JP2006059573A - 燃料電池及び空調制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池及び空調システムは、燃料電池1の冷却液通路と、冷却液を循環させる循環ポンプ3と、冷却液の温度を検知する温度検知センサ12と、冷却液通路及び室内の空調用の冷媒が循環する冷媒通路上に設けられ、冷却液と冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ冷却液及び冷媒を加熱するための発熱体41を有する発熱体付き熱交換器5と、発熱体41の発熱制御を行うECU85とを備えている。ECU85は、冷却液温度が燃料電池1の暖機を要しない温度T1を下回る場合に、燃料電池1からの電力を用いて発熱体41を発熱させ、その後、冷却液温度が温度T1を上回ったときに、室内の暖房を行う際には、発熱体41の発熱を継続させる。
【選択図】図1
Description
燃料電池の冷却液通路と、
前記冷却液通路内の冷却液を循環させる冷却液循環手段と、
前記冷却液通路を流れる冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段と、
室内の空調用の冷媒が循環する冷媒通路と、
前記冷媒通路に冷媒を供給して冷媒を循環させる冷媒供給手段と、
前記冷却液通路、及び前記冷媒通路上に設けられ、前記冷却液と前記冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ前記冷却液及び前記冷媒を加熱するための発熱体を有する発熱体付き熱交換器と、
前記発熱体の発熱制御を行う発熱体制御手段と、を備え、
前記発熱体制御手段は、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を下回る場合に、前記燃料電池から出力される電力を用いて前記発熱体を発熱させ、その後、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を上回った場合に、前記室内の暖房を行う際には、前記発熱体の発熱を継続させることを特徴とする。
前記発熱体制御手段は、前記車両の減速時に使用される回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させることを特徴とする。
前記第1及び第2の循環路を流れる前記冷却液の量を調整する流量調整手段と、流量調整手段の調整動作を制御する流量制御手段とをさらに備え、
前記流量制御手段は、前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いた前記発熱体の発熱で前記冷媒を暖める必要がない場合には、前記発熱体の発熱で暖められる冷却液が前記冷却器で冷却されるように、前記流量調整手段に前記第1の循環路を流れる前記冷却液の量を増加させることを特徴とする。
前記冷媒供給手段により供給される前記冷媒通路を循環する冷媒の量を制御する冷媒供給制御手段と
をさらに含み、
前記冷媒供給制御手段は、前記流量調整手段により前記第1の循環路を流れる冷却液の量が増加しており、且つ前記冷却液温度検知手段で検知される冷却液の温度が所定温度を上回る状況下で、前記発熱体制御手段が前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させる場合には、前記冷媒供給手段に前記冷媒通路を循環
し前記放熱器を通過する冷媒の量を増加させることを特徴とする。
前記冷却液の入口及び出口と、
前記冷却液の入口と出口との間に設けられる少なくとも1つの冷却液流路と、
前記冷媒の入口及び出口と、
前記冷媒の入口と出口との間に設けられる少なくとも1つの冷媒流路とを含み、
前記冷媒流路は前記発熱体に対し前記冷却液流路を挟んで配置されていることを特徴とする。
〔構成〕
図1は、本発明による燃料電池及び空調システムの構成例(燃料電池及び空調システムの実施形態)を示す図である。図1には、車両に搭載された燃料電池及び空調システムが示されている。燃料電池システムは、車両の駆動力となる電力を発電するものであり、空調システムは、車両の室内の温度を調整するためのものである。
〈燃料電池システム〉
図1には、燃料電池システムとして、燃料電池1と、燃料電池1の冷却系とが示されている。燃料電池1は、複数のセルが積層されたセルスタックからなる。各セルは、電解質と、電解質を両側から挟む燃料極(アノード)及び空気極(カソード)と、燃料極及び空気極を挟む燃料極側セパレータ及び空気極側セパレータとからなる。
〈空調システム〉
また、図1において、車室内の空調システムは、次のように構成されている。冷媒を吸入圧縮する電動コンプレッサ(圧縮機)13が、配管14を介して第1室内熱交換器(室内ガスクーラ(GC))15と接続されている。第1室内熱交換器15は、室内に送り出される空気の通路31上に配置されており、電動コンプレッサ13からの冷媒と室内に送り出される空気とを熱交換する。
配管20は暖房用電磁弁21の入口に接続されている。暖房用電磁弁21の出口は、発熱体付き熱交換器5の冷媒入口に配管22を介して接続されている。発熱体付き熱交換器5の冷媒出口は、配管23を介して、配管18の中間に接続されている。
〈発熱体付き熱交換器〉
図1において、発熱体付き熱交換器5は、通電により発熱するヒータを有する発熱体41と、冷却液流路を有する冷却液側部42と、冷媒流路を有する冷媒側部43とを備えている。冷却液流路を流れる冷却液、及び冷媒流路を流れる冷媒の夫々は、発熱体41の発熱により加熱されるように構成されている。また、冷却液流路を流れる冷却液と冷媒流路を流れる冷媒との間で熱交換が行われるように構成されている。
合流部63に取り付けられる面は開口されている。一方、分流/合流部63には、各冷媒流路部67の取り付け位置及びその開口部に応じた孔68が形成されている。これによって、各冷媒流路部67の内部空間は、孔68を介して分流/合流部63の内部空間に連通している。
と冷媒側部43との間)に発熱体41を配置している。このような構成により、発熱体付き熱交換器5は、小型化されている。
〈制御部〉
次に、上述した燃料電池システム及び空調システムを制御する構成について説明する。図1に示すように、実施形態に係る車両には、燃料電池1と、燃料電池1に対して並列に接続された蓄電池81と、車両の駆動力を供給する電動機(モータ)82と、その駆動回路83と、燃料電池1や蓄電池81からの電力を駆動回路83に供給し、電動機82の作動を制御する制御部84とを備えている。
〔動作例〕
以下、上述したような燃料電池及び空調システムの動作例を、ECU85による処理を中心に説明する。
〈動作例1〉
最初に、図1及び図5を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例1について説明する。図5は、動作例1におけるECU85の処理を示すフローチャートである。動作例1は、燃料電池1が低温時に起動され、燃料電池1が暖機される場合における動作例である。なお、図5に示す処理は、燃料電池1が既に始動されて発電が行われており、また、循環ポンプ3の作動により、冷却液がラジエータ7を経由しない第2の循環路で循環していることを前提とする。
〈動作例2〉
次に、図1及び図6を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例2について説明する。図6は、動作例2におけるECU85の処理を示すフローチャートである。動作例2は、動作例1と連続する動作であり、燃料電池1の暖機時において、空調システムの暖房スイッチが既にオンとなっており、所定の室内目標温度に応じて空調システムの作動/作動停止が行われる(即ち、空調システムが、室内温度に応じて作動状態となったり待機状態となったりする)ようになっている場合の例である。
〈動作例3〉
次に、図1及び図7を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例3について説明する。図7は、動作例3におけるECU85の処理を示すフローチャートである。動作例3は、動作例2と連続する動作であり、暖機終了後、燃料電池1が十分に暖まった場合の動作を示す。図7に示す処理の開始時では、発熱体(電気ヒータ)41がオンとなっている。また、空調システムの暖房スイッチが既にオンとなっており、所定の室内目標温度に応じて空調システムの作動/作動停止(作動状態/待機状態の遷移)が行われるようになっている。
85は、発熱体(電気ヒータ)41への通電を停止して、電気ヒータをオフにする(ステップS303)。
〈動作例4〉
次に、図1及び図8を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例4について説明する。図8は、動作例4におけるECU85の処理を示すフローチャートである。動作例4は、燃料電池1の運転中で、車両が走行しており、車両の減速時に回生ブレーキが使用され、回生ブレーキによる余剰電力が発生した場合の動作を示す。
のとして、室内温度Taがこれ以上急速に暖房する必要がない温度(例えば、暖房目標温度)T2を下回っているか否かを判定する(ステップS404)。このとき、室内温度Taが温度T2を下回っていなければ(S404;NO)、処理がステップS401に戻される。
〈動作例5〉
次に、図2及び図9を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例5について説明する。図9は、動作例5におけるECU85の処理を示すフローチャートである。動作例5は、燃料電池1の運転中で、車両が走行しており、車両の減速時に回生ブレーキが使用され、回生ブレーキによる余剰電力が発生した場合の動作を示す。動作例5は、夏場等の暖房が不要な場合を想定している。
受け取っているか否かを判定する(ステップS503)。このとき、ブレーキ信号を受け取っていなければ(S503;NO)、処理がステップS501に戻る。
〈動作例6〉
次に、図2及び図10を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例6について説明する。図10は、動作例6におけるECU85の処理を示すフローチャートである。動作例6は、動作例5と同様に、燃料電池1の運転中で、車両が走行しており、車両の減速時に回生ブレーキが使用され、回生ブレーキによる余剰電力が発生した場合の動作を示す。また、動作例6は、夏場等の暖房が不要な場合を想定している。
レーキにより生じた余剰電力を発熱体41に供給し、電気ヒータをオンにする(ステップS615)。
〈動作例7〉
次に、図2及び図11を用いて、燃料電池及び空調システムの動作例7について説明する。図11は、動作例7におけるECU85の処理を示すフローチャートである。動作例7は、燃料電池1の高負荷運転中における動作を示す。
〔実施形態の作用効果〕
以上説明したような燃料電池及び空調システムは、循環ポンプ3,配管2,燃料電池1,配管4,発熱体付き熱交換器5,配管6,ラジエータ7,配管10,三方弁9,配管11,及びバイパス管8で構成される燃料電池1の冷却液通路と、冷却液通路内の冷却液を循環させる冷却液循環手段としての循環ポンプ3と、冷却液通路を循環する冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段としての温度検知センサ12と、空調用の冷媒通路に冷媒を供給して冷媒を循環させる冷媒供給手段としての電動コンプレッサ13と、冷媒の循環を通じて調整される室内の温度を検知する室内温度検知手段としての室内温度センサ88と、冷却液通路、及び冷媒通路上に設けられ、冷却液と冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ冷却液及び冷媒を加熱するための発熱体41を有する発熱体付き熱交換器5と、発熱体41の発熱制御を行う発熱体制御手段としてのECU85とを備えている。
〔変形例〕
上述した実施形態は、次のような変形が可能である。図12は、実施形態の変形例に係る燃料電池及び空調システムの構成例を示す図である。図12では、配管4の代わりの配管4Aが燃料電池1の出口とラジエータ7との入口とを結んでいる。また、配管4Aには、バイパス管4B及び4Cが接続されており、バイパス管4B及び4Cは、それぞれ、発熱体付き熱交換器5の冷却液の入口及び出口に夫々接続されている。これによって、燃料電池1から排出された冷却液の一部がバイパス管4Bを通って発熱体付き熱交換器5を経由するようになっている。この点を除き、燃料電池及び空調システムの構成は、図1に示した実施形態の構成と同様である。
5 発熱体付き熱交換器
7 ラジエータ
9 三方弁
12 温度検知センサ
13 電動コンプレッサ
17,27 冷房用電磁弁
19 室外熱交換器
21,35 暖房用電磁弁
41 発熱体
42 冷却液側部
43 冷媒側部
57 冷却液流路部
67 冷媒流路部
81 蓄電池
82 電動機
83 駆動回路
84 制御部
85 ECU
87 蓄電池残存容量計
Claims (6)
- 燃料電池の冷却液通路と、
前記冷却液通路内の冷却液を循環させる冷却液循環手段と、
前記冷却液通路を循環する冷却液の温度を検知する冷却液温度検知手段と、
室内の空調用の冷媒が循環する冷媒通路と、
前記冷媒通路に冷媒を供給して冷媒を循環させる冷媒供給手段と、
前記冷却液通路、及び前記冷媒通路上に設けられ、前記冷却液と前記冷媒との間で熱が伝わるように構成され、且つ前記冷却液及び前記冷媒を加熱するための発熱体を有する発熱体付き熱交換器と、
前記発熱体の発熱制御を行う発熱体制御手段と、を備え、
前記発熱体制御手段は、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を下回る場合に、前記燃料電池から出力される電力を用いて前記発熱体を発熱させ、その後、前記冷却液の温度が前記燃料電池の暖機を必要としない温度を上回った場合に、前記室内の暖房を行う際には前記発熱体の発熱を継続させる
ことを特徴とする燃料電池及び空調制御システム。 - 前記燃料電池及び空調システムは、回生ブレーキを有する車両に搭載されており、
前記発熱体制御手段は、前記車両の減速時に使用される回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させる
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池及び空調制御システム。 - 前記冷却液通路は、前記冷却液を冷却する冷却器が設けられた第1の循環路と、前記冷却器をバイパスする第2の循環路とを含み、
前記第1及び第2の循環路を流れる前記冷却液の量を調整する流量調整手段と、流量調整手段の調整動作を制御する流量制御手段とをさらに備え、
前記流量制御手段は、前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いた前記発熱体の発熱で前記冷媒を暖める必要がない場合には、前記発熱体の発熱で暖められる冷却液が前記冷却器で冷却されるように、前記流量調整手段に前記第1の循環路を流れる前記冷却液の量を増加させる
ことを特徴とする請求項2記載の燃料電池及び空調制御システム。 - 前記冷媒通路上に設けられ、該冷媒通路上を循環する前記冷媒から熱を放熱させる放熱器と、
前記冷媒供給手段により供給される前記冷媒通路を循環する冷媒の量を制御する冷媒供給制御手段と
をさらに含み、
前記冷媒供給制御手段は、前記流量調整手段により前記第1の循環路を流れる冷却液の量が増加しており、且つ前記冷却液温度検知手段で検知される冷却液の温度が所定温度を上回る状況下で、前記発熱体制御手段が前記回生ブレーキにより生じた電力の少なくとも一部を用いて前記発熱体を発熱させる場合には、前記冷媒供給手段に前記冷媒通路を循環し前記放熱器を通過する冷媒の量を増加させる
ことを特徴とする請求項3記載の燃料電池及び空調制御システム。 - 前記冷媒供給制御手段は、前記流量調整手段により前記第1の循環路を流れる冷却液の量が増加しており、且つ前記冷却液温度検知手段で検知される冷却液の温度が所定温度を上回る場合に、前記発熱体付き熱交換器において前記冷却液から前記冷媒へ伝わる熱が前記放熱器で放熱されるように、前記冷媒供給手段を作動させる
ことを特徴とする請求項4記載の燃料電池及び空調制御システム。 - 前記発熱体付き熱交換器は、
前記冷却液の入口及び出口と、
前記冷却液の入口と出口との間に設けられる少なくとも1つの冷却液流路と、
前記冷媒の入口及び出口と、
前記冷媒の入口と出口との間に設けられる少なくとも1つの冷媒流路とを含み、
前記冷媒流路は前記発熱体に対し前記冷却液流路を挟んで配置されている
ことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の燃料電池及び空調制御システム。
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