JP2015023613A - 燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池及びシステム補機の温度低下を抑制できる燃料電池車両を提供する。【解決手段】燃料電池車両Ｖは、アノード流路に水素が供給され、カソード流路に酸素を含む空気が供給されることで発電し、モータルームＭＲの上部に配置される燃料電池１０と、モータルームＭＲにおいて燃料電池１０の周囲に配置されるシステム補機（走行モータ５３等）と、開状態においてモータルームＭＲへの外気の導入を促し、閉状態において前記導入を妨げるグリルシャッタ７２と、システム停止要求が入力された場合、グリルシャッタ７２を閉じるＥＣＵと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池を備える燃料電池車両に関する。

近年、水素と、酸素を含む空気と、が供給されることで発電する燃料電池の開発が進められ、燃料電池車両等の電力源として期待されている。
ところで、燃料電池が低温環境下で長時間放置されて低温状態で維持されたり（低温ソーク）、低温状態から発電を開始したりすると（低温起動）、燃料電池を構成するセルが劣化しやすくなる。したがって、このような低温ソーク及び低温起動の発生頻度を低減し、燃料電池の耐久性を向上させることが要請されている。

例えば、特許文献１には、複数の電池セルが積層された電池セル列と、この電池セル列を覆うアッパケースと、を有する電池パックを備えた車両用電源装置について記載されている。電池セルをアッパケースで覆うことで、車外の冷気から電池セルを遮蔽する遮蔽空間が形成される。なお、前記した電池パックは、車両の後部に設置される。

また、特許文献２には、燃料電池スタックにおいて吸熱した冷却液をラジエータで冷却し、冷却液をポンプで圧送して燃料電池スタックに戻す燃料電池冷却システムについて記載されている。
この燃料電池冷却システムが備える制御装置は、燃料電池スタックが過冷却されていると判定した場合、ラジエータから車外ガスクーラに向かって送風するようにラジエータファンを制御する。これによって、車外ガスクーラで放熱した冷たい空気がラジエータに向かわず、比較的暖かい空気がラジエータに送風される。

特開２００２−１７０６０１号公報 特開２００６−２４４９２８号公報

特許文献１には、電池セル列（燃料電池スタック）を車両の後部に設置する場合について記載されているが、電池セル列を車両の前部（つまり、モータルーム）に設置する場合については記載されていない。通常、モータルームは空気取入口を介して車外に開放されているため、システム停止中に前記した空気取入口を介して冷気が侵入しやすい。

特許文献１に記載の発明において、仮にアッパケースで覆われた電池セル列をモータルームに設置し、システム停止中に電池セル列のみを保温できたとしても、弁類・ポンプ類等のシステム補機は保温されない。そうすると、空気取入口を介して侵入する冷気でシステム補機が凍結し、次回起動時に不具合を生じる可能性がある。

また、特許文献２には、燃料電池冷却システムの運転中に燃料電池スタックの過冷却を防止する技術について記載されているものの、システム停止中に燃料電スタック等の温度低下を抑制する技術については記載されていない。

そこで、本発明は、燃料電池及びシステム補機の温度低下を抑制できる燃料電池車両を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、車両前部の収容室に燃料電池が収容される燃料電池車両であって、反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電し、前記収容室の上部に配置される前記燃料電池と、前記収容室において前記燃料電池の周囲に配置されるシステム補機と、開状態において前記収容室への外気の導入を促し、閉状態において前記導入を妨げる開閉手段と、システム停止要求が入力された場合、前記開閉手段を閉じる制御手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、システム停止要求が入力された場合、制御手段によって開閉手段が閉じられるため、燃料電池が収容される収容室に外気が導入されにくくなる。したがって、システム停止時又はシステム停止中に外気温が低い場合でも、開閉手段によって収容室への冷気の侵入が妨げられ、燃料電池を適切に保温できる。

また、燃料電池は収容室の上部に配置されるため、燃料電池及びシステム補機の熱で昇温した空気は、燃料電池が配置される上部領域にとどまる。これによって、燃料電池の温度が低下しにくくなる。つまり、燃料電池が低温状態で発電開始する頻度を少なくし、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
また、収容室において燃料電池の周囲にはシステム補機が配置される。したがって、システム補機のうち凍結しやすいもの（例えば、弁類、ポンプ類）が、燃料電池等の熱で温められる。これによって、システム補機の温度低下が抑制され、次回のシステム起動時に不具合が生じることを防止できる。

また、前記システム補機は、システム運転中に自ら発熱し、システム停止後に前記収容室を保温する際の熱源となる熱源補機と、システム運転中に自ら発熱しない非熱源補機と、を含み、前記非熱源補機のほうが前記熱源補機よりも前記燃料電池の近くに配置されることが好ましい。

このような構成によれば、非熱源補機は、熱源補機よりも燃料電池の近くに配置される。したがって、開閉手段が閉じた状態において非熱源補機は、システム運転中に燃料電池で発生した熱、及び熱源補機で発生した熱によって温められる。これによって、冷えやすい非熱源補機の温度低下（凍結）を抑制し、次回のシステム起動時に不具合が生じることを防止できる。

なお、前記した「熱源補機」とは、例えば、走行モータ、空気圧送用のコンプレッサ、ラジエータ、ＰＤＵ（Power Drive Unit）である。また、「非熱源補機」とは、例えば、弁類、循環送出用のポンプ類（反応ガス循環用のポンプ類）である。ちなみに、非熱源補機が「システム運転中に自ら発熱しない」という事項には、非熱源補機が駆動中に全く発熱しない場合の他、その発熱量が熱源補機と比べて十分小さい場合も含まれる。

また、前記熱源補機は、前記燃料電池を構成するセルの積層方向において前記燃料電池の端部付近に配置されることが好ましい。

このような構成によれば、燃料電池を構成するセルのうち温度低下が生じやすい端部付近のセルが、システム運転中に発生した熱源補機の熱で温められる。したがって、セルの積層方向における燃料電池の劣化ばらつきを抑制し、燃料電池の寿命を長くすることができる。また、セルの積層方向における燃料電池の温度差を抑制し、次回のシステム起動時に出力低下することを防止できる。

また、前記熱源補機は、前記収容室と、前輪のホイールハウスと、を連通させるホイールハウス開口部の近傍に配置されることが好ましい。

このような構成によれば、収容室に冷気が侵入しやすいホイールハウス開口部の近傍に熱源補機が配置される。したがって、ホイールハウス開口部を介した冷気の侵入を妨げ、燃料電池及び非熱源補機の温度低下を効果的に抑制できる。

また、前記システム補機は、前記収容室の上壁に形成される開口付近に配置され、断熱性を有する断熱性補機を含むことが好ましい。

このような構成によれば、上壁の開口付近に断熱性補機が配置されるため、燃料電池及びシステム補機によって温められた空気と、外部空間の冷気と、の熱交換を断熱性補機によって抑制し、ひいては燃料電池及びシステム補機の温度低下を効果的に抑制できる。

また、前記制御手段は、外部からシステム停止要求が入力された場合、次回に低温環境下でシステム起動する低温起動、及びシステム停止中に低温環境下となる低温ソークのうち、少なくとも一つが起こる可能性があるか否かを判定し、前記少なくとも一つが起こる可能性があるとき、前記開閉手段を閉じることが好ましい。

このような構成によれば、低温起動及び低温ソークのうち少なくとも一つが起こる可能性があるとき、制御手段によって開閉手段が閉じられる。したがって、開閉手段を不必要に開閉することなく、燃料電池及びシステム補機の温度低下を抑制できる。

本発明によれば、燃料電池及びシステム補機の温度低下を抑制する燃料電池車両を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池車両が備える燃料電池システムの構成図である。 燃料電池車両のモータルームにおける各機器の配置を模式的に示す側断面図であり、グリルシャッタが閉じた状態を示している。 燃料電池車両のモータルームにおける各機器の配置を模式的に示す平断面図（底側から視た図）であり、グリルシャッタが閉じた状態を示している。 システム停止時における燃料電池システムの動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池車両のモータルームにおける各機器の配置を模式的に示す平断面図（底側から視た図）であり、グリルシャッタが閉じた状態を示している。 図５に示すＡ−Ａ矢視断面図である。 セルの積層方向における燃料電池の温度分布を示す説明図である。

本発明を実施するための形態（以下、実施形態と記す）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
＜燃料電池システム＞
図１は、本実施形態に係る燃料電池車両が備える燃料電池システムの構成図である。燃料電池システム１は、燃料電池１０の発電電力によって走行モータ５３を含む負荷に電力供給するシステムであり、燃料電池車両Ｖ（図２参照）に搭載されている。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を供給するアノード系と、燃料電池１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を供給するカソード系と、燃料電池１０を経由するように冷媒を循環させて燃料電池１０を適温に保つ冷媒系と、燃料電池１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを制御するＥＣＵ６０と、を備えている。

（燃料電池）
燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、膜／電極接合体(Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ)を一対の導電性のセパレータ（図示せず）で挟持してなるセル（図示せず）を複数積層して構成される。

燃料電池１０の各セパレータには、各膜／電極接合体の全面に水素又は酸素を供給するための溝及び貫通孔が形成され、これらの溝及び貫通孔がアノード流路１１（反応ガス流路）、カソード流路１２（反応ガス流路）として機能する。また、前記したセパレータには、燃料電池１０を冷却するための冷媒（例えば、エチレングリコールを含む水）が通流する冷媒流路１３が形成されている。

アノード流路１１を介して水素が供給されると（式１）に示す電極反応が起こり、カソード流路１２を介して酸素を含む空気が供給されると（式２）に示す電極反応が起こる。これによって、燃料電池１０の各セルにおいて電位差（Open Circuit Voltage：ＯＣＶ）が発生する。

２Ｈ₂→４Ｈ⁺＋４ｅ^-・・・（式１）
Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ・・・（式２）

（アノード系）
アノード系は、水素タンク２１と、遮断弁２２と、エゼクタ２３と、気液分離器２４と、水素ポンプ２５と、ドレン弁２６と、パージ弁２７と、希釈器２８と、を備えている。

水素タンク２１は、高純度の水素が圧縮充填されたタンクであり、配管ａ１を介して遮断弁２２に接続されている。
遮断弁２２は、水素タンク２１からの水素供給を制御するための電磁弁であり、配管ａ２を介してエゼクタ２３に接続されている。

エゼクタ２３は、アノード流路１１から流出したアノードオフガス（未反応の水素を含む）を、配管ａ４，ａ５等を介してアノード流路１１に戻すものであり、配管ａ３を介してアノード流路１１の入口に接続されている。
気液分離器２４は、アノード流路１１から流出するアノードオフガスから水分を分離して一時的に貯留する容器であり、配管ａ４を介してアノード流路１１の出口に接続されている。

水素ポンプ２５は、アノード流路１１から流出したアノードオフガスを、配管ａ６，ａ７等を介して再びアノード流路１１に戻して循環させる循環送出用のポンプである。
ドレン弁２６は、気液分離器２４に貯留された水を希釈器２８に向けて排出するための電磁弁である。ドレン弁２６は、上流側が配管ａ８を介して気液分離器２４の下部に接続され、下流側が配管ａ９を介して希釈器２８に接続されている。

パージ弁２７は、配管ａ３、アノード流路１１、配管ａ４〜ａ７を含む循環流路に蓄積した不純物（窒素、水等）を希釈器２８に排出するための電磁弁である。パージ弁２７は、上流側が配管ａ１０を介して配管ａ５に接続され、下流側が配管ａ１１を介して希釈器２８に接続されている。
希釈器２８は、アノードオフガスに含まれる水素を希釈するものであり、上流側が配管ａ９，ａ１１，ｂ５に接続され、下流側が配管ｂ６を介して系外に開放されている。

（カソード系）
カソード系は、コンプレッサ３１と、入口封止弁３２と、出口封止弁３３と、ＥＧＲポンプ３４と、背圧弁３５と、を備えている。
コンプレッサ３１は、内部の羽根車（図示せず）を回転させることで車外から空気を吸引・圧縮し、配管ｂ１等を介してカソード流路１２に供給する空気圧送用の圧縮機である。

入口封止弁３２は、電磁作動式の開閉弁であり、上流側が配管ｂ１を介してコンプレッサ３１に接続され、下流側が配管ｂ２を介してカソード流路１２の入口に接続されている。
出口封止弁３３は、電磁作動式の開閉弁であり、上流側が配管ｂ３を介してカソード流路１２の出口に接続され、下流側が配管ｂ４を介して背圧弁３５に接続されている。
システム停止時に入口封止弁３２及び出口封止弁３３が閉弁されることで、カソード流路１２が系外から締め切られる。

ＥＧＲポンプ３４（Exhaust Gas Recirculation Pump）は、後記するカソードオフガス再循環処理を行う際に駆動される戻して循環させる循環送出用のポンプである。ＥＧＲポンプ３４が駆動することで、カソード流路１２から流出するカソードオフガスが、配管ｂ３，ｂ７，ｂ８，ｂ２を介してカソード流路１２に戻される。
背圧弁３５は、その開度を調整することでカソード流路１２を通流する空気の圧力（背圧）を制御するものである、配管ｂ５を介して希釈器２８に接続されている。

＜冷媒系＞
冷媒系は、冷媒ポンプ４１と、ラジエータ４２と、サーモスタット弁４３と、を備えている。
冷媒ポンプ４１は、冷媒流路１３を介して冷媒を送り出して循環させる循環送出用のポンプであり、吸入側が配管ｃ１を介してサーモスタット弁４３に接続され、吐出側が配管ｃ２を介して冷媒流路１３の入口に接続されている。

ラジエータ４２は、冷媒流路１３から配管ｃ３を介して流入する高温の冷媒と、モータルームＭＲ（図２参照）に流入する低温の外気と、を熱交換させることで冷媒を冷却する熱交換器である。ラジエータ４２は、流入口が配管ｃ３を介して冷媒流路１３の出口に接続され、流出口が配管ｃ４を介してサーモスタット弁４３に接続されている。

サーモスタット弁４３は、燃料電池１０の温度を調整する温度調整機構であり、冷媒の温度に応じてラジエータ４２への冷媒の通流／迂回を切り替えるようになっている。サーモスタット弁４３は、冷媒が所定温度以上になった場合に膨張するワックス（図示せず）と、このワックスの膨張に伴って移動する弁体（図示せず）と、を有し、バイパス配管ｃ５の一端に設置されている。

＜電力消費系＞
電力消費系は、ＶＣＵ５１と、ＰＤＵ５２と、走行モータ５３と、を備えている。
ＶＣＵ５１（Voltage Control Unit）は、燃料電池１０の発電電力やバッテリ（図示せず）の充放電を制御するものであり、ＤＣ／ＤＣチョッパ（図示せず）、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）等の電子回路を有している。
ＰＤＵ５２（Power Drive Unit）は、燃料電池１０やバッテリ（図示せず）からの直流電力を三相交流電力に変換して走行モータ５３を含む負荷に供給するものであり、インバータ回路（図示せず）等を有している。
走行モータ５３は、例えば、永久磁石同期式の三相交流モータであり、３相交流電力で燃料電池車両Ｖ（図２参照）の駆動輪（前輪ＷＦ：図２参照）を回転駆動させる。

＜制御系＞
ＥＣＵ６０（Electric Control Unit：制御手段）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェースなどの電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮する。
ＥＣＵ６０は、ＩＧ７１から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号、各種のセンサ類（図示せず）から入力されるセンサ信号等に応じて、各機器の動作を統括制御する。なお、ＥＣＵ６０が実行する処理の詳細については後記する。

＜その他機器＞
ＩＧ７１（Ignition Switch）は、燃料電池システム１の起動スイッチであり、運転席周りに設置されている。ＩＧ７１は、ＥＣＵ６０に対してＯＮ信号（システム起動要求）／ＯＦＦ信号（システム停止要求）を出力する機能を有している。

グリルシャッタ７２（開閉手段）は、開状態においてモータルームＭＲ（図２参照）への外気の導入を促し、閉状態において前記導入を妨げる機能を有している。グリルシャッタ７２はシャッタ用モータ（図示せず）が駆動することで、車両前面の空気取入口Ｈ１（図２参照）を介してモータルームＭＲと外部空間とを連通／遮断するように構成されている。
本実施形態では、一例として、燃料電池車両ＶにおいてバンパＢ（図２参照）の上方及び下方に、それぞれグリルシャッタ７２を設置する場合について説明する。

＜モータルームにおける各機器の配置＞
図２は、燃料電池車両のモータルームにおける各機器の配置を模式的に示す側断面図であり、グリルシャッタが閉じた状態を示している。なお、図２では、エゼクタ２３（図１参照）、気液分離器２４、希釈器２８、ＥＣＵ６０、配管等の図示を省略した。
図２に示すように、燃料電池車両Ｖの前部（車室Ｃの前方）には、走行モータ５３、燃料電池１０、ラジエータ４２等の機器を収容するモータルームＭＲ（収容室）が形成されている。

モータルームＭＲは、ボンネットＮの天井面、アンダパネルＵの上壁面、バンパＢの後壁面、ダッシュパネルＤの前壁面等によって仕切られる収容空間である。なお、モータルームＭＲの後方にはセンタトンネルＴが設けられ、このセンタトンネルＴの後方に荷室（図示せず）が設けられている。
図２に示す各グリルシャッタ７２の両脇（例えば、上下方向の両脇）には、グリルシャッタ７２をモータルームＭＲの内壁面に沿って案内するためのガイド（図示せず）が形成されている。グリルシャッタ７２は、シャッタ用モータ（図示せず）が駆動することで、前記したガイドに沿ってスライドするように構成されている。

グリルシャッタ７２が開かれると、モータルームＭＲが空気取入口Ｈ１を介して外部空間に開放され、モータルームＭＲへの外気の導入が促される。一方、グリルシャッタ７２が閉じられると、空気取入口Ｈ１を介した外気の導入が遮断される。

（燃料電池）
燃料電池１０（網掛：図２、図３参照）は、モータルームＭＲの上部領域に設置され、支持部材（図示せず）によって支持・固定されている。システム停止後にグリルシャッタ７２が閉じられると、モータルームＭＲ内の温かい空気（冷気よりも比重が軽く浮上しやすい。）が上昇し、燃料電池１０が設置されている上部領域に留まる。これによって、燃料電池１０の温度低下が抑制される。
図３は、燃料電池車両のモータルームにおける各機器の配置を模式的に示す平断面図（底側から視た図）であり、グリルシャッタが閉じた状態を示している。図３に示すように、燃料電池１０は、セルの積層方向が車幅方向と略平行になるように横置きで設置されている。

また、燃料電池１０の周囲には、複数のシステム補機が配置されている。前記したシステム補機には、燃料電池システム１の運転中に自ら発熱する「熱源補機」と、前記運転中に自ら発熱しない「非熱源補機」と、断熱性を有する「断熱性補機」と、が含まれる。

（熱源補機）
「熱源補機」（網掛：図２、図３参照）は、燃料電池システム１の運転中に自ら発熱し、システム停止後にモータルームＭＲを保温する際の熱源となるシステム補機である。熱源補機は、ラジエータ４２、走行モータ５３、ＰＤＵ５２、コンプレッサ３１を含み、モータルームＭＲにおいて燃料電池１０の周囲に配置されている。

ラジエータ４２は、空気取入口Ｈ１（又は、閉状態のグリルシャッタ７２：図２参照）の後方に設置される。燃料電池車両Ｖの走行中、空気取入口Ｈ１を介してモータルームＭＲに流入する外気（走行風）と、ラジエータ４２を通流する高温の冷媒と、が熱交換する。なお、ラジエータ４２の後方にはラジエータファン（図示せず）が設置されている。

走行モータ５３は、車幅方向に延びる車輪軸Ｊを介して一対の前輪ＷＦに連結され（図３参照）、燃料電池１０の下方に設置されている（図２参照）。
走行モータ５３と電気的に接続されるＰＤＵ５２は、上下方向において燃料電池１０と走行モータ５３との間に介在するように設置されている。
コンプレッサ３１は、前後方向において燃料電池１０とラジエータ４２との間に介在する所定位置に設置されている。

システム停止後にグリルシャッタ７２が閉じられると、各熱源補機の熱で温められた空気が燃料電池１０に向かって上昇し、モータルームＭＲの上部領域に溜まる。これによって、燃料電池１０及び後記する非熱源補機が温められる。

（非熱源補機）
「非熱源補機」（太枠線：図２、図３参照）は、システム運転中に自ら発熱しないシステム補機である。ここで、「システム運転中に自ら発熱しない」という事項には、非熱源補機がシステム運転中に全く発熱しない場合の他、その発熱量が前記した熱源補機と比べて十分に小さい場合も含まれる。
非熱源補機は、例えば、水素ポンプ２５と、ＥＧＲポンプ３４と、弁類VLV（ドレン弁２６、パージ弁２７、入口封止弁３２、出口封止弁３３、背圧弁３５等）と、を含んでいる。なお、図２、図３では、任意の弁類を「VLV」と記載した。

このような非熱源補機は、前記した熱源補機と比較して低温環境下で冷えやすく凍結しやすい。したがって、燃料電池システム１の停止後、燃料電池１０及び熱源補機の熱で非熱源補機を温めることが望ましい。
図２、図３に示すように、非熱源補機（太枠線）は、熱源補機（網掛）よりも燃料電池１０（網掛）の近くに配置されている。つまり、燃料電池１０を中心として、非熱源補機は熱源補機よりも内側に配置されている。
これによって、システム停止後にグリルシャッタ７２が閉じられると、熱源補機の熱で昇温した空気と、燃料電池１０の周囲に留まっている温かい空気と、によって非熱源補機が温められる。

（断熱性補機）
図２、図３において二重枠線で示すＶＣＵ５１（断熱性補機）は、モータルームＭＲ内において燃料電池１０の上方に配置される。ＶＣＵ５１は、ＤＣ／ＤＣチョッパ等の電子回路が形成された回路基板（図示せず）と、この回路基板を収容する筐体（図示せず）と、を有している。この筐体の内壁面と、回路基板と、の間には、金属と比較して熱伝導率が小さい（つまり、断熱性が高い）空気層が存在する。

ところで、図２に示すボンネットＮ（上壁）の後端付近において車幅方向両端には、このボンネットＮを開閉するための一対のヒンジ（図示せず）が形成されている。また、前記したヒンジの設置箇所（図３に示す位置Ｋ）には、モータルームＭＲと外部空間とを連通させる開口Ｈ２が形成されている（図６参照）。
ＶＣＵ５１は、その車幅方向両端が開口Ｈ２と近接するように、燃料電池１０よりも上側に配置されている（図３参照）。このように断熱性を有するＶＣＵ５１を開口Ｈ２付近に配置することで、モータルームＭＲへの冷気の侵入を抑制できる。

＜燃料電池システムの動作＞
次に、燃料電池システム１の運転中の動作について簡単に説明した後、停止時の動作について説明する。
ＩＧ−ＯＮの後、ＥＣＵ６０は遮断弁２２を開弁するとともに、コンプレッサ３１を駆動する。これによって、燃料電池１０のアノード流路１１に水素が供給され、カソード流路１２に空気が供給される。そうすると、前記した電極反応によって燃料電池１０が発電するとともに、自己発熱する。

また、燃料電池システム１の運転中、ＥＣＵ６０はグリルシャッタ７２（図２参照）を開状態にする。そうすると、空気取入口Ｈ１を介してモータルームＭＲに空気（走行風）が流入する。この空気は、ラジエータ４２を通流する冷媒から吸熱した後、モータルームＭＲ、センタトンネルＴ、及び荷室（図示せず）を介して車外に排出される。一方、ラジエータ４２を通流する際、空気に放熱した冷媒は、配管ｃ４，ｃ１，ｃ２（図１参照）を介して冷媒流路１３に戻る。これによって、燃料電池１０が適温で保たれる。

なお、システム運転中の発電によって燃料電池１０が発熱し、システム運転中の駆動によって前記した熱源補機（コンプレッサ３１、ラジエータ４２、ＰＤＵ５２、及び走行モータ５３）が発熱する。一方、システム運転中、前記した非熱源補機（水素ポンプ２５、ＥＧＲポンプ３４、弁類VLV）は、ほとんど発熱しない。

図４は、システム停止時における燃料電池システムの動作の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１０１においてＥＣＵ６０は、ＩＧ７１からＯＦＦ信号（システム停止要求）が入力されたか否かを判定する。ＩＧ７１からＯＦＦ信号が入力された場合（Ｓ１０１→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、ＩＧ７１からＯＦＦ信号が入力されていない場合（Ｓ１０１→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０はステップＳ１０１の処理を繰り返す。

ステップＳ１０２においてＥＣＵ６０は、燃料電池１０の発電を停止させる。すなわち、ＥＣＵ６０は遮断弁２２（図１参照）を閉じ、コンプレッサ３１を停止させることで、燃料電池１０への反応ガス（水素、酸素）の供給を停止する。また、ＥＣＵ６０は、反応ガスの供給停止後、水素ポンプ２５を駆動するとともに、入口封止弁３２及び出口封止弁３３を閉じた状態でＥＧＲポンプ３４を駆動する。これによって、アノード流路１１を介して燃料オフガスが再循環し、カソード流路１２を介して酸化剤オフガスが再循環して、水素及び酸素が消費される。

次に、ステップＳ１０３においてＥＣＵ６０は、次回に燃料電池１０が低温環境下で発電を開始する低温起動、及びシステム停止中に低温環境下となる低温ソークのうち、少なくとも一つが起こる可能性があるか否かを判定する。
例えば、ＥＣＵ６０は、外気温が所定温度（例えば、０℃）以下であるか否かに基づいて前記判定を行う。その他、ＥＣＵ６０は、日時情報、天気情報、ＧＰＳ（Global Positioning System）に基づく位置情報等を用いて前記判定を行ってもよい。

低温起動及び低温ソークのうち少なくとも一つが起こる可能性が高い場合（Ｓ１０３→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４においてＥＣＵ６０は、それまで開いていたグリルシャッタ７２を閉じる。これによって、空気取入口Ｈ１を介した外気の導入が遮断され、モータルームＭＲが保温される。
一方、低温起動及び低温ソークのいずれも起こらないと推定される場合（Ｓ１０３→Ｎｏ）、ＥＣＵ６０は処理を終了する（ＥＮＤ）。この場合、グリルシャッタ７２を開いたままでソーク状態にしても、燃料電池１０及び各システム補機が凍結するおそれはない。

＜作用＞
図２を参照しつつ、システム停止時にグリルシャッタ７２が閉じられた後の、モータルームＭＲ内の状態について説明する。なお、図２では、温かい空気の流れを矢印で図示した。
グリルシャッタ７２を閉じた直後、それまでの発電によって発生した熱で燃料電池１０は比較的高温になっている。この熱によって、燃料電池１０の周囲の空気が温められる。

温かい空気は冷たい空気よりも比重が軽く浮上しやすいため、燃料電池１０が設置されている上部領域に温かい空気が留まる。その結果、燃料電池１０が外側から温められて保温されるとともに、燃料電池１０全体の温度分布が均一化される。

また、水素ポンプ２５、ＥＧＲポンプ３４、弁類VLV等の非熱源補機（太枠線：図２参照）は、走行モータ５３等の熱源補機（網掛：図２参照）よりも燃料電池１０の近くに配置されている。したがって、燃料電池１０付近の温かい空気と、熱源補機から上昇してくる温かい空気と、によって、非熱源補機が温められる。
なお、熱源補機はシステム停止直後において比較的高温になっており、燃料電池１０及び非熱源補機への放熱によって凍結するおそれはない。

また、モータルームＭＲの上部に形成されている開口付近に、ＶＣＵ５１（断熱性補機：図２の二重枠線）が配置されている。したがって、モータルームＭＲの温かい空気と、冷たい外気と、の熱交換が抑制される。その結果、燃料電池１０及び熱源補機の熱がモータルームＭＲの上部（つまり、燃料電池１０の設置箇所）に留まる。このようにして、モータルームＭＲ内の熱で燃料電池１０及び非熱源補機が外側から温められる。

＜効果＞
本実施形態に係る燃料電池車両Ｖによれば、システム停止時において次回の低温起動・低温ソークのうち少なくとも一つが起こる可能性が高いと判定した場合、ＥＣＵ６０はグリルシャッタ７２を閉じる。これによって、モータルームＭＲへの冷気の侵入を妨げ、モータルームＭＲに収容された機器の温度低下を抑制できる。

また、燃料電池１０はモータルームＭＲの上部に配置されるため、昇温した空気によって燃料電池１０が外側から温められ、セルの積層方向において燃料電池１０の温度分布が均一化される。その結果、ソーク中における各セルの反応量を均一化し、セルの局所的な劣化を抑制できる。
また、システム停止後に燃料電池１０を保温することで、低温状態で燃料電池システム１が起動する頻度を減らし、燃料電池１０の耐久年数を長くすることができる。

また、燃料電池１０を構成するセルの温度分布が均一化されるため、次回のシステム起動時におけるセルの電圧が均等化される。これによって、次回の起動時において燃料電池１０全体の電圧が安定して出力され、走行モータ５３等の負荷に所望の電力を供給できる。
また、システム停止後にグリルシャッタ７２を閉じてモータルームＭＲ内の機器を保温することで、燃料電池１０及び各システム補機の凍結を抑制できる。したがって、燃料電池１０及び各システム補機の長寿命化を図ることができる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態は第１実施形態と比較して、モータルームＭＲ内の燃料電池１０及び各システム補機の配置が異なるが、その他（燃料電池システム１の構成及び動作）については第１実施形態と同様である。したがって、モータルームＭＲにおける各機器の配置について説明し、その他の部分については説明を省略する。

図５に示すように、燃料電池１０は、セルの積層方向が車幅方向と略平行となるように、モータルームＭＲに横置きで設置されている。また、燃料電池１０は、モータルームＭＲの上部領域に設置されている。

図６は、図５に示すＡ−Ａ矢視断面図である。図６に示すように、燃料電池車両Ｖの前輪ＷＦを収容するホイールハウスＨ３は、ホイールハウス開口部Ｈ４を介してモータルームＭＲと連通している。つまり、車両前部の側壁であるフロントフェンダＦと、モータルームＭＲの底壁であるアンダパネルＵと、の間にホイールハウス開口部Ｈ４が形成されている。

図５、図６に示すように、コンプレッサ３１（熱源補機）は右側のホイールハウス開口部Ｈ４の近傍に配置され、ＰＤＵ５２（熱源補機）は左側のホイールハウス開口部Ｈ４の近傍に配置されている。このように、ホイールハウス開口部Ｈ４の近傍に熱源補機を設置することで、ホイールハウス開口部Ｈ４を介した冷気の侵入を抑制できる。

また、図５に示すように、燃料電池１０の右端付近にコンプレッサ３１が配置され、燃料電池１０の左端付近にＰＤＵ５２が配置されている。つまり、燃料電池１０を構成する複数のセルのうち、その温度が低下しやすい両端のセル付近に熱源補機が設置されている。これによって、セルの積層方向において燃料電池１０の両端付近の温度低下を抑制し、その温度分布を均一化できる。
なお、図６に示すように、コンプレッサ３１及びＰＤＵ５２（熱源補機）は燃料電池１０よりも下方に設置されているが、温かい空気は比重が軽く浮上しやすいため、各熱源補機の熱で燃料電池１０の端部を温めることができる。

非熱源補機であるＥＧＲポンプ３４は、熱源補機であるコンプレッサ３１の上方（つまり、燃料電池１０の近く）に配置されている。また、非熱源補機である水素ポンプ２５は、熱源補機であるＰＤＵ５２の上方に配置されている。これによって、熱源補機の熱で温められた空気が燃料電池１０に向けて上昇する際、ＥＧＲポンプ３４及び水素ポンプ２５が温められる。
背圧弁３５等の弁類VLVは、上下方向において燃料電池１０と走行モータ５３との間に介在している。これによって、燃料電池１０（特に、積層方向の中央付近）、及び熱源補機の熱によって弁類VLVが温められる。

＜効果＞
本実施形態に係る燃料電池車両Ｖによれば、熱源補機（コンプレッサ３１及びＰＤＵ５２）を、ホイールハウス開口部Ｈ４の近傍に配置することで、車外の冷気がモータルームＭＲに侵入することを抑制できる。したがって、モータルームＭＲに収容された燃料電池１０及び各システム補機を効果的に保温できる。

また、熱源補機（コンプレッサ３１及びＰＤＵ５２）は、セルの積層方向において燃料電池１０の両端付近に配置される。したがって、燃料電池１０の両端付近の温度低下（凍結）や結露を抑制できる。その結果、アノード流路１１・カソード流路１２の入口付近及び出口付近が結露水等によって閉塞することを防止し、次回起動時に燃料電池１０に対し反応ガスを安定して供給できる。

図７は、セルの積層方向における燃料電池の温度分布を示す説明図である。なお、図７では、セルの積層方向において一端のセルＮｏ．を「１」とし、他端のセルＮｏ．を「Ｎ」とした。
本実施形態及び比較例に関して、システム停止直後（一点鎖線）では、セルの積層方向でセルの温度差はほとんどない。システム停止後にグリルシャッタ７２を閉じない場合の比較例（破線）では、システム停止してから所定時間が経過すると、両端のセルの温度が著しく低下していることが分かる。

一方、システム停止時にグリルシャッタ７２を閉じる本実施形態（実線）では、セルの積層方向において中央付近の温度低下の度合いと、両端付近の温度低下の度合いと、の差が停止直後からほとんど変化していない。このように、システム停止後もセルの温度分布が略均一な状態を維持することで、次回のシステム起動時にセル毎の電圧が均等化され、起動時の発電性能を安定させることができる。また、セルの局所的な劣化量が抑制されるため、燃料電池１０の長寿命化を図ることができる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る燃料電池車両Ｖについて各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、各実施形態では、開状態においてモータルームＭＲへの外気の導入を促し、閉状態において前記導入を妨げる「開閉手段」がグリルシャッタ７２である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、「開閉手段」として、回動軸を支点として回動可能なフラップを用いてもよい。

また、各実施形態では、低温起動及び低温ソークのうち少なくとも一つが起こる可能性が高い場合（Ｓ１０３→Ｙｅｓ：図４参照）、グリルシャッタ７２を閉じる（Ｓ１０４）場合について説明したが、これに限らない。
例えば、ステップＳ１０３の判定処理を省略し、システム停止要求が入力された場合（Ｓ１０１→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０によって発電を停止した後（Ｓ１０２）、グリルシャッタ７２を閉じるようにしてもよい（Ｓ１０４）。この場合でも、モータルームＭＲに収容された燃料電池１０及び各システム補機を適切に保温できる。

また、各実施形態では、セルの積層方向が車幅方向（左右方向）と平行になるように、燃料電池１０をモータルームＭＲの上部領域に横置きで設置する場合について説明したが、これに限らない。例えば、セルの積層方向が前後方向と平行になるように燃料電池１０を横置きで設置してもよい。この場合において、ＰＤＵ５２等の熱源補機を、セルの積層方向において燃料電池１０の両端付近に設置したり、ホイールハウス開口部Ｈ４（図６参照）の近傍に配置したりすることが好ましい。これによって、燃料電池１０及びシステム補機を効果的に保温できる。
なお、モータルームＭＲの上部領域に燃料電池１０を縦置きで設置してもよいし、前記した上部領域に燃料電池１０を斜め置きで設置してもよい。

また、各実施形態で説明したシステム補機の配置を適宜変更してもよい。例えば、コンプレッサ３１及びＰＤＵ５２（熱源補機）を弁類VLV（非熱源補機）よりも燃料電池１０の近くに配置してもよい。この場合でも、走行モータ５３等によって昇温した空気で弁類VLVが温められる。
また、各実施形態では、開口Ｈ２（図６参照）の近くに配置する断熱性補機としてＶＣＵ５１を用いる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、断熱性を有する（例えば、空気層を内部に有する）他のシステム補機を開口Ｈ２の近くに配置してもよい。

また、各実施形態では、燃料電池車両Ｖとして乗用車タイプの自動車を例に挙げて説明したが、これに限らない。すなわち、燃料電池車両Ｖは、バス、トラック、作業車等であってもよい。

Ｖ 燃料電池車両
１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１１ アノード流路（反応ガス流路）
１２ カソード流路（反応ガス流路）
２５ 水素ポンプ（非熱源補機、システム補機）
２６ ドレン弁（非熱源補機、システム補機）
２７ パージ弁（非熱源補機、システム補機）
３１ コンプレッサ（熱源補機、システム補機）
３２ 入口封止弁（非熱源補機、システム補機）
３３ 出口封止弁（非熱源補機、システム補機）
３４ ＥＧＲポンプ（非熱源補機、システム補機）
３５ 背圧弁（非熱源補機、システム補機）
４２ ラジエータ（熱源補機、システム補機）
５１ ＶＣＵ（断熱性補機、システム補機）
５２ ＰＤＵ（熱源補機、システム補機）
５３ 走行モータ（熱源補機、システム補機）
６０ ＥＣＵ（制御手段）
７２ グリルシャッタ（開閉手段）
Ｈ２ 開口
Ｈ３ ホイールハウス
Ｈ４ ホイールハウス開口部
ＭＲ モータルーム（収容室）
ＷＦ 前輪
Ｎ ボンネット（上壁）

Claims (6)

1. 車両前部の収容室に燃料電池が収容される燃料電池車両であって、
   反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電し、前記収容室の上部に配置される前記燃料電池と、
   前記収容室において前記燃料電池の周囲に配置されるシステム補機と、
   開状態において前記収容室への外気の導入を促し、閉状態において前記導入を妨げる開閉手段と、
   システム停止要求が入力された場合、前記開閉手段を閉じる制御手段と、を備えること
   を特徴とする燃料電池車両。
2. 前記システム補機は、
   システム運転中に自ら発熱し、システム停止後に前記収容室を保温する際の熱源となる熱源補機と、
   システム運転中に自ら発熱しない非熱源補機と、を含み、
   前記非熱源補機のほうが前記熱源補機よりも前記燃料電池の近くに配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記熱源補機は、
   前記燃料電池を構成するセルの積層方向において前記燃料電池の端部付近に配置されること
   を特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。
4. 前記熱源補機は、
   前記収容室と、前輪のホイールハウスと、を連通させるホイールハウス開口部の近傍に配置されること
   を特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。
5. 前記システム補機は、
   前記収容室の上壁に形成される開口付近に配置され、断熱性を有する断熱性補機を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
6. 前記制御手段は、
   外部からシステム停止要求が入力された場合、次回に低温環境下でシステム起動する低温起動、及びシステム停止中に低温環境下となる低温ソークのうち、少なくとも一つが起こる可能性があるか否かを判定し、前記少なくとも一つが起こる可能性があるとき、前記開閉手段を閉じること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池車両。

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