料電池
２０…バッテリボックス
２１…バッテリ
２２…吸気部
２３…排気部
２４…ファン（温度調整装置）
２９…バッテリ温度センサ（温度検出手段）
３０…フロアパネル
３２，３２Ａ…アンダーカバー
４０…制御装置（温度調整装置制御手段）
【図１】
2009193695.tif 000003
【図２】
2009193695.tif 000004
【図３】
2009193695.tif 000005
【図４】
2009193695.tif 000006
【図５】
2009193695.tif 000007