JP2001167779A - 車両用燃料電池システム - Google Patents
車両用燃料電池システムInfo
- Publication number
- JP2001167779A JP2001167779A JP35383799A JP35383799A JP2001167779A JP 2001167779 A JP2001167779 A JP 2001167779A JP 35383799 A JP35383799 A JP 35383799A JP 35383799 A JP35383799 A JP 35383799A JP 2001167779 A JP2001167779 A JP 2001167779A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- heat exchanger
- heat
- vehicle
- humidifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 22
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 7
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 7
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両用の燃料電池とヒートポンプユニットを
有する空調装置と結合して、燃料電池の発電効率の向上
を図る。 【解決手段】 車両用の燃料電池システム１は、スタッ
ク１２と熱交換器１４を有する燃料電池１０を備える。
水素ガスと酸素ガスは、それぞれ熱交換器を有する加湿
器２０，３０を介して燃料電池１０へ供給される。燃料
電池１０で生成された水は回収され、水冷却系に利用さ
れる。空調装置のヒートポンプユニット１００は電動圧
縮機１１０、膨張弁１２０、四方弁１３０を有し、冷媒
流路切り換え装置１５０を介して車室内熱交換器１６２
と、外気熱交換器１７２に連結される。冷媒流路は、燃
料電池と加湿器の熱交換器にも連結され、ヒートポンプ
ユニットは燃料電池始動時に、直接に加熱を行う。
有する空調装置と結合して、燃料電池の発電効率の向上
を図る。 【解決手段】 車両用の燃料電池システム１は、スタッ
ク１２と熱交換器１４を有する燃料電池１０を備える。
水素ガスと酸素ガスは、それぞれ熱交換器を有する加湿
器２０，３０を介して燃料電池１０へ供給される。燃料
電池１０で生成された水は回収され、水冷却系に利用さ
れる。空調装置のヒートポンプユニット１００は電動圧
縮機１１０、膨張弁１２０、四方弁１３０を有し、冷媒
流路切り換え装置１５０を介して車室内熱交換器１６２
と、外気熱交換器１７２に連結される。冷媒流路は、燃
料電池と加湿器の熱交換器にも連結され、ヒートポンプ
ユニットは燃料電池始動時に、直接に加熱を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池を主要な
動力源とする車両用燃料電池システムに関する。
動力源とする車両用燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池自動車では、走行用モーターに
電力を供給する発電装置として燃料電池システムが搭載
され、その温度管理のために生成水を利用した水循環冷
却システムを採用している。一方、車両の車室内の空調
には、電気自動車と同様に電動式圧縮機を用いた空調シ
ステムが必要な場合には搭載されていた。電気自動車の
空調システムは、例えば、特開平５−２７０２５２号公
報に開示されている。しかし、上記燃料電池冷却システ
ムと空調システムは独立して作動されており、燃料電池
システムの温度管理と、車室の空調エネルギー負荷は、
システムのエネルギー効率向上における課題であった。
電力を供給する発電装置として燃料電池システムが搭載
され、その温度管理のために生成水を利用した水循環冷
却システムを採用している。一方、車両の車室内の空調
には、電気自動車と同様に電動式圧縮機を用いた空調シ
ステムが必要な場合には搭載されていた。電気自動車の
空調システムは、例えば、特開平５−２７０２５２号公
報に開示されている。しかし、上記燃料電池冷却システ
ムと空調システムは独立して作動されており、燃料電池
システムの温度管理と、車室の空調エネルギー負荷は、
システムのエネルギー効率向上における課題であった。
【０００３】高分子電解質燃料電池（ＰＥＦＣ）スタッ
クは６０℃から１００℃程度で動作させることが好適
で、起動時に所定の温度まで昇温することが起動時間を
規定し、特に冬季にはスタックの凍結防止のため加熱手
段を必要とし、そのエネルギー消費が、特に起動停止の
頻度の高い車両用システムでは、システム効率向上の障
害の一つになっていた。
クは６０℃から１００℃程度で動作させることが好適
で、起動時に所定の温度まで昇温することが起動時間を
規定し、特に冬季にはスタックの凍結防止のため加熱手
段を必要とし、そのエネルギー消費が、特に起動停止の
頻度の高い車両用システムでは、システム効率向上の障
害の一つになっていた。
【０００４】ＰＥＦＣは、電解質である高分子膜の水分
量がその電導性に大きく影響し、燃料ガスとして供給す
る水素ガス（または含水素燃料を改質して得られた水
素）、酸化ガスである酸素ガス（または空気）に適当に
加湿して常に水分を補給する必要がある。少な過ぎれ
ば、スタックの内部抵抗の増大により性能が低下し、多
過ぎれば電極が水滴により覆われ（フラッディング）反
応面積の減少により性能が低下し、最適量の加湿が必要
であるが、出力変動の大きい燃料電池自動車の場合は、
応答性の良い加湿システムが必要とされていた。
量がその電導性に大きく影響し、燃料ガスとして供給す
る水素ガス（または含水素燃料を改質して得られた水
素）、酸化ガスである酸素ガス（または空気）に適当に
加湿して常に水分を補給する必要がある。少な過ぎれ
ば、スタックの内部抵抗の増大により性能が低下し、多
過ぎれば電極が水滴により覆われ（フラッディング）反
応面積の減少により性能が低下し、最適量の加湿が必要
であるが、出力変動の大きい燃料電池自動車の場合は、
応答性の良い加湿システムが必要とされていた。
【０００５】燃料電池の加湿システムは、例えば、特開
平７−２８８１３４号公報、特開平９−５５２１８号公
報に開示されている。
平７−２８８１３４号公報、特開平９−５５２１８号公
報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、空調用の電
動式圧縮機ヒートポンプと燃料電池を結合した熱効率の
良い車両用燃料電池システムを提供するものである。
動式圧縮機ヒートポンプと燃料電池を結合した熱効率の
良い車両用燃料電池システムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の車両用燃料電池
システムは、基本手段として、高分子電解質燃料電池セ
ルを積層してなるスタック及び熱交換器を有する燃料電
池と、スタックに供給される燃料ガスである水素ガスと
酸化ガスを加湿する熱交換器を備えた燃料ガス加湿器
と、燃料電池の熱交換器と燃料ガス加湿器の熱交換器に
冷却水を供給する冷却水通路と、ヒートポンプユニッ
ト、車室内熱交換器、車室外熱交換器及び冷媒流路切り
換え装置を有する空調装置と、冷媒流路切り換え装置を
介して燃料電池の熱交換器と燃料ガス加湿器の熱交換器
に冷媒を供給する冷媒流路を備える。
システムは、基本手段として、高分子電解質燃料電池セ
ルを積層してなるスタック及び熱交換器を有する燃料電
池と、スタックに供給される燃料ガスである水素ガスと
酸化ガスを加湿する熱交換器を備えた燃料ガス加湿器
と、燃料電池の熱交換器と燃料ガス加湿器の熱交換器に
冷却水を供給する冷却水通路と、ヒートポンプユニッ
ト、車室内熱交換器、車室外熱交換器及び冷媒流路切り
換え装置を有する空調装置と、冷媒流路切り換え装置を
介して燃料電池の熱交換器と燃料ガス加湿器の熱交換器
に冷媒を供給する冷媒流路を備える。
【０００８】そして、燃料電池始動時に、ヒートポンプ
ユニットは、少なくとも燃料電池又は加湿器を加熱する
ものである。また、車両の運転停止冷間時に、ヒートポ
ンプユニットは間欠的に燃料電池、加湿器及び冷却水を
加熱して凍結を防止するものである。
ユニットは、少なくとも燃料電池又は加湿器を加熱する
ものである。また、車両の運転停止冷間時に、ヒートポ
ンプユニットは間欠的に燃料電池、加湿器及び冷却水を
加熱して凍結を防止するものである。
【０００９】さらに、燃料電池の高分子電解質を加湿す
る加湿量制御時に、ヒートポンプユニットは、燃料電池
と加湿器の温度差を所定の値に保つように燃料電池と加
湿器を加熱、冷却し、空調装置の暖房運転時に、ヒート
ポンプユニットは燃料電池の交換器で回収される廃熱を
熱源として利用するものである。
る加湿量制御時に、ヒートポンプユニットは、燃料電池
と加湿器の温度差を所定の値に保つように燃料電池と加
湿器を加熱、冷却し、空調装置の暖房運転時に、ヒート
ポンプユニットは燃料電池の交換器で回収される廃熱を
熱源として利用するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の車両用燃料電池
システムの構成図である。全体を符号１で示す車両用燃
料電池システムは、燃料電池１０を有する。燃料電池１
０は、発電用の単セルを積層したスタック１２と、熱交
換器１４を備え、スタック１２内に燃料である水素ガス
と酸素ガス又は空気を供給して電気化学反応により発電
を行う。
システムの構成図である。全体を符号１で示す車両用燃
料電池システムは、燃料電池１０を有する。燃料電池１
０は、発電用の単セルを積層したスタック１２と、熱交
換器１４を備え、スタック１２内に燃料である水素ガス
と酸素ガス又は空気を供給して電気化学反応により発電
を行う。
【００１１】燃料電池自動車に適した高出力密度で低温
作動可能な高分子電解質燃料電池（ＰＥＦＣ）は、電解
質である高分子膜の水分量がその電導性に大きく影響
し、水素ガス、酸素ガスに適当に加湿して常に水分を補
給する必要がある。そのために、スタック１２の上流側
に水素ガス加湿器２０と、酸素ガス加湿器３０を設置
し、加湿を行う。
作動可能な高分子電解質燃料電池（ＰＥＦＣ）は、電解
質である高分子膜の水分量がその電導性に大きく影響
し、水素ガス、酸素ガスに適当に加湿して常に水分を補
給する必要がある。そのために、スタック１２の上流側
に水素ガス加湿器２０と、酸素ガス加湿器３０を設置
し、加湿を行う。
【００１２】水素ガスは、供給ライン４０を介して水素
ガス加湿器２０へ送られ、適宜の湿度を与えられて燃料
電池１０のスタック１２へ送られる。水素ガス加湿器２
０は、熱交換器２２を備える。
ガス加湿器２０へ送られ、適宜の湿度を与えられて燃料
電池１０のスタック１２へ送られる。水素ガス加湿器２
０は、熱交換器２２を備える。
【００１３】酸素ガス又は空気は、供給ライン４２を介
して酸素ガス加湿器３０へ送られ、適宜の湿度を与えら
れて燃料電池１０のスタック１２へ送られる。酸素ガス
加湿器３０は熱交換器３２を備える。
して酸素ガス加湿器３０へ送られ、適宜の湿度を与えら
れて燃料電池１０のスタック１２へ送られる。酸素ガス
加湿器３０は熱交換器３２を備える。
【００１４】加湿方法は、水中にガスを吹き込み加湿す
るバブリング法、ガスと水の隔壁に高分子膜を用いて水
蒸気のみを透過させ加湿する膜加湿法等があるが、適切
に加湿量を制御するためには、加湿器２０，３０内の温
度をスタック１２の温度に対して適当な温度差で制御す
る必要がある。加湿器２０，３０の熱源には発電中のス
タック１２の廃熱（冷却熱）を用いてエネルギー損失を
押さえる構造を採用している。
るバブリング法、ガスと水の隔壁に高分子膜を用いて水
蒸気のみを透過させ加湿する膜加湿法等があるが、適切
に加湿量を制御するためには、加湿器２０，３０内の温
度をスタック１２の温度に対して適当な温度差で制御す
る必要がある。加湿器２０，３０の熱源には発電中のス
タック１２の廃熱（冷却熱）を用いてエネルギー損失を
押さえる構造を採用している。
【００１５】燃料電池１０の下流側には、生成水回収器
５２を有し、電気化学反応により生成された水を回収
し、冷却水通路５０内に設けた冷却水タンク５４へ送
る。冷却水タンク５４内の冷却水は、冷却水ポンプ５
６、燃料電池１０、加湿器２０，３０の順に循環し、冷
却水放熱器６０を通って冷却水タンクへ戻る。冷却水放
熱器６０と並列にバイパスを設け、流量制御弁６２を配
設する。
５２を有し、電気化学反応により生成された水を回収
し、冷却水通路５０内に設けた冷却水タンク５４へ送
る。冷却水タンク５４内の冷却水は、冷却水ポンプ５
６、燃料電池１０、加湿器２０，３０の順に循環し、冷
却水放熱器６０を通って冷却水タンクへ戻る。冷却水放
熱器６０と並列にバイパスを設け、流量制御弁６２を配
設する。
【００１６】燃料電池１０の熱交換器１４、加湿器２
０，３０の熱交換器２２，３２で熱回収された後の余剰
の熱は、燃料電池冷却用の熱交換器である放熱器６０に
より外気等へ放出される。
０，３０の熱交換器２２，３２で熱回収された後の余剰
の熱は、燃料電池冷却用の熱交換器である放熱器６０に
より外気等へ放出される。
【００１７】加熱量の制御は、冷却水交換器６０と並列
に設けられた流量制御弁６２をバイパスする循環水量を
制御することにより行う。冷却された循環水は再び冷却
水タンク５４へ戻る。加湿して減少する水は、燃料電池
スタック１２内で生成した水蒸気をスタック下流の生成
水回収器５２で冷却（熱源としてはスタック１２へ供給
する酸素ガスあるいは外気）して凝縮させ、冷却水タン
ク５４へ補給することにより補充する。
に設けられた流量制御弁６２をバイパスする循環水量を
制御することにより行う。冷却された循環水は再び冷却
水タンク５４へ戻る。加湿して減少する水は、燃料電池
スタック１２内で生成した水蒸気をスタック下流の生成
水回収器５２で冷却（熱源としてはスタック１２へ供給
する酸素ガスあるいは外気）して凝縮させ、冷却水タン
ク５４へ補給することにより補充する。
【００１８】車両に搭載される空調装置は、ヒートポン
プユニット１００を備える。ヒートポンプユニット１０
０は、電動モータにより駆動される電動圧縮機１１０を
有し、圧縮された冷媒は、四方弁１３０を介して冷媒流
路切り換え装置１５０へ送られる。冷媒流路切り換え装
置１５０は、冷媒流路１６０を介して車室内熱交換器１
６２と、冷媒流路１７０を介して車室外へ配設される外
気熱交換器１７２に連結される。
プユニット１００を備える。ヒートポンプユニット１０
０は、電動モータにより駆動される電動圧縮機１１０を
有し、圧縮された冷媒は、四方弁１３０を介して冷媒流
路切り換え装置１５０へ送られる。冷媒流路切り換え装
置１５０は、冷媒流路１６０を介して車室内熱交換器１
６２と、冷媒流路１７０を介して車室外へ配設される外
気熱交換器１７２に連結される。
【００１９】また、ヒートポンプユニット１００内に装
備される膨張弁１２０は、圧縮された高温の冷媒を断熱
膨張させ、冷媒流路切り換え装置１５０へ低温の冷媒を
送り返す。ヒートポンプユニット１００の四方弁１３０
と、冷媒流路切り換え装置１５０を制御することによっ
て車室内熱交換器１６２へ低温の冷媒又は高温の冷媒を
送ることができ、クーラー又はヒーターとして機能させ
ることができる。
備される膨張弁１２０は、圧縮された高温の冷媒を断熱
膨張させ、冷媒流路切り換え装置１５０へ低温の冷媒を
送り返す。ヒートポンプユニット１００の四方弁１３０
と、冷媒流路切り換え装置１５０を制御することによっ
て車室内熱交換器１６２へ低温の冷媒又は高温の冷媒を
送ることができ、クーラー又はヒーターとして機能させ
ることができる。
【００２０】冷媒流路切り換え装置１５０は燃料電池の
熱交換器１４と、水素ガス加湿器２０の熱交換器２２、
酸素ガス加湿器３０の熱交換器に通ずる冷媒流路を有
し、各熱交換器との間で熱交換を行う。ＰＥＦＣスタッ
ク１２は、６０℃から１００℃程度で動作させることが
好適で、起動時には所定の温度まで昇温する必要があ
る。従来は例えば、ＰＥＦＣ作動中に充電した二次電池
で電気ヒーターによりスタック冷却循環水を加熱し起動
していたが、そのエネルギー消費と起動時間が問題とな
っていた。
熱交換器１４と、水素ガス加湿器２０の熱交換器２２、
酸素ガス加湿器３０の熱交換器に通ずる冷媒流路を有
し、各熱交換器との間で熱交換を行う。ＰＥＦＣスタッ
ク１２は、６０℃から１００℃程度で動作させることが
好適で、起動時には所定の温度まで昇温する必要があ
る。従来は例えば、ＰＥＦＣ作動中に充電した二次電池
で電気ヒーターによりスタック冷却循環水を加熱し起動
していたが、そのエネルギー消費と起動時間が問題とな
っていた。
【００２１】本発明では、車室の空調装置を兼ねるヒー
トポンプ１００により外気熱交換器１７２を用いて外気
を低温熱源とし、燃料電池１０内の熱交換器１４及び加
湿器内の熱交換器２２，３２を加熱する。これにより、
エネルギー消費の点ではヒートポンプの特性より通常の
外気温では消費電力の２倍以上の熱出力が得られる。起
動時間は、燃料電池１０あるいは加湿器２０，３０と一
体化したヒートポンプの熱交換器を用いて直接加熱する
ことにより、余分な冷却水タンク５４等の水を昇温する
必要がなくなり、最短の時間で起動可能となる。
トポンプ１００により外気熱交換器１７２を用いて外気
を低温熱源とし、燃料電池１０内の熱交換器１４及び加
湿器内の熱交換器２２，３２を加熱する。これにより、
エネルギー消費の点ではヒートポンプの特性より通常の
外気温では消費電力の２倍以上の熱出力が得られる。起
動時間は、燃料電池１０あるいは加湿器２０，３０と一
体化したヒートポンプの熱交換器を用いて直接加熱する
ことにより、余分な冷却水タンク５４等の水を昇温する
必要がなくなり、最短の時間で起動可能となる。
【００２２】冬季等の停車中の凍結防止についても、外
気と燃料電池１０又は、加湿器２０，３０の間でヒート
ポンプ１００を間欠的に作動させることにより凍結破損
を防止することが低消費電力で可能となる。
気と燃料電池１０又は、加湿器２０，３０の間でヒート
ポンプ１００を間欠的に作動させることにより凍結破損
を防止することが低消費電力で可能となる。
【００２３】水素ガス、酸素ガスの加湿量の制御におい
ても、車両の走行条件の変化により、加湿量の増減が必
要な場合に、スタック内熱交換器１４と加湿器内熱交換
器２２，３２の間でヒートポンプ１００を運転すること
により、制御性の良い補助熱源として働き、加湿量の応
答性を改善でき、システム効率が向上する。
ても、車両の走行条件の変化により、加湿量の増減が必
要な場合に、スタック内熱交換器１４と加湿器内熱交換
器２２，３２の間でヒートポンプ１００を運転すること
により、制御性の良い補助熱源として働き、加湿量の応
答性を改善でき、システム効率が向上する。
【００２４】車室内の空調については、冷房時は主に外
気を冷却熱源に使用することでは従来と同様であるが、
暖房時に、従来は燃料電池１０の冷却廃熱を利用してい
たが、その作動温度が比較的低いため十分な温度が得ら
れず（６０℃程度以下）、暖房能力不足、あるいは車室
内熱交換器１６２の大型化が問題だった。本発明では、
燃料電池１０の冷却廃熱を熱源にヒートポンプ１００に
より昇温するため、従来と同等以下の熱交換器により所
定の暖房能力を得ることが可能となる。
気を冷却熱源に使用することでは従来と同様であるが、
暖房時に、従来は燃料電池１０の冷却廃熱を利用してい
たが、その作動温度が比較的低いため十分な温度が得ら
れず（６０℃程度以下）、暖房能力不足、あるいは車室
内熱交換器１６２の大型化が問題だった。本発明では、
燃料電池１０の冷却廃熱を熱源にヒートポンプ１００に
より昇温するため、従来と同等以下の熱交換器により所
定の暖房能力を得ることが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】本発明の車両用燃料電池システムは、以
下のような作用・効果を有する。 燃料電池システム起動時には、外気熱交換器１７２を
低温熱源にヒートポンプ１００により燃料電池スタック
１２を熱交換器１４で、加湿器２０，３０を熱交換器２
２，２３で加熱することにより、余分な部分を加熱する
ことなく起動し、予熱のエネルギー消費が最小として起
動時間を短縮することができる。
下のような作用・効果を有する。 燃料電池システム起動時には、外気熱交換器１７２を
低温熱源にヒートポンプ１００により燃料電池スタック
１２を熱交換器１４で、加湿器２０，３０を熱交換器２
２，２３で加熱することにより、余分な部分を加熱する
ことなく起動し、予熱のエネルギー消費が最小として起
動時間を短縮することができる。
【００２６】冬季等の燃料電池スタック１２、冷却水
循環系（冷却水タンク５４、冷却水ポンプ５６、冷却水
放熱器６０）の凍結対策には、燃料電池停止中に二次電
池等から電力供給を受け、外気熱交換器１７２を低温熱
源にヒートポンプ１００により燃料電池スタック１２を
熱交換器１４で、加湿器２０，３０を熱交換器２２，３
２で加熱することにより、高いエネルギー高率で保温
し、凍結防止が可能となる。
循環系（冷却水タンク５４、冷却水ポンプ５６、冷却水
放熱器６０）の凍結対策には、燃料電池停止中に二次電
池等から電力供給を受け、外気熱交換器１７２を低温熱
源にヒートポンプ１００により燃料電池スタック１２を
熱交換器１４で、加湿器２０，３０を熱交換器２２，３
２で加熱することにより、高いエネルギー高率で保温
し、凍結防止が可能となる。
【００２７】水素ガス、酸素ガスの加湿量の制御で
は、燃料電池スタック熱交換器１４と加湿器熱交換器２
２，３２との間でのヒートポンプ１００を運転すること
で、インバータによるヒートポンプの容量制御等によ
り、従来の空冷冷却機を用いた場合に比べ、広い範囲の
冷却能力を細かく制御可能になるため、加湿の過不足に
よる燃料電池スタックの性能低下を最小限にすることが
可能となる。
は、燃料電池スタック熱交換器１４と加湿器熱交換器２
２，３２との間でのヒートポンプ１００を運転すること
で、インバータによるヒートポンプの容量制御等によ
り、従来の空冷冷却機を用いた場合に比べ、広い範囲の
冷却能力を細かく制御可能になるため、加湿の過不足に
よる燃料電池スタックの性能低下を最小限にすることが
可能となる。
【図１】本発明の車両用燃料電池システムの構成図。
１ 車両用燃料電池システム １０ 燃料電池 １２ スタック １４ 熱交換器 ２０ 水素ガス加湿器 ２２ 熱交換器 ３０ 酸素ガス加湿器 ３２ 熱交換器 ５４ 冷却水タンク １００ ヒートポンプユニット １１０ 電動圧縮機 １２０ 膨張弁 １５０ 冷媒流路切り換え装置 １６２ 車室内熱交換器 １７２ 外気熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10
Claims (5)
- 【請求項１】 高分子電解質燃料電池セルを積層してな
るスタック及び熱交換器を有する燃料電池と、スタック
に供給される燃料ガスである水素ガスと酸化ガスを加湿
する熱交換器を備えた燃料ガス加湿器と、燃料電池の熱
交換器と燃料ガス加湿器の熱交換器に冷却水を供給する
冷却水通路と、ヒートポンプユニット、車室内熱交換
器、車室外熱交換器及び冷媒流路切り換え装置を有する
空調装置と、冷媒流路切り換え装置を介して燃料電池の
熱交換器と燃料ガス加湿器の熱交換器に冷媒を供給する
冷媒流路を備える車両用燃料電池システム。 - 【請求項２】 燃料電池始動時に、ヒートポンプユニッ
トは少なくとも燃料電池又は加湿器を加熱する請求項１
記載の車両用燃料電池システム。 - 【請求項３】 車両の運転停止冷間時に、ヒートポンプ
ユニットは間欠的に燃料電池、加湿器及び冷却水を加熱
して凍結を防止する請求項１記載の車両用燃料電池シス
テム。 - 【請求項４】 燃料電池の高分子電解質を加湿する加湿
量制御時に、ヒートポンプユニットは、燃料電池と加湿
器の温度差を所定の値に保つように燃料電池と加湿器を
加熱、冷却する請求項１記載の車両用燃料電池システ
ム。 - 【請求項５】 空調装置の暖房運転時に、ヒートポンプ
ユニットは燃料電池の交換器で回収される廃熱を熱源と
して利用する請求項１記載の車両用燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35383799A JP2001167779A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 車両用燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35383799A JP2001167779A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 車両用燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001167779A true JP2001167779A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18433560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35383799A Pending JP2001167779A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 車両用燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001167779A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017105A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-01-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
| JP2003068315A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-07 | Toshiba Corp | 固体高分子型燃料電池システム |
| JP2003317787A (ja) * | 2002-02-21 | 2003-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池車を用いたコジェネレーション車両システム及びそのシステムを構成する移動体 |
| JP2006156251A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池システム |
| KR100634606B1 (ko) | 2004-10-13 | 2006-10-16 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시스템 및 연료전지 스택 냉각장치 |
| JP2006338984A (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2009277672A (ja) * | 2009-08-26 | 2009-11-26 | Eneos Celltech Co Ltd | 燃料電池システム |
| US7691505B2 (en) | 2004-11-30 | 2010-04-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2010147029A (ja) * | 2002-04-15 | 2010-07-01 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| US8142946B2 (en) | 2004-12-15 | 2012-03-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| DE112010005573T5 (de) | 2010-05-19 | 2013-05-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem und Heizverfahren. das Brennstoffzellen-Wärme nutzt |
| JP2014019213A (ja) * | 2012-07-13 | 2014-02-03 | Aisan Ind Co Ltd | 車両用空調装置 |
| KR101836583B1 (ko) | 2015-12-10 | 2018-03-09 | 현대자동차주식회사 | 연료전지차량의 가습기 승온시스템 및 그 제어방법 |
| CN111452674A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-28 | 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 | 一种全功率氢燃料电池车辅组能源系统冷却系统 |
| CN112644524A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-13 | 中车工业研究院有限公司 | 轨道列车能源综合供应系统及轨道列车 |
| JP2021111480A (ja) * | 2020-01-08 | 2021-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| CN114631209A (zh) * | 2019-10-17 | 2022-06-14 | 蓝界科技控股公司 | 具多流热交换器的燃料电池系统、其用途以及其操作方法 |
-
1999
- 1999-12-14 JP JP35383799A patent/JP2001167779A/ja active Pending
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017105A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-01-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
| JP2003068315A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-07 | Toshiba Corp | 固体高分子型燃料電池システム |
| JP2003317787A (ja) * | 2002-02-21 | 2003-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池車を用いたコジェネレーション車両システム及びそのシステムを構成する移動体 |
| JP2010147029A (ja) * | 2002-04-15 | 2010-07-01 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| KR100634606B1 (ko) | 2004-10-13 | 2006-10-16 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시스템 및 연료전지 스택 냉각장치 |
| US8158287B2 (en) | 2004-11-30 | 2012-04-17 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2006156251A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池システム |
| US7691505B2 (en) | 2004-11-30 | 2010-04-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP4601406B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2010-12-22 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池システム |
| US8420270B2 (en) | 2004-12-15 | 2013-04-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| US8142946B2 (en) | 2004-12-15 | 2012-03-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2006338984A (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2009277672A (ja) * | 2009-08-26 | 2009-11-26 | Eneos Celltech Co Ltd | 燃料電池システム |
| DE112010005573T5 (de) | 2010-05-19 | 2013-05-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem und Heizverfahren. das Brennstoffzellen-Wärme nutzt |
| JP2014019213A (ja) * | 2012-07-13 | 2014-02-03 | Aisan Ind Co Ltd | 車両用空調装置 |
| KR101836583B1 (ko) | 2015-12-10 | 2018-03-09 | 현대자동차주식회사 | 연료전지차량의 가습기 승온시스템 및 그 제어방법 |
| CN114631209A (zh) * | 2019-10-17 | 2022-06-14 | 蓝界科技控股公司 | 具多流热交换器的燃料电池系统、其用途以及其操作方法 |
| CN114631209B (zh) * | 2019-10-17 | 2022-11-22 | 蓝界科技控股公司 | 具多流热交换器的燃料电池系统、其用途以及其操作方法 |
| JP2021111480A (ja) * | 2020-01-08 | 2021-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| JP7200953B2 (ja) | 2020-01-08 | 2023-01-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| CN111452674A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-28 | 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 | 一种全功率氢燃料电池车辅组能源系统冷却系统 |
| CN111452674B (zh) * | 2020-04-20 | 2023-10-24 | 中极氢能汽车(长治)有限公司 | 一种全功率氢燃料电池车辅组能源系统冷却系统 |
| CN112644524A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-13 | 中车工业研究院有限公司 | 轨道列车能源综合供应系统及轨道列车 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7520518B2 (ja) | 車両用ヒートポンプシステム | |
| US8216736B2 (en) | Fuel cell system using evaporative cooling method | |
| JP4940877B2 (ja) | 空調制御システム | |
| US7470479B2 (en) | Method and apparatus for warming-up fuel cell and fuel cell vehicle | |
| JP2001167779A (ja) | 車両用燃料電池システム | |
| JP4341356B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US10367213B2 (en) | Method of controlling fuel cell system | |
| JP7514738B2 (ja) | 車両用ヒートポンプシステム | |
| KR20220040792A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| JP5446065B2 (ja) | 燃料電池と空調の協調冷却システム | |
| JP2001313054A (ja) | 燃料電池システム | |
| CN112242539A (zh) | 用于燃料电池电堆的热管理系统及设置有该系统的车辆 | |
| KR20220040791A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| CN215971023U (zh) | 车辆热管理系统及车辆 | |
| KR20220089162A (ko) | 연료전지 모빌리티 통합 열관리 시스템 | |
| CN216818401U (zh) | 一种燃料电池排放管理系统 | |
| JP4984808B2 (ja) | 空調制御システム | |
| JP5045072B2 (ja) | 燃料電池と空調の協調冷却システム | |
| JP2004168187A (ja) | 自動車用空調システム | |
| JP4957206B2 (ja) | 燃料電池と空調の協調冷却システム | |
| JP3656596B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| KR101405753B1 (ko) | 연료전지 차량의 실내 난방 장치 | |
| JP4939053B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2005259440A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP4470329B2 (ja) | 燃料電池発電装置およびその運転方法 |