JP6213900B2 - 燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の電力を消費するために電気ヒータを動作させる燃料電池システムの制御方法に関する。
燃料電池システムは、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムである。燃料電池スタックは、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜の両側面を多孔質材料から成る一対の電極によって挟持してなる膜−電極アッセンブリを有する。一対の電極のそれぞれは、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。
燃料電池システムを電力源として搭載する燃料電池車両は、燃料電池で発電した電気によってトラクションモータを駆動して走行する。燃料電池車両は電気ヒータを備えており、燃料電池の余剰電力を消費するために電気ヒータを動作させる。電気ヒータを備える燃料電池車両に関連する技術としては、例えば、燃料電池の余剰電力を消費するため、電気ヒータを動作させる燃料電池システムの制御方法であって、冷却水の熱分解温度以下になるように、電気ヒータに循環する冷却水流量を燃料電池の冷却水路からバイパスさせて増加させる制御方法が開示されている（特許文献１参照）。
特開２０１３−０９９０８１号公報
ところで、電気ヒータは、ヒータ温度が高温になると、温度が上昇するにつれて電気抵抗が大きくなり、それに連れて電力消費量が低下していく。しかし、冷却水の温度があまりに高くなると、関連部品（例えば、電気ヒータやヒータコア等）に好ましくない影響を与えるようになる。このような影響に対処するため、燃料電池システムによっては、関連部品を保護するために、所定の設定温度以上で電気ヒータへ供給する電力を積極的に抑制して電気ヒータの電力消費量を急激に低下させている。しかしながら、特許文献１に開示された燃料電池システムの制御方法では、冷却水の熱分解温度である１００℃以下となるように冷却媒の温度が制御されるため、冷却水の温度が熱分解温度より低い温度領域で電気ヒータの消費電力量を積極的に低くするように制御されている場合には当該温度領域において回生動作による余剰電力や燃料電池の暖気運転時に発生する電力を電気ヒータで十分に消費することができず、電力の消費先を確保できないという虞があった。
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、電力消費量が急激に低下する温度領域で電気ヒータが駆動されることを抑制することにより燃料電池の電力の消費先を確保することができる燃料電池システムの制御方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料電池の余剰電力を消費するために電気ヒータを動作させる燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、上記燃料電池に冷却媒を循環させて冷却する燃料電池冷却系と、上記燃料電池の電力を消費するために動作される、周囲の冷却媒の熱分解温度よりも低い温度で電力消費量が急激に低下するように駆動される電気ヒータと、冷却媒を上記電気ヒータの周囲に流通させて該電気ヒータを冷却するヒータ冷却系と、を備え、上記ヒータ冷却系の冷却媒が上記電気ヒータの少なくとも電力消費量が急激に低下する温度領域に含まれる場合に上記燃料電池冷却系の冷却媒を上記ヒータ冷却系に流通させて上記電気ヒータを冷却することを特徴とする。
ここで「電力消費量が急激に低下する温度領域」とは温度上昇に伴う電気ヒータの電力消費量の自然な低下の程度を超えて積極的に電力消費量を低減させるように制御する温度領域をいう。
上記燃料電池システムの制御方法において、上記燃料電池冷却系の冷却媒の温度に対して上記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値（例えば、電気ヒータの消費電力量低減制御を開始する設定温度Ｔｓ）以上高い場合に、上記燃料電池冷却系の冷却媒を上記ヒータ冷却系に流通させて上記電気ヒータを冷却することが好ましい。
上記燃料電池システムの制御方法において、上記記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値（例えば、下限温度ＴＬ１）以下となった場合に、上記燃料電池冷却系から上記ヒータ冷却系への冷却媒の流通を遮断することが好ましい。
また、上記燃料電池冷却系の冷却媒の温度に対して上記ヒータ冷却媒の温度が所定値の範囲（例えば、第１温度差ΔＴ１）外となった場合に、上記燃料電池冷却系の冷却媒を上記ヒータ冷却系に流通させて上記電気ヒータを冷却することが好ましい。
上記燃料電池システムの制御方法において、上記燃料電池冷却系の冷却媒の温度に対して上記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値の範囲（例えば、第２温度差ΔＴ２）内となった場合に、上記燃料電池冷却系から上記ヒータ冷却系への冷却媒の流通を遮断することが好ましい。
上記燃料電池システムの制御方法において、空調のために上記電気ヒータを駆動させており、かつ、上記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値（例えば、設定温度Ｔｓ）以上である場合に、上記燃料電池冷却系の冷却媒を上記ヒータ冷却系に流通させて上記電気ヒータを冷却するようにすることが好ましい。
本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、電気ヒータの周囲の冷却媒が電気ヒータの少なくとも電力消費量が急激に低下する温度領域になる場合に、燃料電池の冷却系の冷却媒をヒータ冷却系に流通させて電気ヒータを冷却するので、電力消費量が急激に低下する温度領域で電気ヒータが駆動されることを抑制して燃料電池の電力の消費先を確保することができる。
本発明の実施の形態における燃料電池システムのブロック図である。 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法の説明に供する図である。 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法の説明に供する図である。 電気ヒータの消費電力量と温度との関係の説明に供する図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
＜システム構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御方法を適用する燃料電池システムについて説明する。図１は本発明の実施の形態における燃料電池システムのブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、主要素として、燃料電池２０、燃料電池冷却系３０、電気ヒータ４０、ヒータ冷却系５０、温度センサ６１，６２、および制御装置７０を備える。
燃料電池２０は、燃料ガスとしての水素を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する。燃料電池システム１０を電力源として搭載する燃料電池車両（図示せず）は、燃料電池２０で発電した電気によってトラクションモータを駆動して走行する。
燃料電池２０は、燃料電池セルが複数積層された燃料電池スタックで構成される（以下、「燃料電池スタック」ともいう）。例えば、固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、少なくとも、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層（電極層）およびカソード側触媒層（電極層）とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、膜電極接合体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを供給するためのガス拡散層を備えている。燃料電池セルは、一対のセパレータで挟持される。
燃料電池冷却系３０は、燃料電池スタック２０に冷却媒を循環させて燃料電池スタック２０を冷却する循環系である。具体的に燃料電池冷却系３０は、ラジエータ３１、循環流路３２、ポンプ３３、短絡流路３４、および三方弁３５を備える。燃料電池スタック２０の冷却媒の出口付近には温度センサ６１が設けられており、燃料電池スタック２０の内部温度（燃料電池水温Ｔｆ）を測定するようになっている。
冷却媒は、燃料電池スタック２０や電気ヒータ４０を冷却するための流通媒体であり、例えば、エチレングリコール水溶液である。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。このため、少なくとも冷却媒の温度は熱分解温度以内で制御することが好ましい。
ラジエータ３１は、概ねチューブ、放熱フィン、およびファン（いずれも図示せず）で構成され、チューブ内を冷却媒が流れて熱交換を行う放熱機器であり、当該ラジエータ３１通過する冷却媒の温度を熱交換で下げる機能を有する。循環流路３２は、ラジエータ３１と燃料電池スタック２０との間で冷却媒を循環させる環状流路である。ポンプ３３は、循環流路３２の燃料電池スタック２０の入口側に介設され、燃料電池スタック２０へ冷却媒を移送する駆動手段としての機能を有する。短絡流路３４は、循環流路３２の燃料電池スタック２０の入口側と出口側とを結ぶ流路であり、冷却媒をラジエータ３１により冷却しない場合に冷却媒を流す流路である。三方弁３５は、循環流路３２の燃料電池スタック２０の出口側において、短絡流路３４の分岐部に介設され、循環流路３２と短絡流路３４とを切り替える機能を有する。
電気ヒータ４０は、燃料電池スタック２０の電力を消費するために動作される。電気ヒータ４０は、その性質上、周囲温度の上昇に伴って徐々に電気抵抗が大きくなり、それに連れて電力消費量が低下していく。しかし、冷却媒の温度があまりに高くなると、関連部品（例えば、電気ヒータ４０やヒータコア４１等）に好ましくない影響を与えるようになる。このような影響に対処するため、本実施形態の燃料電池システムでは、冷却媒の熱分解温度（例えば冷却媒が水である場合には１００℃）よりも低い所定の設定温度（例えば冷却媒が水である場合には８５℃）以上となる温度領域で電気ヒータ４０へ供給する電力を積極的に抑制して電気ヒータ４０の電力消費量を急激に低下させるように制御している。電気ヒータ４０は、小さなラジエータとして機能する後述のヒータコア４１を備える。ヒータコア４１とエバポレータを組み合わせることにより、例えば車載エアコンを構成する。なお、電気ヒータ４０を動作させて電力を消費する場合として、例えば回生動作により余剰電力が生じた場合や、燃料電池スタック２０を暖気する際に電力が生じた場合等が挙げられる。
ヒータ冷却系５０は、冷却媒を電気ヒータ４０の周囲およびヒータコア４１に流通させて電気ヒータ４０を冷却する冷却系である。ヒータ冷却系５０は、ヒータコア４１、バイパス流路５１、ポンプ５２、短絡流路５３、および三方弁５４を備える。
ヒータコア４１は、概ねチューブ、放熱フィン、およびファン（いずれも図示せず）で構成され、チューブ内を冷却媒が流れて熱交換を行う放熱機器である。バイパス流路５１は、燃料電池スタック２０の出口側において、電気ヒータ４０の周囲およびヒータコア４１へと冷却媒を迂回させる流路である。三方弁５４を切り替えることにより燃料電池冷却系３０が当該ヒータ冷却系に接続されると、冷却媒は電気ヒータ４０の周囲を通過して、当該電気ヒータ４０を間接的に冷却する。ポンプ５２は、バイパス流路５１のヒータコア４１の出口側に介設され、ヒータ冷却系５０の冷却媒を循環させる機能を有する。短絡流路５３は、バイパス流路５１のヒータコア４１の入口側と出口側とを結ぶ流路である。三方弁５４は、バイパス流路５１のヒータコア４１の入口側において、短絡流路５３の分岐部に介設され、バイパス流路５１と短絡流路５３とを切り替える機能を有する。
温度センサ６１は、循環流路３２の燃料電池スタック２０の出口側に設けられ、燃料電池スタック２０の出口温度（燃料電池冷却系３０の冷却媒温度であり、燃料電池スタック２０の内部温度にほぼ等しく「燃料電池水温」と称する）を検出する。他方、温度センサ６２は、電気ヒータ４０の近傍のバイパス流路５１に設けられ、電気ヒータ４０の周囲を流通する冷却媒の温度（ヒータ冷却系５０の冷却媒温度であり、電気ヒータ４０の温度にほぼ等しく「ヒータ水温」と称する）を検出する。温度センサ６１，６２は制御装置７０と電気的に接続され、当該温度センサ６１，６２の検出温度は電気信号として制御装置７０に入力される。
制御装置７０は、温度センサ６１，６２の検出信号に基づいて、バイパス流路５１におけるポンプ５２および三方弁５４を制御する。制御装置７０としては、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が挙げられる。ＥＣＵ７０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備え、所定のソフトウェアプログラムが実行させることにより、当該燃料電池システムにおいて本発明に係る制御方法を実施する。
＜制御方法＞
次に、図１から図５を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法について説明する。
図１に示すように、燃料電池システム１０が搭載された燃料電池車両は、燃料電池スタック２０で発電した電気によってトラクションモータを駆動して走行する。燃料電池車両は電気ヒータ４０を備えており、燃料電池スタック２０の余剰電力を消費するために電気ヒータ４０を動作させる。
図５に、電気ヒータ４０の消費電力量と周囲の温度との関係を示す。図５に示すように、電気ヒータ４０は高温になるに連れて電気ヒータ４０の電気抵抗が徐々に大きくなるため、電気ヒータ４０の電力消費量が徐々に低下する。電気ヒータ４０がさらに高温になると、当該電気ヒータ４０およびヒータコア４１を保護するために、電気ヒータ４０の消費電力を迅速に削減する必要がある。具体的には、電気ヒータ４０およびヒータコア４１を積極的に保護するために、ヒータ温度が所定の設定温度Ｔｓ（例えば８５℃）に到達すると、電気ヒータ４０の出力を急激に絞る必要がある。電気ヒータ４０の出力を削減する変化率は、設定温度Ｔｃ以下の温度領域における変化率に比べて相当程度大きな変化率であり、例えば、数百Ｗ／℃程度の急激な変化率となる。そして、ヒータ温度が所定の限界温度Ｔｂ（例えば９０℃）に達すると、電気ヒータ４０およびヒータコア４１を確実に保護するため、電気ヒータ４０の出力が実質的にゼロとなるように電気ヒータ４０への電力供給をシャットダウンさせる。即ち、電気ヒータ４０の温度が設定温度Ｔｓ以上の制限温度領域に入ると、電気ヒータ４０の出力が制限されるようになるため、この制限温度領域においては電気ヒータ４０における燃料電池システムで発生した余剰電力を消費する能力が激減する。例えば、回生時の制動力の低下や、急速暖機・保温制御時の電力消費先の低下（＝発電・発熱量の低下）等の電力消費量の低下に繋がるのである。
そこで、本実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタック２０と、燃料電池スタック２０に冷却媒を循環させて冷却する燃料電池冷却系３０と、燃料電池スタック２０の電力を消費するために動作される、冷却媒の熱分解温度よりも低い温度で電力消費量が急激に低下するように駆動される電気ヒータ４０と、冷却媒を電気ヒータ４０の周囲に流通させて電気ヒータ４０を冷却するヒータ冷却系５０と、を備える燃料電池システム１０において、ヒータ冷却系５０の冷却媒の温度が該電気ヒータ４０の電力消費量が急激に低下する温度領域（図５における制限温度領域）に含まれる場合に燃料電池冷却系３０の冷却媒をヒータ冷却系５０に流通させて燃料電池スタック２０を冷却するように制御する。
＜具体的動作＞
以下、図１から図４を参照して、本実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法を具体的に説明する。図２は本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法のフローチャートである。図３および図４は本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法の説明に供する図である。
まず、図２に示すように、燃料電池システム１０の運転が開始されると（Ｓ１１０）、ＥＣＵ７０は燃料電池スタック２０の出口の冷却媒温度（燃料電池水温Ｔｆ）および電気ヒータ４０の周囲の温度（ヒータ水温Ｔｈ）を監視する。次いで、ＥＣＵ７０は、電気ヒータ４０の通電があるか否かを判定する（Ｓ１２０）。電気ヒータ４０の通電がないと判定した場合（Ｓ１２０：ＮＯ）は、ＥＣＵ７０が電気ヒータ４０の通電の監視を続行する。他方、電気ヒータ４０の通電があると判定した場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）は、ＥＣＵ７０が電気ヒータ４０の周囲の水温（ヒータ水温Ｔｈ）が設定温度以上の温度領域に含まれるか否かを監視する（Ｓ１３０）。本実施の形態において当該設定温度は、図３に示す設定温度Ｔｓ（例えば８５℃）であり、当該温度領域は温度上昇に伴う電気ヒータ４０の電力消費量の自然な低下の程度を超えて積極的に電力消費量を低減させるように制御する温度領域であり、例えば、図３に示す制限温度領域である。
次に、電気ヒータ４０の周囲の水温（ヒータ水温Ｔｈ）が設定温度Ｔｓ上の温度領域に含まれると判定した場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）は、燃料電池冷却系３０の冷却媒をヒータ冷却系５０に流通させて、当該電気ヒータ４０を冷却する。具体的には、ＥＣＵ７０が三方弁５４を制御してバイパス流路５１を開放するとともに、ポンプ５２をオンさせる（Ｓ１４０）。なお、図２に図示していないが、ＥＣＵ７０は燃料電池スタック２０の出口の冷却媒温度を監視しているため、燃料電池スタック２０の水温が電気ヒータ４０の周囲の水温よりも高いときは、三方弁５４を閉鎖するとともに、ポンプ５２をオフする。例えば、燃料電池スタック２０の冷却媒の温度が熱分解温度に近い場合（例えば９７℃）は、電気ヒータ４０の冷却が不可能であるし、電気ヒータ４０およびヒータコア４１の保護のため、三方弁５４を閉鎖し、ポンプ５２をオフする。
次に、ＥＣＵ７０は、電気ヒータの通電が終了するか否か、または／および、電気ヒータ４０の周囲を流通する冷却媒の温度（ヒータ水温Ｔｈ）が下限温度ＴＬ１（例えば６５℃）以下になるか否か、または／および、電気ヒータ４０の周囲を流通する冷却媒の温度（ヒータ水温Ｔｈ）と燃料電池スタック２０の出口の冷却媒温度（燃料電池水温Ｔｆ）との差分が所定値の範囲（第２温度差ΔＴ２：例えば３℃）内であるか否かを監視する（Ｓ１５０）。電気ヒータの通電が終了していないと判定した場合、または／および、ヒータ水温Ｔｈが下限温度ＴＬ１より高いと判定した場合、または／および、ヒータ水温Ｔｈと燃料電池水温Ｔｆとの差分が第２温度差ΔＴ２の範囲外であると判定した場合（Ｓ１５０：ＮＯ）は、ＥＣＵ７０がステップ１５０（Ｓ１５０）の監視を続行する。他方、電気ヒータの通電が終了と判定した場合、または／および、ヒータ水温Ｔｈが下限温度ＴＬ１以下であると判定した場合、または／および、ヒータ水温Ｔｈと燃料電池水温Ｔｆとの差分が第２温度差ΔＴ２の範囲内であると判定した場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）は、三方弁５４を閉鎖するとともに、ポンプ５２をオフして、制御を終了する（Ｓ１６０）。電気ヒータ４０の使用がされなくなった場合や電気ヒータ４０の温度が設定温度Ｔｓに比べて十分に低くなった場合には電気ヒータ４０による電力消費量の急激な低下の虞はないからである。また、電気ヒータ４０の温度と燃料電池スタック２０の温度とに大きな温度差がなくなった場合には燃料電池冷却系３０の冷却媒による冷却能力が低くなると判断され、燃料電池冷却系３０の冷却媒をヒータ冷却系５０へ供給する実効性が小さくなるからである。なお、ポンプ５２が停止すればヒータ冷却系５０における冷却は終了するので、必ずしも三方弁５４を閉鎖する必要はなく開のまま維持してもよい。不要な弁操作をしなければ耐久性を向上することができるからである。
またステップＳ１３０において、電気ヒータ４０の周囲の水温が所定値（設定温度Ｔｓ）未満であると判定した場合（Ｓ１３０：ＮＯ）は、ＥＣＵ７０が車内暖房等の空調で電気ヒータ４０の使用があるか否かを監視する（Ｓ１７０）。空調で電気ヒータ４０の使用があると判定した場合（Ｓ１７０：ＹＥＳ）は、ＥＣＵ７０がステップ１３０（Ｓ１３０）の監視を続行する。他方、空調で電気ヒータ４０の使用がないと判定した場合（Ｓ１７０：ＮＯ）は、ＥＣＵ７０はさらに空調以外で電気ヒータの使用があるか否かを監視する（Ｓ１７２）。空調以外で電気ヒータ４０の使用がないと判定した場合（Ｓ１７２：ＮＯ）は、ＥＣＵ７０がステップ１２０（Ｓ１２０）の監視を続行する。他方、空調以外で電気ヒータ４０の使用ありと判定した場合（Ｓ１７２：ＹＥＳ）は、ＥＣＵ７０は、ヒータ冷却系５０の冷却媒の温度（ヒータ水温Ｔｈ）および燃料電池スタック２０の冷却媒の温度（燃料電池水温Ｔｆ）に鑑みて、燃料電池冷却系３０の冷却媒をヒータ冷却系５０に流通させるか否かを判定する（Ｓ１８０）。
具体的には、図４に示すように、ヒータ水温Ｔｈと燃料電池水温Ｔｆとの差分が所定値の範囲（第１温度差ΔＴ１：例えば１０℃）外であるか否か、または／および、燃料電池水温Ｔｆが下限温度ＴＬ２（例えば４０℃）以上であるか否かを監視する（Ｓ１８０）。ヒータ水温Ｔｈと燃料電池水温Ｔｆとの差分が第２温度差ΔＴ２より小さいと判定した場合、または／および、燃料電池水温Ｔｆが下限温度ＴＬ２より小さいと判定した場合（Ｓ１８０：ＮＯ）、ＥＣＵ７０はステップ１３０（Ｓ１３０）の監視を続行する。他方、ヒータ水温Ｔｈと燃料電池水温Ｔｆとの差分が第２温度差ΔＴ２以上となると判定した場合、または／および、燃料電池水温Ｔｆが下限温度ＴＬ２以上であると判定した場合（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ７０は、燃料電池冷却系３０の冷却媒をヒータ冷却系５０に流通させる。具体的には、ＥＣＵ７０が三方弁５４を制御してバイパス流路５１を開放するとともに、ポンプ５２をオンさせる（Ｓ１４０）。燃料電池スタック２０の水温が下限温度ＴＬ２以上である場合に、三方弁５４を開放するとともに、ポンプ５２をオンするのは、暖房性能の低下を抑制するためである。
その後、ＥＣＵ７０は、上述したステップ１５０の監視を行い、電気ヒータの通電が終了していないと判定した場合、または／および、ヒータ水温Ｔｈが下限温度ＴＬ１より大きいと判定した場合、または、ヒータ水温Ｔｈと燃料電池水温Ｔｈとの差が第２温度差ΔＴ２を超えると判定した場合（Ｓ１５０：ＮＯ）は、ＥＣＵ７０はステップ１５０（Ｓ１５０）の監視を続行する。他方、電気ヒータの通電が終了と判定した場合、または／および、ヒータ水温Ｔｈが下限温度ＴＬ１以下であると判定した場合、または／および、ヒータ水温Ｔｈ燃料電池水温Ｔｆとの差分が第２温度差ΔＴ２の範囲内、即ち、燃料電池水温Ｔｆに対してヒータ水温Ｔｈがほぼ同等と考えられると判定した場合（Ｓ１５０：ＮＯ）は、三方弁５４を閉鎖するとともに、ポンプ５２をオフして、制御を終了する（Ｓ１６０）。電気ヒータ４０の使用がされなくなった場合は電気ヒータ４０による電力消費機能は無く、また電気ヒータ４０の温度が十分に低い場合や電気ヒータ４０の温度が燃料電池スタック２０の温度と同等になった場合には、電気ヒータ４０による電力消費量が急激に低下する虞がないからである。
＜実施例の効果＞
以上、説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法によれば、電気ヒータ４０の周囲の冷却媒が、電気ヒータ４０の電力消費量が急激に低下するように駆動される温度領域に含まれる場合に、燃料電池スタック冷却系３０の冷却媒を電気ヒータ４０の周囲に流通させる。また、車内暖房等の空調で電気ヒータ４０の使用がなく、空調以外で電気ヒータ４０の使用がある場合は、燃料電池スタック２０の冷却媒の温度に対し、電気ヒータ４０の周囲の冷却媒の温度が所定値の範囲（第１温度差ΔＴ１）外になる場合に、燃料電池冷却系３０の冷却媒をヒータ冷却系５０に流通させて電気ヒータ４０を冷却する。さらに、燃料電池スタック２０の冷却媒の温度が所定値（下限温度ＴＬ２）以上の場合に、燃料電池冷却系３０の冷却媒をヒータ冷却系５０に流通させる。したがって、本実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法は、電気ヒータ４０が高温になることを抑制することにより、電気ヒータ４０の電力消費量の急激な低下を抑制することができ、燃料電池スタック２０の電力の消費先を確保することができるという優れた効果を奏する。
〔その他の実施の形態〕
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、電気ヒータ４０の水温が燃料電池スタック２０の水温と同等（例えば、第２温度差ΔＴ２以内）であって、かつ、電気ヒータ４０の水温が設定温度Ｔｓ以上の場合は、三方弁５４の開度を中間に設定するように制御してもよい。暖房性能の低下を抑制するためであり、燃料電池冷却系３０の水温とヒータ冷却系５０の水温とに差がなく、冷却性能に余裕がないからである。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
１０ 燃料電池システム
２０ 燃料電池
３０ 燃料電池冷却系
４０ 電気ヒータ
５０ ヒータ冷却系

Claims (6)

  1. 燃料電池の余剰電力を消費するために電気ヒータを動作させる燃料電池システムの制御方法であって、
    燃料電池システムは、
    反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
    前記燃料電池に冷却媒を循環させて冷却する燃料電池冷却系と、
    前記燃料電池の電力を消費するために動作される、前記冷却媒の熱分解温度よりも低い温度で電力消費量が急激に低下するように駆動される電気ヒータと、
    前記冷却媒を前記電気ヒータの周囲に流通させて前記電気ヒータを冷却するヒータ冷却系と、
    を備え、
    前記ヒータ冷却系の前記冷却媒の温度が前記電気ヒータの少なくとも電力消費量が急激に低下する温度領域に含まれる場合に前記燃料電池冷却系の冷却媒を前記ヒータ冷却系に流通させて前記電気ヒータを冷却すること、を特徴とする燃料電池システムの制御方法。
  2. 前記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値以上である場合に、前記燃料電池冷却系の冷却媒を前記ヒータ冷却系に流通させて前記電気ヒータを冷却する、請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法。
  3. 前記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値以下となった場合に、前記燃料電池冷却系から前記ヒータ冷却系への冷却媒の流通を遮断する、請求項２に記載の燃料電池システムの制御方法。
  4. 前記燃料電池冷却系の冷却媒の温度に対して前記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値の範囲外となった場合に、前記燃料電池冷却系の冷却媒を前記ヒータ冷却系に流通させて前記電気ヒータを冷却する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法。
  5. 前記燃料電池冷却系の冷却媒の温度に対して前記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値の範囲内となった場合に、前記燃料電池冷却系から前記ヒータ冷却系への冷却媒の流通を遮断する、請求項４に記載の燃料電池システムの制御方法。
  6. 空調のために前記電気ヒータを駆動させており、かつ、前記ヒータ冷却系の冷却媒の温度が所定値以上である場合に、前記燃料電池冷却系の冷却媒を前記ヒータ冷却系に流通させて前記電気ヒータを冷却する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法。
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