CN103975472B - 燃料电池车辆空调设备和其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池车辆空调设备，包括：冷却系统(500)，其调节燃料电池(2)的温度；废热回收单元(61)，其回收来自燃料电池(2)的废热的至少一部分并利用回收的废热为燃料电池车辆的车室内部供暖；和热产生单元(2)，其产生用于燃料电池车辆供暖的热。燃料电池车辆空调设备计算燃料电池(2)产生是供暖发电量和行驶发电量的总和的总发电量所需的燃料消耗量，计算是使燃料消耗量达到最小的燃料电池(2)的温度的最佳温度，并控制冷却系统(500)使得燃料电池(2)的温度达到最佳温度。

Description

燃料电池车辆空调设备和其控制方法
技术领域
本发明涉及应用于燃料电池车辆的空调设备以及其控制方法。
背景技术
在常规的用于包括作为行驶驱动源的燃料电池的燃料电池车辆的空调设备中，通过将来自用于冷却燃料电池的高温冷却水的热或者换句话说来自燃料电池的废热供应到用于为车室内部供暖的加热器芯，来提高供暖效果。
这种类型的常规的燃料电池车辆空调设备包括：操作状态检测装置，该操作状态检测装置用于检测或预测车辆停止状态；和热状态检测装置，所述热状态检测装置用于检测燃料电池温度和燃料电池系统中的储存热量、也就是能够用来供暖的热量中的至少一个。在空调设备中，当在操作期间检测或预测到车辆停止状态时，在加热器芯回收的燃料电池废热量根据热状态检测装置的输出变化(例如，参见日本专利申请公开第2004-146144(JP-2004-146144A)号)。
根据JP-2004-146144A中描述的相关技术，用于供暖的废热量根据燃料电池系统的热状态变化，因此能够避免从燃料电池系统过度提取热。其结果是，燃料电池能够被维持在能使燃料电池有效率地操作的温度，燃料电池能够在临时停止之后被迅速重新激活，使得能够提取用于车辆的动力。因此，能够在怠速停止期间借助于简单的构造来执行供暖。
然而，在JP-2004-146144中描述的相关技术中，没有设想在燃料电池车辆的正常操作期间使用储存在用于执行供暖的燃料电池系统中的废热。
此外，在燃料电池车辆中，当在正常操作期间来自燃料电池的剩余废热单纯储存在燃料电池系统中时，燃料电池的温度升高超过燃料电池能够有效率地操作的温度。其结果是，燃料电池的发电效率可能降低，导致车辆的燃料效率劣化。
发明内容
本发明提供一种燃料电池车辆空调设备以及其控制方法，利用该燃料电池车辆空调设备以及其控制方法，能够在该燃料电池车辆的正常操作期间执行供暖，同时抑制车辆的燃料效率劣化。
本发明的第一方面是一种燃料电池车辆空调设备，包括：燃料电池，该燃料电池通过氧化剂气体和燃料气体之间的电化学反应发电；冷却系统，该冷却系统调节该燃料电池的温度；废热回收单元，该废热回收单元经由该冷却系统回收来自该燃料电池的至少部分废热，并利用回收的废热为该燃料电池车辆的车室内部供暖；热产生单元，该热产生单元产生用于为该燃料电池车辆供暖的热；以及控制设备。该控制设备包括：储存热量计算单元，该储存热量计算单元被构造成计算该燃料电池中的储存热量；基准时间所需供暖热量计算单元，该基准时间所需供暖热量计算单元被构造成计算所需供暖热量，该所需供暖热量是执行所需供暖达预定基准时间所需的热量；供暖发电量计算单元，该供暖发电量计算单元被构造成在该所需供暖热量和该燃料电池中的储存热量的基础上计算供暖发电量，该供暖发电量是待由该热产生单元执行的供暖所需的该燃料电池的发电量；行驶发电量计算单元，该行驶发电量计算单元被构造成计算行驶发电量，该行驶发电量是该燃料电池车辆行驶所需的该燃料电池的发电量；最佳温度计算单元，该最佳温度计算单元被构造成计算该燃料电池产生总发电量所需的燃料消耗量，并计算最佳温度，该总发电量是该供暖发电量和该行驶发电量的总和，该最佳温度是使该燃料消耗量达到最小的该燃料电池的温度；以及控制单元，该控制单元被构造成控制该冷却系统，使得该燃料电池的温度达到该最佳温度。
本发明的第二方面涉及一种用于燃料电池车辆空调设备的控制方法，该燃料电池车辆空调设备具有燃料电池，该燃料电池通过氧化剂气体和燃料气体之间的电化学反应发电；冷却系统，该冷却系统调节该燃料电池的温度；废热回收单元，该废热回收单元经由该冷却系统回收来自该燃料电池的废热的至少一部分，并利用回收的废热为该燃料电池车辆的车室内部供暖；以及热产生单元，该热产生单元产生用于为该燃料电池车辆供暖的热。该控制方法包括：计算该燃料电池中的储存热量；计算所需供暖热量，该所需供暖热量是执行所需供暖达预定基准时间所需的热量；在该所需供暖热量和该燃料电池中的储存热量的基础上计算供暖发电量，该供暖发电量是待由该热产生单元执行的供暖所需的该燃料电池的发电量；计算行驶发电量，该行驶发电量是该燃料电池车辆行驶所需的该燃料电池的发电量；计算该燃料电池产生总发电量所需的燃料消耗量，并计算最佳温度，该总发电量是该供暖发电量和该行驶发电量的总和，该最佳温度是使该燃料消耗量达到最小的该燃料电池的温度；并且控制该冷却系统，使得该燃料电池的温度达到该最佳温度。
根据上述构造，燃料消耗量能够通过计算最佳温度，并控制冷却系统使得燃料电池的温度达到最佳温度，该最佳温度是使该燃料电池产生总发电量所需的燃料消耗量达到最小的该燃料电池的温度，该总发电量是该供暖发电量和该行驶发电量的总和，其结果是，车辆燃料效率的劣化能够被抑制。另外，这种控制不仅在车辆执行怠速停止时执行，还在正常操作期间执行，因此供暖能在正常操作期间在燃料电池车辆中执行。其结果是，能在正常操作期间在燃料电池车辆中执行供暖同时抑制车辆燃料效率劣化。
当该燃料电池的温度超过该最佳温度时，该控制单元可以被构造成执行控制以将该燃料电池的温度降低到最佳温度。
当该燃料电池的温度低于该最佳温度时，该控制单元可以被构造成执行控制以将来自该燃料电池的废热储存在该燃料电池中。
根据以上构造，当燃料电池的温度低于最佳温度时，通过将燃料电池的废热储存在燃料电池中，燃料电池的温度能够朝向最佳温度升高。其结果是，能够更可靠地抑制车辆的燃料效率的劣化。
该热产生单元可以通过使该燃料电池的发电效率降低到低于正常操作的发电效率来增加从该燃料电池放出的热量。
该热产生单元可以是电加热器。该热产生单元还可以是通过燃烧燃料产生热的燃烧式加热器。
该所需供暖热量计算单元可以被构造成在由乘员设定的车室内部的目标温度、作为在车室外部的温度的车室外部温度、作为在车室内部的温度的车室内部温度以及进入车室内部的太阳辐射量中的至少一个的基础上计算所需供暖热量。
该储存热量计算单元可以被构造成在该燃料电池的温度、该冷却系统的热容量和该燃料电池呈现预定发电能力的最低温度中的至少一个的基础上计算该燃料电池中的储存热量。
附图说明
本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义将在下面参照附图描述，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示出根据本发明的实施例的燃料电池车辆空调设备的整体构造图；
图2是示出燃料电池车辆空调设备的电气控制单元的方框图；
图3是示出由燃料电池车辆空调设备执行的控制处理的流程图；
图4是示出计算在图3的步骤S4中使用的基准时间所需供暖热量Qac的视图；
图5是示出在图3的步骤S7中使用的用于计算低效率操作模式平均输出Peh的控制图的视图；
图6是示出在燃料电池温度和燃料电池2的总输出之间的关系的特性曲线图；以及
图7是示出在图3的步骤S10中使用的用于计算最佳温度Tfcc的控制图的视图。
具体实施方式
在下文中将在图1至图7的基础上描述本发明的实施例。图1是示出根据本实施例的燃料电池车辆空调设备的整体构造图。燃料电池车辆空调设备1被应用到所谓的燃料电池车辆，该燃料电池车辆是电动车辆的一种类型。
如图1所示，燃料电池车辆空调设备1包括燃料电池2，燃料电池2通过空气(氧化剂气体)和氢(燃料气体)之间的电化学反应发电。燃料电池2以堆叠结构形成，其中堆叠了当被供应空气和氢时发电的多个单电池。
由燃料电池2产生的直流电力的一部分由第一逆变器21转换为交流电流，并被供应到诸如车辆行驶电动机22的各种电负载。由燃料电池2产生的直流电力的另一部分由直流-直流(DC/DC)转换器23升压和降压，并被充电至用作电力存储单元的二次电池24。另外，通过DC/DC转换器23升压和降压的电力的一部分由第二逆变器25转换成交流电流，并被供应到下文将描述的空气泵42的空气泵电动机26。
根据本实施例的燃料电池车辆在减速和下坡行驶期间使用车辆行驶电动机22等执行再生制动。从再生制动获得的再生电力被储存在二次电池24中。
氢供应管30和氢排出管31连接到燃料电池2，氢供应管30用于将氢供应各个单电池，氢排出管31将残留在各个单电池内部的所产生的水和氮与未反应的氢一起排放到燃料电池2的外部。根据本实施例的氢供应管30和氢排出管31经由氢循环管32彼此连接。
填充有高压氢的高压氢罐33设置在氢供应管30的最上游部分中。另外，氢压力调节阀34设置于在高压氢罐33和燃料电池2之间的氢供应管30中，氢压力调节阀34将供应到燃料电池2的氢的压力调节至预定的压力。
用于将氢排放到燃料电池2的外部的排出阀35设置在氢排出管31中。当排出阀35打开时，氢、蒸汽(或水)和杂质从燃料电池2的氢电极侧通过氢排出管31排出。杂质包括从燃料电池2的空气电极侧经过电解质膜到达燃料电池2的氢电极侧的氮和氧。
氢循环管32从在排出阀35的上游的氢排出管31分支，并连接到在氢压力调节阀34的下游的氢供应管30。其结果是，流出燃料电池2的包含未反应的氢的燃料废气被循环并且从而被再供应到燃料电池2。另外，使燃料废气循环到氢供应管30的氢循环泵36设置在氢循环管32中。
此外，空气供应管40和空气排出管41连接到燃料电池2，空气供应管40用于将空气供应到各个单电池，空气排出管31将残留在各个单电池内部的所产生的水与空气一起排放到燃料电池2的外部。
空气泵42设置在空气供应管40中，作为将空气泵送到燃料电池2的泵送单元。空气泵42是电动泵，其中设置在形成泵室的壳体中的叶轮由空气泵电动机26驱动。
空气泵电动机26是交流电动机，空气泵电动机26的操作(旋转速度)由从第二逆变器25输出的交流电压控制。此外，第二逆变器25以对应于从下文将描述的控制设备8输出的控制信号的频率输出交流电压。通过以这种方式控制旋转速度，来控制空气泵42的空气泵送。
此外，空气压力调节阀43设置在空气排出管41中，空气压力调节阀43将在燃料电池2的空气电极侧的空气的压力(背压)调节至预定压力。根据从控制设备8输出的控制信号来控制空气压力调节阀43的操作。
燃料电池车辆空调设备1包括冷却系统500，冷却系统500通过将冷却水供应到燃料电池2来控制燃料电池2的温度。冷却系统500包括冷却水循环回路5，冷却水循环回路5使冷却水循环/供应到燃料电池2。
冷却水循环回路5包括：冷却水循环流路51，冷却水循环流路51使冷却水循环/供应到燃料电池2和在下文将描述的散热器55；旁通流路52，旁通流路52防止冷却水流入散热器55；冷却水循环泵53，冷却水循环泵53使冷却水循环到冷却水循环流路51、旁通流路52等；电动三通阀54，电动三通阀54控制冷却水循环通过的流路；等。
散热器55设置在冷却水循环流路51中。散热器55用作放热用热交换器，该放热用热交换器通过执行在冷却水和从空气吹送风扇吹送的吹送空气之间的热交换从冷却水放热。此外，检测冷却水温度Tw的冷却水温度传感器56设置于在燃料电池2的出口侧的冷却水循环流路51中。
冷却水循环泵53是将冷却水通过冷却水循环回路5泵送到燃料电池2的电动泵。冷却水循环泵53的旋转速度(流速)由从控制设备8输出控制信号控制。
三通阀54用作用于在冷却水循环流路51和旁通流路52之间切换的回路切换单元。三通阀54的操作由从控制设备8输出的控制电压控制。
更具体而言，三通阀54包括形成第一入口、第二入口和出口的三个阀。三通阀54的第一入口经由冷却水循环流路51连接到散热器55的出口侧，三通阀54的第二入口连接到旁通流路52的出口。三通阀54的出口经由冷却水循环流路51连接到冷却水循环泵53的入口侧。
在三通阀54中，当冷却水的温度低时(例如，当燃料电池2需要被加热时)，第一入口被关闭而第二入口被打开。其结果是，冷却水循环以经过旁通流路52而不经过散热器55，因此冷却水的温度上升。另一方面，当冷却水的温度高时(例如，当冷却水的温度超过燃料电池2能够稳定操作的上限温度时)，第一入口被打开而第二入口被关闭。其结果是，冷却水由散热器55冷却，使得冷却水的温度降低。
将冷却水供应到加热器芯61的加热器芯循环流路6连接到冷却水循环回路5。与旁通流路52在冷却水循环回路5中的分支点相比，加热器芯循环流路6在冷却水的流动方向上的更上游侧从冷却水循环回路5分支。换句话说，加热器芯循环流路6的入口侧在旁通流路52的分支点和冷却水温度传感器56之间连接到冷却水循环回路5。加热器芯循环流路6的出口侧在三通阀54和冷却水循环泵53之间连接到冷却水循环回路5。
此外，加热器芯61和切断阀62设置在加热器芯循环流路6中。切断阀62和加热器芯61从加热器芯循环流路6的上游侧在冷却水的流动方向上以此顺序设置。
加热器芯61用作供暖热交换器，该供暖热交换器通过在由吹送机(未示出)吹送的空气(空调空气)和冷却水之间执行热交换来加热该吹送空气。加热器芯61还用作废热回收单元，该废热回收单元用于通过经由冷却系统500回收来自燃料电池2的废热的至少一部分来为燃料电池车辆供暖。
切断阀62是切断或允许将冷却水从冷却水循环流路51供应到加热器芯61的电控阀。切断阀62的操作由从控制设备8输出的控制电压控制。
接下来，将使用图2描述根据本实施例的电气控制系统。图2是示出根据本实施例的燃料电池车辆空调设备的电气控制系统的方框图。
如图2所示，控制设备8通过包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等的常规微型计算机和其外围电路构成。控制设备8通过在存储在ROM中的空调控制程序的基础上执行各种计算和处理，来控制连接到其输出侧的各种装置的操作。
各个逆变器21、25、DC/DC转换器23、各个压力调节阀34、43、排出阀35、各个循环泵36、53、空气泵42、三通阀54、空气吹送扇55a和切断阀62等连接到控制设备8的输出侧。
另外，检测燃料电池2的输出电流的电流传感器27、检测燃料电池2的输出电压的电压传感器28、检测车室外部温度(外部空气温度)Tam的外部空气温度传感器(车室外部温度检测单元)81、检测车室内部温度(内部空气温度)Tr的内部空气温度传感器(车室内部温度检测单元)82、检测进入车室内部的太阳辐射量Ts的太阳辐射传感器(太阳辐射量检测单元)83等连接到控制设备8的输入侧。
此外，来自设置于在车室内部的前部的仪表面板附近设置的操作面板9上的各种空调操作开关的操作信号被输入到控制设备8的输入侧。更具体而言，操作面板9设置有燃料电池车辆空调设备1的操作开关91、车室内部温度设定开关92、显示燃料电池车辆空气调节设备1的当前操作状态等的显示单元93等。车室内部温度设定开关92用作响应于乘员操作来设定车室内部目标温度Tset的目标温度设定单元。
用于控制连接到控制设备8的输出侧的各个控制对象装置的控制单元被整体形成到控制设备8中，用于控制各个控制对象装置的操作的构造(硬件和软件)构成用于控制各个控制对象装置的操作的控制单元。
接下来，将使用图3说明具有上述构造的根据本实施例的燃料电池车辆空调设备1的操作。图3是示出由根据本实施例的燃料电池车辆空调设备1执行的控制处理的流程图。当燃料电池车辆空调设备1的操作开关91被切换到开启时开始控制处理。
首先，在步骤S1中，检测燃料电池的温度(下文将称为燃料电池温度Tfc)。更具体而言，由冷却水温度传感器56检测在燃料电池2的出口侧的冷却水温度Tw。接下来，在步骤S2中，确定在步骤S1中检测的燃料电池温度Tfc是否低于预定基准温度Tfc。
燃料电池2呈现出所需的发电能力的燃料电池2的最佳操作温度范围受到限制，并且在最佳操作温度范围外，燃料电池2的性能大为劣化。为了抑制该劣化，确定基准温度Tfc0，并且执行控制以确保燃料电池温度Tfc不低于基准温度Tfc0。这里，基准温度Tfc0可以是燃料电池2的最佳操作温度范围的下限值或比最佳操作温度范围的下限值更高的值。
当在步骤S2中确定燃料电池温度Tfc低于基准温度Tfc0时，冷却水温度被确定为不够高。因此，处理前进到步骤S3，其中使燃料电池2执行与正常操作相比具有较低的发电效率的操作(将在下文中称为低效率发电)，于是处理返回步骤S1。通过使燃料电池2执行低效率发电，从燃料电池2放出的热量增加。其结果是，燃料电池2用作热产生单元，该热产生单元产生用于为燃料电池车辆供暖的热。
更具体而言，空气的化学计量比St(St＝1.0至1.2)被设定为比在正常操作期间(St＝1.5至2.0)低。在这种情况下，能够从氢和氧之间的反应提取的能量中的、由电力损失(即热损失)产生的能量的量积极增加，因而从燃料电池2放出的热量增加。通过以这种方式增加从燃料电池2放出的热量，吸收燃料电池2的废热的冷却水的温度升高。
在另一种方法中，燃料电池2的输出电压由DC/DC逆变器23降压，同时保持燃料电池2的输出电流。在这种情况下，输出电压能够被减小同时保持恒定的燃料消费量，因此能够使燃料电池2执行低效率发电，使得能够增加从燃料电池2放出的热量。
另一方面，当在步骤S2中确定燃料电池温度Tfc不低于基准温度Tfc0时，燃料电池2的冷却水温度被确定为是足够高的，因此处理前进到步骤S4。在步骤S4中，通过参照预先储存在控制设备8中的控制图计算基准时间所需供暖热量Qac。基准时间所需供暖热量Qac为执行所需的供暖预定基准时间T0所需的热量。注意，根据本实施例的步骤S4的计算处理用作计算执行所需供暖达到基准时间T0的所需供暖热量计算单元。
更具体而言，首先，在步骤S4的计算处理中，所需供暖所需的热量(下文将称为供暖要求Qreg)从外部空气温度Tam、内部空气温度Tr、太阳辐射量Ts、车室内部目标温度Tset等来确定。接下来，如图4所示，在基准时间T0和供暖要求Qreq的基础上计算基准时间所需供暖热量Qac。换句话说，通过确定图4的阴影部分的面积来计算基准时间所需供暖热量Qac。
接下来，在步骤S5中，计算在每个燃料电池温度下燃料电池2的储存热量(以下将称为燃料电池储存热量Qfc)。这里，燃料电池储存热量Qfc是燃料电池2和冷却系统500中的储存热量。注意，根据本实施例的步骤S5的计算处理用作计算燃料电池2的储存热量的储存热量计算单元。
更具体而言，在步骤S5中的计算处理中，燃料电池储存热量Qfc由下式1计算。
Qfc＝Qmass×(Tfc-Tfc0)(1)
这里，Qmass是燃料电池2和冷却系统500的热容量，其采用通过实验预先测定的值。
接下来，在步骤S6中，计算通过使燃料电池2在每个燃料电池温度下执行低效率发电所产生的热量Qeh。更具体而言，Qeh由下式2计算。
Qeh＝Qac-Qfc(2)
这里，Qeh不小于0。
接下来，在步骤S7中，计算在每个燃料电池温度下执行低效率发电时的基准时间T0期间的平均输出(以下将称为低效率发电平均输出Peh)。更具体而言，通过参考预先储存在控制设备8中的图(参见图5)，在基准时间所需供暖热量Qac的基础上计算低效率发电平均输出Peh。注意，根据本实施例的低效率发电平均输出Peh被视为供暖发电量，因此，根据本实施例的步骤S7的计算处理用作供暖发电量计算单元。
接下来，在步骤S8中，计算行驶所需的燃料电池2的输出(下文将称为行驶输出Pv)。更具体而言，在行驶负载和除空调设备之外的辅助装置的负载的总和的基础上计算行驶输出Pv。注意，根据本实施例的行驶输出Pv被视为行驶发电量，因此，根据本实施例的步骤S8的计算处理用作行驶发电量计算单元。
接下来，在步骤S9中，在每个燃料电池温度下计算燃料电池2的总输出(Peh+Pv)或换句话说低效率操作模式平均输出Peh和行驶输出Pv的总和。作为结果，创建表达在燃料电池温度和燃料电池2的总输出之间的关系的特性图，诸如图所示6的图。
接下来，在步骤S10中，计算输出在步骤S9中计算的燃料电池总输出(Peh+Pv)所需的燃料消耗量达到最小值的燃料电池2的温度(以下将称为最佳温度Tfcc)。注意，根据本实施例的步骤S10的计算处理用作最佳温度计算单元。
更具体而言，首先，在步骤S10的计算处理中，通过参考在步骤S9中创建的特性图(参见图6)，计算在每个燃料电池温度下的燃料电池总输出。例如，如图6所示，当燃料电池温度为90℃时，燃料电池总输出为P90，当燃料电池温度为80℃为P80，当燃料电池温度为70℃时为P70。
接下来，通过参考预先存储在控制设备8中的图(参见图7)，在每个燃料电池温度的燃料电池总输出的基础上计算在每个燃料电池温度下的燃料消耗量。然后比较在各个燃料电池温度下的计算的燃料消耗量，并且燃料消耗量达到最小的燃料电池温度被确定为最佳温度Tfcc。在本实施例中，如图7所示，当燃料电池温度为80℃时，燃料消耗量达到最小，因此最佳温度Tfcc是80℃。
注意，在本实施例中，为了简化描述，已经说明了以10℃的燃料电池温度间隔来计算燃料电池总输出和燃料消耗量的示例，但燃料电池总输出和燃料消耗量可以以1℃的燃料电池温度间隔来计算。
接下来，在步骤S11中，确定当前燃料电池温度Tfc是否超过在步骤S10中计算的最佳温度Tfcc。当在步骤S11确定当前燃料电池温度Tfc超过最佳温度Tfcc时，处理前进到步骤S12，在步骤S12中，燃料电池温度Tfc被冷却到最佳温度Tfcc以降低燃料消耗量。处理然后前进到步骤S13。更具体而言，三通阀54受到控制以允许冷却水流入散热器55。其结果是，冷却水由散热器55冷却，导致降低冷却水的温度，并相应地降低燃料电池温度Tfc。
在步骤S13中，执行利用来自燃料电池冷却水的废热的供暖，于是处理返回步骤S1。更具体而言，切断阀62被打开使得冷却水(在最佳温度Tfcc下的冷却水)通过加热器芯循环流路6流入加热器芯61。其结果是，吹送的空气能够通过冷却水的热被加热，因此能够实现车室内部的供暖。注意，可以同时执行步骤S12的处理和步骤S13的处理。
另一方面，当在步骤S11中确定当前燃料电池温度Tfc不超过最佳温度Tfc或者换句话说当前燃料电池温度Tfc等于或低于最佳温度Tfc时，处理前进到步骤S14，在步骤S14中确定当前燃料电池温度Tfc是否低于预定上限温度Tmax。
如上所述，燃料电池2的最佳操作温度范围受到限制。因此，确定上限温度Tmax并且执行控制以确保燃料电池温度Tfc不超过上限温度Tmax。这里，上限温度Tmax可以是燃料电池2的最佳操作温度范围的上限值或比最佳操作温度范围的上限值低的值。
当在步骤S14中确定当前燃料电池温度Tfc低于预定上限温度Tmax时，则确定燃料电池温度可以被增加。相应地，处理前进到步骤S15，在步骤S15中允许将冷却水废热储存在燃料电池2与冷却系统500中，于是处理进入步骤S16。更具体而言，三通阀54被控制成防止冷却水流入散热器55。
另一方面，当在步骤S14中确定当前燃料电池温度Tfc不低于预定上限温度Tmax时，确定燃料电池温度可以不被增加，因此处理如常前进到步骤16。
在步骤S16中，执行使用燃料电池冷却水的废热的供暖，于是处理返回步骤1。更具体而言，切断阀62被打开使得冷却水(在燃料电池温度Tfc下的冷却水)通过加热器芯循环流路6流入加热器芯61。其结果是，吹送的空气能够通过冷却水的热被加热，因此能够实现供暖。
通过执行上述操作，根据本实施例的燃料电池车辆空调设备1具有以下效果。
首先，如在控制步骤S10中所述地计算最佳温度Tfcc。这里，最佳温度Tfcc是使燃料电池2输出(产生)燃料电池总输出(Peh+Pv)所需的燃料消耗量达到最小的燃料电池温度，该燃料电池总输出(Peh+Pv)是低效率发电平均输出Peh和行驶输出Pv的总和。
接下来，冷却系统500被冷却使得燃料电池温度达到最佳温度Tfcc。更具体而言，如在控制步骤S11和S12中所描述的，当燃料电池温度Tfc超过最佳温度Tfcc时，燃料电池温度Tfc被冷却到最佳温度Tfcc。另一方面，如在控制步骤S11、S14和S15中所描述的，当燃料电池温度Tfc等于或低于最佳温度Tfcc并且还低于上限温度Tmax时，燃料电池2的废热被储存在燃料电池2中。
因此，能够降低燃料消耗量，因此车辆燃料效率的劣化能够被抑制。此外，如图3所示的控制不仅在车辆执行怠速停止时而且还在正常操作期间被执行，因此能够在燃料电池车辆中在正常运载期间执行供暖。其结果是，能够在正常操作期间在燃料电池车辆中执行供暖，同时抑制车辆燃料效率劣化。
本发明并不限定于上述实施例，并且如下文所说明的，可以在不脱离本发明的概念的范围内对其应用各种修改。
在上述实施例中描述的示例中，燃料电池2被用作热产生单元并且通过使燃料电池2执行低效率发电以增加从燃料电池2放出的热量，来产生用于为燃料电池车辆供暖的热。然而，热产生单元并不局限于此。
例如，诸如正温度系数(PTC)加热器的电加热器或通过燃烧燃料(氢气体)产生热的燃烧式加热器可以用作为热产生单元。
在上述实施例中描述的示例中，电气三通阀54被用作用于在冷却水循环流路51和旁通流路52之间切换的电路切换单元。然而，电路切换单元不限于此，而是也可以采用例如恒温阀。恒温阀是冷却水温度响应阀，该冷却水温度响应阀由当其阀体被响应于温度变化而变化体积的热蜡(thermowax)(温度传感部件)移位时打开和关闭冷却水通路的机械机构来构成。

Claims (9)

1.一种燃料电池车辆空调设备，其特征在于包括：
燃料电池(2)，所述燃料电池(2)通过氧化剂气体和燃料气体之间的电化学反应发电；
冷却系统(500)，所述冷却系统(500)调节所述燃料电池(2)的温度；
废热回收单元(61)，所述废热回收单元(61)经由所述冷却系统(500)回收来自所述燃料电池(2)的废热的至少一部分，并且利用所回收的废热为所述燃料电池车辆的车室内部供暖；
热产生单元，所述热产生单元产生用于为所述燃料电池车辆供暖的热；以及
控制设备(8)，所述控制设备(8)包括：
储存热量计算单元，所述储存热量计算单元被构造成计算所述燃料电池(2)中的储存热量；
基准时间所需供暖热量计算单元，所述基准时间所需供暖热量计算单元被构造成计算所需供暖热量，所述所需供暖热量是执行所需供暖达预定基准时间所需的热量；
供暖发电量计算单元，所述供暖发电量计算单元被构造成基于所述所需供暖热量和所述燃料电池(2)中的储存热量来计算供暖发电量，所述供暖发电量是要由所述热产生单元执行的供暖所需的所述燃料电池(2)的发电量；
行驶发电量计算单元，所述行驶发电量计算单元被构造成计算行驶发电量，所述行驶发电量是所述燃料电池车辆行驶所需的所述燃料电池(2)的发电量；
最佳温度计算单元，所述最佳温度计算单元被构造成计算所述燃料电池(2)产生总发电量所需的燃料消耗量并且计算最佳温度，所述总发电量是所述供暖发电量和所述行驶发电量的总和，所述最佳温度是使所述燃料消耗量达到最小的所述燃料电池(2)的温度；以及
控制单元，所述控制单元被构造成控制所述冷却系统(500)，使得所述燃料电池(2)的温度达到所述最佳温度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆空调设备，其中，当所述燃料电池(2)的温度超过所述最佳温度时，所述控制单元被构造成执行控制以将所述燃料电池(2)的温度降低到所述最佳温度。
3.根据权利要求1所述的燃料电池车辆空调设备，其中，当所述燃料电池(2)的温度低于所述最佳温度时，所述控制单元被构造成执行控制以将来自所述燃料电池(2)的废热储存在所述燃料电池(2)中。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的燃料电池车辆空调设备，其中，所述热产生单元通过使所述燃料电池(2)的发电效率降低到低于正常操作的发电效率来增加从所述燃料电池(2)放出的热量。
5.根据权利要求1至3中的任何一项所述的燃料电池车辆空调设备，其中，所述热产生单元是电加热器。
6.根据权利要求1至3中的任何一项所述的燃料电池车辆空调设备，其中，所述热产生单元是通过燃烧燃料产生热的燃烧式加热器。
7.根据权利要求1至3中的任何一项所述的燃料电池车辆空调设备，其中，所述基准时间所需供暖热量计算单元被构造成基于由乘员设定的所述车室内部的目标温度、是在车室外部的温度的车室外部温度、是在所述车室内部的温度的车室内部温度、以及进入所述车室内部的太阳辐射量中的至少一个，来计算所述所需供暖热量。
8.根据权利要求1至3中的任何一项所述的燃料电池车辆空调设备，其中，所述储存热量计算单元被构造成基于所述燃料电池(2)的温度、所述冷却系统(500)的热容量和所述燃料电池(2)呈现预定发电能力的最低温度中的至少一个，来计算所述燃料电池(2)中的储存热量。
9.一种用于燃料电池车辆空调设备的控制方法，所述燃料电池车辆空调设备包括：燃料电池(2)，所述燃料电池(2)通过氧化剂气体和燃料气体之间的电化学反应发电；冷却系统(500)，所述冷却系统(500)调节所述燃料电池(2)的温度；废热回收单元(61)，所述废热回收单元(61)经由所述冷却系统(500)回收来自所述燃料电池(2)的废热的至少一部分，并且利用所回收的废热为所述燃料电池车辆的车室内部供暖；以及热产生单元，所述热产生单元产生用于为所述燃料电池车辆供暖的热，所述控制方法的特征在于包括：
计算所述燃料电池(2)中的储存热量；
计算所需供暖热量，所述所需供暖热量是执行所需供暖达预定基准时间所需的热量；
基于所述所需供暖热量和所述燃料电池(2)中的储存热量来计算供暖发电量，所述供暖发电量是要由所述热产生单元执行的供暖所需的所述燃料电池(2)的发电量；
计算行驶发电量，所述行驶发电量是所述燃料电池车辆行驶所需的所述燃料电池(2)的发电量；
计算所述燃料电池(2)产生总发电量所需的燃料消耗量并且计算最佳温度，所述总发电量是所述供暖发电量和所述行驶发电量的总和，所述最佳温度是使所述燃料消耗量达到最小的所述燃料电池(2)的温度；并且
控制所述冷却系统(500)，使得所述燃料电池(2)的温度达到所述最佳温度。
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