JP2011178366A - 車両の制御装置およびその制御方法 - Google Patents

車両の制御装置およびその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2011178366A
JP2011178366A JP2010047497A JP2010047497A JP2011178366A JP 2011178366 A JP2011178366 A JP 2011178366A JP 2010047497 A JP2010047497 A JP 2010047497A JP 2010047497 A JP2010047497 A JP 2010047497A JP 2011178366 A JP2011178366 A JP 2011178366A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
refrigerant
circulation circuit
electric heater
heating
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
Application number
JP2010047497A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoyuki Kako
知之 加古
Keiko Tanaka
敬子 田中
Kei Okamoto
圭 岡本
Yukio Egawa
幸雄 江川
Kazuyoshi Terakura
和良 寺倉
Chihiro Miwa
千尋 三輪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2010047497A priority Critical patent/JP2011178366A/ja
Publication of JP2011178366A publication Critical patent/JP2011178366A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

【課題】補助熱源として電気ヒータを用いる場合のエネルギー効率の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】車室内を暖房する要求があるか否かを判定し(S110)、前記暖房の要求があったときに、暖房に関わる負荷以外の負荷から燃料電池に発電要求があるか否かを判定し(S120)、前記発電要求がないと判定されたときに(ステップS130:NO)、電気ヒータがオン状態となるのを禁止する(S120)。
【選択図】図5

Description

本発明は、燃料電池と燃料電池に接続される複数の負荷とを備える車両の制御装置およびその制御方法に関する。
従来、燃料電池を搭載した車両において、燃料電池の廃熱を車室内の温度調節の熱源に利用する技術が知られている。詳しくは、燃料電池が途中に配置された冷却水循環路を流れる冷却水をヒータコアに供給し、ヒータコアにより温度調節された空気を車室内に供給する(例えば、特許文献1、2)。
さらに、特許文献2では、ヒータコアの上流側に電気ヒータを設けることで、ヒータコアに流入する冷却水を補助的に加熱可能とする構成が提案されている。
特開2001−315524号公報 特開2004−98991号公報 特開2006−156059号公報 特開2007−10660号公報 特開2004−074992公報
前記従来の技術を搭載する車両においては、燃料電池から発生する電気によって電気ヒータを駆動することが考えられる。この構成において、例えば、アイドル時には、燃料電池は電気ヒータから発電要求があるだけであるが、この際には、燃料電池に余分な負荷が掛かり、エネルギー効率が悪いという問題が発生した。
本発明は、補助熱源として電気ヒータを用いる場合のエネルギー効率の向上を図ることを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1] 燃料電池と、前記燃料電池に接続される複数の負荷とを備える車両の制御装置であって、ヒータコアを備え、車室内を暖房する空調機構と、前記ヒータコアを通って冷媒を循環させる第1循環回路と、前記燃料電池を通って冷媒を循環させる第2循環回路と、前記第1循環回路に配置され、前記第1循環回路中の冷媒を加熱し得る、前記負荷の1つとしての電気ヒータと、前記第1循環回路と前記第2循環回路とを連携することで、前記燃料電池の廃熱を前記ヒータコアに伝達しうる連携状態と、前記第1循環回路と前記第2循環回路とを切り離すことで、前記燃料電池の廃熱が前記ヒータコアに伝達しない独立状態との間で回路の切り換えを行う回路切換部と、前記電気ヒータのオンオフを切り換える電気ヒータ駆動部と、要求される暖房能力に応じて、前記回路切換部および電気ヒータ駆動部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記車室内を暖房する要求があるか否かを判定する暖房要求判定部と、前記暖房の要求があったときに、前記暖房に関わる負荷以外の負荷から前記燃料電池に発電要求があるか否かを判定する他発電要求判定部と、前記他発電要求判定部により前記発電要求がないと判定されたときに、前記電気ヒータ駆動部に対して前記電気ヒータがオン状態となるのを禁止させる電気ヒータ禁止制御部とを備える車両の制御装置。
適用例1に記載の車両の制御装置によれば、暖房の要求があったときに、暖房に関わる負荷以外の負荷から燃料電池に発電要求がない場合に、電気ヒータがオン状態となるのが禁止される。すなわち、暖房に関わる負荷以外の負荷だけから燃料電池に発電要求がある場合に、電気ヒータは常にオフ状態となる。このため、エネルギー効率の悪い状態で電気ヒータがオンされることがないことから、エネルギー効率を高めることができる。
[適用例2] 適用例1に記載の車両の制御装置であって、前記複数の負荷のうちの1つとして、前記燃料電池に空気を送るエアコンプレッサを備える、車両の制御装置。
適用例2に記載の車両の制御装置によれば、他発電要求判定部により、エアコンプレッサからの発電要求が少なくとも判定されることになる。
[適用例3] 燃料電池と、前記燃料電池に接続される複数の負荷とヒータコアを備え、車室内を暖房する空調機構と、前記ヒータコアを通って冷媒を循環させる第1循環回路と、前記燃料電池を通って冷媒を循環させる第2循環回路と、前記第1循環回路に配置され、前記第1循環回路中の冷媒を加熱し得る、前記負荷の1つとしての電気ヒータと、前記第1循環回路と前記第2循環回路とを連携することで、前記燃料電池の廃熱を前記ヒータコアに伝達しうる連携状態と、前記第1循環回路と前記第2循環回路とを切り離すことで、前記燃料電池の廃熱が前記ヒータコアに伝達しない独立状態との間で回路の切り換えを行う回路切換部と、前記電気ヒータのオンオフを切り換える電気ヒータ駆動部とを備える車両の制御方法において、前記車室内を暖房する要求があるか否かを判定し、前記暖房の要求があったときに、前記暖房に関わる負荷以外の負荷から前記燃料電池に発電要求があるか否かを判定し、前記発電要求がないと判定されたときに、前記電気ヒータ駆動部に対して前記電気ヒータがオン状態となるのを禁止させる、ことを特徴とする車両の制御方法。
適用例3に記載の車両の制御方法によれば、適用例1に記載の車両の制御装置と同様に、車両全体でのエネルギー効率を高めることができる。
さらに、本発明は、上記適用例1ないし3以外の種々の形態で実現可能である。
本発明の一実施例としての制御装置を搭載する車両1のフロント部1f周辺の概略構成を示す説明図である。 空調システム10とその周辺の構成を示す説明図である。 空調システム10における冷媒流路の独立状態の一態様を示す説明図である。 空調システム10における冷媒流路の連携状態を示す説明図である。 電気ヒータ制御処理を示すフローチャートである。 電気ヒータ55をオンオフしたときの燃料電池スタック20の発電電力の変化を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、実施例に基づき説明する。
図1は、本発明の一実施例としての制御装置を搭載する車両1のフロント部1f周辺の概略構成を示す説明図である。図示するように、フロント部1fには、主として、ヘッドライト2、空調システム10、燃料電池スタック20、エアコンプレッサ3などが配置される。フロント部1fには、さらに、燃料電池スタック20で発生した電力により車両1の推進力を生じさせる駆動モータ5や、駆動モータ5の発生したトルクを車軸に伝えるギヤ7などが設けられている。ヘッドライト2、空調システム10、およびエアコンプレッサ3も、燃料電池スタック20で発生した電力により駆動される。空調システム10は、車室1rの内部の温度を制御するものである。本発明の一実施例としての制御装置は、燃料電池スタック20と、燃料電池スタック20に接続されるヘッドライト2、空調システム10、エアコンプレッサ3等の機器(負荷)とにより構成される。
図2は、空調システム10とその周辺の構成を示す説明図である。空調システム10は、第1循環回路C1と、第2循環回路C2と、2つの循環回路C1,C2を接続させる2つの冷媒流路(第5,9冷媒流路)65,69と、空調機構50と、制御ユニット100とを備えている。
燃料電池スタック20は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を有する単セルが複数積層された構成を備えている。燃料電池スタック20には、図示しない水素ガスタンクから、燃料ガスとしての水素ガスが燃料ガス流路22を介して供給される。また、燃料電池スタック20には、エアコンプレッサ3(図1)により、酸化剤ガスとしての空気が酸化剤ガス流路24を介して供給される。燃料電池スタック20には、上述した燃料ガスおよび酸化剤ガスに加えて、冷却媒体(以下、単に「冷媒」とも呼ぶ)が供給され、発電に伴い昇温した各単セルが冷媒によって冷却される。本実施例では、冷媒として水にエチレングリコールなどを添加した不凍液を用いるものとするが、不凍液に換えて、純水等の任意の冷却水を利用することもできる。また、冷却水に換えて二酸化炭素などの気体を冷媒としてもよい。
燃料電池スタック20には、負荷40が電気的に接続されており、燃料電池スタック20における電気化学反応により生じた電力が負荷40に供給される。ここで、負荷40とは、種々の負荷の集合であり、各負荷は、前述したように、ヘッドライト2、エアコンプレッサ3、駆動モータ5、後述する2つの電動ファン31,52、電気ヒータ55、および2つのポンプ32,54等を意味する。さらに、負荷40の各負荷として、図示しないナビゲーション装置やオーディオ装置等、車両1に搭載される全ての電気機器が該当しうる。
第1循環回路C1は、燃料電池スタック20を冷却するための冷媒の流通路であり、第1〜4冷媒流路61,62,63,64により構成されている。第1循環回路C1には、第1ポンプ32と、ラジエータ30と、第1三方弁33とが接続されている。
第1冷媒流路61の一方端は第1三方弁33と接続され、他方端は燃料電池スタック20の冷媒流入口と接続されており、第1三方弁33から流出される冷媒を燃料電池スタック20に流入させる。第2冷媒流路62の一方端は燃料電池スタック20の冷媒流出口と接続され、他方端は第3,4冷媒流路63,64に分岐しており、燃料電池スタック20から流出される冷媒を、第3冷媒流路63および第4冷媒流路64に流入させる。また、第2冷媒流路62は、第5冷媒流路65および第9冷媒流路69とも接続されており、燃料電池スタック20から流出される冷媒を第2循環回路C2に送出すると共に、第2循環回路C2から流出される冷媒を第3冷媒流路63または第4冷媒流路64に流入させる。
第3冷媒流路63の下流側の端部(第2冷媒流路62と反対側の端部)と第4冷媒流路64の下流側の端部(第2冷媒流路62と反対側の端部)とは、第1三方弁33に接続されている。
第1三方弁33は、3つの冷媒流路61,63,64に接続された電磁弁であり、弁の開度を調整することにより、第3冷媒流路63から第1冷媒流路61へ流通する冷媒と、第4冷媒流路64から第1冷媒流路61へ流通する冷媒との流量比を調整する。
ラジエータ30は、第3冷媒流路63に配置されている。ラジエータ30の近傍には、電動ファン(以下、「ラジエータファン」と呼ぶ)31が配置されている。ラジエータ30は、第2冷媒流路62を介して燃料電池スタック20から送られてくる冷媒を、ラジエータファン31からの風により冷却し、冷媒の熱を車外へと放出する。ここで、第4冷媒流路64にはラジエータが配置されていないことからも分かるように、第4冷媒流路64は、ラジエータ30をバイパスして、第2冷媒流路62と第1冷媒流路61とを接続するバイパス回路である。したがって、第4冷媒流路64を通過する冷媒の放熱量は、第3冷媒流路63を通過する冷媒の放熱量に比べて少ない。
第1ポンプ32は、第1冷媒流路61に配置され、第3冷媒流路63および第4冷媒流路64から送られてきた冷媒を燃料電池スタック20へと送出する。図2において、太い実線の矢印は、冷媒の流れを示している。図2の例では、冷媒は、第1循環回路C1において、燃料電池スタック20,第2冷媒流路62,第3冷媒流路63,第1冷媒流路61の順序で循環している。なお、図3に示すように、空調システム10では、第2冷媒流路62から流出された冷媒が第3冷媒流路63に流入せず、全て第4冷媒流路64に流入する場合もある。第3冷媒流路63へ流入させるか第4冷媒流路64へ流入させるかは、第1三方弁33を制御することで切り換えることができる。
第2循環回路C2は、空調機構50に用いられる冷媒の流通路であり、第6〜8冷媒流路66,67,68により構成されている。第2循環回路C2には、第2三方弁58と、第2ポンプ54と、電気ヒータ55と、ヒータコア51とが接続されている。ヒータコア51は、空調機構50に含まれる暖房用熱交換器である。
第6冷媒流路66の一方端は第2三方弁58と接続され、他方端はヒータコア51の冷媒流入口と接続されており、第2三方弁58から流出される冷媒を、ヒータコア51に流入させる。第7冷媒流路67の一方端はヒータコア51の冷媒流出口と接続され、他方端は第8,9冷媒流路68,69に分岐しており、ヒータコア51から流出される冷媒を、第8冷媒流路68または第9冷媒流路69に流入させる。
なお、第5冷媒流路65は、第2冷媒流路62および第2三方弁58と接続されており、第2冷媒流路62から流出される冷媒を第2三方弁58に流入させる。第9冷媒流路69は、第7冷媒流路67および第2冷媒流路62と接続されており、第7冷媒流路67から流出される冷媒を第2冷媒流路62に流入させる。すなわち、第5冷媒流路65および第9冷媒流路69は、第1循環回路C1と第2循環回路C2とを接続させる。
第2三方弁58は、3つの冷媒流路65,66,68に接続された電磁弁であり、弁の開度を調整することにより、第6冷媒流路66と第5冷媒流路65とを接続し、第6冷媒流路66と第8冷媒流路68を接続しない状態と、第6冷媒流路66と第8冷媒流路68とを接続し、第6冷媒流路66と第5冷媒流路65を接続しない状態とのいずれかに切り替える。
第2ポンプ54は、第6冷媒流路66に配置され、第5冷媒流路65または第8冷媒流路68から送られてきた冷媒をヒータコア51へと送出する。電気ヒータ55は、第2ポンプ54とヒータコア51との間に配置されており、第6冷媒流路66を流通する冷媒を温める。
空調機構50は、前述したヒータコア51と、電動ファン(以下、「ブロワーファン」と呼ぶ)52と、ケーシング53とを備えている。ヒータコア51は、加熱用熱交換機であり、第2循環回路C2を流通する冷媒の熱によって昇温される。ブロワーファン52は、ヒータコア51に対して送風することにより、ケーシング53の外部(車室1r内)に向けてヒータコア51により温められた空気を送出する。なお、空調機構50は、図示しないダクトを介して、各種吹出口(ベンチレーター,フット,デフロスタ等)と接続され、これら吹出口から温風を送出する。
図2の例では、第2三方弁58は、第6冷媒流路66と第8冷媒流路68とを接続し、第6冷媒流路66と第5冷媒流路65を接続しない状態となっており、冷媒は、第2循環回路C2において、第6冷媒流路66、電気ヒータ55、ヒータコア51、第7冷媒流路67、第8冷媒流路68の順序で循環している。すなわち、図2の例では、第1循環回路C1および第2循環回路C2において、それぞれ独立して冷媒が循環されている。以下、このように、空調システム10において、第1循環回路C1と第2循環回路C2とで互いに独立して冷媒が循環されている状態を「独立状態」と呼ぶ。
なお、この独立状態においても、前述したように、第4冷媒流路64が閉じて第3冷媒流路63が開いている態様(以下、「図2の態様」と呼ぶ)と、第3冷媒流路63が閉じて第4冷媒流路64が開いている態様(以下、「図3の態様」と呼ぶ)とがある。すなわち、独立状態であってラジエータ30が利用される図2の態様と、独立状態であってラジエータ30の利用されない図3の態様とがある。
一方、図4に示すように、第2三方弁58を制御することにより、第1循環回路C1と第2循環回路C2とが物理的に接続され、第1循環回路C1と第2循環回路C2との間で冷媒のやりとりが行われる構成とすることができる。詳しくは、このときには、第2三方弁58は、第6冷媒流路66と第5冷媒流路65とを接続し、第6冷媒流路66と第8冷媒流路68を接続しない状態となっており、第1循環回路C1と第2循環回路C2との間で冷媒のやりとりが行われる。この構成を、以下「連携状態」と呼ぶ。この連携状態時においては、燃料電池スタック20の廃熱を利用してヒータコア51による暖房を行うことができる。
なお、この連携状態時には、第1三方弁33を制御することで、第1循環回路C1においては、第2冷媒流路62から流出された冷媒が第3冷媒流路63に流入せず、全て第4冷媒流路64に流入する構成としている。これは、ヒータコア51に流入する冷媒が、ラジエータ30で冷却されることを防いでいる。
制御ユニット100は、CPU(Central Processing Unit)101と、メモリ102と、入出力回路103とを主に備えている。入出力回路103は、各種アクチュエータ、各種センサ、および操作パネル70と信号線(図示せず)を介して接続されている。各種アクチュエータとしては、2つの電動ファン31,52、電気ヒータ55、2つのポンプ32,54、2つの三方弁33,38等がある。
各種センサとしては、各種の温度センサや電圧センサ(図示せず)や電流センサ(図示せず)等がある。本実施例では、燃料電池スタック20の冷媒流入口に設けられた第1温度センサ34、燃料電池スタック20の冷媒流出口に設けられた第2温度センサ35、ヒータコア51の冷媒流入口に設けられた第3温度センサ56、ヒータコア51の冷媒流出口に設けられた第4温度センサ57、車内温度センサ(図示せず)、車外温度センサ(図示せず)、日射量センサ(図示せず)等が各種温度センサとして設けられている。
操作パネル70は、乗員により操作可能な各種のスイッチを含む。各種のスイッチとしては、エアコンディショナ(エアコン)のスイッチや、室内温度設定用のスイッチ等が該当する。
メモリ102には、主として空調システム10を制御するための図示しないコンピュータプログラムが格納されており、CPU101は、このコンピュータプログラムを実行することにより、各種センサの検出値や操作パネル70の出力信号等に基づいて各種アクチュエータを駆動して、車室1r内の温度を制御する。
前記車室内の温度制御としては、回路切換制御と電気ヒータ制御とを少なくとも含む。回路切換制御は、第1三方弁33および第2三方弁58を調整して、冷媒の回路を図2の態様、図3の態様、および図4の態様のうちのいずれかに切り換えるものである。電気ヒータ制御は、電気ヒータ55のオンオフを切り換えるものである。
回路切換制御としては、周知の種々の態様が考えられる。例えば、燃料電池スタック20の温度が所定値以上の高温のときには、燃料電池スタック20の廃熱を無駄なくヒータコア51の加熱に利用することができるので、連携状態である図4の態様に切り換え、燃料電池スタック20の温度が所定値を下回るときには、独立状態のうちの図3の態様に切り換える構成とすることができる。
電気ヒータ制御について次に説明する。図5は、電気ヒータ制御処理を示すフローチャートである。この電気ヒータ制御処理は、制御ユニット100のCPU101により実行されるもので、所定時間毎に繰り返し実行される。処理が開始されると、CPU101は、まず、暖房要求があるか否かを判定する(ステップS110)。ここで、「暖房要求」とは、暖房が必要であるという要求である。詳しくは、操作パネル70からのエアコンスイッチのオン操作と室内温度設定の操作とを受けて、暖房が必要であると判断されたときに、暖房要求があったものと判断する。
ステップS110で、暖房要求がないと判定されたときには、CPU101は、電気ヒータ55をオフ状態に切り換える(ステップS120)。なお、現在の状態がオフ状態である場合には、オフ状態を維持する。ステップS110で否定判定された後のステップS120の時点では、前述した回路切換制御において、冷媒の回路を図2の態様(独立状態で、ラジエータ30の利用あり)とする処理が行われており、電気ヒータ55がオフされることで、暖房は完全にオフされる。
一方、ステップS110で、暖房要求があると判定されたときには、CPU101は、燃料電池スタック20に対して、暖房に関わる負荷以外の負荷から発電要求があるか否かを判定する(ステップS130)。「暖房に関わる負荷」とは、図2に示す空調システム10に含まれる暖房に関わる電気機器であり、本実施例では、電気ヒータ55、ブロワーファン52、およびポンプ32,54が該当する。なお、ラジエータファン31は、冷却のためのファンで、「暖房に関わる負荷」には含まれない。負荷の大きさとしては、電気ヒータ55が大きく、ブロワーファン52、およびポンプ32,54は比較的小さい。このため、「暖房に関わる負荷以外の負荷」は、具体的には、前述した負荷40の中では、ヘッドライト2、エアコンプレッサ3、駆動モータ5、ナビゲーション装置、およびオーディオ装置等が該当する。
なお、暖房に関わる負荷は、本実施例では、電気ヒータ55、ブロワーファン52、およびポンプ32,54としたが、必ずしもこれに限る必要はなく、第1循環回路C1、第2循環回路C2、および接続用の第5,9冷媒流路65,69に備えられる全ての電気機器のうちの暖房に関わるものが該当しうる。
ステップS130で、暖房に関わる負荷以外の負荷(以下、「暖房以外負荷」と呼ぶ)から発電要求がないと判定されたときには、CPU101は、前述したステップS120に処理を進めて、電気ヒータ55をオフ状態に切り換える。なお、現在の状態がオフ状態である場合には、オフ状態を維持する。ステップS130で否定判定された後のステップS120の時点では、前述した回路切換制御において、燃料電池スタック20の温度が所定値以上であれば冷媒の回路を図4の態様(連携状態)とする処理が行われており、電気ヒータ55がオフされることで、燃料電池スタック20の廃熱だけを利用して暖房が行われることになる。
一方、ステップS130で、暖房以外負荷から発電要求があると判定されたときには、CPU101は、目標吹き出し温度が所定値T0を上回っているか否かを判定する(ステップS140)。目標吹き出し温度は、空調機構50から吹き出す空気の温度の目標値であり、周知の方法にて別ルーチンにて演算される。例えば、車内温度とユーザによる設定温度との差に、車外温度、日射量等を考慮して求められる。
ステップS140で、目標吹き出し温度が所定値T0を上回っていると判定されたときには、CPU101は、電気ヒータ55をオン状態に切り換える(ステップS150)。なお、現在の状態がオン状態である場合には、オン状態を維持する。なお、このステップS150の時点では、前述した回路切換制御において、燃料電池スタック20の温度が所定値以上であれば冷媒の回路を図4の態様(連携状態)とする処理が行われており、電気ヒータ55がオンされることで、燃料電池スタック20の廃熱と電気ヒータ55の熱との双方を利用して暖房が行われることになる。
一方、ステップS140で、目標吹き出し温度が所定値T0以下であると判定されたときには、CPU101は、前述したステップS120に処理を進めて、電気ヒータ55をオフ状態に切り換える。なお、ステップS140で否定判定された後のステップS120の時点では、前述した回路切換制御において、燃料電池スタック20の温度が所定値以上であれば冷媒の回路を図4の態様(連携状態)とする処理が行われており、電気ヒータ55がオンされることで、燃料電池スタック20の廃熱だけを利用して暖房が行われることになる。
ステップS120またはステップS150の実行後、「リターン」に抜けて、この電気ヒータ制御処理を一旦終了する。前記電気ヒータ制御処理におけるステップS110の処理が暖房要求判定部111(図1)に、ステップS130の処理が他発電要求判定部112(図1)に、ステップS130の否定判定結果とステップS120の処理が電気ヒータ禁止制御部113(図1)にそれぞれ相当する。また、本実施例における第1三方弁33と第2三方弁25と入出力回路103が適用例1における「回路切換部」に相当し、入出力回路103が適用例1における「電気ヒータ駆動部」に相当する。
図6は、電気ヒータ55をオンオフしたときの燃料電池スタック20の発電電力の変化を示すタイミングチャートである。図示するように、車両1のアイドル時において、時刻t1で電気ヒータ55をオンし、時刻t2で電気ヒータ55をオフした。さらに、車両1の走行時(例えば、40km/h)において、時刻t3で電気ヒータ55をオンし、時刻t4で電気ヒータ55をオフした。図示のタイミングチャートは、実験等により求めたものである。
図6に示すように、アイドル時において電気ヒータ55をオンすると、燃料電池スタック20の発電電力(以下、「FC発電電力」と呼ぶ)は、P1だけ増大した。一方、走行時において電気ヒータ55をオンすると、FC発電電力は、P2だけ増大した。図示するように、アイドル時における増大分P1は、走行時における増大分P2よりも大きなものとなっている。時刻t1およびt3では、電気ヒータ55をオンする前の状態から電気ヒータ55をオンしただけであることから、電気ヒータ55で消費する同じ分だけFC消費電力が増大すると考えられるところが、実際は、アイドル時における増大分P1は、走行時における増大分P2よりも大きなものとなった。
上記増大分P1、P2に差が出るのは次の理由による。走行時において、燃料電池システムでは発電に必要なエアコンプレッサやポンプなどの補機をもともと駆動させているが、アイドル時においては、電気ヒータ55をオンしようとすると、発電のための前記補機をわざわざ駆動させる必要がある。このため、アイドル時には発電のための前記補機に電力を余分に食われることから、FC発電電力を走行時より増大させる必要があるためである。
したがって、アイドル時において電気ヒータ55をオンさせることは、走行時の電気ヒータ55をオンさせる場合より、FC発電電力を増大させる必要があり、エネルギー効率が悪いことが、図6の実験結果から判る。
第1実施例の空調システム10によれば、暖房要求があったときに、暖房以外負荷から発電要求がない場合(すなわち、発電要求は暖房だけである場合)には、電気ヒータ55は常にオフ状態とされる(すなわち、オン状態となるのが禁止される)。このため、アイドル時等の発電要求が暖房だけである場合に、電気ヒータ55がオンされることがないことから、エネルギー効率が悪い場合に電気ヒータ55が駆動されることを回避することができる。したがって、システム全体でのエネルギー効率を高めることができ、電費を向上することができる。
なお、この発明は上記の実施例やそれらの変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
・第1変形例:
上記実施例では、ステップS130で、暖房以外負荷から発電要求があるか否かを判定しているが、これに換えて、アイドル時であるか否かを判定する構成として、アイドル時であると判定されたときに、ステップS120に処理を進め、アイドル時でないと判定されたときにステップS140に処理を進める構成としてもよい。すなわち、暖房以外負荷から発電要求があるか否かを、非アイドル時かアイドル時かから求める構成としてもよい。この構成によっても、システム全体でのエネルギー効率を高めることができ、電費を向上することができる。
・第2変形例:
上記実施例では、2つの循環回路C1,C2を連携するために、第2三方弁58を制御して、第1循環回路C1と第2循環回路C2とを物理的に接続して、2つの循環回路C1,C2間で冷媒を行き来させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。第1循環回路C1と第2循環回路C2とに接続された熱交換機を配置し、かかる熱交換器を介して2つの循環回路C1,C2を互いに連携させる(熱のやりとりを行わせる)こともできる。この場合、第1循環回路C1,C2の少なくとも一方において、熱交換機をバイパスする流路を設け、かかるバイパス流路に冷媒を流通させることによって、独立状態を形成することもできる。
・第3変形例:
上記実施例では、制御ユニット100は、燃料電池スタック20を有する冷却装置用、および車室内の送風に利用される空調機構50用の両方に利用されていたが、それぞれ個別の制御ユニットにより構成してもよい。この場合、各制御ユニット間で必要な情報(温度センサ35の検出値等)を通信する構成とするのが好ましい。
・第4変形例:
上記実施例では、車両の制御装置は、電気自動車に搭載されて用いられていたが、これに換えて、ハイブリッド自動車、電車などの各種車両に適用することもできる。
・第5変形例:
上記実施例では、燃料電池スタック20として固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。
・第6変形例:
上記実施例において、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。また、これとは逆に、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。
なお、前述した各実施例および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
1…車両
1f…フロント部
1r…車室
2…ヘッドライト
3…エアコンプレッサ
5…駆動モータ
7…ギヤ
10…空調システム
20…燃料電池スタック
22…燃料ガス流路
24…酸化剤ガス流路
25…第2三方弁
30…ラジエータ
31…ラジエータファン
32…第1ポンプ
33…第1三方弁
34…第1温度センサ
35…第2温度センサ
40…負荷
50…空調機構
51…ヒータコア
52…ブロワーファン
53…ケーシング
54…第2ポンプ
55…電気ヒータ
56…第3温度センサ
57…第4温度センサ
58…第2三方弁
61…第1冷媒流路
62…第2冷媒流路
63…第3冷媒流路
64…第4冷媒流路
65…第5冷媒流路
66…第6冷媒流路
67…第7冷媒流路
68…第8冷媒流路
69…第9冷媒流路
100…制御ユニット
101…CPU
102…メモリ
103…入出力回路
111…暖房要求判定部
112…他発電要求判定部
113…電気ヒータ禁止制御部
C1…第1循環回路
C2…第2循環回路

Claims (3)

  1. 燃料電池と、
    前記燃料電池に接続される複数の負荷と
    を備える車両の制御装置であって、
    ヒータコアを備え、車室内を暖房する空調機構と、
    前記ヒータコアを通って冷媒を循環させる第1循環回路と、
    前記燃料電池を通って冷媒を循環させる第2循環回路と、
    前記第1循環回路に配置され、前記第1循環回路中の冷媒を加熱し得る、前記負荷の1つとしての電気ヒータと、
    前記第1循環回路と前記第2循環回路とを連携することで、前記燃料電池の廃熱を前記ヒータコアに伝達しうる連携状態と、前記第1循環回路と前記第2循環回路とを切り離すことで、前記燃料電池の廃熱が前記ヒータコアに伝達しない独立状態との間で回路の切り換えを行う回路切換部と、
    前記電気ヒータのオンオフを切り換える電気ヒータ駆動部と、
    要求される暖房能力に応じて、前記回路切換部および電気ヒータ駆動部を制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記車室内を暖房する要求があるか否かを判定する暖房要求判定部と、
    前記暖房の要求があったときに、前記暖房に関わる負荷以外の負荷から前記燃料電池に発電要求があるか否かを判定する他発電要求判定部と、
    前記他発電要求判定部により前記発電要求がないと判定されたときに、前記電気ヒータ駆動部に対して前記電気ヒータがオン状態となるのを禁止させる電気ヒータ禁止制御部と
    を備える車両の制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両の制御装置であって、
    前記複数の負荷のうちの1つとして、前記燃料電池に空気を送るエアコンプレッサを備える、車両の制御装置。
  3. 燃料電池と、
    前記燃料電池に接続される複数の負荷と
    ヒータコアを備え、車室内を暖房する空調機構と、
    前記ヒータコアを通って冷媒を循環させる第1循環回路と、
    前記燃料電池を通って冷媒を循環させる第2循環回路と、
    前記第1循環回路に配置され、前記第1循環回路中の冷媒を加熱し得る、前記負荷の1つとしての電気ヒータと、
    前記第1循環回路と前記第2循環回路とを連携することで、前記燃料電池の廃熱を前記ヒータコアに伝達しうる連携状態と、前記第1循環回路と前記第2循環回路とを切り離すことで、前記燃料電池の廃熱が前記ヒータコアに伝達しない独立状態との間で回路の切り換えを行う回路切換部と、
    前記電気ヒータのオンオフを切り換える電気ヒータ駆動部と
    を備える車両の制御方法において、
    前記車室内を暖房する要求があるか否かを判定し、
    前記暖房の要求があったときに、前記暖房に関わる負荷以外の負荷から前記燃料電池に発電要求があるか否かを判定し、
    前記発電要求がないと判定されたときに、前記電気ヒータ駆動部に対して前記電気ヒータがオン状態となるのを禁止させる、ことを特徴とする車両の制御方法。
JP2010047497A 2010-03-04 2010-03-04 車両の制御装置およびその制御方法 Pending JP2011178366A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010047497A JP2011178366A (ja) 2010-03-04 2010-03-04 車両の制御装置およびその制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010047497A JP2011178366A (ja) 2010-03-04 2010-03-04 車両の制御装置およびその制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011178366A true JP2011178366A (ja) 2011-09-15

Family

ID=44690345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010047497A Pending JP2011178366A (ja) 2010-03-04 2010-03-04 車両の制御装置およびその制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011178366A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013082260A (ja) * 2011-10-06 2013-05-09 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業機械用暖房装置
JP2015065718A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両及び燃料電池車両の制御方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013082260A (ja) * 2011-10-06 2013-05-09 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業機械用暖房装置
JP2015065718A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両及び燃料電池車両の制御方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10106012B2 (en) Air-conditioner for vehicle
JP5338975B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池の発電効率の低下を抑制する方法
KR101189581B1 (ko) 냉각수 폐열을 이용하는 연료전지 자동차의 난방 제어 방법
JP4940877B2 (ja) 空調制御システム
JP5578141B2 (ja) 車両用空調装置
US20120118988A1 (en) Heating system for fuel cell vehicle
JP5463982B2 (ja) 冷媒回路調整装置
JP5453915B2 (ja) 燃料電池システムの冷却水温制御装置
JP5446065B2 (ja) 燃料電池と空調の協調冷却システム
JP2010284045A (ja) 熱供給装置
JP5772660B2 (ja) 空調制御方法および空調制御システム
JP2011178365A (ja) 空調装置および空調制御方法
JP2012023795A (ja) 冷却システム及び冷却システムの制御方法
JP6239912B2 (ja) 温度制御装置、温度制御方法
WO2020184146A1 (ja) 車両用空気調和装置
JP2008094184A (ja) 空調制御システム
JP2011178366A (ja) 車両の制御装置およびその制御方法
JP2011131858A (ja) 燃料電池を備える空調システムおよび燃料電池を用いた空調方法、並びに、空調システムを備える燃料電池車両
JP5477163B2 (ja) 冷媒回路調整装置および冷媒回路調整方法
JP2001167778A (ja) 車載用燃料電池システム
JP6221920B2 (ja) 車両用空調装置
JP2017093154A (ja) 車両用回生制動装置
CN114122451B (zh) 一种燃料电池集成式整车热管理集成系统与控制方法
JP2015058741A (ja) 車両用空調制御装置
CN219856721U (zh) 一种电动汽车的热管理系统及车辆