JP2005126029A - Vehicle equipped with fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池搭載車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle.
従来、燃料電池搭載車両の冷却システムとしては、走行風が通過する通風路の上流から下流に向けて、車両室内を空調する冷房の冷媒を凝縮させる冷房用冷媒凝縮器、燃料電池を冷却する電池用冷媒を放熱させる燃料電池ラジエータの順で直列に配置するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載された冷却システムでは、通風路を通過する風の流れに対し、冷房用冷媒凝縮器、燃料電池ラジエータの順に配置して冷房用冷媒凝縮器を通過した風によって燃料電池ラジエータを冷却するため、冷却システムの小型化・軽量化を図ることができる。
しかしながら、燃料電池ラジエータや冷房用冷媒凝縮器などを冷却する冷媒の温度と燃料電池ラジエータや冷房用冷媒凝縮器を通過する風の温度との差が小さくなるほど冷却効率が低下するため、特許文献1の冷却システムでは、燃料電池ラジエータに対して風の上流側にある冷房用冷媒凝縮器により燃料電池ラジエータを通過しようとする風が暖められ、燃料電池ラジエータの放熱効率が低下し、燃料電池を十分に冷却できないという問題があった。 However, since the cooling efficiency decreases as the difference between the temperature of the refrigerant that cools the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser and the temperature of the air that passes through the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser decreases, Patent Document 1 In this cooling system, the air that passes through the fuel cell radiator is warmed by the cooling refrigerant condenser upstream of the fuel cell radiator, so that the heat dissipation efficiency of the fuel cell radiator is reduced and the fuel cell is sufficiently There was a problem that could not be cooled.
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、燃料電池ラジエータ及び冷房用冷媒凝縮器の放熱効率を高めることができる燃料電池搭載車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell-equipped vehicle capable of enhancing the heat dissipation efficiency of the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser.
本発明の燃料電池搭載車両は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。 The fuel cell vehicle according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.
本発明の燃料電池搭載車両は、
燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両であって、
車両走行時に走行風が通過する通風路と、
前記通風路へ外気を強制的に通風させる冷却ファンと、
前記燃料電池を冷却する電池用冷媒を前記通風路を通過する風によって放熱させる燃料電池ラジエータと、
前記通風路を通過する風の流れに対して前記燃料電池ラジエータと並列に配置され冷房用冷媒を前記通風路を通過する風によって凝縮させる冷房用冷媒凝縮器と、
を備えたものである。
The vehicle equipped with the fuel cell of the present invention is
A fuel cell-equipped vehicle equipped with a fuel cell that generates electricity by a reaction between fuel gas and oxidizing gas,
A ventilation path through which the driving wind passes when the vehicle is running;
A cooling fan that forcibly vents outside air to the ventilation path;
A fuel cell radiator that dissipates heat from the refrigerant for the battery that cools the fuel cell by wind passing through the ventilation path;
A cooling refrigerant condenser that is arranged in parallel with the fuel cell radiator with respect to the flow of wind passing through the ventilation path, and that condenses the cooling refrigerant by the wind passing through the ventilation path;
It is equipped with.
この燃料電池搭載車両では、並列に配置された燃料電池ラジエータ及び冷房用冷媒凝縮器を通風路を通過する風によって冷却する。このとき、燃料電池ラジエータと冷房用冷媒凝縮器とを直列に配置した構成に比べ、燃料電池ラジエータを通過しようとする風が冷房用冷媒凝縮器によって暖められることがなく、また、冷房用冷媒凝縮器を通過しようとする風が燃料電池ラジエータによって暖められることもない。したがって、燃料電池ラジエータ及び冷房用冷媒凝縮器の放熱効率を高めることができる。ここで、「電池用冷媒」とは、燃料電池を冷却することができる冷媒であれば特に限定されないが、例えば、液体冷媒(水、油など)や気体冷媒(空気など)などが挙げられる。「冷房用冷媒」とは、特に限定されないが、例えば、代替フロン(HFC−134a、CO2及びHCなど)が挙げられる。 In this fuel cell vehicle, the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser arranged in parallel are cooled by the wind passing through the air passage. At this time, as compared with the configuration in which the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser are arranged in series, the air passing through the fuel cell radiator is not heated by the cooling refrigerant condenser, and the cooling refrigerant condensation is performed. The wind passing through the vessel is not warmed by the fuel cell radiator. Therefore, the heat radiation efficiency of the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser can be increased. Here, the “battery refrigerant” is not particularly limited as long as it is a refrigerant capable of cooling the fuel cell, and examples thereof include a liquid refrigerant (water, oil, etc.) and a gas refrigerant (air, etc.). The “cooling refrigerant” is not particularly limited, and examples thereof include alternative CFCs (HFC-134a, CO 2, HC, etc.).
本発明の燃料電池搭載車両において、前記燃料電池ラジエータ及び前記冷房用冷媒凝縮器は、前記通風路内又はその近傍にて車両の上下に並列に配置されていてもよい。こうすれば、燃料電池ラジエータや冷房用冷媒凝縮器の横幅を車両左右の幅と同等まで大きくすることができるので、これらの面積を大きくして放熱効率を高めることができる。 In the fuel cell vehicle according to the present invention, the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser may be arranged in parallel above and below the vehicle in or near the ventilation path. By doing so, the lateral width of the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser can be increased to the same width as that of the left and right sides of the vehicle, so that these areas can be increased to increase the heat radiation efficiency.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記燃料電池ラジエータは、前記走行風に対して略垂直に配置され、前記冷房用冷媒凝縮器は、前記走行風に対して傾斜して配置されていてもよい。燃料電池ラジエータは、大きな車両駆動力が要求される高速走行時では、燃料電池の負荷が大きく燃料電池の温度が高くなり、放熱量が多くなるため、走行風を多く受ける構成とすることが好ましい。一方、冷房用冷媒凝縮器は、高速走行時であっても低速走行時であっても冷房用冷媒を凝縮させる必要性に大差はないため、走行風を多く受ける構成を採用する必要性は少ない。したがって、燃料電池ラジエータを走行風に対して垂直に配置し走行風を多く受けるようにして放熱効率を高めることができるし、冷房用冷媒凝縮器を走行風に対して傾斜して配置することにより高さ方向に限られた空間内に配置可能な構成を採用してコンパクト化を図ることができる。 In the fuel cell vehicle according to the present invention, the fuel cell radiator may be disposed substantially perpendicular to the traveling wind, and the cooling refrigerant condenser may be disposed inclined with respect to the traveling wind. . The fuel cell radiator is preferably configured to receive a large amount of traveling wind because the load on the fuel cell is large, the temperature of the fuel cell is high, and the amount of heat radiation is increased during high-speed traveling where a large vehicle driving force is required. . On the other hand, the cooling refrigerant condenser is not much different in the necessity to condense the cooling refrigerant during high-speed running or low-speed running, so there is little need to adopt a configuration that receives a lot of running wind . Therefore, the heat dissipation efficiency can be improved by arranging the fuel cell radiator perpendicularly to the traveling wind so as to receive much traveling wind, and by arranging the cooling refrigerant condenser inclined with respect to the traveling wind. It is possible to reduce the size by adopting a configuration that can be arranged in a space limited in the height direction.
本発明の燃料電池搭載車両は、前記燃料電池の発電及び/又は前記燃料電池で発電された電力の駆動力への変換に用いる補機類を冷却する補機類用冷媒を放熱させる補機類ラジエータ、を備え、前記補機類ラジエータは、前記通風路内のうち前記燃料電池ラジエータの上流以外に配置されていてもよい。こうすれば、補機類ラジエータを燃料電池ラジエータの上流に直列に配置した構成に比べ、燃料電池ラジエータを通過しようとする風が補機類ラジエータによって暖められることがないため、燃料電池ラジエータの放熱効率を高めることができる。ここで、「補機類」とは、燃料電池の発電及び発電された電力の駆動力への変換に用いるものであれば特に限定されないが、例えば、燃料電池の発電に用いる補機類としては、酸化ガスコンプレッサ、燃料ガスポンプなどが挙げられ、駆動力への変換に用いる補機類としては、駆動用モータ、インバータ、コンバータなどが挙げられる。また、「補機類用冷媒」とは、補機類を冷却することができる冷媒であれば特に限定されないが、例えば、液体冷媒(水、油など)や気体冷媒(空気など)などが挙げられる。 A vehicle equipped with a fuel cell according to the present invention is an auxiliary machine that radiates heat for a refrigerant for auxiliary machines that cools auxiliary machines used for power generation of the fuel cell and / or conversion of electric power generated by the fuel cell into driving force. A radiator may be provided, and the accessory radiator may be disposed in the ventilation path other than upstream of the fuel cell radiator. In this way, compared with the configuration in which the auxiliary radiators are arranged in series upstream of the fuel cell radiator, the wind passing through the fuel cell radiator is not warmed by the auxiliary radiators. Efficiency can be increased. Here, the “auxiliary machinery” is not particularly limited as long as it is used for power generation of the fuel cell and conversion of the generated power into driving force. For example, auxiliary machinery used for power generation of the fuel cell An oxidant gas compressor, a fuel gas pump, and the like can be given. Examples of the auxiliary machines used for conversion to driving force include a driving motor, an inverter, and a converter. The “auxiliary refrigerant” is not particularly limited as long as it is a refrigerant that can cool the auxiliary machines, and examples thereof include a liquid refrigerant (water, oil, etc.) and a gas refrigerant (air, etc.). It is done.
本発明の燃料電池搭載車両は、前記冷房用冷媒凝縮器及び前記燃料電池ラジエータの一部を通過した風の通り道となる第1通風道と前記一部を除いた燃料電池ラジエータを通過した風の通り道となる第2通風道とに前記通風路を仕切る仕切壁部、を備え、前記冷却ファンは、前記第1通風道へ外気を強制的に通風させるように配置されていてもよい。燃料電池ラジエータは、大きな車両駆動力が要求される高速走行時では、燃料電池の負荷が大きく燃料電池の温度が高くなり、放熱量が多くなるため、走行風を多く通過させる構成とすることが好ましい。ここで、燃料電池ラジエータを走行風が通過するところに冷却ファンが存在すると、冷却ファンが抵抗となり走行風が通過しにくくなる。また、燃料電池ラジエータには、燃料電池の温度が上がりすぎないようにするため、停車時など走行風が得られないときに冷却ファンによって強制的に風を通過させたいことがある。一方、冷房用冷媒凝縮器は、高速走行時であれ低速走行時であれ冷房用冷媒を凝縮させる必要性に大差はない。ここで、低速走行時になったときには走行風が略得られなくなるため、冷却ファンによる風を通過させるようにすることが好ましい。したがって、停車時などには燃料電池ラジエータの一部及び冷房用冷媒凝縮器に冷却ファンによる風を通過させ、高速走行時には第2通風道に冷却ファンが存在しない構成として、この一部を除いた燃料電池ラジエータに走行風を通過させやすくして燃料電池ラジエータの放熱効率を高めることができる。 The vehicle equipped with the fuel cell according to the present invention includes a first air passage as a wind passage that passes through a part of the cooling refrigerant condenser and the fuel cell radiator, and a wind that has passed through the fuel cell radiator excluding the part. A partition wall portion that partitions the ventilation path to a second ventilation path serving as a passageway may be provided, and the cooling fan may be arranged to forcibly allow outside air to flow to the first ventilation path. The fuel cell radiator may be configured to allow a large amount of traveling wind to pass because the load on the fuel cell is large, the temperature of the fuel cell is high, and the amount of heat radiation is large when the vehicle is traveling at a high speed where a large vehicle driving force is required. preferable. Here, if the cooling fan exists where the traveling wind passes through the fuel cell radiator, the cooling fan becomes a resistance and the traveling wind does not easily pass. Further, in order to prevent the temperature of the fuel cell from excessively increasing, the fuel cell radiator may be forced to allow the cooling fan to pass the wind when traveling wind cannot be obtained such as when the vehicle is stopped. On the other hand, there is no great difference in the need for the cooling refrigerant condenser to condense the cooling refrigerant during high-speed running or low-speed running. Here, since it is almost impossible to obtain the traveling wind when the vehicle is traveling at a low speed, it is preferable to allow the cooling fan to pass the wind. Therefore, a part of the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser are allowed to pass through the cooling fan when the vehicle is stopped, and the cooling fan is not present in the second ventilation path when traveling at high speed. It is possible to improve the heat radiation efficiency of the fuel cell radiator by making it easier to pass the traveling wind through the fuel cell radiator.
本発明の燃料電池搭載車両は、前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を調節する抵抗調節手段と、車速及び/又は前記燃料電池の温度に基づいて前記抵抗調節手段を制御する抵抗調節制御手段と、を備えていてもよい。燃料電池ラジエータは、大きな車両駆動力が要求される高速走行時では燃料電池の負荷が大きくなるため、燃料電池の温度が高くなり、放熱量が多くなる。また、燃料電池は、その温度が低すぎると発電効率が低下することから、適切な温度範囲となるように燃料電池ラジエータを通過する風を調節する必要がある。したがって、車速及び/又は燃料電池の温度に基づいて燃料電池ラジエータを通過する風を抵抗調節手段によって調節し、燃料電池を適切に冷却することができる。 The vehicle equipped with the fuel cell according to the present invention includes a resistance adjusting means for adjusting a resistance of wind passing through the fuel cell radiator, and a resistance adjusting control means for controlling the resistance adjusting means based on a vehicle speed and / or a temperature of the fuel cell. And may be provided. In the fuel cell radiator, the load of the fuel cell becomes large during high-speed traveling where a large vehicle driving force is required, and thus the temperature of the fuel cell becomes high and the amount of heat radiation increases. Further, since the power generation efficiency of the fuel cell is lowered when the temperature is too low, it is necessary to adjust the wind passing through the fuel cell radiator so that the temperature is in an appropriate temperature range. Therefore, the wind passing through the fuel cell radiator can be adjusted by the resistance adjusting means based on the vehicle speed and / or the temperature of the fuel cell, and the fuel cell can be appropriately cooled.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節制御手段は、車速が高いほど前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗が小さくなるように前記抵抗調節手段を制御してもよい。こうすれば、燃料電池の発熱が大きくなる高速走行時に、燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を小さくする、つまり、燃料電池ラジエータを風が通過しやすくして燃料電池を適切に冷却することができる。 In the fuel cell-equipped vehicle of the present invention, the resistance adjustment control means may control the resistance adjustment means so that the resistance of wind passing through the fuel cell radiator decreases as the vehicle speed increases. In this way, the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator can be reduced during high speed travel where the heat generation of the fuel cell increases, that is, the fuel cell can be cooled easily by allowing the wind to easily pass through the fuel cell radiator. it can.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節制御手段は、前記燃料電池の温度が高いほど燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗が小さくなるように前記抵抗調節手段を制御してもよい。こうすれば、燃料電池の温度が上昇し冷却を必要とするときに燃料電池ラジエータを風が通過しやすくして燃料電池を適切に冷却することができる。 In the fuel cell-equipped vehicle of the present invention, the resistance adjustment control means may control the resistance adjustment means so that the resistance of wind passing through the fuel cell radiator decreases as the temperature of the fuel cell increases. In this way, when the temperature of the fuel cell rises and cooling is required, the air can easily pass through the fuel cell radiator so that the fuel cell can be appropriately cooled.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節制御手段は、前記燃料電池の温度が予め定められた所定の運転温度範囲のときには該燃料電池の温度又は車速が高いほど前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗が小さくなるように前記抵抗調節手段を制御してもよい。こうすれば、燃料電池の温度が所定の運転温度範囲のときに燃料電池の温度又は車速に応じて燃料電池ラジエータを通過する風を調節して燃料電池を適切に冷却することができる。ここで、「所定の運転温度範囲」とは、効率よく発電可能な最低温度を超える範囲としてもよいし、燃料電池が効率よく発電可能な温度範囲としてもよい。 In the fuel cell-equipped vehicle according to the present invention, the resistance adjustment control means passes through the fuel cell radiator as the temperature of the fuel cell or the vehicle speed increases when the temperature of the fuel cell is in a predetermined operating temperature range. The resistance adjusting means may be controlled so that the wind resistance is reduced. In this case, when the temperature of the fuel cell is within a predetermined operating temperature range, the fuel cell can be appropriately cooled by adjusting the wind passing through the fuel cell radiator according to the temperature of the fuel cell or the vehicle speed. Here, the “predetermined operating temperature range” may be a range exceeding the lowest temperature at which power generation can be performed efficiently, or a temperature range at which the fuel cell can generate power efficiently.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節制御手段は、前記燃料電池の温度が予め定められた所定の運転温度範囲を下方に外れているときには前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗が最大となるように前記抵抗調節手段を制御し、前記燃料電池の温度が前記所定の運転温度範囲に入っているときには該燃料電池の温度又は車速が高いほど前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗が小さくなるように前記抵抗調節手段を制御してもよい。燃料電池は、その温度が低すぎても発電効率が低下するため、燃料電池の温度が所定の運転温度範囲を下方に外れているときに燃料電池ラジエータを風が最も通過しにくくして燃料電池の温度を上昇させ、燃料電池の温度が所定の運転温度範囲のときに燃料電池の温度又は車速に応じて燃料電池ラジエータを通過する風を調節して燃料電池を適切に冷却することができる。 In the fuel cell-equipped vehicle of the present invention, the resistance adjustment control means has a maximum resistance of wind passing through the fuel cell radiator when the temperature of the fuel cell is out of a predetermined operating temperature range. The resistance adjusting means is controlled so that the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator increases as the temperature of the fuel cell or the vehicle speed increases when the temperature of the fuel cell is within the predetermined operating temperature range. You may control the said resistance adjustment means so that it may become small. Since the power generation efficiency of a fuel cell is lowered even if its temperature is too low, when the temperature of the fuel cell is out of the predetermined operating temperature range, it is difficult for the wind to pass through the fuel cell radiator. When the temperature of the fuel cell is within a predetermined operating temperature range, the wind passing through the fuel cell radiator can be adjusted according to the temperature of the fuel cell or the vehicle speed to properly cool the fuel cell.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節手段は、前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を小さくすると前記冷房用冷媒凝縮器を通過する風の抵抗が大きくなり、前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を大きくすると前記冷房用冷媒凝縮器を通過する風の抵抗が小さくなり、前記冷房用冷媒凝縮器を通過する風の抵抗を小さくすると前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗が大きくなり、前記冷房用冷媒凝縮器を通過する風の抵抗を大きくすると前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗が小さくなるように機能してもよい。燃料電池ラジエータは、高速走行時には燃料電池の発電による発熱が大きいため燃料電池の冷却水を効率よく放熱する必要があるのに対して、低速走行時には燃料電池の発電による発熱が小さいため燃料電池の冷却水を放熱する必要は小さい。一方、冷房用冷媒凝縮器は、高速走行時であれ低速走行時であれ、放熱の必要性に大差はない。つまり、高速走行時には、冷房用冷媒凝縮器に風を通過しやすくするよりも放熱の必要性の高い燃料電池ラジエータに風を通過しやすくするのが好ましく、低速走行時には、放熱の必要性の低い燃料電池ラジエータに風を通過しやすくするよりも冷房用冷媒凝縮器に風を通過しやすくするのが好ましい。また、高速走行時を燃料電池高温時、低速走行時を燃料電池低温時に置き換えた場合も同様である。したがって、車速及び/又は燃料電池の温度に基づいて燃料電池ラジエータを通過する風や冷房用冷媒凝縮器を通過する風の調節をするにあたり、一方の抵抗を小さく(又は大きく)したときには他方の抵抗が大きく(又は小さく)なることが、燃料電池と冷房の冷媒とを効率よく適切に冷却する上で好ましい。 In the vehicle equipped with the fuel cell according to the present invention, the resistance adjustment means increases the resistance of the wind passing through the cooling refrigerant condenser when the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator is reduced, and passes through the fuel cell radiator. Increasing the wind resistance reduces the resistance of the wind passing through the cooling refrigerant condenser, and decreasing the resistance of the wind passing through the cooling refrigerant condenser increases the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator. Thus, when the resistance of wind passing through the cooling refrigerant condenser is increased, the resistance of wind passing through the fuel cell radiator may be reduced. Fuel cell radiators generate large amounts of heat from fuel cell power generation at high speeds, so it is necessary to efficiently dissipate the coolant in the fuel cell. On the other hand, fuel cell radiators generate little heat from fuel cell power generation at low speeds. There is little need to dissipate cooling water. On the other hand, there is no great difference in the necessity of heat radiation between the cooling refrigerant condensers during high-speed running or low-speed running. That is, when traveling at high speed, it is preferable to allow air to pass through the fuel cell radiator, which requires high heat dissipation, rather than allowing it to easily pass through the cooling refrigerant condenser, and when traveling at low speed, it is less necessary to dissipate heat. It is preferable to allow the air to pass through the cooling refrigerant condenser more easily than to allow the air to pass through the fuel cell radiator. The same applies to the case where high-speed traveling is replaced at high temperature of the fuel cell and low-speed traveling is replaced at low temperature of the fuel cell. Therefore, when adjusting the wind passing through the fuel cell radiator and the wind passing through the cooling refrigerant condenser based on the vehicle speed and / or the temperature of the fuel cell, when the resistance of one is reduced (or increased), the resistance of the other Is larger (or smaller) in order to efficiently and appropriately cool the fuel cell and the cooling refrigerant.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節制御手段は、車速が所定の低速範囲内のときには前記冷房用冷媒凝縮器を通過する風の抵抗が最小となるように前記抵抗調節手段を制御してもよい。冷房用冷媒凝縮器は、高速走行時であれ低速走行時であれ、冷房用冷媒を凝縮させる必要性に大差はない。高速走行時には、走行風が多くなるため、冷房用冷媒凝縮器は適切に冷却される。一方、所定の低速範囲になったときには、走行風が略得られなくなるが、冷房用冷媒凝縮器を通過する風の抵抗を最小とすることによって冷房用冷媒凝縮器を冷却ファンによる風が通過しやすくして冷房を適切に機能させることができる。ここで、「所定の低速範囲」とは、走行風によって冷房用冷媒凝縮器の冷媒の凝縮を行うことができる最低限の車速よりも低い範囲としてもよく、例えば、時速20km以下などとしてもよい。 In the fuel cell vehicle according to the present invention, the resistance adjustment control means controls the resistance adjustment means so that the resistance of wind passing through the cooling refrigerant condenser is minimized when the vehicle speed is within a predetermined low speed range. May be. There is no great difference in the necessity of condensing the cooling refrigerant, whether the cooling refrigerant condenser is traveling at high speed or low speed. When running at high speed, the running wind increases, so that the cooling refrigerant condenser is appropriately cooled. On the other hand, when the predetermined low speed range is reached, the traveling wind is almost unobtainable, but the wind from the cooling fan passes through the cooling refrigerant condenser by minimizing the resistance of the wind passing through the cooling refrigerant condenser. It is easy to make the cooling function properly. Here, the “predetermined low speed range” may be a range lower than the minimum vehicle speed at which the refrigerant of the cooling refrigerant condenser can be condensed by the traveling wind, and may be, for example, 20 km / h or less. .
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節手段は、前記通風路を通過する風を遮る通過風遮断部材であってもよい。こうすれば、通風路を通過する風を遮って燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を調節することができる。この通過風遮断部材は、前記燃料電池ラジエータ近傍及び/又は前記冷房用冷媒凝縮器近傍に設けられた巻取り軸によって巻き取り可能な部材であって該巻取り軸に巻き取られることにより車両上下方向又は車両左右方向に移動する部材であってもよい。こうすれば、通過風遮断部材は、巻取り軸により巻き取られて車両上下方向又は左右方向に移動することから車両前後方向のスペースが殆ど必要にならないため、コンパクト化を図ることができる。 In the fuel cell-equipped vehicle of the present invention, the resistance adjusting means may be a passing air blocking member that blocks wind passing through the ventilation path. In this way, it is possible to adjust the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator while blocking the wind passing through the ventilation path. The passing air blocking member is a member that can be wound by a winding shaft provided in the vicinity of the fuel cell radiator and / or in the vicinity of the cooling refrigerant condenser. The member which moves to a direction or a vehicle left-right direction may be sufficient. In this way, the passing air blocking member is wound by the winding shaft and moves in the vehicle vertical direction or the left-right direction, so that almost no space in the vehicle front-rear direction is required, so that the size reduction can be achieved.
本発明の燃料電池搭載車両において、前記抵抗調節手段は、前記通風路の断面積を前記燃料電池ラジエータ側と前記冷房用冷媒凝縮器側とに任意の割合で二分可能な通風路分割部材であってもよい。こうすれば、通風路の断面積を任意の割合で二分して燃料電池ラジエータ及び冷房用冷媒凝縮器を通過する風の抵抗を相互に増減させることができる。また、この態様を採用した本発明の燃料電池搭載車両において、前記通風路分割部材は、前記燃料電池ラジエータと前記冷房用冷媒凝縮器との境界又はその近傍に設けられた回動軸のまわりに回動可能な部材であってもよい。こうすれば、比較的容易に通風路の断面積を任意の割合で二分することができる。 In the fuel cell-equipped vehicle of the present invention, the resistance adjusting means is a ventilation path dividing member that can bisect the cross-sectional area of the ventilation path between the fuel cell radiator side and the cooling refrigerant condenser side at an arbitrary ratio. May be. In this way, the cross-sectional area of the ventilation path can be divided into two at an arbitrary ratio, and the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser can be increased or decreased. Further, in the fuel cell vehicle according to the present invention adopting this aspect, the ventilation path dividing member is arranged around a rotating shaft provided at or near a boundary between the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser. It may be a rotatable member. If it carries out like this, the cross-sectional area of a ventilation path can be bisected by arbitrary ratios comparatively easily.
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.
[第1実施例]
本発明の第1実施例を図面に基づいて説明する。図1は燃料電池搭載車両10のブロック図であり、図2は燃料電池搭載車両10の概略断面図を表している。第1実施例の燃料電池搭載車両10は、水素ボンベ22から水素ポンプ24によって供給される水素(燃料ガス)とエアコンプレッサ26から供給される空気(酸化ガス)中の酸素との反応により発電する固体高分子型燃料電池として構成された燃料電池28と、燃料電池28を冷却する冷却水を放熱させる燃料電池ラジエータ41と、冷房用の冷媒を凝縮させるA/Cコンデンサ42と、補機類を冷却する冷却水を放熱させるEVラジエータ43と、車両走行時に走行風が通過する通風路46の断面積を任意の割合で二分するダンパ44と、通風路46へ外気を強制的に通風させる冷却ファン45と、燃料電池28によって発電された電力を駆動力に変換するパワーコントロールユニット(PCU)32と、PCU32によって与えられた電力により駆動輪14を駆動させる駆動用モータ34,36と、システム全体をコントロールする電子制御ユニット50となどを備える。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a vehicle 10 equipped with a fuel cell, and FIG. 2 is a schematic sectional view of the vehicle 10 equipped with a fuel cell. The fuel cell vehicle 10 of the first embodiment generates electric power by reaction between hydrogen (fuel gas) supplied from a
燃料電池28は、周知の固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有し、高電圧電源(数百V)として機能する。燃料電池28を構成する各単セルでは、水素ボンベ22から水素ガスが水素ポンプ24で圧力・流量が調節されたあとアノードに供給され、エアコンプレッサ26から圧力が調節された圧縮空気がカソードに供給され、所定の電気化学反応が進行することにより起電力が生じる。この燃料電池28において、高い発電効率を発揮させるためには燃料電池28を一定の温度範囲に制御しなければならない。なお、反応しなかった余剰水素は水素ポンプの上流に送られ燃料ガスとして再利用される。また、余剰電力は図示しない二次電池に充電されて車両の駆動やその他の機器の電力供給に利用される。
The
駆動用モータ34,36は、三相同期モータであり、車両前方及び後方に配置され、燃料電池20の出力する直流電流がPCU32によって三相交流に変換されて供給されて回転駆動力を発生する。なお、モータ34によって発生した動力は、図示しない駆動軸及び図示しない減速ギヤを介して最終的には、駆動輪14に出力され、燃料電池搭載車両10を走行させる。また、車両走行時の車速vは、車速センサ38によって検知される。この車速センサ38は、電子制御ユニット50と電気的に接続されている。
The
通風路46は、車両前側に位置し車両走行時に走行風が通過する樹脂製の部材によって囲まれた空洞として形成され、車両前方から後方に向けてやや下方に向かって配置されている(図2参照)。通風路46には、その前方に燃料電池ラジエータ41、A/Cコンデンサ42、EVラジエータ43及びこれらを通過する風の抵抗を可変させるダンパ44が配置され、最後方に冷却ファン45が配置されている。
The
燃料電池ラジエータ41は、通風路46の入口近傍に走行風に対し略垂直に配置され(図2参照)、燃料電池28を循環する冷却水を通風路46を通過する風によって放熱させるものである。燃料電池ラジエータ41には、燃料電池ラジエータ41から燃料電池28の内部を経由し燃料電池ラジエータ41へ冷却水を循環させる冷却水循環経路41aが接続され、その冷却水循環経路41aに設けられた循環ポンプ41bによって冷却水が50〜150L/分の循環速度で循環される。また、冷却水循環経路41aには、燃料電池28の出口の下流位置に温度センサ41cが設けられ冷却水の温度Tが検知される。この温度センサ41cは、電子制御ユニット50と電気的に接続されている。
The
A/Cコンデンサ42は、通風路46の入口近傍であって燃料電池ラジエータ41の上側に通風路46を通過する風の流れに対して燃料電池ラジエータ41と並列に配置され、車両室内の冷房用冷媒を通風路46を通過する風によって凝縮させるものである。このA/Cコンデンサ42は、ボンネット16に略沿うように、走行風に対して傾斜して配置されている(図2参照)。A/Cコンデンサ42には、冷媒を気化させるエバポレータ42aが配管によって接続され、このA/Cコンデンサ42とエバポレータ42aとを冷媒が循環し、気化・凝縮を繰り返すことによって車両室内の熱を吸収し車両室外へ放出して車両室内の冷房を行う。
The A /
EVラジエータ43は、燃料電池28の発電及び燃料電池28で発電された電力の駆動力への変換に用いる補機類を冷却する冷却水を通風路46を通過する風によって放熱させるものであり、通風路46の入口近傍のうち燃料電池ラジエータ41の上流以外であるA/Cコンデンサ42の上流に配置されている(図2参照)。EVラジエータ43が冷却する補機類としては、燃料電池28の発電に用いる補機類として、水素ポンプ24、エアコンプレッサ26などがあり、駆動力への変換に用いる補機類として、PCU32、駆動用モータ34,36などがある。EVラジエータ43には、EVラジエータ43から補機類を経由しEVラジエータ43へ冷却水を循環させる冷却水循環経路43aが接続され、その冷却水循環経路43aに設けられた循環ポンプ43bによって冷却水が5〜10L/分の循環速度で循環される。
The
ダンパ44は、燃料電池ラジエータ41とA/Cコンデンサ42との境界近傍に設けられた回動軸44bのまわりに回動可能に設置され、通風路46の断面積を燃料電池ラジエータ41側とA/Cコンデンサ42側とに任意の割合で二分可能な金属製の部材である。このダンパ44は、制御用モータ44aによって回動軸44bが回動するのに合わせて通風路46内部で回動する。ダンパ44は、燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗を小さくするとA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗が大きくなり、燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗を大きくするとA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗が小さくなり、またA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗を小さくすると燃料電池ラジエータ42を通過する風の抵抗が大きくなり、A/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗を大きくすると燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように機能する。
The
ここで、燃料電池ラジエータ41側とA/Cコンデンサ42側とを通過する風の抵抗を調節するダンパ開度θは、燃料電池ラジエータ41が風を受ける面に対してダンパ44が傾斜している角度によって規定されている(図2参照)。したがって、通風路46の断面積は、ダンパ44により燃料電池ラジエータ41側とA/Cコンデンサ42側とに分けられるが、その比率はダンパ44の開度θによって決まる。なお、燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となる位置(図2の一点鎖線の位置参照)は、通風路46の断面積全体に対する燃料電池ラジエータ41側の断面積の割合で微少(例えば5〜10%)となるように設定され、燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最小となる位置(図2の二点鎖線の位置参照)は、通風路46の断面積全体に対する燃料電池ラジエータ41側の断面積の割合で多大(例えば90〜95%)となるように設定されている。
Here, the damper opening θ for adjusting the resistance of the wind passing through the
冷却ファン45は、通風路46へ外気を強制的に通風させる樹脂製のファンであり、図示しないモータによって回転駆動される。
The cooling
PCU32は、燃料電池28によって発電された電力を駆動力に変換するものであり、燃料電池28の出力端子に接続された電力ラインの電圧を調整するDC/DCコンバータや電力ラインに接続され直流を交流に変換して駆動用モータへ電力を供給するインバータやシステムを制御する電子制御ユニット50などによって構成されている。
The
電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したROM54と、一時的にデータを記憶するRAM56と、入出力ポート(図示せず)とを備える。この電子制御ユニット50には、PCU32からの出力電流などの情報,車速センサ38からの車速v,温度センサ41cからの冷却水温度Tなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット50からは、水素ポンプ24への駆動信号やエアコンプレッサ26への駆動信号,PCU32への制御信号,ダンパ44を制御する制御用モータ44aへの駆動信号,冷却ファン45への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
The
次に、こうして構成された第1実施例の燃料電池搭載車両10の動作、特に、燃料電池28の運転の際の通風路46を通過する風の抵抗を制御するダンパ44の動作について説明する。図3は、第1実施例の燃料電池搭載車両10の電子制御ユニット50により実行される冷却制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ROM54に記憶され、CPU52により所定時間ごと(例えば数msecごと)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the fuel cell vehicle 10 of the first embodiment configured as described above, particularly the operation of the
図3の冷却制御ルーチンが開始されると、CPU52は、まず、燃料電池28の冷却水の水温Tを水温センサ41cから取得し、車両の車速vを車速センサ38から取得し、冷房スイッチ(図示せず。)のON・OFFから冷房の作動状態を取得し(ステップS100)、取得した冷却水の水温T、車速v、冷房の作動状態に基づいて冷却ファン45を回転させる電圧を設定する(ステップS110)。
When the cooling control routine of FIG. 3 is started, the
ここで、冷却ファン45を回転させる電圧の設定方法について説明する。ROM54には、燃料電池28の冷却水の水温Tと冷却ファン45を回転させる電圧との関係を予め経験的に定めたCF水温マップ、車速vと冷却ファン45を回転させる電圧との関係を予め経験的に定めたCF車速マップ及び冷房作動状態と冷却ファン45を回転させる電圧との関係を予め経験的に定めたCF冷房マップが記憶されている。CF水温マップは、冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲を下方に外れているときには冷却ファン45をOFFとし、所定の運転温度範囲に入っているときにはその冷却水の水温Tが高いほど冷却ファン45を回転させる電圧が高くなるように、つまり、冷却ファンの回転数が高くなるように設定されている。ここで、「所定の運転温度範囲」は、燃料電池28が効率よく発電可能な最低温度を超える範囲として経験的に求められ、例えば、第1実施例では、「70℃以上」となっている。CF車速マップは、車速vが高いときには燃料電池28の発電による放熱量が多くなるため、車速vが高いほど冷却ファン45を回転させる電圧が高くなるように設定されている。また、CF冷房マップは、冷房が作動状態であるときには冷媒を凝縮させる量が増えるため、冷房が作動状態であるときに冷却ファン45を回転させる電圧が高くなるように設定されている。そして、CPU52は、ROM54から燃料電池28の冷却水の水温T、車速v及び冷房作動状態に対応する冷却ファン45の電圧を読み出し、これらの中から最も高い電圧を冷却ファン45を回転させる電圧に設定する。電圧が設定されると、冷却ファン45は、OFFのときは停止し、OFF以外のときは設定された電圧で回転して通風路46へ外気を強制的に通風させる。このようにして、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42を冷却する必要があるときに、その状況に応じて通風路46を通過する風を確保する。
Here, a method for setting a voltage for rotating the cooling
次に、CPU52は、取得した燃料電池28の冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲(ここでは70℃以上)にあるか否かを判定する(ステップS120)。取得した燃料電池28の冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲ではない、つまり、所定の運転温度範囲を下方に外れていると判定されたときには、CPU52は、ROM54に記憶された図4(a)に示したマップから車速vに対応するダンパ開度θを読み出し、読み出したダンパ開度θとなるように制御用モータ44aによりダンパ44を回動制御し(ステップS130)、このルーチンを終了する。
Next, the
ここで、図4(a)のマップについて説明する。このマップは、車速vにかかわらず燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるように(図2の一点鎖線の位置参照)、つまり、ダンパ開度θを最小にするように設定されている。したがって、燃料電池28の冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲を下方に外れているときは、車速vにかかわらず燃料電池ラジエータ41を風が最も通過しにくくして燃料電池28の温度を所定の運転温度範囲まで上昇させる。なお、冷却水が燃料電池ラジエータ41を通過するのを回避可能なバイパス経路を設けておき、冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲を下方に外れているときにはこのバイパス経路に冷却水を循環させることにより冷却水の水温Tを上昇しやすくしてもよい。
Here, the map of FIG. 4A will be described. This map is set so that the resistance of wind passing through the
一方、取得した燃料電池28の冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲にあると判定されたときには、CPU52は、ROM54に記憶された図4(b)に示したマップから車速vに対応するダンパ開度θを読み出し、読み出したダンパ開度θとなるように制御用モータ44aによりダンパ44を回動制御し(ステップS140)、このルーチンを終了する。
On the other hand, when it is determined that the obtained coolant temperature T of the
ここで、図4(b)のマップについて説明する。このマップは、車速vとダンパ開度θとの関係を予め経験的に定めたものであり、車速vが所定の低速範囲のときには燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるように、つまり、A/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗が最小となるようにし(図2の一点鎖線の位置参照)、車速vが所定の低速範囲ではないときには車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように設定されている。したがって、車速が高くなり燃料電池28の発熱量が多くなるのに応じて適切に燃料電池ラジエータ41を放熱させることができる。なお、ダンパ開度θは、車速vによる走行風を考慮して設定されている。ここで、「所定の低速範囲」とは、走行風によってA/Cコンデンサ42の冷媒の凝縮を行うことができる最低限の車速よりも低い速度範囲として経験的に求めることができ、第1実施例では、時速20km以下の範囲となっている。A/Cコンデンサ42は、高速走行時であれ低速走行時であれ、放熱要求量は略一定である。そこで、高速走行時には、A/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗は大きくなるが、走行風によりA/Cコンデンサ42を通過する風を確保し、所定の低速範囲になったときには、走行風が略得られなくなるが、A/Cコンデンサ42を冷却ファンによる風が通過しやすくしてA/Cコンデンサ42を通過する風を確保し、車速vにかかわらずA/Cコンデンサ42を通過する風を一定として適切に冷却を行う。
Here, the map of FIG. 4B will be described. This map preliminarily determines the relationship between the vehicle speed v and the damper opening θ, so that the resistance of wind passing through the
ここで、第1実施例の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。第1実施例のA/Cコンデンサ42が冷房用冷媒凝縮器に相当し、EVラジエータ43が補機類ラジエータに相当し、ダンパ44が抵抗調節手段及び通風路分割部材に相当し、CPU52が抵抗調節制御手段に相当する。
Here, the correspondence between the components of the first embodiment and the components of the present invention will be clarified. In the first embodiment, the A /
以上詳述した第1実施例の燃料電池搭載車両10によれば、燃料電池ラジエータ41は、走行風に対して略垂直に配置され、A/Cコンデンサ42は、通風路を通過する風の流れに対して燃料電池ラジエータ41と車両の上下に並列に傾斜して配置されているため、燃料電池ラジエータ41を通過しようとする風がA/Cコンデンサ42によって暖められることもA/Cコンデンサ42を通過しようとする風が燃料電池ラジエータ41によって暖められることもない。したがって、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42の放熱効率を高めることができる。しかも、燃料電池ラジエータ41を走行風に対して垂直に配置し走行風を多く受けるようにして放熱効率を高めることができるし、A/Cコンデンサ42を走行風に対して傾斜して配置することにより高さ方向に限られた空間内に配置可能な構成を採用してコンパクト化を図ることができる。また、燃料電池ラジエータ41やA/Cコンデンサ42の横幅を車両左右の幅と同等まで大きくすることができるので、これらの面積を大きくして放熱効率を高めることができる。
According to the fuel cell-equipped vehicle 10 of the first embodiment described in detail above, the
また、EVラジエータ43は、通風路46の近傍のうち燃料電池ラジエータ41の上流以外に配置されているため、燃料電池ラジエータ41を通過しようとする風がEVラジエータによって暖められることがなく燃料電池ラジエータ41の放熱効率を高めることができる。
Further, since the
更に、燃料電池28の温度が予め定められた所定の運転温度範囲を下方に外れているときには燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるようにダンパ44を制御し、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲に入っているときには車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるようにダンパ44を制御するため、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲を下方に外れているときに燃料電池ラジエータ41を風が最も通過しにくくして燃料電池28の温度を上昇させ、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲のときに車速vに応じて燃料電池ラジエータ41を通過する風を調節して燃料電池28を適切に冷却することができる。
Further, when the temperature of the
更にまた、ダンパ44は、車速vに基づいて燃料電池ラジエータ41を通過する風やA/Cコンデンサ42を通過する風の調節をするにあたり、一方の抵抗を小さく(又は大きく)したときには他方の抵抗が大きく(又は小さく)なるため、燃料電池28と冷房の冷媒とを効率よく適切に冷却することができる。
Furthermore, the
そして、車速vが所定の低速範囲内のときにはA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗が最小となるようにダンパ44を制御するため、所定の低速範囲になったときにはA/Cコンデンサ42を冷却ファン45による風が通過しやすくして、冷房を適切に機能させることができる。
When the vehicle speed v is within a predetermined low speed range, the
そしてまた、ダンパ44は、通風路46の断面積を燃料電池ラジエータ41側とA/Cコンデンサ42側とに任意の割合で二分可能であり、燃料電池ラジエータ41とA/Cコンデンサ42との境界の近傍に設けられた回動軸44bのまわりに回動可能な部材であるため、比較的容易に通風路46の断面積を任意の割合で二分して燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42を通過する風の量を相互に増減させることができる。
The
そして更に、通風路46を通過する風の流れに対し、A/Cコンデンサ42、燃料電池ラジエータ41の順に直列に配置して風を通過させる場合や燃料電池ラジエータ41、A/Cコンデンサ42の順に直列に配置して風を通過させる場合は、通風抵抗が大きくなるため放熱面積を大きくしなければならず、結果的に燃料電池ラジエータ41やA/Cコンデンサ42自体の大きさが大きくなってしまうが、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42を並列に配置すると、燃料電池ラジエータ41又はA/Cコンデンサ42のどちらか一方を風が通過するだけであり、通風抵抗が少なくなり放熱効率が上がるため、燃料電池ラジエータ41やA/Cコンデンサ42自体の大きさもコンパクト化を図ることができる。
Further, when the wind flows through the
[第2実施例]
次に、本発明の第2実施例を図面に基づいて説明する。図6(a)は、燃料電池搭載車両70の概略断面図を表し、図6(b)は、図6(a)のA方向から見た図である。以下には第2実施例の燃料電池搭載車両70について説明するが、第1実施例の燃料電池搭載車両10と同じ構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6A represents a schematic cross-sectional view of the fuel cell vehicle 70, and FIG. 6B is a view seen from the A direction of FIG. 6A. Hereinafter, the fuel cell-equipped vehicle 70 of the second embodiment will be described, but the same components as those of the fuel cell-equipped vehicle 10 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6(a)に示すように、燃料電池ラジエータ41は、通風路46の入口近傍に走行風に対し略垂直に配置され、A/Cコンデンサ42は、通風路46の入口近傍であって燃料電池ラジエータ41の上側に通風路46を通過する風の流れに対して燃料電池ラジエータ41と並列に配置されている。筒状に形成された通風路46は、A/Cコンデンサ42及び燃料電池ラジエータ41の一部を通過した風の通り道となる第1通風道246aとこの燃料電池ラジエータ41の残りの部分を通過した風の通り道となる第2通風道246bとに仕切壁部246cによって仕切られている。冷却ファン45は、第1通風道246aに強制的に風を通風させるように2つ配置されている。フィルム244は、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42の前側近傍に設けられた巻取り軸244bによって巻き取り可能な高分子フィルムであり、通風路46を通過する風を遮る風遮断部244a及び燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42を風が通過可能な開口部244cを有している。フィルム244の風遮断部244aは、図示しない制御モータによって巻取り軸244bを回転させて巻き取ることによって上下に移動する。なお、図示しないがEVラジエータは、通風路46の入口近傍のうち燃料電池ラジエータ41の上流以外の場所(例えばA/Cコンデンサ42の上流)に配置されている。
As shown in FIG. 6A, the
次に、通風路46を通過する風の抵抗を制御するフィルム244の動作について図7に示したマップ及び図8に示した概略断面図を用いて説明する。この燃料電池搭載車両70では、第1実施例と同様の冷却制御ルーチン(図3参照)を用いて燃料電池ラジエータ41を通過する風を遮る風遮断部244aの位置決めをする。このルーチンが開始されると、まず、CPU52は、第1実施例のステップS100、S110と同様のステップを行う。次に、燃料電池28の冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲(70℃以上)にあるか否かを判定し、燃料電池28の冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲を下方に外れていると判定されたときには、ROM54に記憶された図7(a)に示したマップから車速vに対応する風遮断部244aの上端の高さH0を読み出し、その高さH0となるように図示しない制御モータにより巻取り軸244bを回転させ風遮断部244aを位置決めしてこのルーチンを終了する。なお、図7(a)のマップは、車速vにかかわらず燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるような(図6(a)参照)風遮断部244aの上端の高さに設定されている。これにより、燃料電池ラジエータ41には風が通過しないため、燃料電池28の冷却水の水温Tが早期に所定の運転温度範囲に入る。
Next, the operation of the
一方、燃料電池28の冷却水の水温Tが所定の運転温度範囲にあると判定されたときには、CPU52は、ROM54に記憶された図7(b)に示したマップから車速vに対応する風遮断部244aの上端の高さを読み出し、読み出した高さとなるように図示しない制御モータにより巻取り軸244bを回転させ風遮断部244aを位置決めしてこのルーチンを終了する。具体的には、車速vが低いときには図8(a)に示すように第2通風道246bの全体が風遮断部244aにより封鎖されるように風遮断部244aの上端を高さH1(<H0)に位置決めする。このとき、A/Cコンデンサ42と燃料電池ラジエータ41の一部が開口部244cを介して外部に通じ、燃料電池ラジエータ41の残りの部分が風遮断部244aに遮断される。これにより、停車時のように走行風が得られないときであっても、燃料電池ラジエータ41の一部に冷却ファン45によって強制的に風を通過させるため、燃料電池28の冷却水の水温Tが上がりすぎないように制御することができる。また、停車時に冷房が作動しているときであっても、A/Cコンデンサ42には冷却ファン45によって全面に強制的に風を通過させることができるため、A/Cコンデンサ42を十分に冷却することができる。
On the other hand, when it is determined that the cooling water temperature T of the
そして、車速vが高まるにつれて、図8(b)に示すように第2通風道246bのうち風遮断部244aにより閉鎖される部分が小さくなるように風遮断部244aを位置決めし、最終的には、図8(c)に示すように第2通風道246bのすべてが開口部244cを介して外部に通じるようにフィルム244を位置決めする。これにより、車速が高くなるにつれて燃料電池28の温度が高くなり放熱量が多くなるが、それに合わせて燃料電池ラジエータ41に走行風を多く通過させるため、燃料電池28の冷却水の水温Tが上がりすぎないように制御することができる。
As the vehicle speed v increases, the
以上詳述した第2実施例の燃料電池搭載車両70によれば、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42は通風路46を通過する風に対して並列に配置されているため、燃料電池ラジエータ41を通過しようとする風がA/Cコンデンサ42によって暖められることもA/Cコンデンサ42を通過しようとする風が燃料電池ラジエータ41によって暖められることもない。したがって、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42の放熱効率を高めることができる。しかも、燃料電池ラジエータ41やA/Cコンデンサ42の横幅を車両左右の幅と同等まで大きくすることができるので、これらの面積を大きくして放熱効率を高めることができる。
According to the fuel cell-equipped vehicle 70 of the second embodiment described in detail above, the
また、EVラジエータは、通風路46の近傍のうち燃料電池ラジエータ41の上流以外に配置されているため、燃料電池ラジエータ41を通過しようとする風がEVラジエータによって暖められることがなく燃料電池ラジエータ41の放熱効率を高めることができる。
Further, the EV radiator is arranged in the vicinity of the
更に、燃料電池28の温度が予め定められた所定の運転温度範囲を下方に外れているときには燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるように風遮断部244aを位置決めし、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲に入っているときには車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように風遮断部244aを位置決めするため、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲を下方に外れているときに燃料電池ラジエータ41を風が最も通過しにくくして燃料電池28の温度を上昇させ、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲のときに車速vに応じて燃料電池ラジエータ41を通過する風を調節して燃料電池28を適切に冷却することができる。
Further, when the temperature of the
更にまた、停車時のように走行風が得られないときであっても、燃料電池ラジエータ41の一部に冷却ファン45によって強制的に風を通過させるため、燃料電池28の温度が上がりすぎないように制御することができるし、停車時に冷房が作動しているときであっても、A/Cコンデンサ42には冷却ファン45によって全面に強制的に風を通過させることができるため、A/Cコンデンサ42を十分に冷却することができる。
Furthermore, even when traveling wind cannot be obtained, such as when the vehicle is stopped, the temperature of the
そしてまた、第2通風道246bには冷却ファン45が存在しないため、燃料電池ラジエータ41のうち第2通風道246bに面している部分を通過する走行風は、冷却ファン45の抵抗を受けることがないから通過しやすくなり、燃料電池ラジエータ41の放熱効率を高めることができる。
Further, since the cooling
そして更に、フィルム244の風遮断部244aにより通風路を通過する風を遮って燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を調節することができる。この風遮断部244aは、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42近傍に設けられた巻取り軸244bによって巻き取り可能な部材であって巻取り軸244bに巻き取られることにより車両上下方向に移動する部材であり車両前後方向のスペースが殆ど必要にならないため、コンパクト化を図ることができる。
Further, the
そして更にまた、通風路46を通過する風の流れに対し、A/Cコンデンサ42、燃料電池ラジエータ41の順に直列に配置して風を通過させる場合や燃料電池ラジエータ41、A/Cコンデンサ42の順に直列に配置して風を通過させる場合は、通風抵抗が大きくなるため放熱面積を大きくしなければならず、結果的に燃料電池ラジエータ41やA/Cコンデンサ42自体の大きさが大きくなってしまうが、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42を並列に配置すると、燃料電池ラジエータ41又はA/Cコンデンサ42のどちらか一方を風が通過するだけであり、通風抵抗が少なくなり放熱効率が上がるため、燃料電池ラジエータ41やA/Cコンデンサ42自体の大きさもコンパクト化を図ることができる。
Still further, when the wind flows through the
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above at all, and as long as it belongs to the technical scope of this invention, it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect.
例えば、上述した第1実施例では、車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように、つまり、ダンパ開度θを大きくするようにダンパ44を制御するとしたが、燃料電池28の温度が高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように、つまり、ダンパ開度θを大きくするようにダンパ44を制御してもよい。このときに、燃料電池28の温度が予め定められた所定の運転温度範囲のときには燃料電池28の温度が高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるようにダンパ44を制御してもよいし、燃料電池28の温度が予め定められた所定の運転温度範囲を下方に外れているときには燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるようにダンパ44を制御し、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲に入っているときには燃料電池28の温度が高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるようにダンパ44を制御してもよい。このようにすれば、燃料電池28の温度に応じて燃料電池ラジエータ41を通過する風を調節して燃料電池28を適切に冷却することができる。なお、上述した第2実施例においても燃料電池28の温度が高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように、つまり、フィルム244の風遮断部244aの上端の高さを低くするように風遮断部244aを位置決めしてもよい。このときに燃料電池28の温度が予め定められた所定の運転温度範囲のときには燃料電池28の温度が高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように風遮断部244aを位置決めしてもよいし、燃料電池28の温度が予め定められた所定の運転温度範囲を下方に外れているときには燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるように風遮断部244aを位置決めし、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲に入っているときには燃料電池28の温度が高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように風遮断部244aを位置決めしてもよい。このようにすれば、燃料電池28の温度に応じて燃料電池ラジエータ41を通過する風を調節して燃料電池28を適切に冷却することができる。
For example, in the first embodiment described above, the
また、上述した第1実施例では、ダンパ44は、燃料電池28の温度が予め定められた所定の運転温度範囲を下方に外れているときには燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となるようにダンパ44を制御し(図4(a)参照)、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲に入っているときには車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるようにダンパ44を制御するとしたが(図4(b)参照)、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲に入っているか否かにかかわらず、車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるようにダンパ44を制御してもよい(例えば図4(b)など)。こうしても、燃料電池ラジエータ41を風が通過しやすくして燃料電池を適切に冷却することができる。なお、上述した第2実施例においても、燃料電池28の温度が所定の運転温度範囲に入っているか否かにかかわらず、車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるように風遮断部244aを位置決めしてもよい(例えば図7(b)など)。こうしても、燃料電池ラジエータ41を風が通過しやすくして燃料電池を適切に冷却することができる。
Further, in the first embodiment described above, the
更に、上述した第1実施例では、車速vが高いほど燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるようにダンパ44を制御するとしたが(図4(b)参照)、所定の高速範囲に入っているときには燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最小(図2の二点鎖線の位置参照)になるように設定してもよい。このようにしても、第1実施例の効果と同様の効果が得られる。ここで、「所定の高速範囲」は、車速vによる燃料電池28の発熱を十分に放熱させるため、燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗を最小としなければならなくなる速度以上の範囲として経験的に求めてもよく、例えば、時速100km以上としてもよい。
Furthermore, in the first embodiment described above, the
更にまた、上述した第2実施例では、車速vが高くなると燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が小さくなるようにするとしたが、車速vが高くなると、更にA/Cコンデンサ42側に風遮断部244aを位置決めしてA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗が大きくなるようにしてもよい(図9参照)。こうすれば、冷却ファン45によって強制的に第1通風道246aを通過させる風のうち風遮断部244aにより遮られる部分を通過していた風がA/Cコンデンサ42の残りの部分と燃料電池ラジエータ41の一部を通過するようになるため、結果として風遮断部244aによりA/Cコンデンサ42を遮る前の風量よりも燃料電池ラジエータ41を通過する風量が多くなる。したがって、燃料電池28を適切に冷却することができる。なお、車速vが所定の高速範囲に入っているときにA/Cコンデンサ42側に風遮断部244aを位置決めするとしてもよい。こうすれば、所定の高速範囲では燃料電池28の放熱量が多くなるが、燃料電池ラジエータ41を通過する風を多くして燃料電池28を適切に冷却することができる。
Furthermore, in the second embodiment described above, the resistance of the wind passing through the
そして、上述した第1実施例及び第2実施例では、燃料電池ラジエータ41とA/Cコンデンサ42とを上下並列に通風路46の入口近傍に配置するとしたが、これらを左右に並列に配置してもよい。また、この態様を採用したときに、上述した第1実施例では、ダンパ44は、回動軸44bが回動するのに合わせて上下方向に回動可能としたが、左右方向に回動可能としてもよいし、上述した第2実施例では、フィルム244は、巻取り軸244bに巻き取られることにより車両上下方向に移動するとしたが、車両左右方向に移動するとしてもよい。
In the first and second embodiments described above, the
そしてまた、上述した第1実施例では、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗を相互に増減させる部材を、燃料電池ラジエータ41とA/Cコンデンサ42との境界の近傍に設けられた回動軸44bのまわりに回動可能なダンパ44としたが、図5に示すように、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42それぞれに備えた複数の回動軸144bを中心として回動して開閉するブラインド型のダンパ144としてもよい。このようにしても、第1実施例の効果と同様の効果が得られる。なお、図5には、燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最小となりA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗が最大となるダンパ144の位置を実線で示し、燃料電池ラジエータ41を通過する風の抵抗が最大となりA/Cコンデンサ42を通過する風の抵抗が最小となるダンパ144の位置を一点鎖線で示している。
Further, in the first embodiment described above, the member for mutually increasing or decreasing the resistance of the wind passing through the
そして更に、上述した第2実施例では、フィルム244を巻取り軸244bを回転させて巻き取るとしたが、フィルムスライド機構を設けてフィルム244をスライドさせて車両上下方向に移動させてもよい。こうしても、フィルム244が上下にスライドするためのスペースは必要になるものの、風遮断部244aにより通風路を通過する風を遮って燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を調節することができる。
Further, in the second embodiment described above, the
そして更にまた、上述した第1実施例及び第2実施例では、燃料電池搭載車両10としたが、燃料電池ラジエータ41及びA/Cコンデンサ42を搭載する乗用機械であれば特に限定されず、列車、船舶及び航空機などであってもよい。
Furthermore, in the first and second embodiments described above, the fuel cell-equipped vehicle 10 is used. However, the vehicle 10 is not particularly limited as long as it is a passenger machine equipped with the
10 燃料電池搭載車両、14 駆動輪、16 ボンネット、22 水素ボンベ、24 水素ポンプ、26 エアコンプレッサ、28 燃料電池、32 PCU、34,36 駆動用モータ、38 車速センサ、41 燃料電池ラジエータ、41a 冷却水循環経路、41b 循環ポンプ、41c 温度センサ、42 A/Cコンデンサ、42a エバポレータ、43 EVラジエータ、43a 冷却水循環経路、43b 循環ポンプ、44 ダンパ、44a 制御用モータ、44b 回動軸、45 冷却ファン、46 通風路、50 電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、60 燃料電池搭載車両、144 ダンパ、144b 回動軸、244a 風遮断部、244b 巻取り軸、244c 開口部、246a 第1通風道、246b 第2通風道、246c 仕切壁部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vehicle equipped with fuel cell, 14 Drive wheel, 16 Bonnet, 22 Hydrogen cylinder, 24 Hydrogen pump, 26 Air compressor, 28 Fuel cell, 32 PCU, 34, 36 Drive motor, 38 Vehicle speed sensor, 41 Fuel cell radiator, 41a Cooling Water circulation path, 41b Circulation pump, 41c Temperature sensor, 42 A / C condenser, 42a Evaporator, 43 EV radiator, 43a Cooling water circulation path, 43b Circulation pump, 44 damper, 44a Control motor, 44b Rotating shaft, 45 Cooling fan, 46 Ventilation path, 50 Electronic control unit, 52 CPU, 54 ROM, 56 RAM, 60 Vehicle equipped with fuel cell, 144 Damper, 144b Rotating shaft, 244a Wind blocking portion, 244b Winding shaft, 244c Opening portion, 246a First ventilation Road, 246b 2 ventilation Road, 246c partition walls.
Claims (16)
車両走行時に走行風が通過する通風路と、
前記通風路へ外気を強制的に通風させる冷却ファンと、
前記燃料電池を冷却する電池用冷媒を前記通風路を通過する風によって放熱させる燃料電池ラジエータと、
前記通風路を通過する風の流れに対して前記燃料電池ラジエータと並列に配置され冷房用冷媒を前記通風路を通過する風によって凝縮させる冷房用冷媒凝縮器と、
を備えた燃料電池搭載車両。 A fuel cell-equipped vehicle equipped with a fuel cell that generates electricity by a reaction between fuel gas and oxidizing gas,
A ventilation path through which the driving wind passes when the vehicle is running;
A cooling fan that forcibly vents outside air to the ventilation path;
A fuel cell radiator that dissipates heat from the refrigerant for the battery that cools the fuel cell by wind passing through the ventilation path;
A cooling refrigerant condenser that is arranged in parallel with the fuel cell radiator with respect to the flow of wind passing through the ventilation path, and that condenses the cooling refrigerant by the wind passing through the ventilation path;
A vehicle equipped with a fuel cell.
請求項1に記載の燃料電池搭載車両。 The fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser are arranged in parallel above and below the vehicle in or near the ventilation path.
The vehicle equipped with a fuel cell according to claim 1.
請求項2に記載の燃料電池搭載車両。 The fuel cell radiator is disposed substantially perpendicular to the traveling wind, and the cooling refrigerant condenser is disposed to be inclined with respect to the traveling wind.
The fuel cell vehicle according to claim 2.
前記燃料電池の発電及び/又は前記燃料電池で発電された電力の駆動力への変換に用いる補機類を冷却する補機類用冷媒を放熱させる補機類ラジエータ、を備え、
前記補機類ラジエータは、前記通風路内のうち前記燃料電池ラジエータの上流以外に配置されている、
燃料電池搭載車両。 A fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 3,
An auxiliary equipment radiator that radiates refrigerant for auxiliary equipment that cools auxiliary equipment used for power generation of the fuel cell and / or conversion of electric power generated by the fuel cell into driving force;
The auxiliary machinery radiator is arranged in the ventilation path other than upstream of the fuel cell radiator,
Vehicle with fuel cell.
前記冷房用冷媒凝縮器及び前記燃料電池ラジエータの一部を通過した風の通り道となる第1通風道と前記一部を除いた燃料電池ラジエータを通過した風の通り道となる第2通風道とに前記通風路を仕切る仕切壁部、を備え、
前記冷却ファンは、前記第1通風道へ外気を強制的に通風させるように配置されている、
燃料電池搭載車両。 A vehicle equipped with a fuel cell according to any one of claims 1 to 4,
A first ventilation path that is a wind passage that passes through a part of the cooling refrigerant condenser and the fuel cell radiator, and a second ventilation path that is a passage of wind that passes through the fuel cell radiator excluding the part. A partition wall for partitioning the ventilation path,
The cooling fan is arranged to forcibly vent outside air to the first ventilation path.
Vehicle with fuel cell.
前記燃料電池ラジエータを通過する風の抵抗を調節する抵抗調節手段と、
車速及び/又は前記燃料電池の温度に基づいて前記抵抗調節手段を制御する抵抗調節制御手段と、
を備えた燃料電池搭載車両。 A fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 5,
Resistance adjusting means for adjusting the resistance of wind passing through the fuel cell radiator;
Resistance adjustment control means for controlling the resistance adjustment means based on vehicle speed and / or temperature of the fuel cell;
A vehicle equipped with a fuel cell.
請求項6に記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjustment control means controls the resistance adjustment means so that the resistance of wind passing through the fuel cell radiator decreases as the vehicle speed increases.
The vehicle equipped with a fuel cell according to claim 6.
請求項6又は7に記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjustment control means controls the resistance adjustment means so that the resistance of wind passing through the fuel cell radiator decreases as the temperature of the fuel cell increases.
The fuel cell vehicle according to claim 6 or 7.
請求項6〜8のいずれかに記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjustment control means is configured such that when the temperature of the fuel cell is within a predetermined operating temperature range, the resistance of wind passing through the fuel cell radiator decreases as the temperature of the fuel cell or the vehicle speed increases. Control the resistance adjustment means,
The fuel cell vehicle according to any one of claims 6 to 8.
請求項6〜9のいずれかに記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjustment control means controls the resistance adjustment means so that the resistance of wind passing through the fuel cell radiator is maximized when the temperature of the fuel cell is out of a predetermined operating temperature range. And when the temperature of the fuel cell is within the predetermined operating temperature range, the resistance adjusting means is arranged so that the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator decreases as the temperature of the fuel cell or the vehicle speed increases. Control,
The fuel cell vehicle according to any one of claims 6 to 9.
請求項6〜10のいずれかに記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjusting means increases the resistance of the wind passing through the cooling refrigerant condenser when the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator is reduced, and increases the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator. When the resistance of the wind passing through the cooling refrigerant condenser is reduced, and the resistance of the wind passing through the cooling refrigerant condenser is reduced, the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator is increased, and the cooling refrigerant condenser is Increasing the resistance of the passing wind functions to reduce the resistance of the wind passing through the fuel cell radiator,
The fuel cell vehicle according to any one of claims 6 to 10.
請求項11に記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjustment control means controls the resistance adjustment means so that the resistance of wind passing through the cooling refrigerant condenser is minimized when the vehicle speed is within a predetermined low speed range.
The vehicle equipped with a fuel cell according to claim 11.
請求項6〜12のいずれかに記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjusting means is a passing air blocking member that blocks wind passing through the ventilation path.
The vehicle equipped with a fuel cell according to any one of claims 6 to 12.
請求項13に記載の燃料電池搭載車両。 The passing air blocking member is a member that can be wound by a winding shaft provided in the vicinity of the fuel cell radiator and / or in the vicinity of the cooling refrigerant condenser. It is a member that moves in the direction or the vehicle left-right direction,
The vehicle equipped with a fuel cell according to claim 13.
請求項6〜12のいずれかに記載の燃料電池搭載車両。 The resistance adjusting means is a ventilation path dividing member that can bisect the cross-sectional area of the ventilation path at an arbitrary ratio between the fuel cell radiator side and the cooling refrigerant condenser side.
The vehicle equipped with a fuel cell according to any one of claims 6 to 12.
請求項15に記載の燃料電池搭載車両。 The ventilation path dividing member is a member that is rotatable around a rotation shaft provided at or near a boundary between the fuel cell radiator and the cooling refrigerant condenser.
The vehicle equipped with a fuel cell according to claim 15.
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- 2003-12-24 JP JP2003427579A patent/JP2005126029A/en not_active Withdrawn
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