JP5508625B2 - 車両の制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の廃熱を空調に利用する技術に関する。

燃料電池を電力源とする車両において、燃料電池の廃熱を空調設備（エアコン）の暖房に利用する制御装置（システム）が知られている。例えば、燃料電池とラジエータとの間で冷却媒体を循環させる回路（以下、仮に「冷却回路」と呼ぶ）と、暖房用のヒータコアを通って冷却媒体を循環させる回路（以下、仮に「加熱回路」と呼ぶ）とを備え、燃料電池の温度が、燃料電池の発電効率が高い温度範囲（例えば、７２℃〜８０℃、以下、「高効率温度範囲」と呼ぶ）にある場合に、これら２つの回路を互いに連携させて、燃料電池の廃熱により冷却媒体を介してヒータコアを昇温させるシステムが提案されている（特許文献１）。また、低温環境下において、燃料電池を高効率温度範囲に達するまで暖機するシステムが提案されている（特許文献２）。

特開２００１−３１５５２４号公報 特開２００９−１５８３９９号公報

燃料電池の温度が高効率温度範囲にある場合に冷却回路と加熱回路とを連携させる技術に、燃料電池を高効率温度範囲に達するまで暖機する技術を適用した場合、燃料電池の温度が高効率温度範囲に達するまで燃料電池の廃熱が利用されないこととなる。したがって、燃料電池の温度が高効率温度範囲に達するまでの間にユーザから暖房の要求があると、ヒータコアとは別に設けられた電気ヒータ等により加熱回路の冷却媒体を加熱する必要がある。電気ヒータの電力は燃料電池から供給されるため、かかる電力を得るために燃料電池において発電を行わねばならず、車両の制御装置全体としての燃費の悪化を招いていた。

また、従来においては、暖機終了温度（暖機による最終的な燃料電池の温度）よりも高い温度で冷却回路と加熱回路との連携がなされ得ていた。一般に、連携前においては、加熱回路内の冷却媒体の温度は冷却回路内の冷却媒体の温度よりも低いため、連携により比較的低い温度の冷却媒体が加熱回路から冷却回路に流入することとなる。この場合、燃料電池の温度が暖機終了温度よりも低下するおそれがあり、暖機の実効性が損なわれると共に、連携後において冷却媒体を昇温させるために電気ヒータ等の使用が必要となり、車両の制御装置全体としての燃費の悪化を招いていた。

本発明は、燃料電池の廃熱を利用してヒータコアを加熱すると共に、燃料電池の暖機を行う車両の制御装置において、制御装置全体としての燃費を向上させることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］車両の制御装置であって、前記車両に電力を供給する燃料電池と、ヒータコアを有する空調機構と、前記燃料電池を通って冷却媒体を循環させるための第１媒体回路と、前記第１媒体回路に配置されたラジエータと、前記第１媒体回路に配置され、前記ラジエータをバイパスして前記冷却媒体を流通させるバイパス回路と、前記第１媒体回路に配置され、前記ラジエータに流れる前記冷却媒体と前記バイパス回路に流れる前記冷却媒体との流量比を調整する調整弁と、前記ヒータコアを通って冷却媒体を循環させるための第２媒体回路と、前記第１媒体回路及び前記第２媒体回路のうち、少なくとも一方に配置される冷却媒体流通用ポンプと、前記燃料電池の温度を代表する温度である燃料電池温度を取得する温度取得部と、前記燃料電池温度が暖機終了温度に達するまで、前記燃料電池を暖機させる暖機制御部と、前記燃料電池温度が、前記暖機終了温度よりも低い温度である連携温度よりも低い場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに切り離された状態である独立状態とし、前記燃料電池温度が前記連携温度以上の場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに連携された状態である連携状態とする状態切替部と、を備える、車両の制御装置。

適用例１の車両の制御装置では、暖機終了温度よりも低い連携温度が設定されているので、空調機構において特に熱を供給したい始動時等において、より早いタイミングから第１媒体回路及び第２媒体回路を連携させることができ、燃料電池の廃熱を無駄なくヒータコアの加熱に利用することができる。したがって、ヒータコアに供給する冷却媒体を加熱するための電気ヒータ等の使用を抑制でき、かかる電気ヒータ等への電力供給のための燃料電池における発電を抑制できるので、車両の制御装置全体として燃費を向上させることができる。加えて、暖機終了前に第１媒体回路及び第２媒体回路を連携させるので、暖機終了後に第２媒体回路内の比較的低温の冷却媒体が第１媒体回路に流入し、暖機の実効性が損なわれてしまうことを抑制できると共に、温度の低下した第１媒体回路内の冷却媒体を加熱するための電気ヒータ等の使用を抑制できる。なお、適用例１における暖機終了温度とは、暖機制御部が暖機を終了させる温度と、暖機による最終的な燃料電池の温度（暖機終了後においても冷却媒体の流通により昇温した場合には、その最終的な温度）とを含む意味を有する。

［適用例２］適用例１に記載の車両の制御装置において、前記連携温度は、前記燃料電池が安定的に運転可能な安定運転温度範囲における下限温度以上である、車両の制御装置。

このような構成により、少なくとも安定運転温度範囲における下限温度以上において第１媒体回路と第２媒体回路とが連携される。一般に、第２媒体回路内の冷却媒体の温度は、第１媒体回路との連携前において第１媒体回路内の冷却媒体の温度よりも低いので、これら２つの回路の連携により、第１媒体回路内の冷却媒体の温度が低下し、燃料電池温度が低下する。この場合であっても、連携温度が安定運転温度範囲の下限温度以上であるので、連携後において燃料電池を安定的に運転させることができる。燃料電池が安定的に運転可能な状態とは、例えば、燃料電池の少なくとも１つ以上のセル電圧が極端に低下しない（例えば、０Ｖまで低下しない）状態を意味する。なお、一般に、安定運転温度範囲における下限温度は、暖機終了温度よりも低い。

［適用例３］適用例１に記載の車両の制御装置において、前記連携温度は、前記燃料電池が所定の耐久性能を維持可能な耐久温度範囲における下限温度以上である、車両の制御装置。

このような構成により、少なくとも耐久温度範囲における下限温度以上において第１媒体回路と第２媒体回路とが連携される。したがって、これら２つの媒体回路の連携後においても、燃料電池の耐久性能の急激な低下を抑制することができる。なお、一般に、耐久温度範囲は、安定運転温度範囲内の温度範囲である。また、一般に、耐久温度範囲の下限温度は、暖機終了温度よりも低い。

［適用例４］適用例１に記載の車両の制御装置において、前記連携温度は、０℃以上である、車両の制御装置。

このような構成により、より低い温度から第１及び第２媒体回路の連携を実現できるので、例えば、車両の制御装置の始動時において、燃料電池の廃熱をより早いタイミングからヒータコアの昇温に利用でき、車両の制御装置全体としての燃費をより向上させることができる。また、連携温度を０℃以上とすることにより、連携後に燃料電池内部における生成水の凍結を抑制できるので、生成水の凍結に伴い反応ガスの供給や生成水の排水が滞ることを抑制できる。なお、一般に、０℃は、暖機終了温度よりも低い。

［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の車両の制御装置において、さらに、前記空調機構の要求熱量を取得する要求熱量取得部と、前記燃料電池の発電量を取得する発電量取得部と、前記調整弁を制御することにより、前記第１の媒体回路を流通する前記冷却媒体の温度を調整して、前記燃料電池温度を調整する温度調整部と、前記温度調整部が前記燃料電池温度を調整する際の目標温度を設定する目標温度設定部と、前記発電量における前記燃料電池の発熱量が、前記要求熱量以下となる前記燃料電池温度の温度範囲である低下温度範囲が存在するか否かを判定すると共に、前記低下温度範囲が存在する場合に、前記低下温度範囲を求める低下温度範囲決定部と、を備え、前記目標温度設定部は、前記低下温度範囲が存在する場合に、前記低下温度範囲の上限温度を、前記目標温度として設定する、車両の制御装置。

このような構成により、低下温度範囲の上限温度を目標温度として設定するので、要求熱量を満たすために必要最低限の熱量を燃料電池において生じさせることができる。この場合、燃料電池において要求熱量よりも多い熱量の発生を抑制できる。換言すると、燃料電池の発電効率の低下を必要最低限に抑えることができるので、燃料電池の燃費を向上させることができる。

［適用例６］適用例５に記載の車両の制御装置において、前記目標温度設定部は、前記低下温度範囲の上限温度が、前記燃料電池が安定的に運転可能な安定運転温度範囲における上限温度よりも高い場合には、前記低下温度範囲の上限温度に代えて、前記安定運転温度範囲における上限温度を、前記目標温度として設定する、車両の制御装置。

このような構成により、安定運転温度範囲内の温度を目標温度とするので、燃料電池の出力安定性を確保することができる。また、より高い温度を目標温度として設定することができるので、目標温度に至る前に、冷却媒体の熱を放出することを抑制できる。したがって、燃料電池の廃熱を無駄にせずに済み、車両の制御装置全体としての燃費を向上させることができる。

［適用例７］適用例５または適用例６に記載の車両の制御装置において、前記目標温度設定部は、前記低下温度範囲決定部により前記低下温度範囲が存在しないと判定された場合には、前記燃料電池が安定的に運転可能な安定運転温度範囲における上限温度を、前記目標温度として決定する、車両の制御装置。

このような構成により、安定運転温度範囲内の温度を目標温度とするので、燃料電池の出力安定性を確保することができる。また、より高い温度を目標温度として設定することができるので、目標温度に至る前における冷却媒体の熱の放出を抑制できる。したがって、燃料電池の廃熱を無駄にせずに済み、車両の制御装置全体としての燃費を向上させることができる。

［適用例８］適用例５ないし適用例７のいずれかに記載の車両の制御装置において、前記温度調整部は、前記燃料電池温度が上昇する過程において、前記燃料電池温度が前記目標温度に達するまで放熱を抑制する、車両の制御装置。

このような構成により、燃料電池温度が目標温度に達するまで放熱を抑制するので、目標温度に至るまでは、燃料電池の廃熱を冷却媒体に蓄積しておくことができる。したがって、例えば、ユーザにより、より高い温度を指定して暖房要求があった場合に、冷却媒体に蓄積された熱を利用してヒータコアを温めることができるので、応答性を向上させることができると共に、車両の制御装置全体としての燃費を向上させることができる。

［適用例９］車両の制御方法であって、前記車両に電力を供給する燃料電池と、前記車両は、ヒータコアを有する空調機構と、前記燃料電池を通って冷却媒体を循環させるための第１媒体回路と、前記第１媒体回路に配置されたラジエータと、前記第１媒体回路に配置され、前記ラジエータをバイパスして前記冷却媒体を流通させるバイパス回路と、前記ヒータコアを通って冷却媒体を循環させるための第２媒体回路と、を有し、（ａ）前記ラジエータに流れる前記冷却媒体と前記バイパス回路に流れる前記冷却媒体との流量比を調整することにより、前記第１媒体回路を流通する前記冷却媒体の温度を調整して、前記燃料電池の温度を代表する温度である燃料電池温度を調整する工程と、（ｂ）前記燃料電池温度が暖機終了温度に達するまで、前記燃料電池を暖機させる工程と、（ｃ）前記燃料電池温度を取得する工程と、（ｄ）前記燃料電池温度が、前記暖機終了温度よりも低い温度である連携温度よりも低い場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに切り離された状態である独立状態とし、前記燃料電池温度が前記連携温度以上の場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに連携された状態である連携状態とする工程と、を備える、車両の制御方法。

適用例９の車両の制御方法では、暖機終了温度よりも低い連携温度が設定されているので、空調機構において特に熱を供給したい始動時等において、より早いタイミングから第１媒体回路及び第２媒体回路を連携させることができ、燃料電池の廃熱を無駄なくヒータコアの加熱に利用することができる。したがって、ヒータコアに供給する冷却媒体を加熱するための電気ヒーター等の使用を抑制でき、かかる電気ヒーター等への電力供給のための燃料電池における発電を抑制できるので、車両全体として燃費を向上させることができる。加えて、暖機終了前に第１媒体回路及び第２媒体回路を連携させるので、暖機終了後に第２媒体回路内の比較的低温の冷却媒体が第１媒体回路に流入し、暖機の実効性が損なわれてしまうことを抑制できると共に、温度の低下した第１媒体回路内の冷却媒体を加熱するための電気ヒーター等の使用を抑制できる。なお、適用例９における暖機終了温度とは、暖機制御部が暖機を終了させる温度と、暖機による最終的な燃料電池の温度（暖機終了後においても冷却媒体の流通により昇温した場合には、その最終的な温度）とを含む意味を有する。

本発明の一実施例としての車両制御装置の構成を示す説明図である。 図１に示すＦＣ発熱量マップを模式的に示す説明図である。 暖房要求対応処理及び温度設定処理の手順を示すフローチャートである。 参照発熱量マップと要求熱量との関係の第１の例を示す説明図である。 参照発熱量マップと要求熱量との関係の第２の例を示す説明図である。 参照発熱量マップと要求熱量との関係の第３の例を示す説明図である。 ＦＣ制御ユニットにおいて実行される温度調整処理の手順を示すフローチャートである。 連携状態の車両制御装置における冷却媒体の流れを示す第１の説明図である。 連携状態の車両制御装置における冷却媒体の流れを示す第２の説明図である。

Ａ．実施例：
Ａ１．システム構成：
図１は、本発明の一実施例としての車両制御装置の構成を示す説明図である。この車両制御装置１０は、燃料電池により得られた電力を駆動用電力として用いる電気自動車に搭載されて用いられる。車両制御装置１０は、燃料電池（以下、ＦＣ（Fuel Cell）とも呼ぶ）スタック２０と、第１媒体回路Ｒ１と、空調機構５０と、第２媒体回路Ｒ２と、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を互いに接続させる２つの媒体流路（第５，９媒体流路）６５，６９と、ＦＣ制御ユニット１００と、空調制御ユニット２００とを備えている。

燃料電池スタック２０は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ）を有する単セルが複数積層された構成を備えている。燃料電池スタック２０には、図示しない水素ガスタンクから、燃料ガスとしての水素ガスが燃料ガス流路２２を介して供給される。また、燃料電池スタック２０には、図示しないエアコンプレッサにより、酸化剤ガスとしての空気が酸化剤ガス流路２４を介して供給される。燃料電池スタック２０には、上述した燃料ガス及び酸化剤ガスに加えて、冷却媒体が供給され、発電に伴い昇温した各単セルが冷却媒体によって冷却される。本実施例では、冷却媒体として不凍液を用いるものとするが、不凍液に代えて、純水等の任意の媒体を利用することもできる。

燃料電池スタック２０には、負荷４０が電気的に接続されており、燃料電池スタック２０における電気化学反応により生じた電力が負荷４０に供給される。燃料電池スタック２０と負荷４０との間には、電圧センサ４１及び電流センサ４２が配置されている。なお、負荷４０とは、例えば、図示しない電気自動車の駆動用モータや、後述する２つの電動ファン３１，５２や、電気ヒーター５５や、２つのポンプ３２，５４を意味する。

第１媒体回路Ｒ１は、燃料電池スタック２０を冷却するための冷却媒体の流通路であり、第１〜４媒体流路６１，６２，６３，６４により構成されている。第１媒体回路Ｒ１には、第１ポンプ３２と、ラジエータ３０と、第１電動ファン３１と、第１三方弁３３と、第１〜３温度センサ３４，３５，３６とが接続されている。

第１媒体流路６１は、第１三方弁３３及び燃料電池スタック２０の冷却媒体流入口と接続されており、第１三方弁３３から流出される冷却媒体を、燃料電池スタック２０に流入させる。第２媒体流路６２は、燃料電池スタック２０の冷却媒体流出口及び第３，４媒体流路６３，６４と接続されており、燃料電池スタック２０から流出される冷却媒体を、第３媒体流路６３又は第４媒体流路６４に流入させる。また、第２媒体流路６２は、第５媒体流路６５及び第９媒体流路６９とも接続されており、燃料電池スタック２０から流出される冷却媒体を第２媒体回路Ｒ２に送出すると共に、第２媒体回路Ｒ２から流出される冷却媒体を第３媒体流路６３又は第４媒体流路６４に流入させる。第３媒体流路６３は、第２媒体流路６２及び第１三方弁３３と接続されており、第２媒体流路６２から流出される冷却媒体を第１三方弁３３に流入させる。第４媒体流路６４は、第３媒体流路６３と同様に、第２媒体流路６２及び第１三方弁３３と接続されており、第２媒体流路６２から流出される冷却媒体を第１三方弁３３に流入させる。

図１において、太い実線の矢印は、冷却媒体の流れを示している。図１の例では、第１冷却媒体は、媒体回路Ｒ１において、燃料電池スタック２０，第２媒体流路６２，第３媒体流路６３及び第４媒体流路６４，第１媒体流路６１の順序で循環している。なお、後述するように、車両制御装置１０では、第２媒体流路６２から流出された冷却媒体が第３媒体流路６３に流入せず、全て第４媒体流路６４に流入する場合もある。

また、図１の例では、第１媒体回路Ｒ１及び第２媒体回路Ｒ２において、それぞれ独立して冷却媒体が循環されている。以下、このように、車両制御装置１０において、第１媒体回路Ｒ１と第２媒体回路Ｒ２とで互いに独立して冷却媒体が循環されている状態を「独立状態」と呼ぶ。なお、車両制御装置１０では、燃料電池スタック２０の温度Ｔに応じて第１媒体回路Ｒ１と第２媒体回路Ｒ２とが物理的に接続され、冷却媒体のやりとりが行われる。以下、このように、車両制御装置１０において第１媒体回路Ｒ１と第２媒体回路Ｒ２とが互いに接続され冷却媒体のやりとりが行われる状態を「連携状態」と呼ぶ。

ラジエータ３０は、第３媒体流路６３に配置されている。第１電動ファン３１は、ラジエータ３０の近傍に配置されている。ラジエータ３０は、第２媒体流路６２を介して燃料電池スタック２０から送られてくる冷却媒体を、第１電動ファン３１からの風により冷却し、冷却媒体の熱を車外へと放出する。ここで、第４媒体流路６４にはラジエータが配置されていないことからも理解できるように、第４媒体流路６４は、ラジエータ３０をバイパスして、第２媒体流路６２と第１媒体流路６１とを接続するバイパス回路である。したがって、第４媒体流路６４を通過する冷却媒体の放熱量は、第３媒体流路６３を通過する冷却媒体の放熱量に比べて少ない。

第１三方弁３３は、３つの媒体流路６１，６３，６４に接続された電磁弁であり、弁の開度を調整することにより、第３媒体流路６３から第１媒体流路６１へ流通する冷却媒体と、第４媒体流路６４から第１媒体流路６１へ流通する冷却媒体との流量比を調整する。第１ポンプ３２は、第１媒体流路６１に配置され、第３媒体流路６３及び第４媒体流路６４から送られてきた冷却媒体を燃料電池スタック２０へと送出する。

暖機終了温度センサ３４は、第１媒体流路６１において燃料電池スタック２０の冷却媒体流入口付近に配置されており、第１媒体流路６１を流通する冷却媒体の温度を測定する。第２温度センサ３５は、第２媒体流路６２において燃料電池スタック２０の冷却媒体流出口付近に配置されており、第２媒体流路６２を流通する冷却媒体の温度を測定する。第３温度センサ３６は、第３媒体流路６３においてラジエータ３０の出口付近に配置されており、第３媒体流路６３を流通する冷却媒体の温度を測定する。

空調機構５０は、ヒータコア５１と、第２電動ファン５２と、ケーシング５３とを備えている。ヒータコア５１は、加熱用熱交換機であり、第２媒体回路Ｒ２を流通する冷却媒体の熱によって昇温される。第２電動ファン５２は、ヒータコア５１に対して送風することにより、ケーシング５３の外部（車室内）に向けてヒータコア５１により温められた空気を送出する。なお、空調機構５０は、図示しないダクトを介して、各種吹出口（ベンチレーター，フット，デフロスタ等）と接続され、これら吹出口から温風を送出する。

第２媒体回路Ｒ２は、空調機構５０（ヒータコア５１）に対して熱を伝えるための冷却媒体の流通路であり、第６〜８媒体流路６６，６７，６８により構成されている。第２媒体回路Ｒ２には、第２三方弁５８と、第２ポンプ５４と、電気ヒータ５５と、第４，５温度センサ５６，５７とが接続されている。

第６媒体流路６６は、第２三方弁５８及びヒータコア５１の冷却媒体流入口と接続されており、第２三方弁５８から流出される冷却媒体を、ヒータコア５１に流入させる。第７媒体流路６７は、ヒータコア５１の冷却媒体流出口及び第８，９媒体流路６８，６９と接続されており、ヒータコア５１から流出される冷却媒体を、第８媒体流路６８又は第９媒体流路６９に流入させる。なお、第５媒体流路６５は、第２媒体流路６２及び第２三方弁５８と接続されており、車両制御装置１０が連携状態の場合に、第２媒体流路６２から流出される冷却媒体を第２三方弁５８に流入させる。第９媒体流路６９は、第７媒体流路６７及び第２媒体流路６２と接続されており、車両制御装置１０が連携状態の場合に、第７媒体流路６７から流出される冷却媒体を第２媒体流路６２に流入させる。

図１に示すように、車両制御装置１０が独立状態の場合に、冷却媒体は、第２媒体回路Ｒ２において、ヒータコア５１，第７媒体流路６７，第８媒体流路６８，第６媒体流路６６の順番で循環している。

第２三方弁５８は、３つの媒体流路６５，６６，６８に接続された電磁弁であり、弁の開度を調整することにより、第６媒体流路６６と第５媒体流路６５とを接続する状態と、第６媒体流路６６と第８媒体流路６８とを接続する状態とのいずれかの状態に切り替える。

第２ポンプ５４は、第６媒体流路６６に配置され、第５媒体流路６５または第８媒体流路６８から送られてきた冷却媒体をヒータコア５１へと送出する。電気ヒータ５５は、第２ポンプ５４とヒータコア５１との間に配置されており、第６媒体流路６６を流通する冷却媒体を温める。

第４温度センサ５６は、第６媒体流路６６においてヒータコア５１の入口付近に配置されており、ヒータコア５１に流入する冷却媒体の温度を測定する。第５温度センサ５７は、第７媒体流路６７においてヒータコア５１の出口付近に配置されており、ヒータコア５１から排出される冷却媒体の温度を測定する。

ＦＣ制御ユニット１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ１０２とを備えている。メモリ１０２には、主として燃料電池スタック２０を制御するための図示しないＦＣ制御プログラムが格納されており、ＣＰＵ１０１は、このＦＣ制御プログラムを実行することにより、弁調整部１１１，連携温度設定部１１２，目標温度設定部１１３，および急速暖機制御部１１４として機能する。ＦＣ制御ユニット１００は、第１ポンプ３２，第１三方弁３３及び第２三方弁５８と接続されており、これら各要素を制御する。また、ＦＣ制御ユニット１００は、３つの温度センサ３４〜３６と、電圧センサ４１と、電流センサ４２と接続されており、これらセンサにおいて得られた測定値を取得する。また、ＦＣ制御ユニット１００は、空調制御ユニット２００と接続されており、互いに情報をやりとりする。

弁調整部１１１は、第１三方弁３３及び第２三方弁５８の弁開度を調整する。連携温度設定部１１２は、第１媒体回路Ｒ１と第２媒体回路Ｒ２との連結を許可する温度（以下、「連携温度」と呼ぶ）を設定する。目標温度設定部１１３は、燃料電池スタック２０に供給する冷却媒体の温度を調整する際に目標とする温度（以下、「目標温度」と呼ぶ）を設定する。

急速暖機制御部１１４は、燃料電池スタック２０を、各単セルにおける発電効率が高い状態にある温度範囲（以下、「高効率温度範囲」と呼ぶ）に達するまで急速に昇温（急速暖機）させる。この高効率温度範囲は、例えば、７２℃以上８０℃以下である。急速暖機の方法として、例えば、通常運転に比して燃料電池スタック２０へのエアの供給量を絞る（例えば、エアストイキ比を１．０付近に設定する）ことにより、低い発電効率で運転させ、発電損失（熱損失）を高めて昇温させる方法を採用することができる。

メモリ１０２には、前述のＦＣ制御プログラムに加えて、ＦＣ発熱量マップ１２１及び安定運転温度範囲１２２が予め格納されている。

図２は、図１に示すＦＣ発熱量マップを模式的に示す説明図である。図２において、横軸は燃料電池スタック２０の温度（Ｔ）を示し、縦軸は熱量を示す。ＦＣ発熱量マップ１２１は、燃料電池スタック２０の温度と燃料電池スタック２０における発熱量（ＦＣ発熱量）とを対応付けるマップである。メモリ１０２には、ＦＣ発熱量マップ１２１として、ＦＣ発電量ごとに複数のマップが格納されている。図２では、ＦＣ発熱量が異なる３つのマップＬ１〜Ｌ３を模式的に示しているが、３つに限らず任意の数のマップをＦＣ発熱量マップ１２１としてメモリ１０２に格納しておくこともできる。ＦＣ発熱量マップ１２１（Ｌ１〜Ｌ３）は、予め、燃料電池スタック２０の温度を変えて発電量と発熱量とを測定する実験を行い、メモリ１０２に格納しておくことができる。

ここで、燃料電池スタック２０における発電量が増加するほど、同じ温度における燃料電池スタック２０における発熱量はより高くなる。図２では、マップＬ３，Ｌ２，Ｌ１の順序で、燃料電池スタック２０における発電量は多い。したがって、同じ温度では、３つのマップＬ３，Ｌ２，Ｌ１の順序で発熱量が多い。

各マップＬ１〜Ｌ３に示すように、低温度範囲（Ｔ＜Ｔ１）では、温度変化に対する発熱量の変化が大きくなっている。具体的には、低温度範囲では、若干の温度低下に伴い発熱量が急増する。これは、低温度範囲において燃料電池スタック２０の温度が低下すると、各ＭＥＡ内の触媒の活性化が阻害されることに加えて、フラッディングにより触媒として機能できる有効触媒量（有効発電面積）が減少するために発電効率が低下し、熱が生じるからである。同様に、高温度範囲（Ｔ＞Ｔ２）において、若干の温度上昇に伴い発熱量が急増する。これは、高温度範囲において燃料電池スタック２０の温度が上昇すると、各ＭＥＡ内の電解質膜が乾燥して膜抵抗値が高くなるため、熱が生じるからである。

上記低温度範囲及び高温度範囲では、燃料電池スタック２０を構成する単セルのうち、いくつかのセルにおいて電圧の低下が認められる。この場合、燃料電池スタック２０全体としての出力電圧も安定しないため、これら温度範囲（Ｔ＜Ｔ１，Ｔ＞Ｔ２）は、燃料電池スタック２０の動作温度として、不適切な温度範囲となる。換言すると、Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２を満たす温度範囲Ｒｇ０（以下、「安定運転温度範囲Ｒｇ０」と呼ぶ）では、燃料電池スタック２０の出力電圧は安定するので、この安定運転温度範囲Ｒｇ０は、燃料電池スタック２０の動作温度として適した温度範囲である。安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１及び上限温度Ｔ２は、予め実験により求められ、図１に示す安定運転温度範囲１２２としてメモリ１０２に格納される。例えば、下限温度Ｔ１として３０℃を、上限温度Ｔ２として９０℃を、それぞれ設定することもできる。

図２に示すように、安定運転温度範囲Ｒｇ０の中央には、高効率温度範囲ＲｇＳが存在する。この高効率温度範囲ＲｇＳでは、各単セルにおける発電効率が最も高い状態にあるため、発熱量（熱損失）は最も低い状態にある。高効率温度範囲ＲｇＳには、暖機終了温度Ｔｅが設定されている。燃料電池スタック２０の急速暖機は、燃料電池スタック２０の温度Ｔが比較的低い所定温度範囲（例えば、０℃以下）である場合に開始され、燃料電池スタック２０の温度Ｔが暖機終了温度Ｔｅに達すると終了する。

図１に示す空調制御ユニット２００は、ＣＰＵ２０１と、メモリ２０２とを備えている。メモリ２０２には、空調機構５０を制御するための図示しない空調制御プログラムが格納されており、ＣＰＵ２０１は、この空調制御プログラムを実行することにより、要求熱量算出部２１１，操作パネル制御部２１２，及び温度調整部２１３として機能する。要求熱量算出部２１１は、後述する暖房要求対応処理において、ＦＣ制御ユニット１００側に通知する要求熱量を算出する。操作パネル制御部２１２は、図示しない電気自動車の操作パネルと接続されており、操作パネルを介したユーザ入力を受け付ける。ユーザ入力としては、例えば、冷房／暖房の指定や、車室内温度の指定などを含む。温度調整部２１３は、電気ヒータ５５及び第２電動ファン５２を制御することにより、空調機構５０から吹き出す風の温度を調整し、車室内の温度がユーザにより指定された温度となるように調整する。

空調制御ユニット２００は、第２ポンプ５４，電気ヒータ５５，及び第２電動ファン５２と接続されており、これら各要素を制御する。また、空調制御ユニット２００は、２つの温度センサ５６，５７と接続されており、これらセンサにおいて得られた測定値を取得する。

メモリ２０２には、空調機構５０を制御するための、図示しない制御マップが格納されており、温度調整部２１３は、２つの温度センサ５６，５７から得られた温度に基づき、この制御マップを参照して、電気ヒータ５５及び第２電動ファン５２を制御する。

車両制御装置１０では、上述した構成を備えることにより、後述する暖房要求対応処理，温度設定処理，及び温度調整処理を実行することで、システム全体としての燃費を向上させることができる。

前述の第１三方弁３３は、請求項における調整弁に相当する。また、第２三方弁５８及び弁調整部１１１は請求項における状態切替部に、連携温度設定部１１２及び目標温度設定部１１３は、請求項における目標温度設定部，要求熱量取得部，発電量取得部，及び低下温度範囲決定部に、第４媒体流路６４は請求項におけるバイパス回路に、第１ポンプ３２及び第２ポンプ５４は請求項における冷却媒体流通用ポンプに、暖機終了温度Ｔｅは請求項における暖機終了温度に、それぞれ相当する。

Ａ２．暖房要求対応処理及び温度設定処理：
図３は、暖房要求対応処理及び温度設定処理の手順を示すフローチャートである。図３において、左側は暖房要求対応処理のフローチャートを、右側は温度設定処理のフローチャートを、それぞれ示す。空調制御ユニット２００では、図示しない操作パネルを介して暖房要求及び車室内温度の指定が入力されると、暖房要求対応処理が開始される。暖房要求対応処理とは、空調制御ユニット２００が、ユーザの暖房要求に応じて空調機構５０を制御する処理である。ＦＣ制御ユニット１００では、図示しない電気自動車の起動後、温度設定処理が開始される。温度設定処理とは、後述する温度調整処理において用いられる連携温度及び目標温度を設定する処理である。本実施例では、電気自動車の始動直後において、ユーザにより暖房要求がなされたものとして、以下説明する。なお、暖房要求対応処理及び温度設定処理とは別に、急速暖機制御部１１４により燃料電池スタック２０の急速暖機が実行される。

暖房要求対応処理が開始されると、操作パネル制御部２１２は、連携要求を制御ユニット１００に通知する（ステップＳ１０５）。連携要求とは、車両制御装置１０を連携状態とする要求を意味する。

温度設定処理が開始されると、ＦＣ制御ユニット１００において、連携温度設定部１１２は、連携要求を受信するまで待機しており（ステップＳ２０５）、連携要求を受信すると、メモリ１０２より安定運転温度範囲１２２を読み出し、安定運転温度範囲の下限温度を連携温度として設定する（ステップＳ２１０）。図２の例では、安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１が、連携温度Ｔｃとして設定される。ここで、連携温度Ｔｃとは、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２の接続を許可する温度を意味する。

車両制御装置１０では、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２は、燃料電池スタック２０の温度Ｔが連携温度Ｔｃよりも低い場合には接続されず、燃料電池スタック２０の温度Ｔが連携温度Ｔｃ以上の場合には接続される。

このように、安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１を連携温度Ｔｃとして設定するのは、以下の理由による。下限温度Ｔ１は、暖機終了温度Ｔｅ（または急速暖機による最終的な燃料電池スタック２０の温度Ｔ）よりも低い温度であるので、燃料電池スタック２０の温度Ｔが高効率温度範囲ＲｇＳに達する以前から２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を連携させることができる。したがって、燃料電池スタック２０の廃熱を無駄なくヒータコア５１の加熱に利用することができるので、電気ヒータ５５の使用を抑制し、車両制御装置１０全体として燃費を向上させることができるからである。加えて、急速暖機終了前に連携するので、急速暖機終了後に、第２媒体回路Ｒ２内の比較的低温の冷却媒体が第１媒体回路Ｒ１に流入して暖機の実効性が損なわれてしまうことを抑制できるからである。また、連携開始の際には、第２媒体回路Ｒ２内の冷却媒体の温度は第１媒体回路Ｒ１内の冷却媒体の温度に比べて低いので、連携によって燃料電池スタック２０の温度Ｔは一時的に低下する。したがって、安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１よりも低い温度を連携温度Ｔｃに設定した場合に、連携後において、燃料電池スタック２０の温度Ｔが安定運転温度範囲Ｒｇ０よりも低下して出力安定性が確保できないおそれがある。そこで、車両制御装置１０では、安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１を連携温度Ｔｃとして設定することで、燃料電池スタック２０の出力安定性を確保するようにしている。

目標温度設定部１１３は、電流センサ４２から通知される電流値及び電圧センサ４１から通知される電圧値に基づき、燃料電池スタック２０の発電量を算出する（ステップＳ２１５）。目標温度設定部１１３は、ステップＳ２１５で得られた発電量に基づき、メモリ１０２に格納されているＦＣ発熱量マップ１２１の中から、現在参照すべきＦＣ発熱量マップ（以下、「参照発熱量マップ」と呼ぶ）を決定する（ステップＳ２２０）。前述のように、ＦＣ発熱量マップ１２１は、燃料電池スタック２０の発電量ごとに定められているため、ステップＳ２１５で得られた現在の発電量に基づき、参照発熱量マップが定められる。なお、得られた発電量に対応するＦＣ発熱量マップが存在しない場合には、最も近い発電量に対応付けられたマップを、参照発熱量マップとして決定することもできる。或いは、得られた発電量の前後の発熱量に対応する２つのＦＣ発熱量マップを、参照発熱量マップとして決定することもできる。

目標温度設定部１１３は、参照発熱量マップを決定すると、要求熱量の通知要求を、空調制御ユニット２００に送信する（ステップＳ２２５）。要求熱量とは、ユーザにより指定された車室内温度を実現するために必要な、ヒータコア５１を温めるための熱量を意味する。

空調制御ユニット２００において、要求熱量算出部２１１は、前述のステップＳ１０５の後、要求熱量の通知要求を受信するまで待機している（ステップＳ１１０）。要求熱量算出部２１１は、要求熱量の通知要求を受信すると、要求熱量を決定する（ステップＳ１１５）。この要求熱量の決定は、ユーザが指定した車室内温度，外気温度，換気率（室内気と室外気との利用率），日射量，窓からの放熱量等により公知の方法により求めることができる。

要求熱量算出部２１１は、要求熱量を決定すると、ＦＣ制御ユニット１００に決定した要求熱量を通知する（ステップＳ１２０）。要求熱量の通知の後、温度調整部２１３は、図示しない制御マップを参照して電気ヒータ５５及び第２電動ファン５２を制御することにより、ヒータコア５１に流入する冷却媒体の温度を調整して、空調機構５０より温風を送出させる（ステップＳ１２５）。

ＦＣ制御ユニット１００において、目標温度設定部１１３は、前述のステップＳ２２５の後、要求熱量の通知を受信するまで待機しており（ステップＳ２３０）、要求熱量を受信すると、参照発熱量マップにおいて、要求熱量よりも低い温度範囲（以下、「低下温度範囲」と呼ぶ）が存在するか否かを判定する（ステップＳ２３５）。

図４は、参照発熱量マップと要求熱量との関係の第１の例を示す説明図である。図４において縦軸及び横軸は、図２と同じである。図４では、参照発熱量マップとして図２に示すＦＣ発熱量マップＬ２が決定され、要求熱量として熱量Ｑｒが通知された例を示している。

図４に示すように、参照発熱量マップとしてＦＣ発熱量マップＬ２が決定された場合には、参照発熱量マップにおいて要求熱量Ｑｒを下回る低下温度範囲Ｒｇ１が存在する。この低下温度範囲Ｒｇ１では、燃料電池スタック２０の発熱量が比較的低いため、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を接続して燃料電池スタック２０から排出された冷却媒体をヒータコア５１に供給しても、冷却媒体の熱のみではヒータコアを所望の温度に上昇させることはできない。

低下温度範囲が存在する場合、目標温度設定部１１３は、図３に示すように、低下温度範囲の上限温度が、安全運転温度範囲の上限温度以上であるか否かを判定し（ステップＳ２４０）、低下温度範囲の上限温度が安全運転温度範囲の上限温度以上の場合には、安全運転温度範囲の上限温度を目標温度（Ｔｔ）に設定し（ステップＳ２５０）、低下温度範囲の上限温度が安全運転温度範囲の上限温度よりも低い場合には、低下温度範囲の上限温度を目標温度Ｔｔに設定する（ステップＳ２４５）。

図４の例では、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度Ｔ４は、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２よりも低い。したがって、この場合、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度Ｔ４が目標温度Ｔｔに設定される。

このように、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度Ｔ４を目標温度Ｔｔとして設定するのは、要求熱量Ｑｒを満たすために必要最低限の熱量を、燃料電池スタック２０により生じさせること、及び安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２以下の温度に設定して燃料電池スタック２０の出力電圧の安定性を確保することを目的としている。なお、目標温度Ｔｔとして、低下温度範囲Ｒｇ１の下限温度Ｔ３を用いず、上限温度Ｔ４を採用するのは、以下の理由による。仮に、低下温度範囲Ｒｇ１の下限温度Ｔ３を目標温度Ｔｔに設定した場合、燃料電池スタック２０が昇温して冷却媒体の温度が下限温度Ｔ３を上回ると、後述するように、燃料電池スタック２０の廃熱は、冷却媒体を介してラジエータ３０により放出されるため無駄になってしまう。これに対し、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度Ｔ４を目標温度Ｔｔに設定することにより、冷却媒体の温度が下限温度Ｔ３を上回ったとしても、冷却媒体の熱は排出されないので、かかる熱を暖房等に利用することができるからである。

図５は、参照発熱量マップと要求熱量との関係の第２の例を示す説明図である。図５において縦軸及び横軸は、図４と同じである。図５では、参照発熱量マップとして図２に示すＦＣ発熱量マップＬ１が決定され、要求熱量として熱量Ｑｒが通知された例を示している。

図５に示すように、参照発熱量マップとしてＦＣ発熱量マップＬ１が決定された場合には、参照発熱量マップにおいて低下温度範囲Ｒｇ１０が存在するものの、低下温度範囲Ｒｇ１０の上限温度Ｔ６は、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２よりも高い温度となっている。したがって、この場合、ステップＳ２５０が実行され、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２が目標温度Ｔｔに設定される。

このように、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２を目標温度Ｔｔとして設定するのは、安定運転温度範囲Ｒｇ０の範囲内で可能な限り高い温度を設定することにより、燃料電池スタック２０の出力電圧の安定性を確保すると共に、可能な限り要求熱量Ｑｒに近い熱量をヒータコア５１に供給することにより、燃料電池スタック２０の燃費を向上させることを目的としている。

図６は、参照発熱量マップと要求熱量との関係の第３の例を示す説明図である。図６において縦軸及び横軸は、図４と同じである。図６では、参照発熱量マップとして図２に示すＦＣ発熱量マップＬ３が決定され、要求熱量として熱量Ｑｒが通知された例を示している。

図６に示すように、参照発熱量マップとしてＦＣ発熱量マップＬ３が決定された場合には、参照発熱量マップにおいて低下温度範囲が存在しない。したがって、この場合、ステップＳ２５０が実行され、図５と同様に、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２が目標温度Ｔｔに設定される。

このように、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２を目標温度Ｔｔとして設定するのは、安定運転温度範囲Ｒｇ０の範囲内で可能な限り高い温度を設定することにより、燃料電池スタック２０の出力電圧の安定性を確保すると共に、燃料電池スタック２０の廃熱を可能な限りラジエータ３０から放出させないことを目的としている。

Ａ３．温度調整処理：
図７は、ＦＣ制御ユニットにおいて実行される温度調整処理の手順を示すフローチャートである。ＦＣ制御ユニット１００では、上述した温度設定処理が終了すると、温度調整処理が開始される。なお、本実施例では、温度調整処理の開始前において、車両制御装置１０は図１のように独立状態にあるものとして説明する。ただし、図１に示すラジエータ３０に向かう冷却媒体はなく、第２媒体流路６２を流れる冷却媒体は全て第４媒体流路６４に流入しているものとする。

弁調整部１１１は、燃料電池スタック２０の温度Ｔを取得する（ステップＳ３０５）。本実施例では、燃料電池スタック２０の温度Ｔ（燃料電池スタック２０の温度を代表する温度Ｔ）として、第２温度センサ３５で検知した温度を採用する。なお、第２温度センサ３５に代えて、他の温度センサで検知した温度や、酸化剤ガス流路２４及び燃料ガス流路２２に配置された図示しない温度センサで検知した温度を、燃料電池スタック２０の温度Ｔとして採用することもできる。

弁調整部１１１は、燃料電池スタック２０の温度Ｔが、連携温度以上になるまで待機する（ステップＳ３１０）。燃料電池スタック２０の温度Ｔは、燃料電池スタック２０の発電開始に伴い上昇を始める。

弁調整部１１１は、燃料電池スタック２０の温度Ｔが連携温度Ｔｃに達すると、第２三方弁５８を調整して、第５媒体流路６５と第６媒体流路６６との間において冷却媒体を流通させることにより、第１媒体回路Ｒ１と第２媒体回路Ｒ２とを連携（接続）させる（ステップＳ３１５）。

図８は、連携状態の車両制御装置における冷却媒体の流れを示す第１の説明図である。図８では、燃料電池スタック２０の温度Ｔが、連携温度Ｔｃ以上であり、かつ、目標温度Ｔｔよりも低い温度範囲にある場合の冷却媒体の流れを示している。

図８に示すように、連携状態では、燃料電池スタック２０から排出された冷却媒体は、第５媒体流路６５及び第２三方弁５８を介して第６媒体流路６６に流入し、第２ポンプ５４によって、電気ヒータ５５を通ってヒータコア５１に流入される。なお、燃料電池スタック２０から排出された冷却媒体の一部は、第５媒体流路６５ではなく、第２媒体流路６２に流入する。ヒータコア５１から排出された冷却媒体は、第７媒体流路６７及び第９媒体流路６９を介して第２媒体流路６２に戻り、第４媒体流路６４を介して第１媒体流路６１に戻る。このとき、第２媒体流路６２から第３媒体流路６３へ流入する冷却媒体はないため、冷却媒体はラジエータ３０により冷却されることはない。したがって、燃料電池スタック２０の発電に伴う廃熱により、ヒータコア５１に流入する冷却媒体の温度は次第に上昇する。

図７に示すステップＳ３１５の後、弁調整部１１１は、現在の燃料電池スタック２０の温度Ｔを取得し（ステップＳ３２０）、燃料電池スタック２０の温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも高いか否かを判定する（ステップＳ３２５）。弁調整部１１１は、燃料電池スタック２０の温度Ｔが目標温度Ｔｔ以上となるまで上記ステップＳ３２０，３２５を繰り返す。

弁調整部１１１は、燃料電池スタック２０の温度Ｔが目標温度Ｔｔ以上となると、第１三方弁３３を調整し、第２媒体流路６２から第３媒体流路６３に向かう冷却媒体の量を増加させることにより、冷却媒体をラジエータ３０により冷却させて温度Ｔが目標温度Ｔｔを維持するように制御を行う（ステップＳ３３０）。具体的には、弁調整部１１１は、第２温度センサ３５の検知温度（燃料電池スタック２０の出口温度）が目標温度となるように、燃料電池スタック２０の発熱量を考慮して、温度センサ３４の検知温度（燃料電池スタック２０の入口温度）の目標値を設定する。そして、弁調整部１１１は、燃料電池スタック２０の入口温度が目標値となるように、第３温度センサ３６の検知温度（ラジエータ３０の出口温度）に基づき第１三方弁３３における開度を調整する。

図９は、連携状態の車両制御装置における冷却媒体の流れを示す第２の説明図である。図９では、燃料電池スタック２０の温度Ｔが、目標温度Ｔｔ以上の場合の冷却媒体の流れを示している。

図９に示すように、車両制御装置１０が連携状態であり、燃料電池スタック２０の温度Ｔが目標温度Ｔｔ以上の場合には、第３媒体流路６３に冷却媒体が流入され、ラジエータ３０により冷却される。なお、他の媒体流路における冷却媒体の流れは、図８と同様である。燃料電池スタック２０から排出される冷却媒体の温度が、ラジエータ３０における冷却によって目標温度Ｔｔを下回った場合には、ラジエータ３０に向かう冷却媒体の量が減少されて冷却媒体は昇温される。このようにして、燃料電池スタック２０の温度Ｔ（ヒータコア５１に流入される冷却媒体の温度）は、目標温度Ｔｔを維持するように制御される。

以上の温度調整処理により、図４の例では、電気自動車の始動後に暖房要求があると、燃料電池スタック２０の温度及び発熱量の動作点は、参照発熱量マップＬ２に沿って右に移動し、動作点Ｐ１において２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２は連携される。その後、動作点が動作点Ｐ２に至ると、この動作点Ｐ２を維持するように第１三方弁３３の開度が調整される。具体的には、燃料電池スタック２０の温度が動作点Ｐ２の温度Ｔ４（Ｔｔ）から上昇した場合に、第２媒体流路６２から第３媒体流路６３に向かう冷却媒体の流量を増加させ、第２媒体流路６２から第４媒体流路６４に向かう冷却媒体の流量を減少させるように第１三方弁３３の開度が調整される。一方、燃料電池スタック２０の温度が動作点Ｐ２の温度Ｔ４（Ｔｔ）よりも低下した場合には、第２媒体流路６２から第３媒体流路６３に向かう冷却媒体の流量を減少させ、第２媒体流路６２から第４媒体流路６４に向かう冷却媒体の流量を増加させるように第１三方弁３３の開度が調整される。

図５の例では、動作点Ｐ１１において２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２は連携され、その後、動作点Ｐ１２を維持するように第１三方弁３３の開度が調整される。図６の例では、動作点Ｐ２１において２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２は連携され、その後、動作点Ｐ２２を維持するように第１三方弁３３の開度が調整される。

ここで、図５，６の例では、要求熱量Ｑｒ以上の熱量を有する冷却媒体がヒータコア５１に供給されることとなる。この場合、温度調整部２１３は、電気ヒータ５５を停止させると共に、第２電動ファン５２の送風量を低下させることにより、空調機構５０から送出される温風の風量を減らし、車内温度がユーザの指定温度を超えてしまうことを抑制する。この場合、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２内の冷却媒体の温度は、目標温度Ｔｔを超えた温度に維持される。換言すると、目標温度を超えた分の燃料電池スタック２０の廃熱は、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２内の冷却媒体に蓄積されて保持される。したがって、その後、より高い温度の暖房要求があった場合に、冷却媒体に蓄積された熱量を利用して温風を送出できるので、応答性を向上させることができると共に燃料電池スタック２０の発電効率の低下を抑制できる。なお、第２電動ファン５２からの送風量を低下させることに代えて、ヒータコア５１を通過させる冷却媒体量を低下させることで、車室内温度がユーザの指定温度を超えてしまうことを抑制させることもできる。

以上説明したように、車両制御装置１０では、連携温度Ｔｃとして、暖機終了温度Ｔｅ（または急速暖機による最終的な燃料電池スタック２０の温度Ｔ）よりも低い温度である安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１に設定するので、空調機構５０に特に熱を供給したい始動時において、より早いタイミングから２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を連携させることができ、燃料電池スタック２０の廃熱を無駄なくヒータコア５１の加熱に利用することができる。したがって、電気ヒータ５５の使用を抑制できるので、車両制御装置１０全体として燃費を向上させることができる。加えて、急速暖機終了前に２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を連携させるので、急速暖機終了後に、第２媒体回路Ｒ２内の比較的低温の冷却媒体が第１媒体回路Ｒ１に流入して暖機の実効性が損なわれることを抑制できると共に、温度の低下した冷却媒体を加熱するための電気ヒータ５５の使用を抑制できる。

また、連携温度Ｔｃを安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１に設定するので、燃料電池スタック２０の出力電圧の安定性を確保しつつ、より低い温度において２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を連携させることが可能となり、燃料電池スタック２０の廃熱を無駄なくヒータコア５１の昇温に利用することができる。

また、低下温度範囲Ｒｇ１が存在し、かつ、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度Ｔ４が安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２よりも低い場合には、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度を目標温度Ｔｔとして設定するので、燃料電池スタック２０の出力電圧の安定性を確保しつつ、要求熱量Ｑｒを満たすために必要最低限の熱量を燃料電池スタック２０において生じさせることができる。この場合、燃料電池スタック２０において、要求熱量Ｑｒよりも多い熱量の発生を抑制できる。換言すると、燃料電池スタック２０の発電効率の低下を必要最低限に抑えることができる。したがって、燃料電池スタック２０における燃費を向上させることができる。また、比較的高い温度（例えば、低下温度範囲Ｒｇ１の下限温度よりも高い温度や、高効率温度範囲ＲｇＳよりも高い温度）を目標温度Ｔｔとして設定するので、比較的低い温度（例えば、高効率温度範囲ＲｇＳ内の温度）を目標温度に設定する構成に比べて、ラジエータ３０からの放熱を抑制できる。したがって、燃料電池スタック２０の廃熱を無駄にせずに済み、車両制御装置１０全体としての燃費を向上させることができる。

また、低下温度範囲Ｒｇ１０が存在し、かつ、低下温度範囲Ｒｇ１０の上限温度Ｔ６が安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２以上の場合、或いは、低下温度範囲が存在しない場合には、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２を目標温度Ｔｔとして設定するので、燃料電池スタック２０の出力電圧の安定性を確保することができる。また、要求熱量Ｑｒを超えた分の熱量を２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２内の冷却媒体に蓄積するので、その後、より高い温度の暖房要求があった場合に、かかる熱量を利用することができる。したがって、要求熱量Ｑｒを超えた分の熱量をラジエータ３０から排出（放熱）する構成に比べて、車両制御装置１０全体としての燃費を向上させることができる。

Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
上記実施例では、連携温度Ｔｃは、安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１に設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、連携温度Ｔｃとして、燃料電池スタック２０の耐久性能から定められる温度範囲内の任意の値を設定することもできる。一般に、各単セルにおいて電解質膜や触媒層は、所定の温度範囲（一般に安定運転温度範囲Ｒｇ０よりも狭い範囲）から外れた温度環境下で使用されると、電流集中等により劣化が急速に進む。したがって、燃料電池スタック２０の耐久性能から定められる温度範囲の下限値以上、かつ、上限値以下の任意の温度を連携温度Ｔｃとすることにより、燃料電池スタック２０の耐久性能を確保することができる。この温度範囲は、予め耐久試験により求めて、安定運転温度範囲１２２に代えてメモリ１０２に格納しておくことができる。なお、この耐久性能から定められる温度範囲の下限温度は、一般に、暖機終了温度Ｔｅよりも低い。

また、例えば、連携温度Ｔｃとして、燃料電池スタック２０の定格出力電力を確保可能な温度範囲内の任意の値に設定することができる。一般に、燃料電池スタック２０では、定格出力電力値が定められているが、運転温度が非常に低い（又は非常に高い）場合には、発電効率が低下して、出力電力が定格出力電力よりも低下し得る。そこで、燃料電池スタック２０の定格出力電力を確保可能な温度範囲の下限値以上、かつ、上限値以下の任意の温度を連携温度Ｔｃとすることにより、燃料電池スタック２０の出力電力が定格出力電力を下回ることを抑制できる。この温度範囲は、予め試験により求めて、安定運転温度範囲１２２に代えてメモリ１０２に格納しておくことができる。なお、この定格出力電力を確保可能な温度範囲の下限温度は、一般に、暖機終了温度Ｔｅよりも低い。

また、例えば、連携温度Ｔｃとして、０℃と定めることができる。このようにすることにより、より低い温度から連携させることができる。また、０℃よりも低い温度において連携させた場合には、連携後において燃料電池スタック２０の温度Ｔが０℃よりも低下して、各単セル内で生成水が凍ってしまうおそれがある。この場合、反応ガスの供給や生成水の排水が抑制され、発電効率が極端に低下してしまう。そこで、連携温度Ｔｃを０℃とすることにより、連携後における各単セル内での生成水の凍結を抑制できる。なお、この構成における連携温度Ｔｃ（０℃）は、一般に、安定運転温度範囲Ｒｇ０の下限温度Ｔ１及び暖機終了温度Ｔｅよりも低い。

以上の実施例及び変形例からも理解できるように、暖機終了温度Ｔｅよりも低い任意の温度を、本発明の車両制御装置における連携温度として採用することができる。

Ｂ２．変形例２：
上記実施例では、目標温度Ｔｔは、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度Ｔ４又は安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２に設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図４の例においては、低下温度範囲Ｒｇ１の上限温度Ｔ４よりも高く安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２よりも低い任意の温度を、目標温度Ｔｔとして設定することもできる。このような構成により、低下温度範囲Ｒｇ１が存在する場合において、より高い温度を目標温度Ｔｔとして設定するので、予めより多くの熱量を２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２に蓄積しておくことができる。したがって、その後に、より高い温度を指定した暖房要求があった場合に、迅速に対応できると共に、燃料電池スタック２０における低効率な運転を抑制でき、燃費を向上させることができる。

また、例えば、目標温度Ｔｔとして、高効率温度範囲ＲｇＳ内の任意の温度を設定することもできる。かかる構成においても、少なくとも連携温度Ｔｃよりも高い温度を目標温度Ｔｔとして設定できるので、目標温度Ｔｔに達する前から２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を連携させることができ、車両制御装置１０全体としての燃費を向上させることができる。

また、例えば、目標温度Ｔｔを固定温度とせず、可変とすることもできる。例えば、連携後（Ｔ≧Ｔｃ）の目標温度Ｔｔを、連携前（Ｔ＜Ｔｃ）の目標温度Ｔｔよりも高くする（例えば、＋５℃高くする）こともできる。このような構成により、連携後は、冷却媒体の温度がより高い温度に維持されるので、冷却媒体により多くの熱を蓄積させておくことができる。したがって、その後に、より高い温度の暖房要求があった場合に、迅速に対応できると共に、燃料電池スタック２０における低効率な運転を抑制でき、燃費を向上させることができる。ただし、かかる構成においても、目標温度Ｔｔを、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２以下とすることが好ましい。燃料電池スタック２０の出力安定性を確保することができるからである。

以上の実施例及び変形例からも理解できるように、連携温度Ｔｃよりも高く、かつ、安定運転温度範囲Ｒｇ０の上限温度Ｔ２よりも低い任意の温度を、本発明の車両制御装置における目標温度として採用することができる。

Ｂ３．変形例３：
上記実施例では、安定運転温度範囲Ｒｇ０は、固定された温度範囲（例えば、３０℃〜９０℃）であったが、これに代えて、可変の温度範囲とすることもできる。例えば、各単セルにおける電解質膜の湿潤状態に応じて、安定運転温度範囲Ｒｇ０を変更することもできる。一般に、電解質膜が非常に乾燥した状態、或いは、非常に湿潤な状態では、高効率温度範囲ＲｇＳに比較的近い温度においても、各単セルにおいて電圧の低下が起こり得る。そこで、電解質膜が非常に乾燥した状態、或いは、非常に湿潤な状態では、安定運転温度範囲Ｒｇ０をより狭めて、高効率温度範囲ＲｇＳにより近づけることで、燃料電池スタック２０全体としての出力安定性を確保することができる。なお、各単セルにおける電解質膜の湿潤状態は、例えば、燃料電池スタック２０の抵抗値（インピーダンス）を測定して、かかる抵抗値に基づき推定することができる。

Ｂ４．変形例４：
上記実施例では、暖房用の熱源として、ヒータコア５１及び電気ヒータ５５のみを用いていたが、これに加えて、ヒートポンプや、さらなる電気ヒータを用いることもできる。具体的には、第２電動ファン５２とヒータコア５１との間に、或いは、ヒータコア５１を介して第２電動ファン５２と反対側（温風吹き出し側）に、ヒートポンプや電気ヒータを配置することもできる。

Ｂ５．変形例５：
上記実施例では、燃料電池スタック２０の温度Ｔが目標温度Ｔｔに達するまでは、ラジエータ３０での放熱を抑制していたが、これに代えて、目標温度Ｔｔに達する前に、ラジエータ３０での放熱を許可することもできる。

Ｂ６．変形例６：
上記実施例では、燃料電池スタック２０の温度Ｔを目標温度Ｔｔに維持させるために、第１三方弁３３の弁開度を調整していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池スタック２０の温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも高くなった場合には、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２の連携を解除して、第１媒体回路Ｒ１内の冷却媒体のみをラジエータ３０により冷却させることもできる。このような構成により、ラジエータ３０での冷却対象とする媒体量を減らすことができるので、燃料電池スタック２０の温度Ｔを急速に低下させて目標温度Ｔｔに迅速に戻すことができる。

Ｂ７．変形例７：
上記実施例では、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を連携させるために、第２三方弁５８を調整して、第１媒体回路Ｒ１と第２媒体回路Ｒ２とを物理的に接続して、２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２間で冷却媒体を行き来させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１媒体回路Ｒ１と第２媒体回路Ｒ２とに接続された熱交換機を配置し、かかる熱交換器を介して２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を互いに連携させる（熱のやりとりを行わせる）こともできる。この場合、第１媒体回路Ｒ１，Ｒ２の少なくとも一方において、熱交換機をバイパスする流路を設け、かかるバイパス流路に冷却媒体を流通させることによって、独立状態を形成することもできる。すなわち、一般には、任意の方法により２つの媒体回路Ｒ１，Ｒ２を独立状態又は連携状態とする状態切替部を、本発明の車両制御装置に採用することができる。

Ｂ８．変形例８：
上記実施例では、車両制御装置１０は、電気自動車に搭載されて用いられていたが、これに代えて、ハイブリッド自動車，船舶，ロボットなどの各種移動体に適用することもできる。また、燃料電池スタック２０を定置型電源として用い、車両制御装置１０をビルや一般住宅等の建物における制御装置として適用することもできる。

Ｂ９．変形例９：
上記実施例において、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。また、これとは逆に、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。

１０…車両制御装置、２０…燃料電池スタック、２２…燃料ガス流路、２４…酸化剤ガス流路、３０…ラジエータ、３１…第１電動ファン、３２…第１ポンプ、３３…第１三方弁、３４…暖機終了温度センサ、３５…第２温度センサ、３６…第３温度センサ、４０…負荷、４１…電圧センサ、４２…電流センサ、５０…空調機構、５１…ヒータコア、５２…第２電動ファン、５３…ケーシング、５４…第２ポンプ、５５…電気ヒータ、５６…第４温度センサ、５７…第５温度センサ、５８…第２三方弁、６１…第１媒体流路、６２…第２媒体流路、６３…第３媒体流路、６４…第４媒体流路、６５…第５媒体流路、６６…第６媒体流路、６７…第７媒体流路、６８…第８媒体流路、６９…第９媒体流路、１００…ＦＣ制御ユニット、１０２…メモリ、１１１…弁調整部、１１２…連携温度設定部、１１３…目標温度設定部、１２２…安定運転温度範囲、２００…空調制御ユニット、２０２…メモリ、２１１…要求熱量算出部、２１２…操作パネル制御部、２１３…温度調整部、Ｒ１…第１媒体回路、Ｒ２…第２媒体回路、１２１，Ｌ１〜Ｌ３…ＦＣ発熱量マップ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２…動作点、Ｔ１…下限温度、Ｔ２…上限温度、Ｔ３…下限温度、Ｔ４…上限温度、Ｔ６…上限温度、Ｑｒ…要求熱量、Ｔｃ…連携温度、Ｔｔ…目標温度、Ｔｅ…暖機終了温度、Ｒｇ０…安定運転温度範囲、Ｒｇ１，Ｒｇ１０…低下温度範囲、ＲｇＳ…高効率温度範囲

Claims (9)

1. 車両の制御装置であって、
   前記車両に電力を供給する燃料電池と、
   ヒータコアを有する空調機構と、
   前記燃料電池を通って冷却媒体を循環させるための第１媒体回路と、
   前記第１媒体回路に配置されたラジエータと、
   前記第１媒体回路に配置され、前記ラジエータをバイパスして前記冷却媒体を流通させるバイパス回路と、
   前記第１媒体回路に配置され、前記ラジエータに流れる前記冷却媒体と前記バイパス回路に流れる前記冷却媒体との流量比を調整する調整弁と、
   前記ヒータコアを通って冷却媒体を循環させるための第２媒体回路と、
   前記第１媒体回路及び前記第２媒体回路のうち、少なくとも一方に配置される冷却媒体流通用ポンプと、
   前記燃料電池の温度を代表する温度である燃料電池温度を取得する温度取得部と、
   前記燃料電池温度が暖機終了温度に達するまで、前記燃料電池を暖機させる暖機制御部と、
   前記燃料電池温度が、前記暖機終了温度よりも低い温度である連携温度よりも低い場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに切り離された状態である独立状態とし、前記燃料電池温度が前記連携温度以上の場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに連携された状態である連携状態とする状態切替部と、
   を備える、車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記連携温度は、前記燃料電池が安定的に運転可能な安定運転温度範囲における下限温度以上である、車両の制御装置。
3. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記連携温度は、前記燃料電池が所定の耐久性能を維持可能な耐久温度範囲における下限温度以上である、車両の制御装置。
4. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記連携温度は、０℃以上である、車両の制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の車両の制御装置において、さらに、
   前記空調機構の要求熱量を取得する要求熱量取得部と、
   前記燃料電池の発電量を取得する発電量取得部と、
   前記調整弁を制御することにより、前記第１の媒体回路を流通する前記冷却媒体の温度を調整して、前記燃料電池温度を調整する温度調整部と、
   前記温度調整部が前記燃料電池温度を調整する際の目標温度を設定する目標温度設定部と、
   前記発電量における前記燃料電池の発熱量が、前記要求熱量以下となる前記燃料電池温度の温度範囲である低下温度範囲が存在するか否かを判定すると共に、前記低下温度範囲が存在する場合に、前記低下温度範囲を求める低下温度範囲決定部と、
   を備え、
   前記目標温度設定部は、前記低下温度範囲が存在する場合に、前記低下温度範囲の上限温度を、前記目標温度として設定する、車両の制御装置。
6. 請求項５に記載の車両の制御装置において、
   前記目標温度設定部は、前記低下温度範囲の上限温度が、前記燃料電池が安定的に運転可能な安定運転温度範囲における上限温度よりも高い場合には、前記低下温度範囲の上限温度に代えて、前記安定運転温度範囲における上限温度を、前記目標温度として設定する、車両の制御装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の車両の制御装置において、
   前記目標温度設定部は、前記低下温度範囲決定部により前記低下温度範囲が存在しないと判定された場合には、前記燃料電池が安定的に運転可能な安定運転温度範囲における上限温度を、前記目標温度として決定する、車両の制御装置。
8. 請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の車両の制御装置において、
   前記温度調整部は、前記燃料電池温度が上昇する過程において、前記燃料電池温度が前記目標温度に達するまで放熱を抑制する、車両の制御装置。
9. 車両の制御方法であって、
   前記車両は、前記車両に電力を供給する燃料電池と、ヒータコアを有する空調機構と、前記燃料電池を通って冷却媒体を循環させるための第１媒体回路と、前記第１媒体回路に配置されたラジエータと、前記第１媒体回路に配置され、前記ラジエータをバイパスして前記冷却媒体を流通させるバイパス回路と、前記ヒータコアを通って冷却媒体を循環させるための第２媒体回路と、を有し、
   （ａ）前記ラジエータに流れる前記冷却媒体と前記バイパス回路に流れる前記冷却媒体との流量比を調整することにより、前記第１媒体回路を流通する前記冷却媒体の温度を調整して、前記燃料電池の温度を代表する温度である燃料電池温度を調整する工程と、
   （ｂ）前記燃料電池温度が暖機終了温度に達するまで、前記燃料電池を暖機させる工程と、
   （ｃ）前記燃料電池温度を取得する工程と、
   （ｄ）前記燃料電池温度が、前記暖機終了温度よりも低い温度である連携温度よりも低い場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに切り離された状態である独立状態とし、前記燃料電池温度が前記連携温度以上の場合に、前記第１媒体回路と前記第２媒体回路とを互いに連携された状態である連携状態とする工程と、
   を備える、車両の制御方法。

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