JP5476800B2

JP5476800B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP5476800B2
Application number: JP2009134636A
Authority: JP
Inventors: 啓吾末松; 健司馬屋原; 祐一坂上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: JP2010282808A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

水素と酸素との間の電気化学反応を利用して発電する燃料電池を含むシステムには、燃料電池を冷却する冷却液が通る経路上に設けられたラジエータにより燃料電池からの熱を放熱する冷却装置を備えるものがある。

冷却装置を制御することで燃料電池の温度を制御する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、冷却水による冷却を制御して燃料電池スタックの急激な温度低下を防ぐ燃料電池システムが開示されている。特許文献１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池スタックの発電量に基づいて燃料電池スタックの発熱量を推定し、燃料電池スタックを冷却する冷却水の放熱を行うラジエータでの放熱量を推定し、燃料電池スタックに要求される目標発電量における発熱量をラジエータでの放熱量が所定量上回っている場合に、これら発熱量と放熱量との差から算出される補正発電量を目標発電量に加算した発電量を燃料電池スタックで発電させる。

また、冷却装置の冷却液の凍結を防ぐ技術の例として、特許文献２には、ヒートポンプ式暖房装置を備える燃料電池車両において、エンジンルームの前方から室外ガスクーラ、ラジエータ、ラジエータファンの順番でこれらを設け、燃料電池スタックを冷却する冷却液が過冷却であると判断された場合にラジエータファンを制御してラジエータから室外ガスクーラに空気が流れるようにする技術が開示されている。特許文献２に記載の技術では、例えば、燃料電池スタックの発熱量を推定し、燃料電池スタックを含む燃料電池システムにおける放熱量を推定し、推定した発熱量が推定した放熱量よりも小さい場合に、冷却液が過冷却であると判断される。

また例えば、燃料電池を搭載した車両において、冷却液を介して燃料電池の廃熱を車両の暖房に利用する技術がある。例えば、特許文献３に記載の車両用空調装置は、燃料電池を冷却する冷却水が流れる第１温水回路と、車室内吹出空気を加熱する温水式ヒータコアを含む第２温水回路と、これら２つの温水回路を切り離した状態と接続した状態とを切り替える弁手段と、を備える。この車両用空調装置において、暖房モード時に、第１温水回路の冷却水温が第２温水回路の冷却水温よりも低い場合は上述の弁手段を制御して両温水回路を切り離した状態にし、第１温水回路の冷却水温が第２温水回路の冷却水温よりも高い場合は上述の弁手段を制御して両温水回路を接続した状態にする。

特開２００４−１４６２４０号公報特開２００６−２４４９２８号公報特開２００５−２６３２００号公報

冷却液を介して燃料電池の廃熱を暖房に利用することでシステムの効率を上げることができる。一方で、燃料電池には、その特性に応じて最適な動作温度の範囲があり、燃料電池の動作温度を所定の範囲内に制御するには、燃料電池の冷却液の温度を所定の範囲内に制御することが望まれる。

例えば、特許文献３に記載の技術のように、燃料電池を冷却する冷却水が流れる第１温水回路の冷却水温が、車室内吹出空気を加熱する温水式ヒータコアを含む第２温水回路の冷却水温よりも高いか低いかに従って両温水回路を接続あるいは切り離す場合、接続状態と切り離し状態との切り替えの前後において、燃料電池を通る冷却水の温度が、燃料電池の所望の動作温度に対応する冷却水温の範囲を超えて変化することがあると考えられる。

本発明の一態様の燃料電池システムは、燃料電池を冷却する冷却液が流れる冷却回路であって前記燃料電池を通って温められた冷却液を冷却する熱交換器を含む冷却回路と、被空調室内へ送られる空気を加熱するヒータコアを通って冷却液が流れる空調用回路と、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態と、前記冷却回路と前記空調用回路とを切り離した状態と、を切り替える切替手段と、前記冷却回路を流れる冷却液の検出温度が前記燃料電池について最大効率になる所望動作温度に基づいて予め定められた第一閾値以上である場合に、前記切替手段により前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態にする制御と、前記冷却回路及び前記空調用回路において発熱する要素であって前記燃料電池を含む発熱要素の動作状態から前記発熱量を推定し、前記冷却回路及び前記空調用回路において放熱する要素であって前記熱交換器及び前記ヒータコアを含む放熱要素の動作状態から前記放熱量を推定し、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも小さい場合に、前記発熱量を増加させるように前記発熱要素の少なくとも一部を制御して、前記冷却回路及び前記空調用回路における発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御と、を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記冷却液の温度が上昇して前記第一閾値以上となったときに前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態にし、前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御を開始し、さらに前記冷却液の温度が上昇して前記第一閾値を超える温度であって前記燃料電池の効率が低下しない上限である上限温度を超えるときは燃料電池システムにおける発熱量を減少させる制御を行い、これにより前記冷却液の温度が低下して前記第一閾値未満の温度であって、前記燃料電池の効率が低下しない下限である下限温度未満となるときに、前記冷却回路と前記空調用回路とを切り離す制御を行い、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態における前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御によって、前記冷却液の温度を、前記下限温度と前記上限温度の間の温度範囲よりも狭い温度範囲に安定させることを特徴とする。

本発明の一態様の燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記冷却回路を流れる冷却液の検出温度が前記第一閾値以上であり、かつ、前記冷却回路を流れる冷却液の検出温度と前記空調用回路を流れる冷却液の検出温度との間の差が予め設定された第二閾値以下である場合に、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態にする制御と、前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御と、を行うものであってよい。

他の一態様において、前記制御手段は、さらに、前記冷却液回路を流れる冷却液の検出温度及び前記空調用回路を流れる冷却液の検出温度を用いて、前記燃料電池を通過した冷却液の温度を推定し、当該推定した温度が、予め設定された上限温度であって前記第１閾値よりも大きい上限温度を超えた場合に、前記発熱量を減少させるように前記発熱要素の少なくとも一部を制御してもよい。

さらに他の一態様では、前記制御手段は、さらに、前記冷却液回路を流れる冷却液の検出温度及び前記空調用回路を流れる冷却液の検出温度を用いて、前記燃料電池を通過した冷却液の温度を推定し、当該推定した温度が、予め設定された下限温度であって前記第一閾値よりも小さい下限温度を下回った場合に、前記切替手段により前記冷却回路と前記空調用回路とを切り離した状態にする制御を行うものであってよい。

また、前記空調用回路は、前記ヒータコアを通る冷却液を加熱する加熱手段をさらに含み、前記制御手段は、前記発熱量と前記放熱量との間の平衡をとる制御において、前記加熱手段を前記発熱要素にさらに含めて前記発熱量を推定し、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも小さい場合に、推定した前記発熱量と推定した前記放熱量との間の差に基づいて決定した出力で前記加熱手段を動作させてよい。

また、前記制御手段は、前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御において、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも小さい場合に、推定した前記発熱量と推定した前記放熱量との間の差が前記加熱手段の最大出力により得られる発熱量よりも大きければ、前記加熱手段を最大出力で動作させると共に前記燃料電池の発熱量を増加させる制御を行ってもよい。

また、前記制御手段は、前記発熱量と前記放熱量との間の平衡をとる制御において、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも大きい場合に、前記加熱手段を動作させないように制御してもよい。

本発明によると、燃料電池の廃熱を暖房に利用するときに、燃料電池の冷却液の温度を精度良く所定の範囲内に制御することができる。

燃料電池システムの概略構成の例を示すブロック図である。ＥＣＵが行う制御処理の手順の例を示すフローチャートである。熱量バランス制御処理の手順の例を示すフローチャートである。ＦＣ出口冷却液温制御処理の手順の例を示すフローチャートである。本発明の１つの実施形態の燃料電池システムにおける冷却液温の時間変化の一例を示す図である。熱量バランス制御を行わない場合の燃料電池システムにおける冷却液温の時間変化の一例を示す図である。ＥＣＵが行う制御処理の手順の他の例を示すフローチャートである。ＦＣ出口冷却液温制御処理の手順の他の例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の１つの実施形態の燃料電池システムの概略構成の例を示すブロック図である。図１に例示する燃料電池システム１は車両に搭載される。図１を参照し、燃料電池システム１は、ＦＣ冷却回路１０、空調用回路３０、及びＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５０を備える。ＦＣ冷却回路１０は、燃料電池（ＦｕｅｌＣｅｌｌ，ＦＣ）１２を冷却する冷却液が流れる経路である。空調用回路３０は、燃料電池システム１を搭載した車両の空調に用いられる冷却液が流れる経路である。ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１及びこれを搭載した車両を制御する制御装置である。

図１において、実線矢印は冷却液の流れを表し、破線矢印はＥＣＵ５０と各種の要素との間で授受される信号の流れを表す。

なお、図１には、燃料電池システム１の構成要素のうち、ＦＣ冷却回路１０及び空調用回路３０に関連する要素を示し、他の要素については図示を省略している。例えば、図１には示していないが、燃料電池システム１は、燃料電池１２へ空気を供給する空気供給装置、燃料電池１２へ水素を供給する水素供給装置、及び燃料電池１２から電力の供給を受ける負荷（例えば、インバータや二次電池）などをさらに備える。

ＦＣ冷却回路１０は、燃料電池１２、ＦＣ冷却液配管１４、冷却液ポンプ１６（以下、「ＦＣ側Ｗ／Ｐ」とも呼ぶ）、ラジエータ１８、バイパス配管２０、及びバルブ２２を含む。

燃料電池１２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１２は、図示しない空気供給装置及び水素供給装置のそれぞれから空気及び水素の供給を受けて電力を発生し、発生した電力を図示しない負荷に供給する。

ＦＣ冷却液配管１４は、燃料電池１２を冷却する冷却液が循環する経路となる。冷却液ポンプ１６は、冷却液をＦＣ冷却液配管１４に循環させるポンプである。

ラジエータ１８は、ＦＣ冷却液配管１４を通る冷却液の熱を放出させて冷却液を冷却する熱交換装置である。また、ラジエータ１８には、送風によりラジエータ１８における放熱を促進するラジエータファン１９が設けられる。

バイパス配管２０は、ＦＣ冷却液配管１４から分岐し、ラジエータ１８と並列に設けられる。バルブ２２は、ＦＣ冷却液配管１４とバイパス配管２０との分岐点に設けられる。バルブ２２の開度は、ＥＣＵ５０からの制御信号に従って可変である。バルブ２２の開度の制御により、ラジエータ１８を通る冷却液の量とバイパス配管２０を通る冷却液の量との間の比が制御される。バルブ２２の開度は、例えば、冷却液の温度が所定値以下である間はすべての冷却液がバイパス配管２０を通るように制御され、冷却液の温度が当該所定値を超えている場合は冷却液の温度が高いほどラジエータ１８を通る冷却液の量が多くなるように制御される。また、ＥＣＵ５０からの制御信号に従って開閉するバルブ２２の代わりに、冷却液の温度に従って開度が変化するサーモスタットをＦＣ冷却液配管１４とバイパス配管２０との間の分岐点付近に設けてもよい。

ＦＣ冷却回路１０において、ＦＣ冷却液配管１４に導かれて燃料電池１２を通過した冷却液は、ラジエータ１８又はバイパス配管２０を通って再び燃料電池１２へ送られる。ラジエータ１８を通る冷却液は、ラジエータ１８における放熱によって冷却される。

空調用回路３０は、空調用冷却液配管３２、冷却液ポンプ３４（以下、「空調側Ｗ／Ｐ」とも呼ぶ）、ヒータコア３６、及び電気ヒータ３８を含む。

空調用冷却液配管３２は、空調用回路３０における冷却液の流路となる。冷却液ポンプ３４は、冷却液を空調用冷却液配管３２に流すポンプである。

ヒータコア３６は、車両の空調システムの暖房運転時に、車室（被空調室）へ送られる空気を冷却液の熱により温める。電気ヒータ３８は、ヒータコア３６へ流れ込む冷却液を加熱する加熱手段である。

燃料電池システム１において、ＦＣ冷却回路１０及び空調用回路３０は、接続配管４０，４２により接続される。また、燃料電池システム１は、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離した状態と、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結した状態と、を切り替える切替バルブ６０を備える。

ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離した状態では、切替バルブ６０において、ＦＣ冷却液配管１４から空調用冷却液配管３２へ冷却液が流れ込む経路（実線矢印ａ）は閉じられ、冷却液は実線矢印ｂで示す方向に流れる。つまり、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離した状態では、ＦＣ冷却液配管１４を流れる冷却液と空調用冷却液配管３２を流れる冷却液とが混合することなく、ＦＣ冷却回路１０及び空調用回路３０のそれぞれにおいて冷却液が循環する。

ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結した状態では、切替バルブ６０において、実線矢印ａで示す冷却液の経路が開かれ、実線矢印ｂで示す冷却液の経路が閉じられる。このとき、燃料電池１２から流れ出す冷却液の少なくとも一部は、ＦＣ冷却液配管１４から空調用冷却液配管３２へ導かれ、電気ヒータ３８及びヒータコア３６を通過したあと再びＦＣ冷却液配管１４に戻り、ラジエータ１８又はバイパス配管２０を通って燃料電池１２に送られる。ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結した状態では、燃料電池１２から熱を奪って温められた冷却液がヒータコア３６を通るため、燃料電池１２の廃熱を利用して車室に送られる空気を温めることになる。

なお、本実施形態の例において、切替バルブ６０は、燃料電池システム１の通常運転時にはＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離した状態とするように設定される。

ＥＣＵ５０は、各種のセンサから取得される検出値を用いて、燃料電池システム１の構成要素及び燃料電池システム１を搭載した車両が備える各種の装置を制御する。ＥＣＵ５０は、記憶部と演算部とを備えるマイクロコンピュータなどにより実現できる。例えば、ＥＣＵ５０が行う後述の制御処理の手順を記述したプログラム及び制御処理に用いられる各種の設定値をマイクロコンピュータの記憶部に予め記憶させておき、当該プログラムをマイクロコンピュータの演算部が読み出して実行することで、マイクロコンピュータをＥＣＵ５０として機能させることができる。

燃料電池システム１及びこれを搭載した車両には、ＥＣＵ５０における制御に用いられる値を検出する各種のセンサが設けられ、これらのセンサはそれぞれの検出値をＥＣＵ５０に対して出力する。これらのセンサの例として、図１には、ＦＣ冷却回路１０及び空調用回路３０に設けられる温度センサ８ａ〜８ｇを示す。

例えば、ＦＣ冷却回路１０において、燃料電池１２への冷却液の流入口付近、燃料電池１２からの冷却液の流出口付近、ラジエータ１８への冷却液の流入口付近、及びラジエータ１８からの冷却液の流出口付近に、冷却液の温度を検出する温度センサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが設けられる。温度センサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、それぞれ、燃料電池１２へ流入する冷却液の温度（ＦＣ入口冷却液温）、燃料電池１２から流出する冷却液の温度（ＦＣ出口冷却液温）、ラジエータ１８へ流入する冷却液の温度（ラジエータ入口冷却液温）、及びラジエータ１８から流出する冷却液の温度（ラジエータ出口冷却液温）を検出する。

また、空調用回路３０において、ヒータコア３６への冷却液の流入口付近の冷却液の温度（ヒータコア入口冷却液温）及びヒータコア３６からの冷却液の流出口付近の冷却液の温度（ヒータコア出口冷却液温）をそれぞれ検出する温度センサ８ｅ，８ｆが設けられる。さらに、ヒータコア３６により温められる空気の温度（ヒータコア流入空気温度）を検出する温度センサ８ｇが設けられる。

ＥＣＵ５０は、例えば、温度センサ８ｂから取得したＦＣ出口冷却液温を用いて、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離した状態にするか連結した状態にするかを決定する。そして、決定した結果に応じて生成した制御信号を切替バルブ６０に対して出力することで切替バルブ６０を制御し、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０との間の切り離し状態あるいは連結状態を実現する。また例えば、ＥＣＵ５０は、上述の温度センサ８ａ〜８ｇ及び他の図示しないセンサからの検出値を用いて、燃料電池システム１における発熱量及び放熱量を推定し、推定した発熱量と推定した放熱量との間の差に基づいて、発熱量と放熱量とを平衡させるように燃料電池１２及び電気ヒータ３８などを制御する。

以下、ＥＣＵ５０による制御の詳細及び燃料電池システム１の動作を説明する。

図２は、ＥＣＵ５０が行う処理の手順の一例を示すフローチャートである。

ＥＣＵ５０は、例えば、車両の始動をユーザが指示した旨を表す信号をスタートスイッチ（図示しない）から取得したときに図２の例の手順の処理を開始する。

図２を参照し、まず、ＥＣＵ５０は、温度センサ８ｂからＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの検出値を取得する（ステップＳ１０）。

次に、ＥＣＵ５０は、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結することが空調システムから要求されているか否かを判定する（ステップＳ２０）。例えば、ＥＣＵ５０は、図示しない暖房スイッチをユーザがＯＮにしたことを示す信号を暖房スイッチから取得しているときは、空調システムからの連結要求があると判定し、暖房スイッチがＯＦＦであることを示す信号を取得しているときは、空調システムからの連結要求がないと判定する。

空調システムから連結要求があれば（ステップＳ２０でＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０で取得したＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが連結許可温度Ｔ_P以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。連結許可温度Ｔ_Pは、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結した状態にすることを許可するか否かをＥＣＵ５０が決定するための閾値である。連結許可温度Ｔ_Pは、燃料電池１２の所望の動作温度に基づいて予め設定される。燃料電池１２の所望の動作温度は、例えば、燃料電池１２の発電効率が最大となることが判明している温度であり、燃料電池１２の特性によって定まる。例えば固体高分子型の燃料電池の場合、所望の動作温度は約６０℃〜約１００℃の間の値であり得る。連結許可温度Ｔ_Pは、例えば、燃料電池１２の所望の動作温度と同じ温度に設定される。

空調システムから連結要求がない場合（ステップＳ２０でＮＯ）、又はＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが連結許可温度Ｔ_P未満である場合（ステップＳ３０でＮＯ）、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とが連結状態であるか否かが判定される（ステップＳ７０）。連結状態であれば（ステップＳ７０でＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は切替バルブ６０を制御してＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離した状態にする（ステップＳ８０）。すなわち、切替バルブ６０において、図１の実線矢印ａで示す経路が閉じられ、実線矢印ｂで示す経路が開かれる。ステップＳ８０の後、処理はステップＳ１０に戻る。ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とが連結状態でなければ（ステップＳ７０でＮＯ）、ステップＳ８０を行わずにステップＳ１０に戻る。

ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが連結許可温度Ｔ_P以上であれば（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、切替バルブ６０を制御して冷却回路１０と空調用回路３０とを連結した状態にする（ステップＳ４０）。すなわち、切替バルブ６０において、図１の実線矢印ａの経路が開かれ、実線矢印ｂの経路が閉じられる。

次に、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１における発熱量と放熱量との間の平衡をとるため、熱量バランス制御処理を行う（ステップＳ５０）。

図３は、熱量バランス制御処理（図２のステップＳ５０）の詳細手順の例を示すフローチャートである。図２のステップＳ５０が開始されると、図３の例の手順の処理が開始される。

図３を参照し、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１において発熱する要素である発熱要素の動作状態を取得する（ステップＳ５００）。ここで、発熱要素の「動作状態」とは、ＥＣＵ５０が次のステップＳ５０２で各発熱要素の発熱量を推定するのに用いる各種のパラメータの値を指す。図１の例の燃料電池システム１では、燃料電池１２、ＦＣ側Ｗ／Ｐ（冷却液ポンプ１６）、空調側Ｗ／Ｐ（冷却液ポンプ３４）、及び電気ヒータ３８が発熱要素である。本例では、ステップＳ５００で、ＥＣＵ５０は、燃料電池１２の動作状態として、燃料電池１２に設けられた電圧センサ及び電流センサ（図示しない）から、燃料電池１２における電圧及び電流の検出値を取得する。また、ＦＣ側Ｗ／Ｐ、空調側Ｗ／Ｐ、及び電気ヒータ３８については、それぞれの電力を取得する。

発熱要素の動作状態を取得すると、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１における発熱量Ｑ１を推定する（ステップＳ５０２）。ステップＳ５０２で、ＥＣＵ５０は、ステップＳ５００で取得した各発熱要素の動作状態から各発熱要素における発熱量を推定し、各発熱要素の発熱量の推定値の合計を燃料電池システム１における発熱量の推定値Ｑ１とする。例えば、ＥＣＵ５０は、燃料電池１２、ＦＣ側Ｗ／Ｐ、空調側Ｗ／Ｐ、及び電気ヒータ３８のそれぞれについて推定した発熱量の合計をＱ１として求める。燃料電池１２の発熱量は、例えば、燃料電池１２の電圧値及び電流値を用いて、電気化学反応前のガス（水素、酸素、水）の合計のエンタルピから、反応後のガスのエンタルピと電気エネルギを減じる演算を行うことで求められる。また、ＦＣ側Ｗ／Ｐ、空調側Ｗ／Ｐ、及び電気ヒータ３８の発熱量は、それぞれ、ステップＳ２００で取得した電力と各装置の動作特性とに基づいて推定される。

次に、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１において放熱する要素である放熱要素の動作状態を取得する（ステップＳ５０４）。ここで、放熱要素の「動作状態」とは、次のステップＳ５０６でＥＣＵ５０が各放熱要素の放熱量を推定するのに用いる各種のパラメータの値を指す。図１の例の燃料電池システム１では、ラジエータ１８、ヒータコア３６、ＦＣ冷却液配管１４、バイパス配管２０、及び空調用冷却液配管３２が放熱要素である。本例では、ステップＳ５０４で、ＥＣＵ５０は、各温度センサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇから、それぞれ、ＦＣ入口冷却液温、ＦＣ出口冷却液温、ラジエータ入口冷却液温、ラジエータ出口冷却液温、ヒータコア入口冷却液温、ヒータコア出口冷却液温、及びヒータコア流入空気温度の検出値を取得する。以上の各種の冷却液温は、対応する温度センサ８が設けられた部分の配管の放熱量の推定に用いられる。また、ラジエータ入口冷却液温はラジエータ１８の放熱量の推定に用いられ、ヒータコア入口冷却液温及びヒータコア流入空気温度はヒータコア３６の放熱量の推定に用いられる。また、各種の配管を流れる冷却液の流量の推定のため、ＥＣＵ５０は、ＦＣ側Ｗ／Ｐ及び空調側Ｗ／Ｐのそれぞれの回転数を取得する。ＥＣＵ５０は、ラジエータ１８に関し、さらに、ラジエータファン１９の回転数の検出値を図示しない回転数センサから取得する。あるいは、ラジエータファン１９の電圧を図示しない電圧センサから取得し、この電圧からラジエータファン１９の回転数を求める。また、ヒータコア３６に関し、例えば、ヒータコア３６を通過して車室内へ導かれる空気の流量を検出するセンサ（図示しない）からヒータコア通過風量の検出値を取得する。さらに、ＥＣＵ５０は、外気温及び燃料電池システム１を搭載した車両の速度（車速）をそれぞれ対応するセンサ（図示しない）から取得する。

ステップＳ５０４で取得した放熱要素の動作状態を用いて、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１における放熱量Ｑ２を推定する（ステップＳ５０６）。ステップＳ５０６で、ＥＣＵ５０は、ステップＳ５０４で取得した各放熱要素の動作状態から各放熱要素における放熱量を推定し、各放熱要素の放熱量の推定値の合計を燃料電池システム１における放熱量の推定値Ｑ２とする。例えば、ＥＣＵ５０は、ラジエータ１８、ヒータコア３６、ＦＣ冷却液配管１４、バイパス配管２０、及び空調用冷却液配管３２のそれぞれについて推定した放熱量の合計をＱ２として求める。

ラジエータ１８の放熱量は、例えば、ラジエータ１８を通る冷却液の流量、ラジエータ入口冷却液温、外気温、及びラジエータ１８周辺の風流れ状態に基づいて推定できる。ラジエータ１８を通る冷却液の流量は、例えば、バルブ２２の開度及びＦＣ側Ｗ／Ｐの回転数から求めることができる。また、風流れ状態は、例えば、ラジエータファン１９の回転数及び車速から求めることができる。

ヒータコア３６の放熱量は、例えば、ヒータコア３６を通る冷却液の流量、ヒータコア入口冷却液温、ヒータコア３６を通過する空気の量、及びヒータコア流入空気温などに基づいて推定できる。ヒータコア３６を通る冷却液の流量は、例えば、空調側Ｗ／Ｐの回転数から求めることができる。

ＦＣ冷却液配管１４、バイパス配管２０、及び空調用冷却液配管３２の各種の配管の放熱量は、例えば、各配管に流れる冷却液の流量、各配管における冷却液の温度、外気温、及び各配管の外部の風流れ状態に基づいて推定できる。各配管の外部の風流れ状態は、例えば、車速及びラジエータファン１９の回転数などから推定できる。

発熱量Ｑ１及び放熱量Ｑ２を推定すると、ＥＣＵ５０は、放熱量Ｑ２が発熱量Ｑ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ５０８）。

放熱量Ｑ２が発熱量Ｑ１を超えていなければ（ステップＳ５０８でＮＯ）、ＥＣＵ５０は、電気ヒータ３８の作動を停止させる（ステップＳ５１８）。これ以上の発熱を抑えるためである。なお、この時点でヒータコア３６を通る冷却液の温度は連結許可温度Ｔ_P以上である（例えば、約６０℃〜約１００℃付近）ことから、電気ヒータ３８が作動しなくても、ヒータコア３６の温度は暖房の熱源として十分高い温度になり得る。

一方、放熱量Ｑ２が発熱量Ｑ１を超えている場合（ステップＳ５０８でＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１における発熱量を増加させる処理（ステップＳ５１０〜ステップＳ５１６）を行う。

ステップＳ５１０では、放熱量Ｑ２と発熱量Ｑ１との間の差（Ｑ２−Ｑ１）が電気ヒータ３８の能力（最大出力）Ｑｈ以下であるか否かを判定する。

Ｑ２−Ｑ１が電気ヒータ３８の能力Ｑｈ以下である場合（ステップＳ５１０でＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、電気ヒータ３８の出力がＱ２−Ｑ１［ｋＷ］となるように電気ヒータ３８を制御する（ステップＳ５１２）。

Ｑ２−Ｑ１が電気ヒータ３８の能力Ｑｈを超えている場合（ステップＳ５１０でＮＯ）、ＥＣＵ５０は、電気ヒータ３８の出力が最大出力Ｑｈ［ｋＷ］となるように電気ヒータ３８を制御し（ステップＳ５１４）、さらに、放熱量と発熱量との間の差Ｑ２−Ｑ１から電気ヒータ３８の能力Ｑｈを減じた分の熱量を燃料電池１２で余分に発熱させる制御を行う（ステップＳ５１６）。

ステップＳ５１６では、例えば、燃料電池１２における発電量を増加させる制御を行うことで、燃料電池１２における発熱量を増加させる。例えば、燃料電池１２において、車両の駆動のために必要な発電量に加えて、Ｑ２−Ｑ１−Ｑｈ［ｋＷ］だけ余分に発電させる。あるいは、例えば、燃料電池１２における発電量は増加させずに、燃料電池１２に対して供給する空気の出力を減少させて燃料電池１２の発電効率を低下させることで発熱量を増加させてもよい。

ステップＳ５１２，Ｓ５１６，又はＳ５１８の後、図３に例示する熱量バランス制御処理は終了する。

再び図２を参照し、熱量バランス制御処理（ステップＳ５０，図３）の後、ＥＣＵ５０は、燃料電池１２を通る冷却液の温度を所定の範囲内に制御するため、ＦＣ出口冷却液温制御処理（ステップＳ６０）を行う。

図４に、ＦＣ出口冷却液温制御処理の詳細手順の例を示す。図２のステップＳ６０が開始されると、図４の例の手順の処理が開始される。

図４を参照し、まず、ＥＣＵ５０は、温度センサ８ｂからＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの検出値を取得する（ステップＳ６０２）。

そして、取得したＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが予め設定された上限温度Ｔ_Uを超えているか否かを判定する（ステップＳ６０４）。上限温度Ｔ_Uは、連結許可温度Ｔ_Pよりも大きな値であって、燃料電池１２の効率が低下しない範囲内の値に設定される。例えば、Ｔ_U＝Ｔ_P＋５．０℃に設定される。

ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが上限温度Ｔ_Uを超えていれば（ステップＳ６０４でＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１における発熱量を減少させる制御を行う（ステップＳ６０６）。ステップＳ６０６で、ＥＣＵ５０は、例えば、電気ヒータ３８が作動している場合に電気ヒータ３８を停止させる。ＥＣＵ５０は、さらに、燃料電池１２において余分に発熱させる制御を行っている場合（図３のステップＳ５１６参照）に燃料電池１２における余分な発熱を停止させる。例えば、燃料電池１２において発熱量を増加させるために余分に発電させていた場合は、発電量を通常に戻し、燃料電池１２から電力供給を受ける負荷において必要な分の電力だけを燃料電池１２で発電するように制御する。また例えば、余分に発電させることなく供給空気の出力を低下させて発電効率を低下させることで燃料電池１２の発熱量を増加させていた場合は、供給空気の出力を元に戻す。ステップＳ６０６の後、図４の例の手順の処理は終了する。

なお、ステップＳ６０６において、すでに電気ヒータ３８が停止しており、かつ、燃料電池１２において余分に発熱させる制御を行っていない場合、ＥＣＵ５０は、バルブ２２の開度を制御してラジエータ１８を通る冷却液の量を増加させてもよい。ラジエータ１８を通る冷却液の量が増加されると、ラジエータ１８における放熱により燃料電池１２を通る冷却液の温度は低下する。

ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが上限温度Ｔ_U以下であれば（ステップＳ６０４でＮＯ）、ＥＣＵ５０は、ＦＣ出口冷却液Ｔ_FCが予め設定された下限温度Ｔ_Lを下回っているか否かを判定する（ステップＳ６０８）。下限温度Ｔ_Lは、連結許可温度Ｔ_Pよりも小さな値であって、燃料電池１２の効率が低下しない範囲内の値に設定される。例えば、Ｔ_L＝Ｔ_P−５．０℃に設定される。

ＦＣ出口冷却液Ｔ_FCが下限温度Ｔ_Lを下回っていれば（ステップＳ６０８でＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、切替バルブ６０を制御して、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離す（ステップＳ６１０）。つまり、切替バルブ６０において、図１の実線矢印ａで示す経路が閉じられ、実線矢印ｂで示す経路が開かれる。ステップＳ６１０の後、図４の例の手順の処理は終了する。

ＦＣ出口冷却液Ｔ_FCが下限温度Ｔ_L以上であれば（ステップＳ６０８でＮＯ）、ステップＳ６１０の処理を行うことなく図４の例の手順の処理は終了する。

図４に例示するＦＣ出口冷却液温制御処理が終了した後、ＥＣＵ５０は、図２のステップＳ１０以下の処理を繰り返す。

図２〜図４を参照して説明した処理の例において、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とが切り離されたとき（図２のステップＳ８０又は図４のステップＳ６１０）には、ＥＣＵ５０は、空調システムで要求される暖房性能（例えば、ユーザが指示した暖房の設定温度、車室内の温度、及び外気温などから定まる）に従って、電気ヒータ３８の出力を制御してヒータコア３６を通る冷却液の温度を制御する。

また、上述の図２〜図４の処理の例では、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結する（図２のステップＳ４０）ときに、熱量バランス制御処理（ステップＳ５０）により両回路の連結の前後でＦＣ冷却回路１０を流れる冷却液の温度変化を小さくすることができる。さらに、ＦＣ出口冷却液温制御処理（ステップＳ６０）によりＦＣ冷却回路１０を流れる冷却液の温度を所定範囲内に制御できる。したがって、本実施形態によると、燃料電池１２の廃熱を暖房に利用するときに、例えば熱量バランス制御処理を行わない技術と比較してより確実に燃料電池１２を通る冷却液の温度を所定範囲内に制御できる。

図５に、燃料電池システム１において上述の図２〜図４の処理を行った場合の暖房運転時のＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの時間変化の一例を示す。図５の例では、図２のステップＳ３０の連結許可温度Ｔ_P＝７０℃、図４のステップＳ６０４の上限温度Ｔ_U＝７５℃、及び図４のステップＳ６０８の下限温度Ｔ_L＝６５℃に設定されているものとする。図５を参照し、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが７０℃（＝連結許可温度Ｔ_P）に達すると、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とが連結され（ｔ１）、燃料電池１２の廃熱を利用した暖房が開始される。このとき、熱量バランス制御（図２のステップＳ５０，図３）によって燃料電池システム１における発熱量と放熱量との間の平衡が維持されるため、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCは連結許可温度Ｔ_P付近で安定している。図５の例では、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが６５℃（下限温度Ｔ_L）を下回らないため、ＦＣ冷却回路と空調用回路とは切り離されることなく連結されたままになる（図４のステップＳ６０８でＮＯの場合参照）。また、図５の例において、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCは上限温度Ｔ_U＝７５℃を超えることもない。

一方、図６は、図１の例の燃料電池システム１と同様の構成を有する燃料電池システムにおいて熱量バランス制御処理を行わない場合の暖房運転時におけるＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの時間変化の例を示す。図６の例は、燃料電池システムにおいて、暖房運転時に、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが所定値（本例では７５℃）に達するとＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結し、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが所定値（本例では６５℃）まで下がるとＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを切り離すように制御した場合のＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの温度変化の一例である。図６を参照し、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが７５℃に達するとＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とが連結される（ｔ２）。両回路が連結されると、空調用回路３０のヒータコア３６での放熱によってＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCは低下する。ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが６５℃まで下がると、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とが切り離される（ｔ３）。両回路が切り離されると、燃料電池１２を通過した後の冷却液は空調用回路３０へ流れることなくＦＣ冷却回路１０のみを循環する。このため、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCは燃料電池１２の発熱により再び上昇する。ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが再び７５℃に達すると両回路の連結が行われ（ｔ４）、その後ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが６５℃まで下がると両回路は再び切り離される（ｔ５）。なお、両回路が切り離されている間、ヒータコア３６へ流れ込む冷却液は空調用回路３０の電気ヒータ３８により温められる。

図５及び図６に示すＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの時間変化を比較すると、熱量バランス制御処理を行う図５の場合の方が、熱量バランス制御処理を行わない図６の場合よりもＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの値が安定することがわかる。

以下、ＥＣＵ５０による制御処理の変形例を説明する。

図７は、ＥＣＵ５０が行う処理の手順の他の一例を示すフローチャートである。図７の例の手順の基本的な流れは図２に例示する手順と同様である。図７において、図２の例と同様の処理ステップには図２と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図７の例の手順の処理は、ステップＳ３０の判定でＹＥＳに進んだ後、ステップＳ４０の前にステップＳ３５の判定処理が行われる点で、図２の例の手順の処理と異なる。

図７のステップＳ３５で、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０で温度センサ８ｂから取得したＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCと、温度センサ８ｆから取得したヒータコア出口冷却液温Ｔ_hと、の間の差が予め設定された閾値θ以下であるか否かを判定する。閾値θは、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とが切り離された状態から連結された状態に切り替えられた場合のＦＣ冷却回路１０を流れる冷却液の温度の変化が許容範囲内となることが判明している値（例えば、約１０℃〜１５℃の間の値）に設定される。ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCとヒータコア出口冷却液温Ｔ_hとの間の差が閾値θ以下であれば（ステップＳ３５でＹＥＳ）、ステップＳ４０以下の処理が行われ、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCとヒータコア出口冷却液温Ｔ_hとの間の差が閾値θを超えていれば（ステップＳ３５でＮＯ）、ステップＳ７０以下の処理が行われる。

図７の例の手順の処理では、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCが連結許可温度Ｔ_P以上であり（ステップＳ３０でＹＥＳ）、かつ、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCとヒータコア出口冷却液温Ｔ_hとの間の差が閾値θ以下である（ステップＳ３５でＹＥＳ）場合に、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０との間の連結（ステップＳ４０）が行われる。これにより、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結する前後でＦＣ冷却回路１０を通る冷却液の温度が急激に変化することを防ぐ。

図８は、ＦＣ出口冷却液温制御処理の詳細手順の他の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ５０は、図２又は図７のステップＳ６０で、上述の図４の例のＦＣ出口冷却液温制御処理の代わりに、図８に例示する手順の処理を行ってもよい。図８において、図４の例と同様の処理ステップには図４と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８の例のＦＣ出口冷却液温制御処理において、ＥＣＵ５０は、まず、温度センサ８ｂ及び温度センサ８ｆからそれぞれＦＣ出口冷却液温Ｔ_FC及びヒータコア出口冷却液温Ｔ_hを取得し、冷却液ポンプ１６，３４のそれぞれに設けられたセンサ（図示しない）からＦＣ側Ｗ／Ｐ及び空調側Ｗ／Ｐのそれぞれの回転数を取得する（ステップＳ６０１）。

次に、ステップＳ６０１で取得した値を用いて、ＥＣＵ５０は、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FCの推定値Ｔ_FC-Eを算出する（ステップＳ６０３）。例えば、ＦＣ側／ＷＰの回転数からＦＣ冷却回路１０において空調用回路３０と並列に流れる冷却液の量を推定し、空調側Ｗ／Ｐの回転数から空調用回路３０を流れる冷却液の量を推定し、これらの冷却液が混合したときの冷却液の温度を、ＦＣ出口冷却液温Ｔ_FC及びヒータコア出口冷却液温Ｔ_hを用いて推定する。この推定した冷却液温度と、燃料電池１２の電圧及び電流から推定される燃料電池１２における発熱量と、に基づいてＦＣ出口冷却液温の推定値Ｔ_FC-Eが算出される。

その後、ステップＳ６０３で算出された推定値Ｔ_FC-Eが上限温度Ｔ_Uを超えていれば（ステップＳ６０５でＹＥＳ）、図４の例と同様の発熱量減少制御処理（ステップＳ６０６）が行われ、推定値Ｔ_FC-Eが上限温度Ｔ_U未満であれば（ステップＳ６０５でＮＯ）、推定値Ｔ_FC-Eが下限温度Ｔ_Lを下回っているか否かが判定される（ステップＳ６０７）。下回っていれば（ステップＳ６０７でＹＥＳ）ＦＣ冷却回路１０と空調用回路とを切り離し（ステップＳ６１０）、推定値Ｔ_FC-Eが下限温度Ｔ_L以上であれば（ステップＳ６０７でＮＯ）ステップＳ６１０を行わずに、図８の例の手順の処理は終了する。

図８の例の手順の処理では、温度センサ８ｂによるＦＣ出口冷却液温の検出値とヒータコア出口冷却液温を用いて求めたＦＣ出口冷却液温の推定値Ｔ_FC-Eについて、下限温度Ｔ_L〜上限温度Ｔ_Uの範囲内となるように制御する。したがって、例えば、ＦＣ出口冷却液温が変化して温度センサ８ｂによる温度の検出に遅れが発生するような場合、ＦＣ出口冷却液温の推定値Ｔ_FC-Eを温度制御に用いる図８の例の手順の処理によると、温度センサ８ｂの検出値自体を用いる場合と比較して、温度制御に対する温度センサ８ｂの検出の遅れの影響をより小さくすることができる。

以上で説明した実施形態において、図２及び図７の例の手順の処理では、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結（ステップＳ４０）した後、熱量バランス制御処理（ステップＳ５０）が行われる。他の実施形態の処理の例では、ステップＳ４０及びステップＳ５０の実行順を逆にしてもよい。つまり、図２又は図７の例の手順において、ステップＳ３０又はステップＳ３５の判定でＹＥＳに進んだときに、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結する前に、熱量バランス制御処理（ステップＳ５０）を行い、熱量バランス制御処理の終了後、ＦＣ冷却回路１０と空調用回路３０とを連結する（ステップＳ４０）ようにしてもよい。

なお、上述の例の燃料電池システム１では、暖房の熱源として空調用回路３０に設けられたヒータコア３６及び電気ヒータ３８のみを用いるが、周知のヒートポンプをさらに用いてもよい。また例えば、車室に送られる空気を温める電気ヒータをさらに設けてもよい。ヒータコア３６の他の熱源をさらに暖房に利用するシステムにおいても、以上で説明した各種の実施形態の処理は同様に実行できる。

以上で説明した各種の実施形態を一般化すると、次のように捉えることができる。燃料電池を冷却する冷却液が流れる冷却回路と、被空調室内へ送られる空気を加熱するヒータコアを通って冷却液が流れる空調用回路と、を連結した状態あるいは切り離した状態に切り替え可能である燃料電池システムにおいて、当該燃料電池システムにおける発熱量と放熱量とを推定し、この推定の結果を用いて、当該燃料電池システムにおける発熱量と放熱量との平衡をとるように当該燃料電池システムを制御する制御手段を備える。

１燃料電池システム、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ温度センサ、１０冷却回路、１２燃料電池、１４冷却液配管、１６，３４冷却液ポンプ、１８ラジエータ、１９ラジエータファン、２０バイパス配管、２２バルブ、３０空調用回路、３２空調用冷却液配管、３６ヒータコア、３８電気ヒータ、４０，４２接続配管、６０切替バルブ。

Claims

燃料電池を冷却する冷却液が流れる冷却回路であって前記燃料電池を通って温められた冷却液を冷却する熱交換器を含む冷却回路と、
被空調室内へ送られる空気を加熱するヒータコアを通って冷却液が流れる空調用回路と、
前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態と、前記冷却回路と前記空調用回路とを切り離した状態と、を切り替える切替手段と、
前記冷却回路を流れる冷却液の検出温度が前記燃料電池について最大効率になる所望動作温度に基づいて予め定められた第一閾値以上である場合に、
前記切替手段により前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態にする制御と、
前記冷却回路及び前記空調用回路において発熱する要素であって前記燃料電池を含む発熱要素の動作状態から前記発熱量を推定し、前記冷却回路及び前記空調用回路において放熱する要素であって前記熱交換器及び前記ヒータコアを含む放熱要素の動作状態から前記放熱量を推定し、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも小さい場合に、前記発熱量を増加させるように前記発熱要素の少なくとも一部を制御して、前記冷却回路及び前記空調用回路における発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御と、を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記冷却液の温度が上昇して前記第一閾値以上となったときに前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態にし、前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御を開始し、さらに前記冷却液の温度が上昇して前記第一閾値を超える温度であって前記燃料電池の効率が低下しない上限である上限温度を超えるときは燃料電池システムにおける発熱量を減少させる制御を行い、これにより前記冷却液の温度が低下して前記第一閾値未満の温度であって、前記燃料電池の効率が低下しない下限である下限温度未満となるときに、前記冷却回路と前記空調用回路とを切り離す制御を行い、
前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態における前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御によって、前記冷却液の温度を、前記下限温度と前記上限温度の間の温度範囲よりも狭い温度範囲に安定させることを特徴とする燃料電池システム。
前記制御手段は、前記冷却回路を流れる冷却液の検出温度が前記第一閾値以上であり、かつ、前記冷却回路を流れる冷却液の検出温度と前記空調用回路を流れる冷却液の検出温度との間の差が予め設定された第二閾値以下である場合に、前記冷却回路と前記空調用回路とを連結した状態にする制御と、前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御と、を行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記制御手段は、さらに、前記冷却液回路を流れる冷却液の検出温度及び前記空調用回路を流れる冷却液の検出温度を用いて、前記燃料電池を通過した冷却液の温度を推定し、当該推定した温度が、予め設定された上限温度であって前記第１閾値よりも大きい上限温度を超えた場合に、前記発熱量を減少させるように前記発熱要素の少なくとも一部を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記制御手段は、さらに、前記冷却液回路を流れる冷却液の検出温度及び前記空調用回路を流れる冷却液の検出温度を用いて、前記燃料電池を通過した冷却液の温度を推定し、当該推定した温度が、予め設定された下限温度であって前記第一閾値よりも小さい下限温度を下回った場合に、前記切替手段により前記冷却回路と前記空調用回路とを切り離した状態にする制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記空調用回路は、前記ヒータコアを通る冷却液を加熱する加熱手段をさらに含み、
前記制御手段は、
前記発熱量と前記放熱量との間の平衡をとる制御において、前記加熱手段を前記発熱要素にさらに含めて前記発熱量を推定し、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも小さい場合に、推定した前記発熱量と推定した前記放熱量との間の差に基づいて決定した出力で前記加熱手段を動作させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記制御手段は、
前記発熱量と放熱量との間の平衡をとる制御において、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも小さい場合に、推定した前記発熱量と推定した前記放熱量との間の差が前記加熱手段の最大出力により得られる発熱量よりも大きければ、前記加熱手段を最大出力で動作させると共に前記燃料電池の発熱量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
前記制御手段は、
前記発熱量と前記放熱量との間の平衡をとる制御において、推定した前記発熱量が推定した前記放熱量よりも大きい場合に、前記加熱手段を動作させないように制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池システム。