JPH103951A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次電池の始動性の向上を図りつつも、燃料
電池における消費燃料の低減を実現する。 【解決手段】 燃料電池スタックＦＣの冷却水系統であ
る第１循環通路３１の途中に、バッテリケース４１に至
る第２循環通路４３を設ける。バッテリケース４１は、
内部に水を流すことができ、断熱材で覆られている。イ
グニッションスイッチをオフ状態に切り換えると、ま
ず、燃料電池スタックＦＣの運転を停止させて、その
後、第２循環通路４３を開くことで、燃料電池スタック
ＦＣの冷却水をバッテリケース４１側に循環させる。そ
の後、バッテリ周辺の温度Ｔが所定温度Ｔ０以上の高温
になったら、冷却水ポンプ３５を停止させて、第２循環
通路４３を閉じることで、バッテリケース４１内に冷却
水を貯留させる。この結果、イグニッションスイッチオ
フ後も継続してバッテリＢＴを保温することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池と２次
電池を併用する電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃料電池に２次電池（バッテ
リ）を組み合わせることにより、供電能力を安定させる
ようにした電源装置が知られている。このような電源装
置においては、燃料電池の発熱を利用して２次電池を温
めるようにして、２次電池の始動時における容量低下を
防止するものが提案されている。特開昭６１−４５５７
４号公報に記載された「自動車用電源装置」がそれであ
り、イグニッションキーがオフ状態に切り換えられたと
き、燃料電池を作動させ、その燃料電池の発熱により２
次電池を加熱している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術は、イグニッションキーがオフ状態の間、燃料
電池を作動させ続けるものであることから、燃料電池に
おいて大量の燃料を消費するといった問題を発生した。

【０００４】この発明の電源装置は、上記問題に鑑みて
なされたもので、低温始動時における２次電池の容量低
下の防止を図りつつも、燃料電池における消費燃料の低
減を実現することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】前
述した課題を解決するための手段として、以下に示す構
成をとった。

【０００６】即ち、この発明の電源装置は、２次電池
と、冷却媒体の供給を受けつつ運転される燃料電池とを
備える電源装置において、前記２次電池の周囲に配設さ
れ、内部に熱媒体を収容することで前記２次電池を保温
する保温部材と、当該電源装置による電源供給の終了時
を検出する終了時検出手段と、該終了時検出手段により
検出される前記電源供給の終了時から所定の期間、前記
燃料電池に供給された冷却媒体を、前記熱媒体として前
記保温部材に供給する冷却媒体供給手段とを備えること
を特徴としている。

【０００７】この構成によれば、電源装置による電源供
給の終了時に、所定の期間だけ、燃料電池に供給された
冷却媒体が保温部材に供給される。燃料電池に供給され
た後の冷却媒体は燃料電池の発熱を受けて温められてい
ることから、上記構成により、保温部材には高温の冷却
媒体が貯留されることになり、２次電池は電源供給の終
了後も高温のまま、長時間保持される。

【０００８】このため、電源装置による電源供給の終了
後にあっても、燃料電池を運転することなしに、２次電
池を高温に維持しておくことができる。従って、低温始
動時における２次電池の容量低下を防止することがで
き、しかも、燃料電池における消費燃料の低減を実現す
ることができる。

【０００９】上記構成の電源装置において、前記２次電
池の温度を検出する温度検出手段を備えるとともに、前
記冷却媒体供給手段は、前記保持部材への前記冷却媒体
の供給の開始後、前記温度検出手段により検出される温
度が充分に上昇したか否かを判定する判定手段と、前記
判定手段により前記温度が充分に上昇したと判定された
とき、前記保持部材への前記冷却媒体の供給を終了する
供給終了手段とを備える構成とすることもできる。

【００１０】この構成によれば、２次電池の温度が充分
に上昇するまで保温部材への冷却媒体の供給が続けられ
ることから、２次電池の温度を高温とすることが容易で
ある。

【００１１】これら構成の電源装置において、当該電源
装置による電源供給の開始時を検出する開始時検出手段
と、該開始時検出手段により検出される前記電源供給の
開始時に、前記保温部材に収容される前記冷却媒体を前
記燃料電池に戻す冷却媒体復帰手段とを備える構成とす
ることもできる。

【００１２】この構成によれば、電源装置による電源供
給の開始時に、保持部材に収容される冷却媒体は、冷却
媒体復帰手段により燃料電池に戻される。保持部材に収
容される冷却媒体は、高温に保たれていることから、燃
料電池に戻されることで、燃料電池は加熱される。従っ
て、電源供給を開始するに際し、燃料電池は高温となる
ことから、燃料電池の始動性を高めることができる。

【００１３】

【発明の他の態様】本発明は、以下のような他の態様を
とることも可能である。この態様は、２次電池と、冷却
媒体の供給を受けつつ運転される燃料電池とを備える電
源装置において、前記２次電池の周囲に配設され、内部
に熱媒体を収容することで前記２次電池を保温する保温
部材と、当該電源装置による電源供給の終了時を検出す
る終了時検出手段と、該終了時検出手段により検出され
る前記電源供給の終了時から所定の期間、前記燃料電池
に供給された冷却媒体を、前記熱媒体として前記保温部
材に供給する冷却媒体供給手段と、当該電源装置による
電源供給の予定開始時刻を設定するタイマ手段と、該タ
イマ手段により設定される前記予定開始時刻から所定の
時間だけ前の時刻に、前記保温部材に収容される前記冷
却媒体を加熱する加熱手段と、当該電源装置による電源
供給の開始時を検出する開始時検出手段と、該開始時検
出手段により検出される前記電源供給の開始時に、前記
保温部材に収容される前記冷却媒体を前記燃料電池に戻
す冷却媒体復帰手段とを備える。

【００１４】この構成によれば、タイマ手段により設定
される予定開始時刻から所定の時間だけ前の時刻に、加
熱手段により、保温部材に収容される冷却媒体が加熱さ
れることから、電源装置による電源供給の開始時には、
保持部材には加熱手段により温められた冷却媒体が供給
されることになる。

【００１５】従って、電源装置の長時間放出後にあって
も、低温始動時における２次電池の容量低下を防止する
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例
について説明する。

【００１７】図１は、この発明の第１実施例としての電
源システム１の概略構成を示すブロック図である。この
電源システム１は、電気自動車用として用いられるもの
である。図示するように、電源システム１は、電気を発
生する固体高分子型の燃料電池スタックＦＣと複数（こ
の実施例では８つ）のバッテリＢＴを備え、図示しない
負荷（車軸を駆動するモータ等）に対して、燃料電池ス
タックＦＣとバッテリＢＴの両方から電力を供給する。
なお、この実施例では、バッテリＢＴとして鉛酸蓄電池
を用いている。

【００１８】燃料電池スタックＦＣの構成についてまず
説明する。燃料電池スタックＦＣは、固体高分子型の燃
料電池であり、その単一セル構造として、図２の構造図
および図３の分解斜視図に示す構造を備える。即ち、こ
れら図に示すように、そのセルは、電解質膜１１と、こ
の電解質膜１１を両側から挟んでサンドイッチ構造とす
るガス拡散電極としてのアノード１２およびカソード１
３と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノー
ド１２およびカソード１３とで燃料ガスおよび酸化ガス
の流路を形成するセパレータ１４，１５と、セパレータ
１４，１５の外側に配置されアノード１２およびカソー
ド１３の集電極となる集電板１６，１７とにより構成さ
れている。

【００１９】電解質膜１１は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気伝導性を示す。アノード１２およびカソ
ード１３は、炭素繊維からなる糸で構成したカーボンク
ロスにより形成されており、このカーボンクロスの隙間
には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる
合金等を担持したカーボン粉が練り込まれている。

【００２０】セパレータ１４，１５は、ち密質のカーボ
ンプレートにより形成されている。アノード１２側のセ
パレータ１４には、複数のリブが形成されており、この
リブとアノード１２の表面とで水素ガス流路１４Ｐを形
成する。一方、カソード１３側のセパレータ１５にも、
複数のリブが形成されており、このリブとカソード１３
の表面とで酸素ガス流路１５Ｐを形成する。集電板１
６，１７は、銅（Ｃｕ）により形成されている。

【００２１】以上説明したのが燃料電池スタックＦＣの
単一セルの構成であり、こうしたセルを複数積層したも
のが燃料電池スタックＦＣである。図４は、燃料電池ス
タックＦＣの全体構造を示す構造図である。なお、図４
中、図２，図３と同じ構成の部品に対しては同一の符号
を付した。

【００２２】燃料電池スタックＦＣは、複数のスタック
ユニットＳＵ１〜ＳＵｎ（ｎは２以上の整数で、例え
ば、１００である。）の集合であり、図４には１つのス
タックユニットＳＵ１が明示されている。スタックユニ
ットＳＵ１は、図２，図３で示した電解質膜１１、アノ
ード１２およびカソード１３からなるサンドイッチ構造
２０をセパレータ２１で挟んで複数（この実施例では３
個）積層したものである。このセパレータ２１は、図
１，図２で示した単セルのセパレータ１４，１５と同じ
材料からなり、アノード１２と接する側面に水素ガス流
路１４Ｐを形成し、カソード１３と接する側面に酸素ガ
ス流路１５Ｐを形成する。なお、スタックユニットＳＵ
１中、最も右側に位置するサンドイッチ構造２０Ｒの外
側には、水素ガス流路１４Ｐだけを形成するセパレータ
１４（図２，図３と同じもの）が配置され、最も左側に
位置するサンドイッチ構造２０Ｌの外側には、酸素ガス
流路１５Ｐだけを形成するセパレータ１５が配置されて
いる。

【００２３】上記スタックユニットＳＵ１以外の他のス
タックユニットＳＵ２〜ＳＵｎもスタックユニットＳＵ
１と同じ構成であり、これらｎ個のスタックユニットＳ
Ｕ１〜ＳＵｎは、冷却プレート２２を間に挟んで直列に
接続されている。また、これらの外側にも冷却プレート
２２が配置され、さらに外側には、前述した集電板１
６，１７が配置されている。また、これら全体は両側か
ら絶縁板２４，２５を介してエンドプレート２６，２７
により挟み込まれており、これら全体は、締め付けボル
ト２８により締め付けられている。

【００２４】冷却プレート２２は、内部に冷却水流路を
備えており、外部から供給される冷却水が循環する構成
となっている。即ち、冷却プレート２２に接続される流
路の集合部付近のＡ点を冷却水の流入部とし、冷却プレ
ート２２に接続される他方側の流路の集合部付近のＢ点
を冷却水の流出部として、冷却プレート２２に外部から
供給される冷却水が循環される。

【００２５】なお、図４において、この燃料電池スタッ
クＦＣは、３つのセルで一つのスタックユニットを構成
したが、必ずしもこの数に限る必要はなく幾つでもよ
い。

【００２６】図１に戻り、電源システム１は、燃料電池
スタックＦＣを冷却するための冷却水系統ＣＲを備え
る。冷却水系統ＣＲは、燃料電池スタックＦＣ内の前述
したＡ点とＢ点に連結される循環通路３１を備えてお
り、燃料電池スタックＦＣの前述した冷却プレート２２
より構成される冷却水流路３３に冷却水を循環させる。

【００２７】循環通路３１は、その経路中に、冷却水ポ
ンプ３５とラジエタ３７を備え、冷却水ポンプ３５の吐
出量や、ラジエタ３７に対向するラジエタファン３９の
回転速度を制御することにより、循環量およびその冷却
水温が制御される。循環通路３１における冷却水ポンプ
３５の上流側と燃料電池スタックＦＣの下流側は分岐し
ており、両分岐点に、燃料電池スタックＦＣの冷却水を
バッテリケース４１に送る第２の循環通路４３が接続さ
れている。なお、先に説明した循環通路３１は、第２の
循環通路４３と区別するために、以後、第１の循環通路
３１と呼ぶ。

【００２８】第１の循環通路３１における冷却水ポンプ
３５の上流側の分岐点には、第１の三方バルブ４７が設
けられており、燃料電池スタックＦＣの下流側の分岐点
には、第２の三方バルブ４９が設けられている。第１お
よび第２の三方バルブ４７，４９は、電気信号を受けて
流路を切り換えるバルブであり、第１の三方バルブ４７
の流路をラジエタ３７と冷却水ポンプ３５とを結ぶ方向
に切り換え、第２の三方バルブ４９の流路をラジエタ３
７と燃料電池スタックＦＣとを結ぶ方向に切り換えるこ
とで、第１の循環通路３１を開く。一方、第１の三方バ
ルブ４７の流路をバッテリケース４１と冷却水ポンプ３
５とを結ぶ方向に切り換え、第２の三方バルブ４９の流
路をバッテリケース４１と燃料電池スタックＦＣとを結
ぶ方向に切り換えることで、第２の循環通路４３を開
く。第１の循環通路３１を開くことで、冷却水ポンプ３
５の吐出力を受けて冷却水はラジエタ３７と燃料電池ス
タックＦＣとの間で循環する。一方、第２の循環通路４
３を開くことで、冷却水ポンプ３５の吐出力を受けて燃
料電池スタックＦＣ内の冷却水をバッテリケース４１内
に循環する。

【００２９】図５は、バッテリケース４１の斜視図であ
り、図６は、図５におけるＸ−Ｘ線方向の破断図であ
る。両図に示すように、バッテリケース４１は、複数の
バッテリＢＴ（図中には１個だけ明示）を平面的に並べ
て収納するもので、８個のバッテリ収納孔５０を備える
容器本体５１と、外壁部５３とからなる。

【００３０】容器本体５１は、熱媒体を収容可能なよう
に内部に中空部５１ａ（図６）を有するもので、耐熱性
樹脂により形成されている。容器本体５１には、熱媒体
の流入パイプ５５と流出パイプ５６とが設けられてお
り、流入パイプ５５と流出パイプ５６とを第２の循環通
路４３に接続することで、燃料電池スタックＦＣの冷却
水が熱媒体となって容器本体５１の内部の中空部５１ａ
に循環する構成となっている。なお、流出パイプ５６に
は、その流出パイプ５６の温度を検出する熱電対式の温
度センサ５８が配置されている。この温度センサ５８
は、バッテリＢＴの温度を間接的に検出するもので、請
求項２で述べる温度検出手段に相当する。

【００３１】なお、容器本体５１のバッテリ収納孔５０
の内側には、バッテリＢＴへの熱伝導性の向上および構
造体の強度の向上を図るために、凸部５０ａが形成され
ている。

【００３２】外壁部５３は、容器本体５１を覆い熱の発
散を抑える断熱性の外壁であり、例えば、発泡スチロー
ル等から形成される。

【００３３】前述した冷却水ポンプ３５、ラジエタファ
ン３９、第１の三方バルブ４７、第２の三方バルブ４９
および温度センサ５８は、電子制御ユニット７０に電気
的に接続される。また、この電源システム１を搭載する
自動車のイグニッションスイッチ６０や、燃料電池スタ
ックＦＣの周辺装置（例えば、水素ガス流路１４Ｐに連
通するガス供給路に設けられるバルブ等）も電子制御ユ
ニット７０に電気的に接続される。

【００３４】電子制御ユニット７０は、マイクロコンピ
ュータを中心とした論理回路として構成され、詳しく
は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算
等を実行するＣＰＵ７２と、ＣＰＵ７２で各種演算処理
を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が
予め格納されたＲＯＭ７４と、同じくＣＰＵ７２で各種
演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読
み書きされるＲＡＭ７６と、温度センサ５８やイグニッ
ションスイッチ６０等からの出力信号を入力する入力イ
ンターフェース７８と、ＣＰＵ７２での演算結果に応じ
てラジエタファン３９、第１および第２の三方バルブ４
７，４９等に制御信号を出力する出力インターフェース
７９とを備える。

【００３５】こうした構成の電子制御ユニット７０のＣ
ＰＵ７２によって、車両の運転がなされた後、イグニッ
ションスイッチ６０の出力信号に基づいて車両の運転停
止時が検知されると、第１および第２の三方バルブ４
７，４９および冷却水ポンプ３５が制御されて、燃料電
池スタックＦＣの冷却水はバッテリケース４１内に循環
され、貯留される。また、イグニッションスイッチ６０
からの出力信号に基づいて車両の運転開始時が検知され
ると、第１および第２の三方バルブ４７，４９および冷
却水ポンプ３５が制御されて、バッテリケース４１内に
保管された冷却水は燃料電池スタックＦＣに戻される。

【００３６】この電子制御ユニット７０による処理ルー
チンについて、図７のフローチャートに沿って詳しく説
明する。この処理ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実
行されるものである。電子制御ユニット７０のＣＰＵ７
２は、処理が開始されると、まず、イグニッションスイ
ッチ６０の出力信号からイグニッションスイッチ６０の
状態を読み込む（ステップＳ１００）。次いで、そのイ
グニッションスイッチ６０の状態が、オン状態からオフ
状態への切り換え時、オフ状態からオン状態への切り換
え時、あるいは変化のない状態のいずれに該当するかを
判別する（ステップＳ１１０）。ここで、オン状態から
オフ状態への切り換え時であると判別されると、後述す
る停止時処理ルーチンを実行する（ステップＳ１２
０）。

【００３７】一方、ステップＳ１１０で、オフ状態から
オン状態への切り換え時であると判別されると、後述す
る始動時処理ルーチンを実行する（ステップＳ１３
０）。他方、ステップＳ１１０で、変化のない状態と判
別されると、そのまま「リターン」に抜けて処理を一旦
終了する。また、ステップＳ１２０の実行後、またはス
テップＳ１３０の実行後も、「リターン」に抜けて処理
を一旦終了する。

【００３８】上記ステップＳ１２０で実行される停止時
処理ルーチンについて、図８のフローチャートに沿って
説明する。この処理ルーチンは、ステップＳ１２０に処
理が移行すると実行されるものである。ＣＰＵ７２は、
まず、負荷を切り放し、燃料ガスの供給を停止すること
により、燃料電池スタックＦＣの運転を停止させる（ス
テップＳ２００）。次いで、第１の三方バルブ４７の流
路をバッテリケース４１と冷却水ポンプ３５とを結ぶ方
向に切り換え、第２の三方バルブ４９の流路をバッテリ
ケース４１と燃料電池スタックＦＣとを結ぶ方向に切り
換える制御を行なうことで、第２の循環通路４３を開く
（ステップＳ２１０）。この結果、冷却水ポンプ３５の
吐出力を受けて燃料電池スタックＦＣ内の冷却水がバッ
テリケース４１側に循環される。

【００３９】固体高分子型の燃料電池スタックＦＣは、
通常、８０［℃］以上の温度で運転されることから、上
記燃料電池スタックＦＣ内の冷却水は、約８０［℃］と
なって、バッテリケース４１に循環されることになる。
このため、バッテリケース４１に収容されるバッテリＢ
Ｔは、上記冷却水の熱を受けて徐々に高温となる。そこ
で、ＣＰＵ７２は、温度センサ５８の検出信号から求め
られる温度ＴをバッテリＢＴの温度として読み込み（ス
テップＳ２２０）、その温度Ｔが予め定めた所定温度Ｔ
０（例えば、３５〜４０［℃］）に達したか否かを判別
する（ステップＳ２３０）。ここで、温度Ｔが所定温度
Ｔ０に達していない、即ち、温度Ｔが所定温度Ｔ０より
小さいと判別されると、処理をステップＳ２２０に戻
し、ステップＳ２２０およびＳ２３０の処理を繰り返し
実行する。ステップＳ２３０で、温度Ｔが所定温度Ｔ０
に達した、即ち、温度Ｔが所定温度Ｔ０以上であると判
別されると、ステップＳ２４０に処理を移行する。

【００４０】なお、上記所定温度Ｔ０は、燃料電池スタ
ックＳＴの冷却水で十分に上昇可能な温度に設定されて
いるが、この停止時処理ルーチンに移行する前に燃料電
池スタックＦＣが短時間しか運転されていない場合、冷
却水が十分に加熱されておらず、ステップＳ２２０およ
びＳ２３０をいくら繰り返しても、上記温度Ｔは所定温
度Ｔ０に達しない場合があり得る。このような場合に
は、ステップＳ２２０およびＳ２３０の所定時間以上の
繰り返しを待って、停止時処理ルーチンを中断しエラー
表示を行なう。なお、予め設けた補機バッテリにより通
電されるヒータ等の加熱手段によりバッテリの温度Ｔを
高める構成とすることもできる。

【００４１】ステップＳ２４０では、冷却水ポンプ３５
を停止させる処理を行なう。次いで、第１の三方バルブ
４７の流路をラジエタ３７と冷却水ポンプ３５とを結ぶ
方向に切り換え、第２の三方バルブ４９の流路をラジエ
タ３７と燃料電池スタックＦＣとを結ぶ方向に切り換え
る制御を行なうことで、第１の循環通路３１を開く（ス
テップＳ２５０）。このとき、第２の循環通路４３は閉
状態となる。その後、「リターン」に抜けて、この停止
時処理ルーチンを一旦終了する。

【００４２】即ち、この停止時処理ルーチンによれば、
まず、燃料電池スタックＦＣの運転を停止させて、その
後、第２の循環通路４３を開くことで、燃料電池スタッ
クＦＣの冷却水をバッテリケース４１側に循環させる。
その後、バッテリケース４１内のバッテリの温度Ｔが所
定温度Ｔ０以上の高温になったら、冷却水ポンプ３５を
停止させて、第２の循環通路４３を閉じることで、バッ
テリケース４１内に冷却水を貯留させる。

【００４３】上記ステップＳ１３０で実行される始動時
処理ルーチンについて、図９のフローチャートに沿って
説明する。この処理ルーチンは、ステップＳ１３０に処
理が移行すると実行されるものである。ＣＰＵ７２は、
まず、第１の三方バルブ４７の流路をバッテリケース４
１と冷却水ポンプ３５とを結ぶ方向に切り換え、第２の
三方バルブ４９の流路をバッテリケース４１と燃料電池
スタックＦＣとを結ぶ方向に切り換える制御を行なうこ
とで、第２の循環通路４３を開く（ステップＳ３０
０）。この結果、停止時処理ルーチンでバッテリケース
４１に貯留された冷却水が、冷却水ポンプ３５の吐出力
を受けて燃料電池スタックＦＣ内に戻される。

【００４４】次いで、冷却水ポンプ３５を駆動する処理
を行ない（ステップＳ３１０）、その後、予め定めた所
定時間だけ遅延する処理を行なう（ステップＳ３２
０）。この所定時間は、ステップＳ３００で第２の循環
通路４３を開いてから冷却水が充分に燃料電池スタック
ＦＣ側に戻されるまでに要する時間であり、冷却水ポン
プ３５の吐出能力や第２の循環通路４３の配管の太さ等
から定まる。

【００４５】ステップＳ３２０で遅延処理の実行後、続
いて、燃料ガスの供給を開始することにより、燃料電池
スタックＦＣの運転を開始する。その後、第１の三方バ
ルブ４７の流路をラジエタ３７と冷却水ポンプ３５とを
結ぶ方向に切り換え、第２の三方バルブ４９の流路をラ
ジエタ３７と燃料電池スタックＦＣとを結ぶ方向に切り
換える制御を行なうことで、第１の循環通路３１を開く
（ステップＳ３５０）。この結果、冷却水ポンプ３５の
吐出力を受けて冷却水はラジエタ３７と燃料電池スタッ
クＦＣとの間で循環する。その後、「リターン」に抜け
て、この始動時処理ルーチンを一旦終了する。

【００４６】即ち、この始動時処理ルーチンによれば、
まず、第２の循環通路４３を開いて、冷却水ポンプ３５
を駆動することで、バッテリケース４１に貯留された冷
却水を燃料電池スタックＦＣに送る。その後、冷却水が
燃料電池スタックＦＣに充分に移るのを待って、燃料電
池スタックＦＣの運転を開始して、第１の循環通路を開
くことで、燃料電池スタックＦＣへの冷却水の循環を開
始する。

【００４７】以上のように構成された第１実施例の電源
システム１における車両運転の停止から始動までのイグ
ニッションスイッチ６０の状態、燃料電池スタックＦＣ
の温度およびバッテリＢＴの温度Ｔの変化を、図１０の
タイミングチャートに示した。この図に示すように、イ
グニッションスイッチ６０がオン状態のとき（時刻ｔ＜
ｔ１）には、燃料電池スタックＳＴはほぼ一定の温度で
運転されている。その後、イグニッションスイッチ６０
がオフ状態からオン状態へ切り換えられると（ｔ＝ｔ
１）、この燃料電池スタックＳＴの排熱により加熱され
た冷却水がバッテリケース４１側に循環されて、そのま
ま貯留される。このため、バッテリケース４１には、約
８０［℃］といった高温の冷却水が貯留されることにな
り、しかも、バッテリケース４１は、保温性の材料で覆
われていることから、イグニッションスイッチ６０のオ
フ状態への切り換え後、バッテリＢＴはその冷却水によ
り徐々に上昇する。その後、バッテリＢＴの温度Ｔが所
定温度Ｔ０に達すると（ｔ＝ｔ２）、冷却水のバッテリ
ケース４１への供給が停止されることから、バッテリＢ
Ｔの温度Ｔはそれ以上上昇することはない。その後、バ
ッテリＢＴは、バッテリケース４１により高温に維持さ
れる。

【００４８】その後、イグニッションスイッチ６０がオ
フ状態からオン状態へ切り換えられたとき（ｔ＝ｔ３）
には、バッテリＢＴは高温に維持されていることから、
低温時においても、バッテリＢＴの容量低下はなく、バ
ッテリＢＴの始動性が高い。さらには、従来の技術と比
較して、イグニッションスイッチ６０のオフ後も燃料電
池スタックを運転し続ける必要がないことから、燃料電
池スタックＦＣにおける消費燃料の低減を実現すること
もできる。

【００４９】なお、この実施例では、バッテリケース４
１側への冷却水の循環を、バッテリＢＴの温度が所定温
度以上となってから停止していることから、２次電池の
温度を充分に高温とすることができる。

【００５０】また、この実施例の電源システム１によれ
ば、イグニッションスイッチ６０のオン状態への切り換
え時には、バッテリケース４１に貯留された上記冷却水
が燃料電池スタックＦＣに戻される。上記冷却水は、バ
ッテリケース４１内で高温に保たれていることから、燃
料電池スタックＦＣに戻されることで、燃料電池スタッ
クＦＣは加熱される。従って、図１０のタイミングチャ
ートからも判るように、イグニッションスイッチ６０の
オン状態への切り換え時に（ｔ＝ｔ３）、燃料電池スタ
ックＦＣは高温となることから、燃料電池スタックＦＣ
の始動性を高めることができる。

【００５１】上記第１実施例を変形した実施の形態につ
いて次に説明する。 停止時処理ルーチンのステップＳ２２０，Ｓ２３０で
は、温度センサ５８で検出される温度Ｔを読み込んで、
その温度Ｔが所定値Ｔ０に達したか否かを判定すること
で、バッテリＢＴの温度が充分に高温となったか否かを
判定しているが、これに換えて、燃料電池スタックＦＣ
の周辺に第２の温度センサを設け、この第２の温度セン
サで検出される温度Ｔ２から温度センサ５８で検出され
る温度Ｔを差し引いて、その差△Ｔが所定の値より小さ
くなったとき、バッテリＢＴの温度は充分に高温となっ
たものと判定する構成としてもよい。

【００５２】始動時処理ルーチンのステップＳ３２０
では、所定の時間だけ遅延処理を行なうことで、冷却水
が燃料電池スタックＦＣ側に充分に戻されるように構成
していたが、これに換えて、燃料電池スタックＦＣの周
辺に第２の温度センサを設け、この第２の温度センサで
検出される温度Ｔ２に基づいて、冷却水が燃料電池スタ
ックＦＣ側に充分に戻されたことを判定する構成として
もよい。また、温度センサ５８で検出される温度Ｔから
第２の温度センサで検出される温度Ｔ２を差し引いて、
その差△Ｔ２が所定の値より小さくなったとき、冷却水
が燃料電池スタックＦＣ側に充分に戻されたことを判定
する構成としてもよい。

【００５３】上記第１実施例では、イグニッションス
イッチ６０がオン状態に切り換えられたときに、バッテ
リケース４１に貯えた冷却水を燃料電池スタックＦＣに
戻すことで、燃料電池スタックＦＣを温めるよう構成さ
れている。ところが、自動車が長期間放置されてバッテ
リケース４１が充分に冷えてしまったときには、燃料電
池スタックＦＣを充分に温めることができない。そこ
で、自動車を長期間放置することが予め判っているとき
には、ドライバは、運転開始の予定時刻をタイマにセッ
トするようにする。そして、この電源システムでは、タ
イマにセットされた時間から所定の時間だけ前の時刻
に、予め設けた補機バッテリにより、バッテリケース内
に設けたヒータを通電させる構成とする。かかる構成に
より、上記自動車の長時間放置後にあっても、低温始動
時におけるバッテリの容量低下を防止することができ
る。

【００５４】この発明の第２実施例について次に説明す
る。図１１は、この発明の第２実施例としての電源シス
テム５０１の概略構成を示すブロック図である。この電
源システム５０１は、第１実施例の電源システム１と比
較して次の点が相違する。第２の循環通路４３には、バ
ッテリケース４１と並列に断熱タンク５０３が設けら
れ、その断熱タンク５０３側の流路には第２の冷却水ポ
ンプ５０５が設けられている。バッテリケース４１側と
断熱タンク５０３側に分岐する両分岐点には、第３の三
方バルブ５０７および第４の三方バルブ５０９が設けら
れている。上記第２の冷却水ポンプ５０５，第３の三方
バルブ５０７，第４の三方バルブ５０９は、電子制御ユ
ニット７０の出力インターフェース７９と電気的に接続
されている。なお、上記断熱タンク５０３は、燃料電池
スタックＦＣからの冷却水を断熱状態で貯留するタンク
であり、外壁が、発泡スチロール等の断熱性の材料によ
り覆われている。

【００５５】その他のハードウェアについての構成は、
第１実施例と同一である。なお、図１１中、第１実施例
と同一構成のパーツには同一の符号を記した。

【００５６】一方、電子制御ユニット７０の処理により
実現されるソフトウェアについては、第１実施例と比較
して、図７で示したメインルーチンは同一であるが、図
８で示した停止時処理ルーチンおよび図９で示した始動
時処理ルーチンは相違する。

【００５７】以下、この第２実施例における停止時処理
ルーチンと始動時処理ルーチンについて説明する。図１
２は、停止時処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。この図に示すように、処理が開始されると、まず、
第１実施例のステップＳ２００，Ｓ２１０と同様に、燃
料電池スタックＦＣの運転を停止して、第２の循環通路
４３を開く（ステップＳ６００，Ｓ６１０）。次いで、
第３の三方バルブ５０７および第４の三方バルブ５０９
を断熱タンク５０３方向の流路に切り換える（ステップ
Ｓ６２０）。次いで、予め定めた所定時間だけ遅延する
処理を行なう（ステップＳ６３０）。この所定時間は、
ステップＳ６２０で第２の循環通路４３を開いてから冷
却水が断熱タンク５０３に充分に貯留されるまでに要す
る時間であり、冷却水ポンプ３５の吐出能力や断熱タン
ク５０３の容積等から定まる。

【００５８】ステップＳ６１０ないしＳ６３０の結果、
燃料電池スタックＦＣの冷却水が断熱タンク５０３に送
られ、断熱タンク５０３には充分な量の高温の冷却水が
貯留される。

【００５９】その後、冷却水ポンプ３５（以下、第１の
冷却水ポンプ３５と呼ぶ）を停止して（ステップＳ６４
０）、第３の三方バルブ５０７および第４の三方バルブ
５０９を、断熱タンク５０３とバッテリケース４１とが
流通する方向の流路に切り換える（ステップＳ６５
０）。次いで、第２の冷却水ポンプ５０５を駆動する
（ステップＳ６６０）。ステップＳ６５０およびＳ６６
０の結果、断熱タンク５０３に貯留された冷却水がバッ
テリケース４１に送られるが、続く、ステップＳ６７０
およびＳ６８０で、第１実施例のステップＳ２２０およ
びＳ２３０と同一の処理を実行することにより、その冷
却水によりバッテリケース４１内のバッテリが充分に加
熱されるのを待つ。

【００６０】続いて、第２の冷却水ポンプ５０５を停止
して（ステップＳ６９０）、第３の三方バルブ５０７お
よび第４の三方バルブ５０９を、各方向の流路が全て閉
塞するポジションに切り換える（ステップＳ６９５）。
この結果、バッテリケース４１内には充分な量の冷却水
が貯留される。その後、「リターン」に抜けてこの処理
ルーチンを一旦終了する。

【００６１】図１３は、始動時処理ルーチンを示すフロ
ーチャートである。この図に示すように、処理が開始さ
れると、まず、第３の三方バルブ５０７および第４の三
方バルブ５０９を断熱タンク５０３方向の流路に切り換
える（ステップＳ６２０）。なお、このとき、前述した
停止時処理ルーチンによって既に、第２の循環通路４３
は開状態にあるものとする。その後、ステップＳ７１０
ないしＳ７４０で、第１実施例のステップＳ３１０ない
しＳ３４０と同一の処理を実行して、この処理ルーチン
を一旦終了する。かかる構成の始動時処理ルーチンによ
れば、断熱タンク５０３に貯留された冷却水を燃料電池
スタックＦＣに送り、その後、冷却水が燃料電池スタッ
クＦＣに充分に移るのを待って、燃料電池スタックＦＣ
の運転が開始される。このとき、第１の循環通路を開く
ことで、燃料電池スタックＦＣへの冷却水の供給が開始
される。なお、このフローチャートでは、特に示さなか
ったが、燃料電池スタックＳＴの運転が開始された後に
は、バッテリケース４１内の冷却水を外部に排出する処
理を行なう必要がある。これによって、車両始動後のバ
ッテリＢＴの温度が上昇しすぎるのを防止して、バッテ
リＢＴの劣化を防止することができる。

【００６２】この第２実施例の電源システム５０１によ
れば、イグニッションスイッチ６０のオフ状態への切り
換え時に、燃料電池スタックＦＣの冷却水が断熱タンク
５０３に一旦貯えられて、その後、冷却水は断熱タンク
５０３からバッテリケース４１側に循環されて、そのま
ま貯留される。このため、バッテリケース４１には、高
温の冷却水が貯留されることになることから、第１実施
例と同様に、バッテリＢＴの始動性の向上を図りつつ
も、燃料電池スタックＦＣにおける消費燃料の低減を実
現することができる。

【００６３】また、イグニッションスイッチ６０のオン
状態への切り換え時には、断熱タンク５０３に貯留され
た上記冷却水が燃料電池スタックＦＣに戻される。上記
冷却水は、断熱タンク５０３内で高温に保たれているこ
とから、燃料電池スタックＦＣに戻されることで、燃料
電池スタックＦＣは加熱される。従って、第１実施例と
同様に、燃料電池スタックの始動性を高めることができ
る。なお、この第２実施例では、バッテリケース４１と
は別に設けられた断熱タンク５０３から燃料電池スタッ
クＦＣへの冷却水の供給を行なうことができることか
ら、大量の冷却水の燃料電池スタックＦＣへの供給が可
能となる。

【００６４】この第２実施例は、第１実施例と比較し
て、燃料電池スタックＦＣの冷却水を断熱タンク５０３
に一旦貯えてから、バッテリケース４１や燃料電池スタ
ックＦＣに分配する点が相違する。第１実施例では、イ
グニッションスイッチ６０をオフ状態からオン状態へ切
り換えたとき、バッテリケース４１に貯留した冷却水を
燃料電池スタックＦＣ側に送っていることから、バッテ
リＢＴは多少の温度低下がみられるが（実際はイグニッ
ションスイッチ６０のオン状態への切り換え後、早い時
期にバッテリＢＴの始動がなされることから、問題とな
ることはほとんどない）、この第２実施例の構成によれ
ば、バッテリケース４１内の冷却水は貯留したままで、
断熱タンク５０３内の冷却水が燃料電池スタックＦＣへ
送られることから、バッテリＢＴの温度を充分に高める
ことができ、２次電池の始動性の点でより一層優れてい
る。

【００６５】以上本発明のいくつかの実施例について説
明してきたが、本発明はこうした実施例に何等限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にお
いて、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例
えば、固体高分子型の燃料電池に換えて、りん酸型のも
の、あるいは溶融炭酸塩型のものとした構成としてもよ
い。また、鉛酸蓄電池であるバッテリＢＴに換えて、ニ
ッケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄電池、リチウム
２次電池、水素２次電池、レドックス型電池などの各種
２次電池を用いた構成としてもよい。また、バッテリＢ
Ｔ付近に冷却水を送る構成としてバッテリケース４１に
中空部５１ａを設ける構成に換えて、バッテリＢＴの内
部に金属製の配管を配設して、この配管に冷却水を流す
構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例としての電源システム１
の概略構成を示すブロック図である。

【図２】燃料電池スタックＦＣのセル構造を示す構造図
である。

【図３】燃料電池スタックＦＣのセル構造を示す分解斜
視図である。

【図４】燃料電池スタックＦＣの全体構造を示す構造図
である。

【図５】バッテリケース４１の斜視図である。

【図６】図５におけるＸ−Ｘ線方向の破断図である。

【図７】電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２により実行
される処理ルーチンを示すフローチャートである。

【図８】図７のステップＳ１２０で実行される停止時処
理ルーチンを示すフローチャートである。

【図９】図７のステップＳ１３０で実行される始動時処
理ルーチンを示すフローチャートである。

【図１０】車両運転の停止から始動までのイグニッショ
ンスイッチ６０の状態、燃料電池スタックＦＣの温度お
よびバッテリＢＴの温度Ｔの変化を示すタイミングチャ
ートである。

【図１１】この発明の第２実施例としての電源システム
５０１の概略構成を示すブロック図である。

【図１２】第２実施例の停止時処理ルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図１３】第２実施例の始動時処理ルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１…電源システム １１…電解質膜 １２…アノード １３…カソード １４…セパレータ １４Ｐ…水素ガス流路 １５…セパレータ １５Ｐ…酸素ガス流路 １６，１７…集電板 ２０，２０Ｌ，２０Ｒ…サンドイッチ構造 ２１…セパレータ ２２…冷却プレート ２４，２５…絶縁板 ２６，２７…エンドプレート ２８…ボルト ３１…第１の循環通路 ３３…冷却水流路 ３５…第１の冷却水ポンプ ３５…冷却水ポンプ ３７…ラジエタ ３９…ラジエタファン ４１…バッテリケース ４３…第２の循環通路 ４７…第１の三方バルブ ４９…第２の三方バルブ ５０…バッテリ収納孔 ５０ａ…凸部 ５１…容器本体 ５１ａ…中空部 ５３…外壁部 ５５…流入パイプ ５６…流出パイプ ５８…温度センサ ６０…イグニッションスイッチ ７０…電子制御ユニット ７２…ＣＰＵ ７４…ＲＯＭ ７６…ＲＡＭ ７８…入力インターフェース ７９…出力インターフェース ５０１…電源システム ５０３…断熱タンク ５０５…第２の冷却水ポンプ ５０７…第３の三方バルブ ５０９…第４の三方バルブ ＢＴ…バッテリ ＣＲ…冷却水系統 ＦＣ…燃料電池スタック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次電池と、冷却媒体の供給を受けつつ
   運転される燃料電池とを備える電源装置において、 前記２次電池の周囲に配設され、内部に熱媒体を収容す
   ることで前記２次電池を保温する保温部材と、 当該電源装置による電源供給の終了時を検出する終了時
   検出手段と、 該終了時検出手段により検出される前記電源供給の終了
   時から所定の期間、前記燃料電池に供給された冷却媒体
   を、前記熱媒体として前記保温部材に供給する冷却媒体
   供給手段とを備えることを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電源装置であって、 前記２次電池の温度を検出する温度検出手段を備えると
   ともに、 前記冷却媒体供給手段は、 前記保持部材への前記冷却媒体の供給の開始後、前記温
   度検出手段により検出される温度が充分に上昇したか否
   かを判定する判定手段と、 前記判定手段により前記温度が充分に上昇したと判定さ
   れたとき、前記保持部材への前記冷却媒体の供給を終了
   する供給終了手段とを備える電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の電源装置であっ
   て、 当該電源装置による電源供給の開始時を検出する開始時
   検出手段と、 該開始時検出手段により検出される前記電源供給の開始
   時に、前記保温部材に収容される前記冷却媒体を前記燃
   料電池に戻す冷却媒体復帰手段とを備える電源装置。