JP2012195263A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To consume surplus power surely without having adverse effect on the cooling system in a fuel cell system which can produce regenerative power.SOLUTION: A secondary battery 13 is charged with a first surplus power, which exceeds the power consumption of a load means, out of the total power of the generated power from a fuel cell 10 and the regenerative power from regenerative power generation means 11 and 12. Out of the first surplus power, the power exceeding the acceptable power of the secondary battery is the second surplus power. When the flow rate of cooling water supplied to an electric heater 51 is equal to or higher than a predetermined flow rate corresponding to heat generation when consuming the second surplus power in the electric heater 51, the second surplus power is consumed in the electric heater 51. When the flow rate of cooling water supplied to the electric heater 51 is lower than a predetermined flow rate, the flow rate of cooling water is increased and the acceptable power of the secondary battery is increased, and the secondary battery 13 is charged with the second surplus power.

Description

本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and is effective when applied to a moving body such as a vehicle, a ship, and a portable generator.

燃料電池を駆動源とする燃料電池車両では、一般に減速時や降坂時に車両駆動用モータ等を用いて回生制動を行わせ、回生制動により得られる回生電力を２次電池（電力貯蔵装置）に蓄え、次の発進時や加速時に利用することで、車両燃費、車両加速性能を向上させることが行われている。   In a fuel cell vehicle using a fuel cell as a driving source, generally, regenerative braking is performed using a vehicle drive motor or the like when decelerating or descending a slope, and regenerative power obtained by regenerative braking is supplied to a secondary battery (power storage device). Storage and use at the time of next start and acceleration improve vehicle fuel consumption and vehicle acceleration performance.

しかしながら、降り坂が連続して続くような場合には、回生電力により２次電池が満充電状態になってしまい、駆動用モータからの回生電力を２次電池に蓄えることができなくなり、回生制動による制動力を得ることができなくなるという問題があった。このような場合、回生制動が利用できないために機械式のブレーキのみに依存することになり、さらには燃料電池車両では内燃機関車両などに比べてエンジンブレーキがない分だけ、機械式ブレーキの大型化やブレーキの操作頻度が上昇することに伴う運転者の負担増、乗車フィーリングの悪化といった問題があった。   However, when the downhill continues continuously, the secondary battery is fully charged by the regenerative power, and the regenerative power from the drive motor cannot be stored in the secondary battery, so that regenerative braking is performed. There is a problem that it becomes impossible to obtain the braking force due to the. In such a case, since regenerative braking cannot be used, it depends only on the mechanical brake, and the fuel cell vehicle has a larger mechanical brake than the internal combustion engine vehicle. In addition, there are problems such as an increase in the burden on the driver due to an increase in the frequency of operation of the brakes and a deterioration in the ride feeling.

このため回生制動による余剰電力を処理するために、燃料電池の冷却水回路に電気ヒータを設け、２次電池への充電を優先しつつ、余剰電力を電気ヒータで消費させる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   For this reason, in order to process surplus power due to regenerative braking, a fuel cell system has been proposed in which an electric heater is provided in the cooling water circuit of the fuel cell so that the secondary battery is prioritized and the surplus power is consumed by the electric heater. (For example, refer to Patent Document 1).

特許第４３４１３５６号公報Japanese Patent No. 4341356

しかしながら、上記特許文献１の構成では、電気ヒータで余剰電力を消費する際に、冷却水循環ポンプの応答遅れによって、電気ヒータの発熱に対して電気ヒータに流れる冷却水流量が充分ではない場合がある。このような場合には、電気ヒータで冷却水が沸騰したり過熱するおそれがある。   However, in the configuration of Patent Document 1, when surplus power is consumed by the electric heater, the flow rate of the cooling water flowing through the electric heater may not be sufficient with respect to the heat generated by the electric heater due to a response delay of the cooling water circulation pump. . In such a case, the cooling water may boil or overheat with the electric heater.

本発明は上記問題点に鑑み、回生電力を得ることが可能な燃料電池システムにおいて、冷却系に悪影響を及ぼすことなく、余剰電力を確実に消費することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to reliably consume surplus power without adversely affecting a cooling system in a fuel cell system capable of obtaining regenerative power.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水素と酸素とを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１０）を備える移動体に搭載される燃料電池システムであって、
前記燃料電池（１０）に供給される冷却水が循環する冷却水経路（４０）と、前記冷却水経路（４０）に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ（４１、６６）と、前記冷却水経路（４０）に設けられ、前記冷却水の熱を大気に放出する放熱器（４３）と、前記冷却水経路（４０）において、前記燃料電池（１０）の下流側かつ前記放熱器（４３）の上流側に設けられ、前記冷却水を加熱する電気ヒータ（５１）と、前記移動体の制動に伴って回生電力を発生する回生電力発生手段（１１、１２）と、前記燃料電池（１０）および前記回生電力発生手段（１１、１２）と並列に接続された２次電池（１３）と、前記燃料電池（１０）、前記回生電力発生手段（１１、１２）あるいは前記２次電池（１３）の少なくとも１つからの電力を消費可能な電気負荷（１１、１６）と、前記燃料電池（１０）の発電電力と回生電力発生手段（１１、１２）の回生電力との合計電力のうち前記負荷手段（１１、１６）の消費電力を超える第１余剰電力を前記２次電池（１３）に充電する第１余剰電力処理手段（１００、Ｓ１８、Ｓ１９）と、前記第１余剰電力のうち前記２次電池（１３）の受入可能電力を越える電力を第２余剰電力とし、前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記第２余剰電力を前記電気ヒータ（５１）で消費する際に発生する熱に対応する所定流量以上の場合に、前記第２余剰電力を前記電気ヒータ（５１）で消費する第２余剰電力処理手段（１００、Ｓ３５）と、前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記所定流量未満の場合に、前記冷却水循環ポンプ（４１、６６）による冷却水流量を増大させるとともに、前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大させて前記第２余剰電力を前記２次電池（１３）に充電する暫定余剰電力処理手段（１００、Ｓ２７、Ｓ２９）とを備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a fuel cell system mounted on a moving body including a fuel cell (10) that obtains electric power by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen,
A cooling water path (40) through which cooling water supplied to the fuel cell (10) circulates, cooling water circulation pumps (41, 66) for circulating cooling water through the cooling water path (40), and the cooling water path A radiator (43) provided in (40) for releasing heat of the cooling water to the atmosphere; and in the cooling water path (40), on the downstream side of the fuel cell (10) and the radiator (43). An electric heater (51) provided on the upstream side for heating the cooling water, regenerative power generating means (11, 12) for generating regenerative power in accordance with braking of the moving body, the fuel cell (10), and A secondary battery (13) connected in parallel with the regenerative power generation means (11, 12), the fuel cell (10), the regenerative power generation means (11, 12) or the secondary battery (13). Can consume power from at least one Out of the total power of the electric load (11, 16) and the generated power of the fuel cell (10) and the regenerative power of the regenerative power generation means (11, 12), the power consumption of the load means (11, 16) is exceeded. First surplus power processing means (100, S18, S19) that charges the secondary battery (13) with the first surplus power, and exceeds the acceptable power of the secondary battery (13) of the first surplus power. When the electric power is the second surplus power and the flow rate of the cooling water supplied to the electric heater (51) is equal to or higher than a predetermined flow rate corresponding to the heat generated when the second surplus power is consumed by the electric heater (51). And second surplus power processing means (100, S35) that consumes the second surplus power by the electric heater (51), and a flow rate of cooling water supplied to the electric heater (51) is less than the predetermined flow rate. The cooling water circulation port The temporary surplus power processing for increasing the flow rate of cooling water by the battery (41, 66) and increasing the acceptable power of the secondary battery (13) to charge the second surplus power to the secondary battery (13). Means (100, S27, S29).

これにより、回生電力にて発生する余剰電力は優先的に２次電池（１３）に蓄えられ、余剰電力が２次電池（１３）に受け入れ可能な電力以上の場合は、電気ヒータ（５１）で消費される。そして、余剰電力を消費する際の電気ヒータ（５１）での発熱に対して冷却水流量が充分でない場合には、一時的に２次電池（１３）の受入可能電力を増加させ、電気ヒータ（５１）で消費する余剰電力を一時的に２次電池（１３）に充電することで、冷却水流量が充分でない状態で電気ヒータ（５１）で余剰電力を消費して冷却水が沸騰したり過熱されたりすることを防止できる。   Thereby, the surplus power generated by the regenerative power is preferentially stored in the secondary battery (13), and when the surplus power is more than the power acceptable to the secondary battery (13), the electric heater (51) Is consumed. If the flow rate of the cooling water is not sufficient for the heat generated by the electric heater (51) when the surplus power is consumed, the electric power that can be received by the secondary battery (13) is temporarily increased. 51) By temporarily charging the secondary battery (13) with the surplus power consumed in 51), the surplus power is consumed by the electric heater (51) in a state where the cooling water flow rate is not sufficient, and the cooling water boils or overheats. Can be prevented.

また、請求項２に記載の発明では、前記暫定余剰電力処理手段により前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大させて前記第２余剰電力を前記２次電池（１３）に充電した後、前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記所定流量以上となった場合に、前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大前の値に戻す受入可能電力復帰手段（１００、Ｓ３３）を備えることを特徴としている。   In the invention described in claim 2, after the provisional surplus power processing means increases the receivable power of the secondary battery (13) and charges the second surplus power to the secondary battery (13). When the flow rate of cooling water supplied to the electric heater (51) becomes equal to or higher than the predetermined flow rate, the receivable power return means (100) returns the receivable power of the secondary battery (13) to the value before increase. , S33).

これにより、２次電池（１３）の受入可能電力の増大は一時的なものとなり、２次電池（１３）に与える影響を最小限に抑えることができる。   As a result, the increase in the acceptable power of the secondary battery (13) is temporary, and the influence on the secondary battery (13) can be minimized.

また、請求項３に記載の発明では、前記暫定余剰電力処理手段により前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大させて前記第２余剰電力を前記２次電池（１３）に充電した後、前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記所定流量以上となった場合に、前記電気ヒータ（５３）の作動を開始させることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, after the provisional surplus power processing means increases the receivable power of the secondary battery (13) and charges the second surplus power to the secondary battery (13). The operation of the electric heater (53) is started when the flow rate of the cooling water supplied to the electric heater (51) exceeds the predetermined flow rate.

これにより、冷却水流量が充分な状態になってから電気ヒータ（５１）で余剰電力を消費することができるので、冷却水が沸騰したり過熱されたりすることがない。   Thereby, since the surplus electric power can be consumed by the electric heater (51) after the cooling water flow rate becomes sufficient, the cooling water is not boiled or overheated.

また、請求項４に記載の発明では、前記移動体の制動を行う機械式ブレーキを備え、前記第２余剰電力のうち前記電気ヒータ（５１）の消費電力を超える第３余剰電力に相当するエネルギを前記機械式ブレーキで消費することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a mechanical brake for braking the moving body, and energy corresponding to third surplus power exceeding the power consumption of the electric heater (51) in the second surplus power. Is consumed by the mechanical brake.

これにより、機械式ブレーキの使用を最小限に抑えることができ、乗車フィーリングの悪化を極力抑えることができる。   Thereby, use of a mechanical brake can be suppressed to the minimum, and deterioration of a riding feeling can be suppressed as much as possible.

また、請求項５に記載の発明のように、冷却水と空調風を熱交換して空調風を加熱する暖房用熱交換器（５６）を備え、前記冷却水循環ポンプは、前記燃料電池（１０）に冷却水を供給する燃料電池用ポンプ（４１）または前記暖房用熱交換器（５６）に冷却水を供給する空調用ポンプ（６６）の少なくとも一方を用いることができる。   Further, as in the invention described in claim 5, the heat exchanger (56) for heating that heat-exchanges the cooling water and the conditioned air to heat the conditioned air is provided, and the cooling water circulation pump includes the fuel cell (10 ) At least one of a fuel cell pump (41) for supplying cooling water or an air conditioning pump (66) for supplying cooling water to the heating heat exchanger (56) can be used.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the whole structure of the fuel cell system of 1st Embodiment. 第１実施形態の車両空調装置の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the vehicle air conditioner of 1st Embodiment. ヒータコアの斜視図である。It is a perspective view of a heater core. 第１実施形態の燃料電池システムでの発電電力の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the generated electric power in the fuel cell system of 1st Embodiment. 図４のサブルーチンを示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a subroutine of FIG. 4. FIG. （ａ）は冷却水必要流量と電気ヒータの消費電力の関係を示す特性図であり、（ｂ）は電気ヒータ消費電力と冷却水循環ポンプ回転数の関係を示す特性図である。(A) is a characteristic diagram showing the relationship between the required flow rate of cooling water and the power consumption of the electric heater, and (b) is a characteristic diagram showing the relationship between the electric heater power consumption and the cooling water circulation pump rotational speed. 第１実施形態の燃料電池システムにおける燃料電池冷却処理と車室内暖房処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fuel cell cooling process and vehicle interior heating process in the fuel cell system of 1st Embodiment. 第２実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第３実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 3rd Embodiment. 第４実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 4th Embodiment.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。本第１実施形態は、本発明の燃料電池システムを燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the fuel cell system of the present invention is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using a fuel cell as a power source.

図１は、本第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池（ＦＣスタック）１０を備えている。燃料電池１０は、車両走行用の電動モータ（負荷）１１や２次電池１３、その他補機１６などの電気負荷に電力を供給するように構成されている。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギーが発生する。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment includes a fuel cell (FC stack) 10 that generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 10 is configured to supply electric power to an electric load such as an electric motor (load) 11 for driving a vehicle, a secondary battery 13, and other auxiliary machines 16. In the fuel cell 10, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electric energy.

アノード（水素極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード（酸素極）：２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
全体の反応： Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。各セルは、電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。なお、本発明は燃料電池の種類を限定するものではなく、他の種類の燃料電池、例えばリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池にも適用可能である。 Anode (hydrogen electrode): H 2 → 2H + + 2e −
Cathode (oxygen electrode): 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
Overall reaction: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
In the first embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 10, and a plurality of cells serving as basic units are stacked. Each cell has a configuration in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes. The present invention is not limited to the type of fuel cell, and can be applied to other types of fuel cells such as phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, and solid oxide fuel cells.

燃料電池１０にて発生した直流電力は、インバータ１２で交流電流に変換され走行用モータ１１に供給される。これにより、モータ１１は車輪駆動力を発生させ車両を走行させることができる。また、燃料電池１０が発電した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して、２次電池１３に蓄えることができる。   The DC power generated in the fuel cell 10 is converted into an AC current by the inverter 12 and supplied to the traveling motor 11. Thereby, the motor 11 can generate a wheel driving force and drive the vehicle. Further, the power generated by the fuel cell 10 can be stored in the secondary battery 13 via the DC / DC converter 14.

インバータ１２は、燃料電池１０や２次電池１３から供給された直流電流を交流電流に変換して走行用モータ１１に供給して、走行用モータ１１を駆動している。本第１実施形態の電気自動車では、車両減速時や降坂時に走行用モータ１１を発電機として作動させて発電を行うとともにブレーキ力を得る回生制動を行い、回生制動によって発電された回生電力はインバータ１２を介して２次電池１３に充電できるように構成されている。図示を省略しているが、本実施形態の電気自動車は機械式ブレーキを備えており、機械式ブレーキを使用した分だけ回生制動により発生する回生電力が小さくなる。なお、走行用モータ１１およびインバータ１２が本発明の回生電力発生手段に相当している。   The inverter 12 converts the direct current supplied from the fuel cell 10 or the secondary battery 13 into an alternating current and supplies the alternating current to the traveling motor 11 to drive the traveling motor 11. In the electric vehicle according to the first embodiment, when the vehicle is decelerated or downhill, the traveling motor 11 is operated as a generator to generate electric power and perform regenerative braking to obtain braking force. Regenerative power generated by regenerative braking is The secondary battery 13 can be charged via the inverter 12. Although not shown, the electric vehicle of the present embodiment includes a mechanical brake, and the regenerative electric power generated by the regenerative braking is reduced by the amount that the mechanical brake is used. The traveling motor 11 and the inverter 12 correspond to the regenerative power generating means of the present invention.

また、本第１実施形態の燃料電池システムでは、２次電池１３が燃料電池１０と電気的に並列接続されており、燃料電池１０とともに２次電池１３からもモータ１１に電力を供給可能に構成されている。例えば、車両発進時や加速時などに大きな電力が必要な場合、燃料電池１０からだけでなく２次電池１３からも電力を取り出して走行用モータ１１に供給することで対応することができる。２次電池１３としては、例えば一般的なニッケル水素電池を用いることができる。   Further, in the fuel cell system of the first embodiment, the secondary battery 13 is electrically connected in parallel with the fuel cell 10, and the power can be supplied from the secondary battery 13 together with the fuel cell 10 to the motor 11. Has been. For example, when a large amount of electric power is required when starting the vehicle or accelerating, the electric power can be taken not only from the fuel cell 10 but also from the secondary battery 13 and supplied to the traveling motor 11. As the secondary battery 13, for example, a general nickel metal hydride battery can be used.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、２次電池１３と燃料電池１０とが同じ電圧になるように電圧変換を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、外部からの制御信号によって双方向に電力を伝達することができる。   The DC / DC converter 14 performs voltage conversion so that the secondary battery 13 and the fuel cell 10 have the same voltage. The DC / DC converter 14 can transmit power in both directions by a control signal from the outside.

燃料電池１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４の間には、ダイオード１５が設けられている。このダイオード１５により、燃料電池１０に２次電池１３からの電流および走行用モータ１１、インバータ１２で回生された電流が流れ込み、燃料電池１０が破壊されるのを防いでいる。   A diode 15 is provided between the fuel cell 10 and the DC / DC converter 14. The diode 15 prevents the fuel cell 10 from being destroyed by the current from the secondary battery 13 and the current regenerated by the traveling motor 11 and the inverter 12 flowing into the fuel cell 10.

補機１６は、燃料電池１０に空気を供給する空気供給装置３０、冷却水循環ポンプ用モータ４２などであり、インバータ１７を介して２次電池１３と接続されている。なお、本明細書では、走行用モータ１１と補機１６を電気負荷ともいう。   The auxiliary machine 16 includes an air supply device 30 that supplies air to the fuel cell 10, a cooling water circulation pump motor 42, and the like, and is connected to the secondary battery 13 via the inverter 17. In the present specification, the traveling motor 11 and the auxiliary machine 16 are also referred to as electric loads.

本第１実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１０の発電電力と走行用モータ１１による回生電力との合計から電気負荷１１、１６による消費電力を引いた差が第１余剰電力となり、第１余剰電力は２次電池１３に充電される。また、この第１余剰電力から２次電池１３の受入可能電力を引いた差が第２余剰電力となる。電気ヒータ５１が燃料電池１０およびインバータ１２と並列に接続されており、電気ヒータ５１に第２余剰電力を供給することができるように構成されている。   In the fuel cell system according to the first embodiment, the difference obtained by subtracting the power consumed by the electric loads 11 and 16 from the sum of the power generated by the fuel cell 10 and the regenerative power generated by the traveling motor 11 is the first surplus power. Surplus power is charged in the secondary battery 13. Further, the difference obtained by subtracting the acceptable power of the secondary battery 13 from the first surplus power is the second surplus power. An electric heater 51 is connected in parallel with the fuel cell 10 and the inverter 12, and is configured to be able to supply the second surplus power to the electric heater 51.

燃料電池１０には、水素供給装置２０から水素供給経路２１を介して水素が供給され、空気供給装置３０から空気供給経路３２を介して空気が供給されるように構成されている。   The fuel cell 10 is configured such that hydrogen is supplied from the hydrogen supply device 20 via the hydrogen supply path 21 and air is supplied from the air supply device 30 via the air supply path 32.

水素供給装置２０としては例えば水素吸蔵合金等の水素貯蔵材を内蔵して純水素を貯蔵する水素タンクを用いることができる。水素供給経路２１には、シャットバルブ２２および水素レギュレータ２３が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、シャットバルブ２２を開き、水素レギュレータ２３によって所望の圧力にした水素を燃料電池１に供給する。   As the hydrogen supply device 20, for example, a hydrogen tank that stores a pure hydrogen by incorporating a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy can be used. The hydrogen supply path 21 is provided with a shut valve 22 and a hydrogen regulator 23. When supplying hydrogen to the fuel cell 1, the shut valve 22 is opened, and hydrogen having a desired pressure by the hydrogen regulator 23 is supplied to the fuel cell 1.

水素排出経路２４からは、未反応水素ガス、蒸気（あるいは水）および空気極から固体高分子膜を通過して混入した窒素、酸素などが排出される。水素排出経路２４には、シャットバルブ２５が設けられており、燃料電池１０の運転条件に応じて開閉される。   From the hydrogen discharge path 24, unreacted hydrogen gas, vapor (or water), nitrogen, oxygen, etc. mixed through the solid polymer film from the air electrode are discharged. The hydrogen discharge path 24 is provided with a shut valve 25 that opens and closes according to the operating conditions of the fuel cell 10.

空気供給装置３０としては、例えばエアコンプレッサを用いることができる。エアコンプレッサ３０は、コンプレッサ用モータ３１にて駆動される。空気供給経路３２には供給空気加湿用の加湿器３３が設けられている。加湿器３３は燃料電池１０から排出される排気空気に含まれる水分を回収し、この水分を用いてエアコンプレッサ３０の吐出後の空気を加湿する装置である。これにより、発電時における電気化学反応のために、燃料電池１０内の固体高分子膜を水分を含んだ湿潤状態にしておくことができる。   For example, an air compressor can be used as the air supply device 30. The air compressor 30 is driven by a compressor motor 31. The air supply path 32 is provided with a humidifier 33 for humidifying the supply air. The humidifier 33 is a device that collects moisture contained in the exhaust air discharged from the fuel cell 10 and humidifies the air discharged from the air compressor 30 using this moisture. Thereby, the solid polymer film in the fuel cell 10 can be kept in a wet state containing moisture for an electrochemical reaction during power generation.

空気排出経路３４からは、未反応空気、蒸気（あるいは水）および水素極から固体高分子膜を通過して混入した水素などが排出される。レギュレータ３５は、空気排出経路３４に設けられており、燃料電池１０を効率的に運転するために、燃料電池１０に供給される空気の圧力を調整している。   From the air discharge path 34, unreacted air, steam (or water), hydrogen mixed through the solid polymer film from the hydrogen electrode, and the like are discharged. The regulator 35 is provided in the air discharge path 34 and adjusts the pressure of the air supplied to the fuel cell 10 in order to operate the fuel cell 10 efficiently.

燃料電池１０は発電に伴い発熱を生じる。固体高分子型燃料電池では、膜の耐熱温度や効率の点から８０℃前後で運転する必要がある。このため、燃料電池システムには、燃料電池１０を冷却するための冷却システムが設けられている。   The fuel cell 10 generates heat with power generation. In the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to operate at around 80 ° C. in view of the heat resistant temperature and efficiency of the membrane. For this reason, the fuel cell system is provided with a cooling system for cooling the fuel cell 10.

冷却システムは、燃料電池１０に冷却水を循環させる冷却水経路４０、冷却水を圧送する冷却水循環ポンプ４１、冷却水の放熱を行うラジエータ４３等から構成されている。冷却水としては、低温時でも凍結しないようにエチレングリコールと水の混合溶液を用いている。なお、冷却水が本発明の熱媒体に相当し、冷却水経路４０が本発明の熱媒体経路に相当し、ラジエータ４３が本発明の放熱器に相当している。   The cooling system includes a cooling water path 40 that circulates the cooling water to the fuel cell 10, a cooling water circulation pump 41 that pumps the cooling water, a radiator 43 that radiates the cooling water, and the like. As the cooling water, a mixed solution of ethylene glycol and water is used so as not to freeze even at low temperatures. The cooling water corresponds to the heat medium of the present invention, the cooling water path 40 corresponds to the heat medium path of the present invention, and the radiator 43 corresponds to the radiator of the present invention.

冷却水循環ポンプ４１はポンプ用モータ４２と機械的に接続されており、ポンプ用モータ４２を回転させることにより冷却水循環ポンプ４１を回転させて燃料電池１０に冷却水を循環させることができる。冷却水循環ポンプ４１の回転数を調整することで、冷却水経路４０の冷却水流量を調整することができる。燃料電池１０で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ４３で系外に排出される。   The cooling water circulation pump 41 is mechanically connected to the pump motor 42. By rotating the pump motor 42, the cooling water circulation pump 41 can be rotated to circulate the cooling water in the fuel cell 10. By adjusting the rotation speed of the cooling water circulation pump 41, the cooling water flow rate of the cooling water passage 40 can be adjusted. The heat generated in the fuel cell 10 is discharged out of the system by the radiator 43 through the cooling water.

冷却ファン４４は冷却ファンモータ４５と機械的に接続されており、冷却ファンモータ４５を回転させることにより冷却ファン４４を回転させてラジエータ４３に送風し、ラジエータ４３より熱を外気に放出させることができる。なお、ラジエータ４３は車両走行時に走行風（ラム圧）を利用できる位置に搭載するのがのぞましい。   The cooling fan 44 is mechanically connected to the cooling fan motor 45. By rotating the cooling fan motor 45, the cooling fan 44 is rotated and blown to the radiator 43, and heat is released from the radiator 43 to the outside air. it can. The radiator 43 is preferably mounted at a position where traveling wind (ram pressure) can be used when the vehicle is traveling.

サーモスタット４６は、公知の技術であり冷却水温度が所定の値より大きい場合は、ラジエータ４３側に冷却水が流れるようにし、逆に冷却水温度が所定の値より小さい場合はラジエータバイパス経路４７に冷却水が流れるよう制御することで温度制御を行っている。   The thermostat 46 is a well-known technique. When the cooling water temperature is higher than a predetermined value, the cooling water flows to the radiator 43 side. Conversely, when the cooling water temperature is lower than the predetermined value, the thermostat 46 enters the radiator bypass path 47. Temperature control is performed by controlling the cooling water to flow.

このような冷却系によって、冷却水循環ポンプ４１による流量制御、冷却ファン４４による風量制御、サーモスタット４６によるバイパス制御で冷却水の温度を調整し、燃料電池１０の温度制御を行うことができる。   With such a cooling system, the temperature of the fuel cell 10 can be controlled by adjusting the temperature of the cooling water by the flow rate control by the cooling water circulation pump 41, the air volume control by the cooling fan 44, and the bypass control by the thermostat 46.

また、本第１実施形態の構成では、冷却水が直接燃料電池１０内部と接するため、冷却水の導電率が大きいと、漏電による感電や燃料電池システム効率の低下をまねく。このため、本第１実施形態では、冷却水経路４０にイオン吸着用経路４８を設け、イオン吸着用経路４８にイオン交換樹脂（イオン吸着手段）４９を配置している。   Further, in the configuration of the first embodiment, since the coolant directly contacts the inside of the fuel cell 10, if the conductivity of the coolant is large, an electric shock due to electric leakage or a decrease in the fuel cell system efficiency is caused. For this reason, in the first embodiment, an ion adsorption path 48 is provided in the cooling water path 40, and an ion exchange resin (ion adsorption means) 49 is disposed in the ion adsorption path 48.

イオン交換樹脂４９は、各部品より冷却水に溶出したイオンを吸着し、冷却水の導電率上昇を抑えることができる。ちなみにイオン吸着装置４９は、冷却水が流れる位置であれば、どこに設置してもよい。さらに、本第１実施形態では、導電率の小さい冷却水として、エチレングリコールと水の混合物を用いている。   The ion exchange resin 49 adsorbs ions eluted from each component into the cooling water, and can suppress an increase in the conductivity of the cooling water. Incidentally, the ion adsorption device 49 may be installed anywhere as long as the cooling water flows. Furthermore, in the first embodiment, a mixture of ethylene glycol and water is used as the cooling water having a low electrical conductivity.

また、冷却水経路４０における燃料電池１０の出口近傍には、冷却水温度を検出する温度センサ５０が設けられている。   A temperature sensor 50 that detects the coolant temperature is provided in the vicinity of the outlet of the fuel cell 10 in the coolant path 40.

冷却水経路４０における燃料電池１０の下流側であってラジエータ４３の上流側には、冷却水を加熱する電気ヒータ５１が設けられている。上述のように電気ヒータ５１には燃料電池システムの余剰電力が供給される。電気ヒータ５１は、供給電力を調整することで出力（加熱温度）を調整できる。また、電気ヒータ５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４などの電力変換器を介することなくインバータ１２と直接接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して電気的に接続した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４が破壊したときに電気ヒータ５１にて電力消費ができなくなり回生制動ができなくなる。このため、これらを電気的に直接接続することで燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。   An electric heater 51 for heating the cooling water is provided on the downstream side of the fuel cell 10 in the cooling water passage 40 and on the upstream side of the radiator 43. As described above, the electric heater 51 is supplied with surplus power of the fuel cell system. The electric heater 51 can adjust the output (heating temperature) by adjusting the power supply. The electric heater 51 is directly connected to the inverter 12 without passing through a power converter such as the DC / DC converter 14. When electrically connected via the DC / DC converter 14, when the DC / DC converter 14 is broken, the electric heater 51 cannot consume power and regenerative braking cannot be performed. For this reason, the reliability of the fuel cell system can be improved by directly connecting them.

冷却水として、エチレングリコール水溶液を用いた場合には、酸素存在下で熱分解温度以上になると分解してギ酸などの有機酸を生成する。これらの有機酸は、冷却水中でイオン化し冷却水の導電率を上昇させる。電気ヒータ５１は冷却水と接する表面の温度がもっとも高くなるので、本第１実施形態では電気ヒータ５１の冷却水と接する表面あるいは電気ヒータ５１内部の冷却水と接する表面近傍に温度センサ５２を設けている。   When an ethylene glycol aqueous solution is used as the cooling water, it decomposes to produce an organic acid such as formic acid when the temperature exceeds the thermal decomposition temperature in the presence of oxygen. These organic acids ionize in the cooling water and increase the conductivity of the cooling water. Since the temperature of the surface of the electric heater 51 in contact with the cooling water is the highest, in the first embodiment, the temperature sensor 52 is provided in the vicinity of the surface of the electric heater 51 in contact with the cooling water or the surface of the electric heater 51 in contact with the cooling water. ing.

本第１実施形態では、温度センサ５２にて検出した温度に基づいて、冷却水が冷却水の熱分解温度以下になるように冷却水の温度制御を行う。この温度制御を開始する温度を、熱分解温度以下の熱分解速度が大きくなる温度に設定してもよい。電気ヒータ５１による加熱温度を低下させるためには、電気ヒータ５１に循環する冷却水流量を増加させるか、あるいは電気ヒータ５１に供給する電力を低下させる。このような制御を行うことで、冷却水の熱分解によるイオンの発生を抑制しイオン交換樹脂４９の寿命を長くすることができる。   In the first embodiment, the temperature control of the cooling water is performed based on the temperature detected by the temperature sensor 52 so that the cooling water becomes equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the cooling water. The temperature at which this temperature control is started may be set to a temperature at which the thermal decomposition rate equal to or lower than the thermal decomposition temperature is increased. In order to reduce the heating temperature by the electric heater 51, the flow rate of the cooling water circulating to the electric heater 51 is increased, or the electric power supplied to the electric heater 51 is reduced. By performing such control, generation of ions due to thermal decomposition of the cooling water can be suppressed and the life of the ion exchange resin 49 can be extended.

冷却水経路４０には、冷却水を電気ヒータ５１をバイパスさせるための電気ヒータバイパス経路５３が設けられている。電気ヒータバイパス経路５３は、電気ヒータ５１の上流側で冷却水経路４０から分岐し、電気ヒータ５１の下流側で冷却水経路４０に合流している。冷却水経路４０と電気ヒータバイパス経路５３との分岐点には、流量調整弁（電気ヒータバイパス流量調整手段）５４が設けられている。本第１実施形態では、流量調整弁５４としてロータリバルブを用いている。流量調整弁５４により、電気ヒータ５１側あるいは電気ヒータバイパス経路５３側に流れる冷却水の割合をそれぞれ０〜１００％の間で任意に調整することができる。   The cooling water path 40 is provided with an electric heater bypass path 53 for bypassing the cooling water to the electric heater 51. The electric heater bypass path 53 branches from the cooling water path 40 on the upstream side of the electric heater 51 and merges with the cooling water path 40 on the downstream side of the electric heater 51. A flow rate adjusting valve (electric heater bypass flow rate adjusting means) 54 is provided at a branch point between the cooling water path 40 and the electric heater bypass path 53. In the first embodiment, a rotary valve is used as the flow rate adjustment valve 54. The ratio of the cooling water flowing to the electric heater 51 side or the electric heater bypass path 53 side can be arbitrarily adjusted between 0 to 100% by the flow rate adjusting valve 54.

冷却水経路４０における電気ヒータ５１の下流側であってラジエータ４３の上流側には、室内暖房用ユニット５５が設けられている。室内暖房用ユニット５５は、ヒータコア（暖房用放熱器）５６、室内暖房用ファン５７、ファン用モータ５８、暖房用放熱器バイパス経路５９、オンオフ弁（暖房用放熱器バイパス流量調整手段）６０を備えている。   An indoor heating unit 55 is provided downstream of the electric heater 51 and upstream of the radiator 43 in the cooling water path 40. The indoor heating unit 55 includes a heater core (heating radiator) 56, an indoor heating fan 57, a fan motor 58, a heating radiator bypass path 59, and an on / off valve (heating radiator bypass flow rate adjusting means) 60. ing.

ヒータコア５６は冷却水を熱源として、ヒータコア５６を通過する空気を加熱するものである。室内暖房用ファン５７は室内暖房用ファンモータ５８と機械的に接続されており、室内暖房用ファンモータ５８を回転させることにより室内暖房用ファン５７を回転させてヒータコア５６に送風する。   The heater core 56 heats the air passing through the heater core 56 using cooling water as a heat source. The indoor heating fan 57 is mechanically connected to the indoor heating fan motor 58, and the indoor heating fan 57 is rotated by rotating the indoor heating fan motor 58 to blow air to the heater core 56.

図２は、車両用空調装置の構成を示す概念図である。図２に示すように、車室内空気あるいは車室外空気を室内暖房用ファン５７によってヒータコア５６に送り、ヒータコア５６を通過後の空気を車室内に送風できるように、ヒータコア５６および室内暖房用ファン５７の周囲にはダクトが設置されている。   FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of the vehicle air conditioner. As shown in FIG. 2, the heater core 56 and the indoor heating fan 57 are configured so that the air in the vehicle interior or the air outside the vehicle interior is sent to the heater core 56 by the indoor heating fan 57 and the air after passing through the heater core 56 can be blown into the vehicle interior. There are ducts around.

図２に示すように、室内暖房用ファン１３は室内空気あるいは室外空気のエバポレータ６２に送られる。エバポレータ６２は、内部で低圧低温の冷媒が蒸発することで空気の冷却を行うものである。ヒータコア５６は、エバポレータ６２の空気流れ下流側に設置されている。ヒータコア５６には、エバポレータ６２通過後の空気をヒータコア５６を通過させるかどうかを制御するエアミックスドア６３が設けられている。   As shown in FIG. 2, the indoor heating fan 13 is sent to an evaporator 62 for indoor air or outdoor air. The evaporator 62 cools the air by evaporating the low-pressure and low-temperature refrigerant inside. The heater core 56 is installed on the downstream side of the air flow of the evaporator 62. The heater core 56 is provided with an air mix door 63 that controls whether the air after passing through the evaporator 62 is allowed to pass through the heater core 56.

空気温度を低くして冷房したい場合には、エアミックスドア６３を閉じてヒータコア５６に空気が通過しないようにする。逆に空気温度を高くして暖房したい場合には、エアミックスドア６３を開いてヒータコア５６に空気が通過するようにする。除湿を行う場合には、エアミックスドア６３を開いてエバポレータ６２で冷却除湿した空気をヒータコア５６で加熱し、室内に導入する。エアミックスドア６３はオンオフ制御ではなく、必要な空気温度に応じ開度を調節できる。   When it is desired to cool the air at a low temperature, the air mix door 63 is closed so that air does not pass through the heater core 56. On the other hand, when it is desired to heat the air at a high temperature, the air mix door 63 is opened so that the air passes through the heater core 56. When performing dehumidification, the air mix door 63 is opened and the air cooled and dehumidified by the evaporator 62 is heated by the heater core 56 and introduced into the room. The air mix door 63 can adjust the opening according to the required air temperature, not on / off control.

ここで、常にヒータコア５６に温水が流れる構成とすると、例えば夏場で暖房の必要がないときにも、ヒータコア５６から熱が放出され空調性能に悪影響を与えたり、室内冷房のためのエネルギーが余分に必要になり車両燃費を悪化させることになる。特にエネルギー回生時は、ヒータコア５６の上流にある電気ヒータ５１から大きな熱が冷却水に放出されるので、エアミックスドア６３を閉じただけでは充分でなく、回生電力による熱が車室内に侵入することが考えられる。また、エアミックスドア６３の設置のために大きなスペースを必要とする。そこで本第１実施形態では、オンオフ弁６０およびバイパス経路５９を設置することで上記の問題を回避している。   Here, when the hot water always flows through the heater core 56, for example, when there is no need for heating in the summer, heat is released from the heater core 56, which adversely affects the air conditioning performance, and excess energy for indoor cooling is used. It becomes necessary and the vehicle fuel consumption is deteriorated. In particular, during energy regeneration, a large amount of heat is released from the electric heater 51 upstream of the heater core 56 to the cooling water. Therefore, it is not sufficient to simply close the air mix door 63, and heat from the regenerative power enters the vehicle interior. It is possible. Moreover, a large space is required for installing the air mix door 63. Therefore, in the first embodiment, the above problem is avoided by installing the on / off valve 60 and the bypass path 59.

図１に戻り、暖房用放熱器バイパス経路５９は、ヒータコア５６をバイパスするように冷却水経路４０に設けられており、ヒータコア５６の上流側で冷却水経路４０から分岐し、ヒータコア５６の下流側で冷却水経路４０に合流している。   Returning to FIG. 1, the heating radiator bypass path 59 is provided in the cooling water path 40 so as to bypass the heater core 56, branches from the cooling water path 40 upstream of the heater core 56, and is downstream of the heater core 56. The cooling water path 40 is merged.

オンオフ弁６０は、冷却水経路４０における暖房用放熱器バイパス経路５９との分岐点の下流側であってヒータコア５６の上流側に設けられている。オンオフ弁６０は、外部からの制御で冷却水循環流路４０を開閉可能な電気式の開閉弁であり、通常時（非通電時）は閉状態となっている。オンオフ弁６０を開状態にすることで冷却水はヒータコア５６に流れ、オンオフ弁６０を閉状態にすることで冷却水は暖房用放熱器バイパス経路５９に流れる。このような簡易な構成のオンオフ弁６０を用いることで、システムを簡易な構成とすることができ、コスト低減を図ることができる。   The on / off valve 60 is provided on the downstream side of the branch point of the cooling water passage 40 with the heating radiator bypass passage 59 and on the upstream side of the heater core 56. The on / off valve 60 is an electrical on-off valve that can open and close the cooling water circulation passage 40 by control from the outside, and is closed during normal times (when no power is supplied). The cooling water flows to the heater core 56 by opening the on / off valve 60, and the cooling water flows to the heating radiator bypass path 59 by closing the on / off valve 60. By using the on / off valve 60 having such a simple configuration, the system can be configured with a simple configuration, and the cost can be reduced.

図３はヒータコア５６の斜視図である。ヒータコア６０はチューブとフィンで構成される熱交換器であり、チューブ内を冷却水が流れ、外部を空気が流れ熱交換を行うことができる。図３中の矢印は冷却水の流れを示している。また、図３に示すように、ヒータコア５６、暖房用放熱器バイパス経路５９、オンオフ弁６０が一体的に構成されている。これらの構成要素５６、５９、６０を一体化することで、車両への搭載性を向上させることができる。なお、これらの構成要素５６、５９、６０のうち任意の２つの組合せを一体化した場合も車両への搭載性を向上させることができる。   FIG. 3 is a perspective view of the heater core 56. The heater core 60 is a heat exchanger composed of tubes and fins, and cooling water can flow inside the tubes and air can flow outside to perform heat exchange. The arrows in FIG. 3 indicate the flow of cooling water. Moreover, as shown in FIG. 3, the heater core 56, the heat radiator bypass path 59, and the on-off valve 60 are comprised integrally. By integrating these components 56, 59, and 60, the mountability to the vehicle can be improved. In addition, also when arbitrary two combinations among these components 56, 59, and 60 are integrated, the mounting property to a vehicle can be improved.

図１に戻り、本第１実施形態の燃料電池システムには、外気温を検出する外気温センサ６１が設けられている。さらに燃料電池システムには、車両システムおよび各構成機器を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１００が設けられている。制御装置１００は、各種入力信号に基づいて、燃料電池システムを構成する各種制御機器の作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ等の記憶部に記憶された制御プログラムに従って各種演算等の処理を実行する。本発明の熱媒体温度調整手段は、ＥＣＵ１００により構成される。ＥＣＵ１００は、温度センサ５２、６１の検出温度に基づいて、電気ヒータ５１に対する電力供給量の調整、冷却水流量の調整等を行い、冷却水温度を調整する。また、ＥＣＵ１００は、燃料電池１０の発電電力および走行用モータ１１による回生電力を、電気負荷１１、１６、２次電池１３、電気ヒータ５１に振り分け、余剰電力を消費するように構成されている。   Returning to FIG. 1, the fuel cell system of the first embodiment is provided with an outside air temperature sensor 61 for detecting the outside air temperature. Furthermore, the fuel cell system is provided with an electronic control unit (ECU) 100 that controls the vehicle system and each component device. The control device 100 controls the operation of various control devices constituting the fuel cell system based on various input signals, and is constituted by a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, I / O, and the like. Various calculations and the like are executed in accordance with a control program stored in a storage unit such as a ROM. The heat medium temperature adjusting means of the present invention is configured by the ECU 100. The ECU 100 adjusts the cooling water temperature by adjusting the power supply amount to the electric heater 51, adjusting the cooling water flow rate, and the like based on the detected temperatures of the temperature sensors 52 and 61. Further, the ECU 100 is configured to distribute the generated power of the fuel cell 10 and the regenerative power generated by the traveling motor 11 to the electric loads 11, 16, the secondary battery 13, and the electric heater 51 to consume surplus power.

次に、本第１実施形態の燃料電池システムでの発電電力の処理について図４のフローチャートに基づいて説明する。   Next, processing of generated power in the fuel cell system of the first embodiment will be described based on the flowchart of FIG.

まず、燃料電池１０の発電電力Ｐｆｃを算出する（Ｓ１０）。次に、ブレーキ踏力等から車両制動トルク指令値Ｔａを算出し、車両制動トルク指令値Ｔａから回生電力Ｐｂを算出する（Ｓ１１）。次に、電気負荷１１、１６の消費電力Ｐｃを算出する（Ｓ１２）。   First, the generated power Pfc of the fuel cell 10 is calculated (S10). Next, the vehicle braking torque command value Ta is calculated from the brake depression force and the like, and the regenerative power Pb is calculated from the vehicle braking torque command value Ta (S11). Next, the power consumption Pc of the electric loads 11 and 16 is calculated (S12).

次に、燃料電池１０の発電電力Ｐｆｃと回生電力Ｐｂとの合計発電電力Ｐｆｃ＋Ｐｂが電気負荷１１、１６の消費電力Ｐｃを上回っているか否か（Ｐｆｃ＋Ｐｂ＞Ｐｃであるか否か）を判定する（Ｓ１３）。この結果、Ｐｆｃ＋Ｐｂ＞Ｐｃでないと判定された場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、合計発電電力Ｐｆｃ＋Ｐｂのすべてを電気負荷１１、１６で消費する（Ｓ１４）。   Next, it is determined whether or not the total generated power Pfc + Pb of the generated power Pfc of the fuel cell 10 and the regenerative power Pb exceeds the power consumption Pc of the electric loads 11 and 16 (whether Pfc + Pb> Pc) (see FIG. 4). S13). As a result, when it is determined that Pfc + Pb> Pc is not satisfied (S13: NO), the total generated power Pfc + Pb is consumed by the electric loads 11 and 16 (S14).

一方、Ｐｆｃ＋Ｐｂ＞Ｐｃであると判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）、すなわち合計発電電力Ｐｆｃ＋Ｐｂが電気負荷１１、１６の消費電力Ｐｃを上回る場合には、合計電力Ｐｆｃ＋Ｐｂから電気負荷１１、１６の消費電力Ｐｃを引いた差である第１余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃが発生するので、電力Ｐｃを電気負荷１１、１６で消費させ（Ｓ１５）、２次電池１３の受入可能電力Ｐｂ１を算出する（Ｓ１６）。２次電池１３の受入可能電力Ｐｂ１は、２次電池１３の種類、２次電池１３の温度、ＳＯＣ（充電量）、ＳＯＣ上限値（充電量の上限値）等に基づいて算出することができる。ＳＯＣは、満充電に対する残存容量（％）で示される。２次電池１３のＳＯＣ上限値は、２次電池１３の性能が低下するＳＯＣ限界値（例えば８０％）より低く設定されており、本実施形態では満充電の７０％（初期値）に設定している。   On the other hand, when it is determined that Pfc + Pb> Pc is satisfied (S13: NO), that is, when the total generated power Pfc + Pb exceeds the power consumption Pc of the electric loads 11, 16, the consumption of the electric loads 11, 16 from the total power Pfc + Pb. Since the first surplus power (Pfc + Pb) −Pc, which is the difference obtained by subtracting the power Pc, is generated, the power Pc is consumed by the electric loads 11 and 16 (S15), and the acceptable power Pb1 of the secondary battery 13 is calculated (S15). S16). The receivable power Pb1 of the secondary battery 13 can be calculated based on the type of the secondary battery 13, the temperature of the secondary battery 13, the SOC (charge amount), the SOC upper limit value (charge amount upper limit value), and the like. . The SOC is indicated by the remaining capacity (%) with respect to full charge. The SOC upper limit value of the secondary battery 13 is set to be lower than the SOC limit value (for example, 80%) at which the performance of the secondary battery 13 deteriorates. In this embodiment, the SOC upper limit value is set to 70% (initial value) of full charge. ing.

次に、第１余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃが、２次電池１３の受入可能電力Ｐｂ１を上回るか否か（（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃ＞Ｐｂ１であるか否か）を判定する（Ｓ１７）。この結果、（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃ＞Ｐｂ１でないと判定された場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、第１余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃを２次電池１３に充電する（Ｓ１８）。   Next, it is determined whether or not the first surplus power (Pfc + Pb) −Pc exceeds the acceptable power Pb1 of the secondary battery 13 (whether (Pfc + Pb) −Pc> Pb1) (S17). As a result, when it is determined that (Pfc + Pb) −Pc> Pb1 is not satisfied (S17: NO), the first surplus power (Pfc + Pb) −Pc is charged in the secondary battery 13 (S18).

一方、（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃ＞Ｐｂ１であると判定された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、すなわち第１余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃが２次電池１３の受入可能電力Ｐｂ１を上回る場合には、第１余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−Ｐｃから２次電池１３の受入可能電力Ｐｂ１を引いた差である第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）が発生するので、電力Ｐｉ１を２次電池１３に充電し（Ｓ１９）、第２余剰電力を電気ヒータ５１で消費させるための電気ヒータ制御処理を行う（Ｓ２０）。なお、ＥＣＵ１００が実行するＳ１８、Ｓ１９の処理が本発明の第１余剰電力処理手段に相当している。   On the other hand, if it is determined that (Pfc + Pb) −Pc> Pb1 (S17: YES), that is, if the first surplus power (Pfc + Pb) −Pc exceeds the acceptable power Pb1 of the secondary battery 13, the first Since the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1), which is a difference obtained by subtracting the acceptable power Pb1 of the secondary battery 13 from the surplus power (Pfc + Pb) −Pc, is generated, the power Pi1 is charged in the secondary battery 13 ( S19) An electric heater control process for consuming the second surplus power by the electric heater 51 is performed (S20). Note that the processing of S18 and S19 executed by the ECU 100 corresponds to the first surplus power processing means of the present invention.

ここで、電気ヒータ制御処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。まず、電気ヒータ５１の受入可能電力Ｐｈを算出する（Ｓ２１）。電気ヒータ５１の受入可能電力Ｐｈは、冷却水温度、ラジエータ４３の容量、ヒータコア５６の容量等に基づいて算出することができる。   Here, the electric heater control process will be described based on the flowchart of FIG. First, the acceptable power Ph of the electric heater 51 is calculated (S21). The electric power Ph that can be received by the electric heater 51 can be calculated based on the coolant temperature, the capacity of the radiator 43, the capacity of the heater core 56, and the like.

次に、第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）が、電気ヒータ５１の受入可能電力Ｐｈを上回るか否か（（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）＞Ｐｈであるか否か）判定する（Ｓ２２）。この結果、（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）＞Ｐｈでないと判定された場合（Ｓ２２：ＮＯ）、すなわち第２余剰電力を電気ヒータ５１で受入可能である場合には、電気ヒータ５１で受入可能電力Ｐｈを消費する際の冷却水循環ポンプ４１の必要回転数Ｒｒを算出する（Ｓ２３）。Ｓ２３で算出する冷却水循環ポンプ４１の必要回転数Ｒｒは、電気ヒータ５１で第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）を消費する際に、冷却水温度が熱分解温度以下を維持するために必要な冷却水流量を確保するのに必要となる冷却水循環ポンプ４１の回転数である。   Next, it is determined whether or not the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) exceeds the acceptable power Ph of the electric heater 51 (whether (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1)> Ph) (S22). . As a result, when it is determined that (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1)> Ph is not satisfied (S22: NO), that is, when the second surplus power can be received by the electric heater 51, the electric power Ph that can be received by the electric heater 51. The required rotational speed Rr of the cooling water circulation pump 41 when consuming is calculated (S23). The required rotation speed Rr of the cooling water circulation pump 41 calculated in S23 is necessary to maintain the cooling water temperature below the thermal decomposition temperature when the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) is consumed by the electric heater 51. This is the number of rotations of the cooling water circulation pump 41 that is necessary to ensure a sufficient cooling water flow rate.

図６（ａ）は、冷却水必要流量と電気ヒータ５１の消費電力の関係を示している。図６（ａ）に示すように、電気ヒータ５１の消費電力が多くなるほど、電気ヒータ５１の発熱量が大きくなるので、必要冷却水流量が増大する。また、冷却水温度が高いほど、沸騰や過熱しやすいので、電気ヒータ５１の消費電力が同じであっても、冷却水必要流量が多くなる。   FIG. 6A shows the relationship between the required cooling water flow rate and the power consumption of the electric heater 51. As shown in FIG. 6 (a), the greater the power consumption of the electric heater 51, the greater the amount of heat generated by the electric heater 51. Therefore, the required coolant flow rate increases. Further, the higher the cooling water temperature is, the easier it is to boil and overheat, so even if the power consumption of the electric heater 51 is the same, the required cooling water flow rate increases.

次に、図５に戻り、冷却水循環ポンプ４１の現在回転数Ｒｐを取得する（Ｓ２４）。そして、冷却水循環ポンプ４１の現在回転数Ｒｐが冷却水循環ポンプ４１の必要回転数Ｒｒを下回っているか否か（Ｒｐ＜Ｒｒであるか否か）を判定する（Ｓ２５）。このＳ２５の処理では、電気ヒータ５１で第２余剰電力を消費した際の発熱に対して、電気ヒータ５１に供給される冷却水流量が充分な量であるか否かが判定される。   Next, returning to FIG. 5, the current rotational speed Rp of the cooling water circulation pump 41 is acquired (S24). Then, it is determined whether or not the current rotation speed Rp of the cooling water circulation pump 41 is lower than the required rotation speed Rr of the cooling water circulation pump 41 (Rp <Rr) (S25). In the process of S25, it is determined whether or not the flow rate of the cooling water supplied to the electric heater 51 is sufficient for the heat generated when the second surplus power is consumed by the electric heater 51.

この結果、Ｒｐ＜Ｒｒであると判定された場合には（Ｓ２５：ＹＥＳ）、電気ヒータ５１で第２余剰電力を消費した際の発熱に対して冷却水流量が充分ではなく、電気ヒータ５１を作動させた場合には、冷却水が沸騰したり過熱したりするおそれがある。このため、電気ヒータ５１を作動させることなく、冷却水循環ポンプ４１の回転数を上昇させる（Ｓ２６）。これにより、電気ヒータ５１に供給される冷却水流量を増大させることができる。   As a result, when it is determined that Rp <Rr (S25: YES), the flow rate of the cooling water is not sufficient for the heat generated when the second surplus power is consumed by the electric heater 51, and the electric heater 51 is turned on. When operated, the cooling water may boil or overheat. For this reason, the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 is increased without operating the electric heater 51 (S26). Thereby, the flow volume of the cooling water supplied to the electric heater 51 can be increased.

図６（ｂ）は、電気ヒータ５１の消費電力と冷却水循環ポンプ４１の回転数の関係を示している。図６（ｂ）に示すように、ｔ１の時点で電気ヒータ５１の消費電力を増大させ、冷却水循環ポンプ４１の回転数を増大させた場合には、電気ヒータ５１の消費電力の変化に対して、冷却水循環ポンプ４１の回転数の変化が遅れ、ｔ２の時点で増大後の電気ヒータ５１の消費電力に対応する回転数に到達する。そこで、本実施形態では、ｔ１からｔ２に至るまでの間、電気ヒータ５１で消費する電力（図６（ｂ）の斜線で示す部分）を一時的に２次電池１３に充電している。   FIG. 6B shows the relationship between the power consumption of the electric heater 51 and the rotational speed of the cooling water circulation pump 41. As shown in FIG. 6B, when the power consumption of the electric heater 51 is increased at the time t1 and the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 is increased, the change in the power consumption of the electric heater 51 The change in the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is delayed, and reaches the rotational speed corresponding to the increased power consumption of the electric heater 51 at the time t2. Therefore, in the present embodiment, the power consumed by the electric heater 51 (portion indicated by hatching in FIG. 6B) is temporarily charged in the secondary battery 13 from t1 to t2.

次に、図５に戻り、２次電池１３のＳＯＣ上限値を初期値（７０％）から所定値に増大させ、２次電池１３の受入可能電力Ｐｂ２を算出する（Ｓ２７）。ここで、増大後のＳＯＣ上限値である「所定値」は、初期値（７０％）より大きく、かつ、上述のＳＯＣ限界値（８０％）より小さい値として設定され、本実施形態では７３％に設定している。ＳＯＣ上限値増大は、冷却水循環ポンプ４１の回転数の応答遅れ分の電力を吸収できればよく、ＳＯＣ上限値を大幅に引き上げる必要はない。このため、ＳＯＣ上限値増大による２次電池１３の劣化に対する影響を小さくできる。   Next, returning to FIG. 5, the SOC upper limit value of the secondary battery 13 is increased from the initial value (70%) to a predetermined value, and the acceptable power Pb2 of the secondary battery 13 is calculated (S27). Here, the “predetermined value” that is the SOC upper limit value after the increase is set as a value that is larger than the initial value (70%) and smaller than the above-described SOC limit value (80%). In the present embodiment, 73% Is set. The increase in the SOC upper limit value only needs to absorb the electric power corresponding to the response delay of the rotation speed of the cooling water circulation pump 41, and it is not necessary to significantly increase the SOC upper limit value. For this reason, the influence with respect to the deterioration of the secondary battery 13 by SOC upper limit increase can be made small.

次に、第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）が、２次電池１３の受入可能電力Ｐｂ２を上回るか否か（（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）＞Ｐｉ２であるか否か）判定する（Ｓ２８）。この結果、（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）＞Ｐｉ２でないと判定された場合（Ｓ２８：ＮＯ）、すなわち第２余剰電力をＳＯＣ上限値変更後の２次電池１３で受入可能である場合には、第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）を２次電池１３に充電し（Ｓ２９）、Ｓ２４の処理に戻る。その後、冷却水循環ポンプ４１の現在回転数Ｒｐが冷却水循環ポンプ４１の必要回転数Ｒｒ以上となるまで（Ｒｐ≧Ｒｒとなるまで）、すなわち、電気ヒータ５１で第２余剰電力を消費した際の発熱に対して冷却水流量が充分な流量となるまで、Ｓ２６〜Ｓ２９の処理を繰り返し行う。なお、ＥＣＵ１００が実行するＳ２７、Ｓ２９の処理が本発明の暫定余剰電力処理手段に相当している。   Next, it is determined whether the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) exceeds the acceptable power Pb2 of the secondary battery 13 (whether (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1)> Pi2) (S28). ). As a result, when it is determined that (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1)> Pi2 is not satisfied (S28: NO), that is, when the second surplus power can be received by the secondary battery 13 after changing the SOC upper limit value, 2 surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) is charged in the secondary battery 13 (S29), and the process returns to S24. After that, until the current rotational speed Rp of the cooling water circulation pump 41 becomes equal to or higher than the required rotational speed Rr of the cooling water circulation pump 41 (until Rp ≧ Rr), that is, when the second surplus power is consumed by the electric heater 51. The processes of S26 to S29 are repeated until the cooling water flow rate becomes a sufficient flow rate. Note that the processing of S27 and S29 executed by the ECU 100 corresponds to provisional surplus power processing means of the present invention.

Ｓ２８の判定処理で、（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）＞Ｐｉ２であると判定された場合（Ｓ２８：ＮＯ）、すなわち第２余剰電力をＳＯＣ上限値変更後の２次電池１３で受入できない場合には、この第２余剰電力分は回生電力Ｐｂを低く抑える必要があり、この第２余剰電力分だけ回生制動が効かなくなるので、第２余剰電力に相当するエネルギを機械式ブレーキで消費する（Ｓ３０）。これにより、第２余剰電力に相当する回生電力の発生が押さえられる。その後、２次電池１３のＳＯＣ上限値を初期値（７０％）に設定する（Ｓ３１）。   When it is determined in the determination process of S28 that (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1)> Pi2 (S28: NO), that is, when the second surplus power cannot be received by the secondary battery 13 after changing the SOC upper limit value. The second surplus power is required to keep the regenerative power Pb low, and the regenerative braking is not effective by the second surplus power, so that the energy corresponding to the second surplus power is consumed by the mechanical brake (S30). . Thereby, generation | occurrence | production of the regenerative electric power equivalent to 2nd surplus electric power is suppressed. Thereafter, the SOC upper limit value of the secondary battery 13 is set to an initial value (70%) (S31).

次に、Ｓ２５の判定処理で、Ｒｐ＜Ｒｒでないと判定された場合には（Ｓ２５：ＮＯ）、電気ヒータ５１で第２余剰電力を消費した際の発熱に対して冷却水流量が充分な流量であると判断できる。このため、２次電池１３のＳＯＣ上限値が初期値（７０％）であるか否かを判定する（Ｓ３２）。この結果、ＳＯＣ上限値が初期値（７０％）である場合には（Ｓ３２：ＹＥＳ）、Ｓ３５の処理に移行し、第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）で電気ヒータ５１を作動させる（Ｓ３５）。なお、ＥＣＵ１００が実行するＳ３５の処理が本発明の第２余剰電力処理手段に相当している。   Next, when it is determined in the determination process of S25 that Rp <Rr is not satisfied (S25: NO), the flow rate of the cooling water is sufficient for the heat generated when the second surplus power is consumed by the electric heater 51. It can be judged that. Therefore, it is determined whether or not the SOC upper limit value of the secondary battery 13 is the initial value (70%) (S32). As a result, when the SOC upper limit value is the initial value (70%) (S32: YES), the process proceeds to S35, and the electric heater 51 is operated with the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) ( S35). The process of S35 executed by the ECU 100 corresponds to the second surplus power processing means of the present invention.

一方、ＳＯＣ上限値が初期値（７０％）でない場合には（Ｓ３２：ＮＯ）、Ｓ２７の処理でＳＯＣ上限値が増大され、Ｓ２９の処理で第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）が２次電池１３に充電されていると考えられる。このため、ＳＯＣ上限値を初期値（７０％）に設定し（Ｓ３３）、２次電池１３から第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）を放電する（Ｓ３４）。そして、第２余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）で電気ヒータ５１を作動させる（Ｓ３５）。なお、ＥＣＵ１００が実行するＳ３３の処理が本発明の受入可能電力復帰手段に相当している。   On the other hand, when the SOC upper limit value is not the initial value (70%) (S32: NO), the SOC upper limit value is increased in the process of S27, and the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) is 2 in the process of S29. It is considered that the secondary battery 13 is charged. Therefore, the SOC upper limit value is set to the initial value (70%) (S33), and the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) is discharged from the secondary battery 13 (S34). Then, the electric heater 51 is operated with the second surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1) (S35). Note that the process of S33 executed by the ECU 100 corresponds to the acceptable power return means of the present invention.

次に、Ｓ２３の判定処理で、（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ１）＞Ｐｈであると判定された場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、すなわち第２余剰電力を電気ヒータ５１で受入できない場合には、冷却水循環ポンプ４１の必要回転数Ｒｒを算出する（Ｓ３６）。Ｓ３６で算出する冷却水循環ポンプ４１の必要回転数Ｒｒは、電気ヒータ５１で受入可能電力Ｐｈを消費する際に、冷却水温度が熱分解温度以下を維持するために必要な冷却水流量を確保するのに必要となる冷却水循環ポンプ４１の回転数である。   Next, when it is determined in the determination process of S23 that (Pfc + Pb) − (Pc + Pi1)> Ph (S23: YES), that is, when the second surplus power cannot be received by the electric heater 51, the cooling water circulation pump A required rotational speed Rr of 41 is calculated (S36). The required rotation speed Rr of the cooling water circulation pump 41 calculated in S36 secures the cooling water flow rate necessary for maintaining the cooling water temperature below the thermal decomposition temperature when the electric heater 51 consumes the acceptable electric power Ph. It is the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 required for the above.

次に、冷却水循環ポンプ４１の現在回転数Ｒｐを取得する（Ｓ３７）。そして、冷却水循環ポンプ４１の現在回転数Ｒｐが冷却水循環ポンプ４１の必要回転数Ｒｒを下回っているか否か（Ｒｐ＜Ｒｒであるか否か）を判定する（Ｓ３８）。   Next, the current rotation speed Rp of the cooling water circulation pump 41 is acquired (S37). Then, it is determined whether or not the current rotation speed Rp of the cooling water circulation pump 41 is lower than the required rotation speed Rr of the cooling water circulation pump 41 (Rp <Rr) (S38).

この結果、Ｒｐ＜Ｒｒでないと判定された場合には（Ｓ３８：ＮＯ）、電気ヒータ４１を電力Ｐｈを消費する際の発熱に対して冷却水流量が充分であると判断できる。このため、Ｐｈで電気ヒータ５１を作動させる（Ｓ３９）。このとき、電気ヒータ５１で吸収しきれなかった第３余剰電力（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ＋Ｐｈ）が発生する。この第３余剰電力分は回生電力Ｐｂを低く抑える必要があり、この第３余剰電力分だけ回生制動が効かなくなるので、機械式ブレーキで消費する（Ｓ４０）。これにより、第３余剰電力に相当する回生電力の発生が押さえられる。   As a result, when it is determined that Rp <Rr is not satisfied (S38: NO), it can be determined that the coolant flow rate is sufficient for the heat generated when the electric heater 41 consumes the electric power Ph. For this reason, the electric heater 51 is operated by Ph (S39). At this time, third surplus power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi + Ph) that cannot be absorbed by the electric heater 51 is generated. This third surplus power is required to keep the regenerative power Pb low, and the regenerative braking is not effective by this third surplus power, so it is consumed by the mechanical brake (S40). Thereby, generation | occurrence | production of the regenerative electric power equivalent to 3rd surplus electric power is suppressed.

一方、Ｒｐ＜Ｒｒであると判定された場合には（Ｓ３８：ＹＥＳ）、電気ヒータ５１で第２余剰電力を消費した際の発熱に対して冷却水流量が充分ではなく、電気ヒータ５１を作動させた場合には、冷却水が沸騰したり過熱したりするおそれがある。このため、電気ヒータ５１を作動させることなく、第２余剰電力分（Ｐｆｃ＋Ｐｂ）−（Ｐｃ＋Ｐｉ）を機械式ブレーキで消費する（Ｓ４１）。これにより、第２余剰電力に相当する回生電力の発生が押さえられる。   On the other hand, if it is determined that Rp <Rr (S38: YES), the flow rate of the cooling water is not sufficient for the heat generated when the second surplus power is consumed by the electric heater 51, and the electric heater 51 is activated. When it is made, the cooling water may boil or overheat. For this reason, the second surplus electric power (Pfc + Pb) − (Pc + Pi) is consumed by the mechanical brake without operating the electric heater 51 (S41). Thereby, generation | occurrence | production of the regenerative electric power equivalent to 2nd surplus electric power is suppressed.

次に、本第１実施形態の燃料電池システムにおける燃料電池冷却と車室内暖房について図７のフローチャートに基づいて説明する。   Next, fuel cell cooling and vehicle interior heating in the fuel cell system of the first embodiment will be described based on the flowchart of FIG.

まず、燃料電池１０の発電電力Ｐｆｃと燃料電池１０出口における冷却水温度Ｔｏｕｔを検出する（Ｓ１００）。次に、燃料電池１０の冷却に必要とする冷却水流量Ｖｆｃを算出する（Ｓ１０１）。   First, the generated power Pfc of the fuel cell 10 and the coolant temperature Tout at the outlet of the fuel cell 10 are detected (S100). Next, the coolant flow rate Vfc required for cooling the fuel cell 10 is calculated (S101).

次に、余剰電力（上述した第２余剰電力）を電気ヒータ５１で処理するか否かを判定する（Ｓ１０２）。この結果、余剰電力を電気ヒータ５１で処理しないと判定された場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、車室内の暖房あるいは除湿がオンになっているか否かを判定する（Ｓ１０３）。この結果、車室内の暖房あるいは除湿がオンになっていないと判定された場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、流量調整弁５４を電気ヒータバイパス経路５３側に切り替え、すべての冷却水が電気ヒータバイパス経路５３側に流れるようにし（Ｓ１０３）、必要回転数Ｒｒで冷却水循環ポンプ４１を作動させる（Ｓ１０５）。Ｓ１０５の処理では、冷却水流量がＶｆｃとなる冷却水循環ポンプ４１の回転数を必要回転数Ｒｒとしている。燃料電池１０を通過後の冷却水は、ラジエータ４３あるいはラジエータバイパス経路４７に流れることで温度が調整される。   Next, it is determined whether or not surplus power (the second surplus power described above) is processed by the electric heater 51 (S102). As a result, when it is determined that the surplus power is not processed by the electric heater 51 (S102: NO), it is determined whether heating or dehumidification of the passenger compartment is on (S103). As a result, when it is determined that heating or dehumidification of the vehicle interior is not turned on (S103: NO), the flow rate adjustment valve 54 is switched to the electric heater bypass path 53 side, and all the cooling water is bypassed by the electric heater bypass. The cooling water circulation pump 41 is operated at the required rotational speed Rr (S105). In the process of S105, the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 at which the cooling water flow rate becomes Vfc is set as the required rotation speed Rr. The temperature of the cooling water after passing through the fuel cell 10 is adjusted by flowing into the radiator 43 or the radiator bypass path 47.

一方、Ｓ１０３の判定処理で、車室内の暖房あるいは除湿がオンになっていると判定された場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、オンオフ弁６０を開状態とし（Ｓ１０６）、ヒータコア５６での必要暖房能力から電気ヒータ５１の要求電力Ｐｈ２を求め、要求ヒータ電力Ｐｈ２から電気ヒータ５１の必要冷却水流量Ｖｈ２を算出する（Ｓ１０７）。   On the other hand, if it is determined in the determination process of S103 that heating or dehumidification of the vehicle interior is on (S103: YES), the on / off valve 60 is opened (S106), and the heater core 56 requires heating. The required electric power Ph2 of the electric heater 51 is obtained from the capacity, and the required coolant flow rate Vh2 of the electric heater 51 is calculated from the required heater electric power Ph2 (S107).

次に、ヒータ必要冷却水流量Ｖｈ２が燃料電池必要冷却水流量Ｖｆｃを下回っているか否かを判定する（Ｓ１０８）。この結果、Ｖｈ２＜Ｖｆｃでないと判定された場合には（Ｓ１０８：ＮＯ）、冷却水のすべてが電気ヒータ５１側に流れるように流量調整弁５４を切り替え（Ｓ１０９）、Ｓ１１１の処理に移行する。   Next, it is determined whether or not the heater required coolant flow rate Vh2 is less than the fuel cell required coolant flow rate Vfc (S108). As a result, if it is determined that Vh2 <Vfc is not satisfied (S108: NO), the flow rate adjustment valve 54 is switched so that all the cooling water flows to the electric heater 51 side (S109), and the process proceeds to S111.

一方、Ｖｈ２＜Ｖｆｃであると判定された場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、電気ヒータ５１側の冷却水流量がＶｈ２、電気ヒータバイパス通路５３側の冷却水流量が（Ｖｆｃ−Ｖｈ２）となるように流量調整弁５４を切り替え（Ｓ１１０）、必要回転数Ｒｒで冷却水循環ポンプ４１を作動させる（Ｓ１１１）。Ｓ１１０に続いてＳ１１１の処理を行う場合には、冷却水流量がＶｆｃとなる冷却水循環ポンプ４１の回転数を必要回転数Ｒｒとし、上述のＳ１０９に続いてＳ１１１の処理を行う場合には、冷却水流量がＶｈ２となる冷却水循環ポンプ４１の回転数を必要回転数Ｒｒとする。そして、電気ヒータ５１を電力Ｐｈ２で作動させる（Ｓ１１２）。所望の暖房性能が得られるように室内暖房用ファンモータ５８の回転数を制御する。   On the other hand, when it is determined that Vh2 <Vfc (S108: YES), the flow rate of the cooling water on the electric heater 51 side is Vh2, and the flow rate of the cooling water on the electric heater bypass passage 53 side is (Vfc−Vh2). The flow rate adjustment valve 54 is switched to (S110), and the cooling water circulation pump 41 is operated at the required rotational speed Rr (S111). When performing the process of S111 following S110, the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 at which the cooling water flow rate becomes Vfc is set to the required rotation speed Rr, and when performing the process of S111 following the above-described S109, The number of rotations of the cooling water circulation pump 41 at which the water flow rate becomes Vh2 is set as a required number of rotations Rr. Then, the electric heater 51 is operated with the electric power Ph2 (S112). The number of rotations of the indoor heating fan motor 58 is controlled so as to obtain a desired heating performance.

車両走行開始時には冷却水温度が低いので、このように電気ヒータ５１にて補助的に冷却水を加熱することで暖房能力を向上させることができる。この場合、電気ヒータ５１は燃料電池１０あるいは２次電池１３からの電力を用いて発電させる。   Since the cooling water temperature is low at the start of vehicle travel, the heating capacity can be improved by supplementarily heating the cooling water with the electric heater 51 in this manner. In this case, the electric heater 51 generates power using the power from the fuel cell 10 or the secondary battery 13.

上記Ｓ１０２において余剰電力を電気ヒータ５１で処理すると判定された場合には、車室内の暖房あるいは除湿がオンになっているか否かを判定する（Ｓ１１３）。この結果、車室内の暖房あるいは除湿がオンになっていないと判定された場合には（Ｓ１１３：ＮＯ）、余剰電力を電気ヒータ５１にて処理するヒータ処理電力Ｐｈ１から電気ヒータ５１の必要冷却水流量Ｖｈ１を算出する（Ｓ１１４）。   When it is determined in S102 that surplus power is processed by the electric heater 51, it is determined whether heating or dehumidification in the vehicle compartment is on (S113). As a result, when it is determined that heating or dehumidification of the vehicle interior is not turned on (S113: NO), the necessary cooling water for the electric heater 51 is obtained from the heater processing power Ph1 for processing the surplus power by the electric heater 51. The flow rate Vh1 is calculated (S114).

次に、ヒータ必要冷却水流量Ｖｈ１が燃料電池必要冷却水流量Ｖｆｃを下回っているか否かを判定する（Ｓ１１５）。この結果、Ｖｈ１＜Ｖｆｃでないと判定された場合には（Ｓ１１５：ＮＯ）、冷却水のすべてが電気ヒータ５１側に流れるように流量調整弁５４を切り替え（Ｓ１１６）、Ｓ１１８の処理に移行する。   Next, it is determined whether or not the heater required coolant flow rate Vh1 is lower than the fuel cell required coolant flow rate Vfc (S115). As a result, when it is determined that Vh1 <Vfc is not satisfied (S115: NO), the flow rate adjustment valve 54 is switched so that all the cooling water flows to the electric heater 51 side (S116), and the process proceeds to S118.

一方、Ｖｈ１＜Ｖｆｃであると判定された場合には（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、電気ヒータ５１側の冷却水流量がＶｈ１、電気ヒータバイパス通路５３側の冷却水流量が（Ｖｆｃ−Ｖｈ１）となるように流量調整弁５４を切り替え（Ｓ１１７）、必要回転数Ｒｒで冷却水循環ポンプ４１を作動させる（Ｓ１１８）。Ｓ１１７に続いてＳ１１８の処理を行う場合には、冷却水流量がＶｆｃとなる冷却水循環ポンプ４１の回転数を必要回転数Ｒｒとし、上述のＳ１１６に続いてＳ１１８の処理を行う場合には、冷却水流量がＶｈ１となる冷却水循環ポンプ４１の回転数を必要回転数Ｒｒとする。   On the other hand, when it is determined that Vh1 <Vfc (S115: YES), the flow rate of the cooling water on the electric heater 51 side is Vh1, and the flow rate of the cooling water on the electric heater bypass passage 53 side is (Vfc−Vh1). The flow rate adjustment valve 54 is switched to (S117), and the cooling water circulation pump 41 is operated at the required rotational speed Rr (S118). When performing the process of S118 following S117, the number of rotations of the cooling water circulation pump 41 at which the cooling water flow rate becomes Vfc is set to the required rotation number Rr, and when performing the process of S118 following the above-described S116, the cooling is performed. The number of rotations of the cooling water circulation pump 41 at which the water flow rate becomes Vh1 is set as a required number of rotations Rr.

次に、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒより小さいか否かを判定する（Ｓ１１９）。この結果、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒより小さい場合には（Ｓ１１９：ＹＥＳ）、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒ以上となるまで待機する。そして、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒ以上となった場合には（Ｓ１１９：ＮＯ）、電気ヒータ５１を電力Ｐｈ１で作動させる（Ｓ１２０）。余剰電力は電気ヒータ５１にて熱に変換され、冷却水を介してラジエータ４３で外気に排出される。   Next, it is determined whether or not the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is smaller than the required rotational speed Rr (S119). As a result, when the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is smaller than the required rotational speed Rr (S119: YES), the process waits until the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 becomes equal to or higher than the required rotational speed Rr. And when the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 becomes more than the required rotation speed Rr (S119: NO), the electric heater 51 is operated with the electric power Ph1 (S120). The surplus power is converted into heat by the electric heater 51 and discharged to the outside air by the radiator 43 through the cooling water.

上記Ｓ１１３で車室内の暖房あるいは除湿がオンになっていると判定された場合には、オンオフ弁６０を開状態とし（Ｓ１２１）、ヒータ処理電力Ｐｈ１と要求ヒータ電力Ｐｈ２のうち大きい方の電力Ｐｈ３を用い、電気ヒータ５１に流す冷却水流量Ｖｈ１を算出する（Ｓ１２２）。   If it is determined in S113 that heating or dehumidification of the vehicle interior is on, the on / off valve 60 is opened (S121), and the larger power Ph3 of the heater processing power Ph1 and the required heater power Ph2 is set. Is used to calculate the cooling water flow rate Vh1 flowing through the electric heater 51 (S122).

次に、ヒータ必要冷却水流量Ｖｈ１が燃料電池必要冷却水流量Ｖｆｃを下回っているか否かを判定する（Ｓ１２３）。この結果、Ｖｈ１＜Ｖｆｃでないと判定された場合には（Ｓ１２３：ＮＯ）、冷却水のすべてが電気ヒータ５１側に流れるように流量調整弁５４を切り替え（Ｓ１２４）、Ｓ１２６の処理に移行する。   Next, it is determined whether or not the heater required coolant flow rate Vh1 is lower than the fuel cell required coolant flow rate Vfc (S123). As a result, if it is determined that Vh1 <Vfc is not satisfied (S123: NO), the flow rate adjustment valve 54 is switched so that all the cooling water flows to the electric heater 51 side (S124), and the process proceeds to S126.

一方、Ｖｈ１＜Ｖｆｃであると判定された場合には（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、電気ヒータ５１側の冷却水流量がＶｈ１、電気ヒータバイパス通路５３側の冷却水流量が（Ｖｆｃ−Ｖｈ１）となるように流量調整弁５４を切り替え（Ｓ１２５）、必要回転数Ｒｒで冷却水循環ポンプ４１を作動させる（Ｓ１２６）。Ｓ１２５に続いてＳ１２６の処理を行う場合には、冷却水流量がＶｆｃとなる冷却水循環ポンプ４１の回転数を必要回転数Ｒｒとし、上述のＳ１２４に続いてＳ１２６の処理を行う場合には、冷却水流量がＶｈ１となる冷却水循環ポンプ４１の回転数を必要回転数Ｒｒとする。   On the other hand, when it is determined that Vh1 <Vfc (S123: YES), the flow rate of the cooling water on the electric heater 51 side is Vh1, and the flow rate of the cooling water on the electric heater bypass passage 53 side is (Vfc−Vh1). The flow rate adjustment valve 54 is switched to (S125), and the cooling water circulation pump 41 is operated at the required rotational speed Rr (S126). When performing the process of S126 following S125, the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 at which the cooling water flow rate becomes Vfc is set to the required rotation speed Rr, and when performing the process of S126 following the above-described S124, cooling is performed. The number of rotations of the cooling water circulation pump 41 at which the water flow rate becomes Vh1 is set as a required number of rotations Rr.

次に、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒより小さいか否かを判定する（Ｓ１２７）。この結果、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒより小さい場合には（Ｓ１２７：ＹＥＳ）、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒ以上となるまで待機する。そして、冷却水循環ポンプ４１の回転数が必要回転数Ｒｒ以上となった場合には（Ｓ１２７：ＮＯ）、電気ヒータ５１を電力Ｐｈ３で作動させる（Ｓ１２８）。余剰電力は電気ヒータ５１にて熱に変換され、冷却水を介してラジエータ４３で外気に排出される。   Next, it is determined whether or not the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is smaller than the required rotational speed Rr (S127). As a result, when the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is smaller than the required rotational speed Rr (S127: YES), the process waits until the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 becomes equal to or higher than the required rotational speed Rr. And when the rotation speed of the cooling water circulation pump 41 becomes more than the required rotation speed Rr (S127: NO), the electric heater 51 is operated with the electric power Ph3 (S128). The surplus power is converted into heat by the electric heater 51 and discharged to the outside air by the radiator 43 through the cooling water.

以上説明した本実施形態の構成によれば、回生電力にて発生する余剰電力は優先的に２次電池１３に蓄えられ、余剰電力が２次電池１３に受け入れ可能な電力以上の場合は、電気ヒータ５１で消費される。そして、電気ヒータ５１で消費できない余剰電力分を機械式ブレーキで対応している。この結果、機械式ブレーキの使用頻度を低減でき、乗車フィーリングの悪化を防ぐことができる。   According to the configuration of the present embodiment described above, surplus power generated by regenerative power is preferentially stored in the secondary battery 13, and when the surplus power is greater than or equal to the power that can be received by the secondary battery 13, Consumed by the heater 51. The excess power that cannot be consumed by the electric heater 51 is handled by a mechanical brake. As a result, the frequency of use of the mechanical brake can be reduced, and deterioration of the riding feeling can be prevented.

また、余剰電力を消費する際の電気ヒータ５１での発熱に対して冷却水流量が充分でない場合（冷却水循環ポンプ４１の回転数が充分上昇していない場合）には、２次電池１３のＳＯＣ上限値を増加させ、電気ヒータ５１で消費する余剰電力を一時的に２次電池１３に充電することで、冷却水流量が充分でない状態で電気ヒータ５１で余剰電力を消費して冷却水が沸騰したり過熱されたりすることを防止できる。その後、余剰電力を消費する際の電気ヒータ５１での発熱に対して冷却水流量が充分に増加したとき（冷却水循環ポンプ４１の回転数が充分上昇したとき）に、電気ヒータ５１を作動開始することで、電気ヒータ５１で余剰電力を消費しても、冷却水が沸騰したり過熱されたりすることがない。   Further, when the flow rate of the cooling water is not sufficient with respect to the heat generated by the electric heater 51 when the surplus power is consumed (when the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is not sufficiently increased), the SOC of the secondary battery 13 is determined. By increasing the upper limit and temporarily charging the secondary battery 13 with surplus power consumed by the electric heater 51, the surplus power is consumed by the electric heater 51 in a state where the cooling water flow rate is not sufficient, and the cooling water boils. And can be prevented from being overheated. Thereafter, when the flow rate of the cooling water is sufficiently increased with respect to the heat generated by the electric heater 51 when surplus power is consumed (when the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is sufficiently increased), the electric heater 51 is started to operate. Thus, even if surplus power is consumed by the electric heater 51, the cooling water does not boil or be overheated.

また、本実施形態では、２次電池１３のＳＯＣ上限値を増大させ、第２余剰電力を２次電池１３に充電した後、冷却水循環ポンプ４１の回転数が充分に上昇した（電気ヒータ５１に供給される冷却水流量が充分な流量となった）ときに、２次電池１３のＳＯＣ上限値を初期値に戻している。これにより、２次電池１３のＳＯＣ上限値の増大（２次電池受入可能電力の増大）は一時的なものとなり、２次電池１３の性能に与える影響を最小限に抑えることができる。   Moreover, in this embodiment, after increasing the SOC upper limit value of the secondary battery 13 and charging the second surplus power to the secondary battery 13, the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 is sufficiently increased (in the electric heater 51. When the supplied coolant flow rate becomes a sufficient flow rate), the SOC upper limit value of the secondary battery 13 is returned to the initial value. Thereby, the increase in the SOC upper limit value of secondary battery 13 (increase in power that can be received by secondary battery) is temporary, and the influence on the performance of secondary battery 13 can be minimized.

なお、回生電力が発生するのは主に減速時や降坂時であり、この場合には燃料電池１０は発電停止あるいは発電電力が小さくなっているため、燃料電池１０の必要冷却能力も小さくなる。ラジエータ４３は燃料電池１０が最大出力時に充分に冷却が行えるように設計されるので、燃料電池１０の発電量が小さい場合にはラジエータ４３の能力が余っていることになり、そのときに電気ヒータ５１で熱を発生させその熱をラジエータ４３にて外気に放出すれば、ラジエータ４３の体格を大きくする必要はなく、新たな放熱器を搭載する必要もない。   Note that regenerative power is generated mainly during deceleration or downhill. In this case, since the fuel cell 10 stops generating power or the generated power is small, the required cooling capacity of the fuel cell 10 is also small. . Since the radiator 43 is designed so that the fuel cell 10 can be sufficiently cooled at the maximum output, when the power generation amount of the fuel cell 10 is small, the capability of the radiator 43 is surplus, and at that time, the electric heater If heat is generated at 51 and the heat is released to the outside air by the radiator 43, it is not necessary to increase the size of the radiator 43 and to install a new radiator.

また、冷却水を電気ヒータ５１をバイパスさせることができる電気ヒータバイパス経路５３を設け、電気ヒータ５１に冷却水を流す必要がない場合には、冷却水が電気ヒータ５１をバイパスできるように構成することで、冷却回路の圧力損失増加を抑制でき、冷却水循環ポンプ４１の消費電力増加を回避できる。   In addition, an electric heater bypass passage 53 that can bypass the electric heater 51 is provided, so that the cooling water can bypass the electric heater 51 when it is not necessary to flow the electric water to the electric heater 51. Thus, an increase in pressure loss in the cooling circuit can be suppressed, and an increase in power consumption of the cooling water circulation pump 41 can be avoided.

さらに、電気ヒータ５１で発生した熱をヒータコア５６を介して室内暖房に用いることで、回生制動で発生する余剰電力を有効に再利用することが可能となる。また、回生電力量は車重や減速度にもよるが、通常車室内の暖房必要能力よりも大きい。このため、電気ヒータ５１の発熱時で室内暖房が必要ないときにヒータコア５６に冷却水が流れると、室内暖房用ファン５７は停止していてもヒータコア５６表面から放熱し、車室内に影響を与える可能性がある。そこで、本第１実施形態では、暖房用放熱器バイパス経路５９、オンオフ弁６０を設けることでそのような悪影響を回避している。   Furthermore, by using the heat generated by the electric heater 51 for indoor heating via the heater core 56, it is possible to effectively reuse the surplus power generated by regenerative braking. Also, the amount of regenerative power is usually larger than the required heating capacity in the passenger compartment, although it depends on the vehicle weight and deceleration. For this reason, if cooling water flows through the heater core 56 when the electric heater 51 generates heat and no indoor heating is required, the indoor heating fan 57 dissipates heat from the surface of the heater core 56 even if it is stopped, affecting the vehicle interior. there is a possibility. Therefore, in the first embodiment, such a bad influence is avoided by providing the heating radiator bypass path 59 and the on / off valve 60.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、主に冷却水を燃料電池１０には循環させないで、電気ヒータ５１およびヒータコア５６に循環させることが可能な冷却水閉ループを形成した点が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Compared to the first embodiment, the second embodiment forms a cooling water closed loop that can circulate mainly to the electric heater 51 and the heater core 56 without circulating the cooling water to the fuel cell 10. The point is different. Only the parts different from the first embodiment will be described below.

図８は、本第２実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図８では、冷却系以外の構成要素の図示を省略している。   FIG. 8 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment. In FIG. 8, illustration of components other than the cooling system is omitted.

図８に示すように、上記第１実施形態のサーモスタット４６の代わりに、本第２実施形態では冷却水経路４０とラジエータバイパス経路４７との合流点に流量調整弁６４を設けている。本実施形態では、この流量調整弁６４を第２流量調整弁６４とし、上述の流量調整弁５４を第１流量調整弁５４とする。また、冷却水経路４０におけるラジエータ４３の下流側に温度センサ６５を設けている。   As shown in FIG. 8, instead of the thermostat 46 of the first embodiment, in the second embodiment, a flow rate adjustment valve 64 is provided at the junction of the cooling water path 40 and the radiator bypass path 47. In the present embodiment, the flow rate adjustment valve 64 is the second flow rate adjustment valve 64, and the above-described flow rate adjustment valve 54 is the first flow rate adjustment valve 54. Further, a temperature sensor 65 is provided on the downstream side of the radiator 43 in the cooling water passage 40.

第２流量調整弁６４と温度センサ６５の基本的な機能は、上記第１実施形態のサーモスタット４６と同様である。すなわち、ラジエータ４３通過後の冷却水温度を温度センサ６５にて検出し、その温度検出値に基づいて所望の冷却水温度になるように、第２流量調整弁６４を操作し、ラジエータ４３あるいはバイパス経路４７に流れる冷却水流量比を制御することができる。さらに本第２実施形態の第２流量調整弁６４は上記機能に加え、冷却水経路４０の上流側と下流側、バイパス経路４７の全方向にシャットできるように構成されている。   The basic functions of the second flow rate adjusting valve 64 and the temperature sensor 65 are the same as those of the thermostat 46 of the first embodiment. That is, the cooling water temperature after passing through the radiator 43 is detected by the temperature sensor 65, and the second flow rate adjusting valve 64 is operated so as to reach a desired cooling water temperature based on the detected temperature value. The ratio of the flow rate of the cooling water flowing through the path 47 can be controlled. Furthermore, in addition to the above function, the second flow rate adjustment valve 64 of the second embodiment is configured to shut in all directions of the upstream and downstream sides of the cooling water path 40 and the bypass path 47.

冷却水経路４０における第１流量調整弁５４の下流側であって電気ヒータ５１の上流側に第２の冷却水循環ポンプ６６が設けられている。この冷却水循環ポンプ６６は、冷却水経路４０と電気ヒータバイパス経路５３によって形成される閉ループＡのいずれの箇所に設けてもよい。本実施形態では、閉ループＡに設けられる冷却水循環ポンプ６６を第２冷却水循環ポンプ６６とし、第１実施形態で説明した冷却水循環ポンプ４１を第１冷却水循環ポンプ４１とする。第２冷却水循環ポンプ６６は、第１冷却水循環ポンプ４１に比較して循環させる冷却水が少ないので、第１冷却水循環ポンプ４１より小型のものを用いることができる。   A second cooling water circulation pump 66 is provided downstream of the first flow rate adjustment valve 54 in the cooling water path 40 and upstream of the electric heater 51. The cooling water circulation pump 66 may be provided at any location in the closed loop A formed by the cooling water path 40 and the electric heater bypass path 53. In the present embodiment, the cooling water circulation pump 66 provided in the closed loop A is the second cooling water circulation pump 66, and the cooling water circulation pump 41 described in the first embodiment is the first cooling water circulation pump 41. Since the second cooling water circulation pump 66 circulates less cooling water than the first cooling water circulation pump 41, a smaller one than the first cooling water circulation pump 41 can be used.

第１冷却水循環ポンプ４１は、主に燃料電池１０に冷却水を供給する燃料電池冷却用ポンプとして構成され、第２冷却水循環ポンプ６６は、主にヒータコア５６に冷却水を供給する空調用ポンプとして構成される。なお、上記第１実施形態で説明したＳ２６の処理（図５参照）では、電気ヒータ５１に供給される冷却水流量を増大させればよく、第１冷却水循環ポンプ４１または第２冷却水循環ポンプ６６の少なくとも一方を作動させることで行うことができる。   The first cooling water circulation pump 41 is mainly configured as a fuel cell cooling pump that supplies cooling water to the fuel cell 10, and the second cooling water circulation pump 66 is mainly used as an air conditioning pump that supplies cooling water to the heater core 56. Composed. In the process of S26 described in the first embodiment (see FIG. 5), the flow rate of the cooling water supplied to the electric heater 51 may be increased, and the first cooling water circulation pump 41 or the second cooling water circulation pump 66 may be used. This can be done by operating at least one of the above.

本第２実施形態の第１流量調整弁５４は、燃料電池１０から流れてきた冷却水を電気ヒータ５１側あるいは電気ヒータバイパス経路５３側に０〜１００％の範囲で分配する機能に加え、電気ヒータバイパス経路５３から流れてくる冷却水を電気ヒータ５１側に流す機能を有している。   In addition to the function of distributing the cooling water flowing from the fuel cell 10 to the electric heater 51 side or the electric heater bypass path 53 side in the range of 0 to 100%, the first flow rate adjustment valve 54 of the second embodiment is an electric It has a function of flowing the cooling water flowing from the heater bypass path 53 to the electric heater 51 side.

第２流量調整弁６４を全方向に閉じ、第２冷却水循環ポンプ６６を作動させることで、冷却水は冷却水経路４０と電気ヒータバイパス経路５３によって形成される閉ループＡを循環する。この場合には、冷却水は燃料電池１０には循環せず、電気ヒータ５１およびヒータコア５６に循環することとなる。   By closing the second flow rate adjusting valve 64 in all directions and operating the second cooling water circulation pump 66, the cooling water circulates in the closed loop A formed by the cooling water path 40 and the electric heater bypass path 53. In this case, the cooling water does not circulate in the fuel cell 10 but circulates in the electric heater 51 and the heater core 56.

このように、閉ループＡは熱容量の大きい燃料電池１０とは独立した暖房回路となるので、熱容量を小さくでき暖房の立ち上がり性能を向上できる。さらに燃料電池１０や配管などからの放熱を減少できるので、熱損失を低減でき立ち上がり性能を向上できる。また、圧力損失の大きな燃料電池１０を通過しない回路を形成できるので、燃料電池１０が発電していないときに暖房のみを使用したいときは第２冷却水循環ポンプ６６で冷却水を循環させることで、第１冷却水循環ポンプ６６の消費動力を低減できる。   Thus, since the closed loop A becomes a heating circuit independent of the fuel cell 10 having a large heat capacity, the heat capacity can be reduced and the startup performance of heating can be improved. Furthermore, since heat radiation from the fuel cell 10 and piping can be reduced, heat loss can be reduced and startup performance can be improved. In addition, since a circuit that does not pass through the fuel cell 10 having a large pressure loss can be formed, when only the heating is used when the fuel cell 10 is not generating power, the cooling water is circulated by the second cooling water circulation pump 66. The power consumption of the first cooling water circulation pump 66 can be reduced.

本第２実施形態では、冷却水経路４０における電気ヒータ５１の直下に水素を燃料とする触媒燃焼式ヒータ６７を設けている。例えば氷点下においては、燃料電池１０が発電起動できなかったり、さらには２次電池１３も電解液が凍結して電力が得られない場合がある。このため、本第２実施形態では、水素触媒ヒータ６７を補助用ヒータとして電気ヒータ５１と併設し、電気ヒータ５１の電力が得られない場合の熱源として用いている。水素触媒ヒータ６７を熱源として、室内暖房を行ったり、燃料電池１０を暖機することができる。   In the second embodiment, a catalytic combustion type heater 67 using hydrogen as a fuel is provided immediately below the electric heater 51 in the cooling water passage 40. For example, under the freezing point, the fuel cell 10 may not be able to start power generation, and further, the secondary battery 13 may freeze the electrolyte and not obtain power. For this reason, in the second embodiment, the hydrogen catalyst heater 67 is used as an auxiliary heater together with the electric heater 51 and is used as a heat source when the electric power of the electric heater 51 cannot be obtained. With the hydrogen catalyst heater 67 as a heat source, indoor heating can be performed or the fuel cell 10 can be warmed up.

また、水素触媒ヒータ６７の冷却水と接する表面あるいは水素触媒ヒータ６７内部の冷却水と接する表面近傍に、電気ヒータ５１と同様に温度センサ６８を設けている。発熱するヒータ６７表面において、冷却水の温度が高くなるので、ヒータ６７表面近傍の温度を検出することで、冷却水が冷却水の熱分解温度以下になるように制御する。この制御は熱媒体温度調整手段としてのＥＣＵ１００により行われる。   Further, a temperature sensor 68 is provided on the surface of the hydrogen catalyst heater 67 in contact with the cooling water or in the vicinity of the surface of the hydrogen catalyst heater 67 in contact with the cooling water in the same manner as the electric heater 51. Since the temperature of the cooling water rises on the surface of the heater 67 that generates heat, the temperature near the surface of the heater 67 is detected to control the cooling water to be equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the cooling water. This control is performed by the ECU 100 as the heat medium temperature adjusting means.

水素触媒ヒータ６７の温度を低下させるためには、冷却水の流量を増加させるか、あるいは水素触媒ヒータ６７に供給する水素量を減少させるか、あるいは供給空気量を増加させればよい。このような制御を行うことで、冷却水の熱分解によるイオンの発生を抑制しイオン交換樹脂の寿命を増加させることができる。   In order to lower the temperature of the hydrogen catalyst heater 67, the flow rate of cooling water may be increased, the amount of hydrogen supplied to the hydrogen catalyst heater 67 may be decreased, or the amount of supply air may be increased. By performing such control, it is possible to suppress the generation of ions due to thermal decomposition of the cooling water and increase the life of the ion exchange resin.

また、補助用ヒータとして水素触媒ヒータ６７を用いる理由は、燃料電池１０の燃料である水素を用いることができ、かつ燃焼式ヒータに比べて作動温度が低い（６００℃以下）からである。   The reason why the hydrogen catalyst heater 67 is used as the auxiliary heater is that hydrogen, which is the fuel of the fuel cell 10, can be used and the operating temperature is lower (600 ° C. or lower) than the combustion heater.

また、低温環境下では触媒の活性が低く、燃焼起動できなかったり、未燃水素が多く発生する。このため、水素触媒ヒータ６７を電気ヒータ５１の直下に設けることで、低温時に電気ヒータ５１を作動させ冷却水を加熱し、触媒を活性温度以上に昇温させることができる。このとき、回生電力により余剰電力が発生していれば、余剰電力により電気ヒータ５１を介して触媒を加熱することができることになる。   Further, under a low temperature environment, the activity of the catalyst is low, combustion cannot be started, and a large amount of unburned hydrogen is generated. For this reason, by providing the hydrogen catalyst heater 67 directly below the electric heater 51, the electric heater 51 can be operated at a low temperature to heat the cooling water, and the temperature of the catalyst can be raised to the activation temperature or higher. At this time, if surplus power is generated by regenerative power, the catalyst can be heated by the surplus power via the electric heater 51.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第２実施形態と比較して、電気ヒータバイパス経路５３が設けられていない点が異なるものである。以下、上記第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that the electric heater bypass path 53 is not provided. Only the parts different from the second embodiment will be described below.

図９は、本第３実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図９では、冷却系以外の構成要素の図示を省略している。   FIG. 9 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system of the third embodiment. In FIG. 9, illustration of components other than the cooling system is omitted.

図９に示すように、本第３実施形態では、電気ヒータ５１あるいは水素触媒ヒータ６７をバイパスさせる電気ヒータバイパス経路５３が存在しない。このため、冷却水を電気ヒータ５１側あるいは電気ヒータバイパス経路５３側に分配する第１流量調整弁５４を設ける必要がなく、冷却水経路４０の構成を簡素にできる。   As shown in FIG. 9, in the third embodiment, there is no electric heater bypass path 53 that bypasses the electric heater 51 or the hydrogen catalyst heater 67. Therefore, it is not necessary to provide the first flow rate adjusting valve 54 for distributing the cooling water to the electric heater 51 side or the electric heater bypass path 53 side, and the configuration of the cooling water path 40 can be simplified.

本第３実施形態では、車室内の暖房が必要なときは、オンオフ弁６０を開状態とし、必要に応じて電気ヒータ５１あるいは水素触媒ヒータ６７を駆動し冷却水を加熱する。また、本第３実施形態でも、上記第１実施形態、第２実施形態と同様に回生電力を熱としてラジエータ４３あるいはヒータコア５６で消費することができる。   In the third embodiment, when heating of the passenger compartment is necessary, the on / off valve 60 is opened, and the electric heater 51 or the hydrogen catalyst heater 67 is driven as necessary to heat the cooling water. Also in the third embodiment, the regenerative power can be consumed by the radiator 43 or the heater core 56 as heat, as in the first and second embodiments.

さらに、本第３実施形態のシステム構成をさらに簡略化するためには、オンオフ弁６０と暖房用放熱器バイパス経路５９を廃止する構成としてもよい。   Furthermore, in order to further simplify the system configuration of the third embodiment, the on / off valve 60 and the heat radiator bypass path 59 may be eliminated.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１０に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第２実施形態と比較して、電気ヒータ５１を含む閉ループの構成が異なっている。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment differs from the second embodiment in the configuration of the closed loop including the electric heater 51. Only the parts different from the first embodiment will be described below.

図１０に示すように、本第４実施形態では、冷却水経路４０に、冷却水を電気ヒータ５１をバイパスさせるための第２の電気ヒータバイパス経路６９が設けられている。本実施形態では、この電気ヒータバイパス経路６９を第２電気ヒータバイパス経路６９とし、上述の電気ヒータバイパス経路５３を第１電気ヒータバイパス経路５３としている。   As shown in FIG. 10, in the fourth embodiment, the cooling water passage 40 is provided with a second electric heater bypass passage 69 for bypassing the cooling water to the electric heater 51. In the present embodiment, this electric heater bypass path 69 is the second electric heater bypass path 69, and the above-described electric heater bypass path 53 is the first electric heater bypass path 53.

第２電気ヒータバイパス経路６９は、冷却水経路４０における第１の電気ヒータバイパス経路５３との分岐点より下流側で分岐し、冷却水経路４０における第１の電気ヒータバイパス経路５３との合流点より上流側で合流する。また、本実施形態の流量調整弁５４は、冷却水経路４０と第２の電気ヒータバイパス経路６９の分岐点に設けられている。   The second electric heater bypass path 69 branches downstream from the branch point of the cooling water path 40 with the first electric heater bypass path 53, and the junction point with the first electric heater bypass path 53 in the cooling water path 40. It merges more upstream. Further, the flow rate adjustment valve 54 of the present embodiment is provided at a branch point between the cooling water passage 40 and the second electric heater bypass passage 69.

このような構成によって、冷却水は冷却水経路４０と第２電気ヒータバイパス経路６９からなる第２の閉ループＢを循環することができる。また、冷却水経路４０と第１電気ヒータバイパス経路５３によって、閉ループＢとは独立して燃料電池１０に冷却水を循環させることができる。   With such a configuration, the cooling water can circulate through the second closed loop B including the cooling water path 40 and the second electric heater bypass path 69. Further, the cooling water path 40 and the first electric heater bypass path 53 allow the cooling water to circulate in the fuel cell 10 independently of the closed loop B.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。 (Other embodiments)
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to this, Unless it deviates from the range described in each claim, it is not limited to the description word of each claim, and those skilled in the art Improvements based on the knowledge that a person skilled in the art normally has can be added as appropriate to the extent that they can be easily replaced.

例えば、図１で示した例では１個のＥＣＵ１００を用いて各種制御を行っているが、機器毎にＥＣＵを設け、それぞれのＥＣＵ同士で通信を行うように構成してもよい。   For example, in the example shown in FIG. 1, various controls are performed using one ECU 100, but an ECU may be provided for each device so that the ECUs communicate with each other.

また、図１に示したＳ２５の判定処理では、冷却水循環ポンプ４１の回転数から間接的に推定した電気ヒータ５１の冷却水流量が第２余剰電力を電気ヒータ５１で消費する際の発熱に対応しているか否かを判定したが、これに限らず、電気ヒータ５１に供給される冷却水流量を直接測定し、測定した冷却水流量が第２余剰電力を電気ヒータ５１で消費する際の発熱に対応しているか否かを判定するようにしてもよい。   Further, in the determination process of S25 shown in FIG. 1, the cooling water flow rate of the electric heater 51 indirectly estimated from the rotational speed of the cooling water circulation pump 41 corresponds to the heat generated when the second excess power is consumed by the electric heater 51. However, the present invention is not limited to this. The flow rate of the cooling water supplied to the electric heater 51 is directly measured, and the generated cooling water flow rate generates heat when the electric heater 51 consumes the second surplus power. It may be determined whether or not it is compatible.

１０ 燃料電池
１１ 走行用モータ（回生電力発生手段、電気負荷）
１２ インバータ（回生電力発生手段）
１３ ２次電池
１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６ 補機（電気負荷）
４０ 冷却水経路（熱媒体経路）
４１ 冷却水循環ポンプ
４３ ラジエータ（放熱器）
５１ 電気ヒータ
５３ 電気ヒータバイパス経路
５４ 流量制御弁
５６ ヒータコア（暖房用放熱器）
５９ 暖房用放熱器バイパス経路
６０ オンオフ弁
６６ 冷却水循環ポンプ
６７ 水素触媒ヒータ
１００ 電子制御装置 10 Fuel cell 11 Driving motor (regenerative power generating means, electric load)
12 Inverter (regenerative power generation means)
13 Secondary battery 14 DC / DC converter 16 Auxiliary machine (electric load)
40 Cooling water path (heat medium path)
41 Cooling water circulation pump 43 Radiator (radiator)
51 Electric Heater 53 Electric Heater Bypass Path 54 Flow Control Valve 56 Heater Core (Heating Radiator)
59 Heating radiator bypass path 60 On-off valve 66 Cooling water circulation pump 67 Hydrogen catalyst heater 100 Electronic control unit

Claims (5)

水素と酸素とを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１０）を備える移動体に搭載される燃料電池システムであって、
前記燃料電池（１０）に供給される冷却水が循環する冷却水経路（４０）と、
前記冷却水経路（４０）に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ（４１、６６）と、
前記冷却水経路（４０）に設けられ、前記冷却水の熱を大気に放出する放熱器（４３）と、
前記冷却水経路（４０）において、前記燃料電池（１０）の下流側かつ前記放熱器（４３）の上流側に設けられ、前記冷却水を加熱する電気ヒータ（５１）と、
前記移動体の制動に伴って回生電力を発生する回生電力発生手段（１１、１２）と、
前記燃料電池（１０）および前記回生電力発生手段（１１、１２）と並列に接続された２次電池（１３）と、
前記燃料電池（１０）、前記回生電力発生手段（１１、１２）あるいは前記２次電池（１３）の少なくとも１つからの電力を消費可能な電気負荷（１１、１６）と、
前記燃料電池（１０）の発電電力と回生電力発生手段（１１、１２）の回生電力との合計電力のうち前記負荷手段（１１、１６）の消費電力を超える第１余剰電力を前記２次電池（１３）に充電する第１余剰電力処理手段（１００、Ｓ１８、Ｓ１９）と、
前記第１余剰電力のうち前記２次電池（１３）の受入可能電力を越える電力を第２余剰電力とし、前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記第２余剰電力を前記電気ヒータ（５１）で消費する際に発生する熱に対応する所定流量以上の場合に、前記第２余剰電力を前記電気ヒータ（５１）で消費する第２余剰電力処理手段（１００、Ｓ３５）と、
前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記所定流量未満の場合に、前記冷却水循環ポンプ（４１、６６）による冷却水流量を増大させるとともに、前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大させて前記第２余剰電力を前記２次電池（１３）に充電する暫定余剰電力処理手段（１００、Ｓ２７、Ｓ２９）とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system mounted on a moving body including a fuel cell (10) that obtains electric power by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen,
A cooling water path (40) through which cooling water supplied to the fuel cell (10) circulates;
Cooling water circulation pumps (41, 66) for circulating cooling water through the cooling water path (40);
A radiator (43) provided in the cooling water path (40) and releasing heat of the cooling water to the atmosphere;
In the cooling water path (40), an electric heater (51) provided on the downstream side of the fuel cell (10) and the upstream side of the radiator (43), and for heating the cooling water;
Regenerative power generating means (11, 12) for generating regenerative power in association with braking of the moving body;
A secondary battery (13) connected in parallel with the fuel cell (10) and the regenerative power generating means (11, 12);
An electric load (11, 16) capable of consuming electric power from at least one of the fuel cell (10), the regenerative power generation means (11, 12) or the secondary battery (13);
Of the total power of the generated power of the fuel cell (10) and the regenerative power of the regenerative power generation means (11, 12), the first surplus power exceeding the power consumption of the load means (11, 16) is used as the secondary battery. First surplus power processing means (100, S18, S19) for charging (13);
Of the first surplus power, the power exceeding the receivable power of the secondary battery (13) is used as the second surplus power, and the flow rate of cooling water supplied to the electric heater (51) converts the second surplus power into the electric power. A second surplus power processing means (100, S35) that consumes the second surplus power in the electric heater (51) when the flow rate is equal to or higher than a predetermined flow rate corresponding to heat generated when consumed in the heater (51);
When the cooling water flow rate supplied to the electric heater (51) is less than the predetermined flow rate, the cooling water flow rate by the cooling water circulation pump (41, 66) is increased and the secondary battery (13) can be received. A fuel cell system comprising provisional surplus power processing means (100, S27, S29) for increasing the power to charge the second surplus power to the secondary battery (13). 前記暫定余剰電力処理手段により前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大させて前記第２余剰電力を前記２次電池（１３）に充電した後、前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記所定流量以上となった場合に、前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大前の値に戻す受入可能電力復帰手段（１００、Ｓ３３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   The provisional surplus power processing means increases the acceptable power of the secondary battery (13) to charge the second surplus power to the secondary battery (13) and then supplies the secondary battery (13) to the electric heater (51). Receivable power return means (100, S33) is provided for returning the acceptable power of the secondary battery (13) to a value before increase when the cooling water flow rate is equal to or greater than the predetermined flow rate. Item 4. The fuel cell system according to Item 1. 前記暫定余剰電力処理手段により前記２次電池（１３）の受入可能電力を増大させて前記第２余剰電力を前記２次電池（１３）に充電した後、前記電気ヒータ（５１）に供給される冷却水流量が前記所定流量以上となった場合に、前記電気ヒータ（５３）の作動を開始させることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。   The provisional surplus power processing means increases the acceptable power of the secondary battery (13) to charge the second surplus power to the secondary battery (13) and then supplies the secondary battery (13) to the electric heater (51). The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the operation of the electric heater (53) is started when a cooling water flow rate becomes equal to or higher than the predetermined flow rate. 前記移動体の制動を行う機械式ブレーキを備え、
前記第２余剰電力のうち前記電気ヒータ（５１）の消費電力を超える第３余剰電力に相当するエネルギを前記機械式ブレーキで消費することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 A mechanical brake for braking the moving body;
The energy corresponding to the third surplus power exceeding the power consumption of the electric heater (51) in the second surplus power is consumed by the mechanical brake. The fuel cell system described. 冷却水と空調風を熱交換して空調風を加熱する暖房用熱交換器（５６）を備え、
前記冷却水循環ポンプは、前記燃料電池（１０）に冷却水を供給する燃料電池用ポンプ（４１）または前記暖房用熱交換器（５６）に冷却水を供給する空調用ポンプ（６６）の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 A heat exchanger (56) for heating that heats the air-conditioning air by exchanging heat between the cooling water and the air-conditioning air,
The cooling water circulation pump is at least one of a fuel cell pump (41) for supplying cooling water to the fuel cell (10) and an air conditioning pump (66) for supplying cooling water to the heating heat exchanger (56). The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is a fuel cell system.
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