WO2011132229A1 - 燃料電池システム及び燃料電池の発電効率の低下を抑制する方法 - Google Patents

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田中敬子
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system that uses waste heat of a fuel cell.
  • a technology that uses waste heat of the fuel cell as a heat source for temperature adjustment in the passenger compartment is known.
  • a heat medium such as cooling water flowing in the fuel cell is supplied to a heater core for air conditioning, and air whose temperature is adjusted by the heater core is supplied into the vehicle interior (see, for example, Patent Document 1).
  • this technique has a problem in that the power generation efficiency of the fuel cell is lowered because the temperature of the heat medium supplied to the fuel cell varies as it passes through the heater core.
  • Such a problem is not limited to a vehicle equipped with a fuel cell, and is a problem common to all fuel cell systems equipped with a fuel cell.
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a technique capable of suppressing a decrease in power generation efficiency of a fuel cell in a fuel cell system that uses waste heat of the fuel cell. For the purpose.
  • the present invention can take the following forms or application examples in order to solve at least a part of the problems described above.
  • a fuel cell system including a fuel cell, a heater core used in a heating device, a first circulation circuit that circulates a heat medium through the fuel cell, and a first that circulates the heat medium through the heater core.
  • 2 circulation circuits a connection flow path for connecting the first circulation circuit and the second circulation circuit, and circulating a heat medium between the first circulation circuit and the second circulation circuit;
  • a first heat medium that is disposed on the second circulation circuit and downstream of the heater core and adjusts the temperature of the heat medium after flowing out of the heater core and before flowing into the fuel cell.
  • a fuel cell system comprising a temperature adjustment unit.
  • the first temperature adjustment unit adjusts the temperature of the heat medium before flowing into the fuel cell, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell.
  • Application Example 2 The fuel cell system according to Application Example 1, further including a first temperature sensor that is disposed upstream of the fuel cell and measures a temperature of a heat medium before flowing into the fuel cell, and the first temperature sensor. And a control unit that controls the first temperature adjustment unit based on the temperature of the heat medium measured by the temperature sensor.
  • the control unit controls the first temperature adjusting unit based on the temperature of the heat medium before flowing into the fuel cell, the temperature of the heat medium flowing into the fuel cell is controlled. It can be adjusted more accurately.
  • Application Example 3 The fuel cell system according to Application Example 1 or 2, further including a heat medium that is disposed on the second circulation circuit and upstream of the heater core and flows out of the fuel cell.
  • a fuel cell system including a second temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the heat medium before flowing into the heater core.
  • the second temperature adjustment unit adjusts the temperature of the heat medium before flowing into the heater core, the temperature of the heat medium flowing into the heater core is desired to be required for the heater core. Temperature.
  • Application Example 4 The fuel cell system according to Application Example 3, further including a second temperature sensor that is arranged on the upstream side of the heater core and measures the temperature of the heat medium before flowing into the heater core, and the control unit includes: A fuel cell system that controls the second temperature adjustment unit based on the temperature of the heat medium measured by the second temperature sensor.
  • the control unit controls the second temperature adjusting unit based on the temperature of the heat medium before flowing into the heater core, the temperature of the heat medium flowing into the heater core is more accurately determined. Can be adjusted.
  • the first temperature adjustment unit is a first electric heater
  • the second temperature adjustment unit is a second electric heater
  • the control unit is The heater capacity of the first electric heater is feedback-controlled based on the target temperature of the heat medium allowed in the fuel cell, and the second based on the target temperature of the heat medium required from the heating device.
  • a fuel cell system that feedback-controls the heater capacity of an electric heater.
  • the temperature of the heat medium can be made to follow the target temperature.
  • a method for suppressing a decrease in power generation efficiency of a fuel cell wherein the first circulation circuit is used to circulate a heat medium passing through the fuel cell, and the second circulation circuit is used for a heating device. Circulating the heat medium passing through the heater core, connecting the first circulation circuit and the second circulation circuit, and between the first circulation circuit and the second circulation circuit And a step of adjusting the temperature of the heat medium after flowing out of the heater core and before flowing into the fuel cell.
  • the present invention can be realized in various modes.
  • the present invention can be realized in the form of a method and apparatus for suppressing a decrease in power generation efficiency of a fuel cell, an integrated circuit for realizing the function of the method or apparatus, a computer program, a recording medium recording the computer program, and the like. it can.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system 10 and its periphery. Explanatory drawing which shows the state which the heat medium which flowed out from the 2nd heat medium flow path 62 by controlling the 1st three-way valve 33 does not flow into the 3rd heat medium flow path 63 but flows into all the 4th heat medium flow paths 64 It is. It is explanatory drawing which shows the state by which the 1st circulation circuit C1 and the 2nd circulation circuit C2 were physically connected by controlling the 2nd three-way valve 58.
  • FIG. It is a flowchart which shows the electric heater control process at the time of a cooperation state.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration around a front portion 1f of a vehicle 1 on which a fuel cell system 10 as an embodiment of the present invention is mounted.
  • a fuel cell system 10 mainly includes a fuel cell stack 20 and an air conditioner 50.
  • the front portion 1f is further provided with a drive motor 5 that generates propulsive force of the vehicle 1 by the electric power generated in the fuel cell stack 20, a gear 7 that transmits torque generated by the drive motor 5 to the axle, and the like.
  • the headlight 2, the air conditioner 50, and the air compressor 3 are also driven by the electric power generated in the fuel cell stack 20.
  • the air conditioner 50 controls the temperature inside the passenger compartment 1r.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the fuel cell system 10 and its surroundings.
  • the fuel cell system 10 is configured around the fuel cell stack 20 and the control unit 100, and includes a first circulation circuit C1 and a second circulation circuit C2 for performing thermal movement of the system.
  • the thick solid-line arrow in a figure has shown the flow of the heat medium.
  • the first circulation circuit C1 is a circuit that mainly carries a heat medium that has absorbed heat generated in the fuel cell stack 20 to the radiator 30 and circulates the heat medium cooled by the radiator 30 to the fuel cell stack 20.
  • This circulation is performed by the pump 32, and the heat medium pushed out by the pump 32 is the first heat medium flow path 61 provided with the pump 32 ⁇ the medium flow path in the fuel cell 20 ⁇ the second heat medium flow. It flows in the order of the passage 62 ⁇ the third heat medium passage 63 ⁇ the radiator 30 ⁇ the first three-way valve 33 and circulates to the pump 32.
  • the radiator 30 is provided with a fourth heat medium flow path 64 that bypasses the fourth heat medium flow path 64.
  • the fourth heat medium flow path 64 is a point from the second heat medium flow path 62 to the third heat medium flow path 63.
  • the first three-way valve 33 joins the first heat medium flow path 61.
  • the two ports on the input side of the first three-way valve 33 are connected to the fourth heat medium flow path 64 and the outlet pipe of the radiator 30, respectively, and the port on the output side of the first three-way valve 33 is connected to the first heat medium flow. It is connected to the path 61.
  • the first three-way valve 33 has two switching positions a and b, and performs an operation of switching ports in accordance with a signal from the control unit 100. In the position a shown in FIG. 2, the first three-way valve 33 connects the outlet pipe of the radiator 30 and the first heat medium flow path 61 and closes the fourth heat medium flow path 64 side. The passing heat medium circulates through the first circulation circuit C1. On the other hand, when the first three-way valve 33 is switched to the operating position b from this state, the connection relation of the flow paths is reversed, and the heat medium passing through the fourth heat medium flow path 64 passes through the first circulation circuit C1. Circulate.
  • the second circulation circuit C2 is a circulation path that conveys the amount of heat necessary for air conditioning to the air conditioner 50 using a heat medium.
  • This circulation is performed by the second pump 54, and the heat medium pushed out by the second pump 54 is the sixth heat medium flow channel 66 provided with the second pump 54 ⁇ the heater core 51 ⁇ the seventh heat medium flow. It flows in the order of the passage 67 ⁇ the eighth heat medium passage 68 ⁇ the second three-way valve 58 and circulates in the second pump 54.
  • a second electric heater 57 is provided in the flow path from the second pump 54 to the heater core 51, and a first electric heater 55 is provided in the flow path from the heater core 51 to the seventh heat medium flow path 67. ing.
  • the heater core 51 is a heating heat exchanger used in the air conditioner 50.
  • the second circulation circuit C2 is connected to the first circulation circuit C1 at two locations, and the heat medium can be shared by both circulation circuits C1 and C2.
  • the fifth heat medium flow path 65 branched from the fuel cell stack 20 to the second heat medium flow path 62 is connected to the second three-way valve 58, whereby the second three-way valve 58 Depending on the open / close state, a part of the heat medium circulating in the first circulation circuit C1 can flow into the second circulation circuit C2.
  • the heat medium circulated through the second circulation circuit C2 branches at a point where the seventh heat medium flow path 67 reaches the eighth heat medium flow path 68 and is connected to the second heat medium flow path 62 of the first circulation circuit C1.
  • the ninth heat medium passage 69 returns to the first circulation circuit C1.
  • the two ports on the input side of the second three-way valve 58 are connected to the fifth heat medium flow path 65 and the eighth heat medium flow path 68, respectively, and the port on the output side of the second three-way valve 58 is the sixth heat medium flow path.
  • the medium channel 66 is connected.
  • the second three-way valve 58 has two switching positions a and b, and performs the operation of switching the port by a signal from the control unit 100 as in the first three-way valve 33. In the position a shown in FIG. 2, the second three-way valve 58 connects the eighth heat medium flow path 68 and the sixth heat medium flow path 66 and closes the fifth heat medium flow path 65 side.
  • the medium circulates through the second circulation circuit C1. That is, in the example of FIG.
  • the heat medium circulates independently in the first circulation circuit C1 and the second circulation circuit C2.
  • a state in which the heat medium circulates independently in the first circulation circuit C1 and the second circulation circuit C2 in this way is referred to as an “independent state”.
  • the connection relation of the flow paths is reversed, and a part of the heat medium circulating in the first circulation circuit C1 becomes the second circulation circuit C2.
  • the air conditioner 50 is passed through and returns to the first circulation circuit C1.
  • this state is referred to as a “cooperation state”.
  • the fuel cell stack 20 is a solid polymer electrolyte fuel cell, and has a configuration in which a plurality of single cells each having a membrane electrode assembly (MEA) are stacked.
  • Hydrogen gas as fuel gas is supplied to the fuel cell stack 20 from a hydrogen gas tank (not shown) via a fuel gas flow path 22.
  • air as an oxidant gas is supplied to the fuel cell stack 20 through the oxidant gas flow path 24 by the air compressor 3 (FIG. 1).
  • the fuel cell stack 20 is supplied with a heat medium as a cooling medium, and each single cell whose temperature is increased due to power generation is cooled by the heat medium.
  • an antifreeze solution in which ethylene glycol or the like is added to water is used as a heat medium, but any cooling water such as pure water can be used instead of the antifreeze solution. Further, a gas such as carbon dioxide may be used as the heat medium instead of the cooling water.
  • a load 40 is electrically connected to the fuel cell stack 20 via an inverter (not shown), and electric power generated by an electrochemical reaction in the fuel cell stack 20 is supplied to the load 40.
  • the load 40 is a set of various loads. As described above, each load includes the headlight 2, the air compressor 3, the drive motor 5, two electric fans 31, 52 described later, and the first electric It means the heater 55, the second electric heater 57, the two pumps 32, 54, and the like. Furthermore, all the electric devices mounted on the vehicle 1 such as a navigation device and an audio device (not shown) may correspond to each load of the load 40.
  • radiator fan 31 In the vicinity of the radiator 30 disposed in the third heat medium flow path 63, an electric fan (hereinafter referred to as "radiator fan") 31 is disposed.
  • the radiator 30 cools the heat medium sent from the fuel cell stack 20 via the second heat medium flow path 62 by the wind from the radiator fan 31, and releases the heat of the heat medium to the outside of the vehicle.
  • the fourth heat medium flow path 64 is a bypass circuit that bypasses the radiator 30 and connects the second heat medium flow path 62 and the first heat medium flow path 61. For this reason, the heat dissipation amount of the heat medium passing through the fourth heat medium flow path 64 is smaller than the heat dissipation amount of the heat medium passing through the third heat medium flow path 63.
  • the first electric heater 55 is disposed on the downstream side of the heater core 51 as described above, and can heat the heat medium flowing through the seventh heat medium flow path 67.
  • the first electric heater 55 is configured such that, in the linked state, the temperature of the heat medium flowing through the first heat medium flow path 61 (that is, the temperature of the heat medium flowing into the fuel cell stack 20) is the fuel cell stack.
  • the temperature is lower than the allowable temperature range of the heat medium 20
  • the heat medium flowing through the seventh heat medium flow path 67 is warmed.
  • the allowable temperature range for example, 70 ° C. to 75 ° C.
  • the second electric heater 57 is arranged on the upstream side of the heater core 51 as described above, and can heat the heat medium flowing through the sixth heat medium flow channel 66. Specifically, the second electric heater 57 warms the heat medium when the temperature of the heat medium flowing into the heater core 51 is lower than the temperature of the heat medium required for the heater core 51. By so doing, the heat medium flowing into the heater core 51 has a desired temperature, so the air conditioner 50 can perform the desired heating. Details of the control of the first electric heater 55 and the second electric heater 57 will be described later.
  • the air conditioner 50 includes the aforementioned heater core 51, an electric fan (hereinafter referred to as “blower fan”) 52, and a casing 53.
  • the heater core 51 is a heat exchanger for heating, and is heated by the heat of the heat medium flowing through the second circulation circuit C2.
  • the blower fan 52 sends air heated by the heater core 51 toward the outside of the casing 53 (inside the passenger compartment 1r shown in FIG. 1) by sending air to the heater core 51.
  • the air conditioner 50 is connected to various air outlets (ventilator, foot, defroster, etc.) via ducts (not shown), and sends warm air from these air outlets.
  • the operation panel 70 includes various switches that can be operated by passengers. As various switches, an air conditioner (air conditioner) switch, a room temperature setting switch, and the like are applicable.
  • an air conditioner (air conditioner) switch As various switches, an air conditioner (air conditioner) switch, a room temperature setting switch, and the like are applicable.
  • the control unit 100 mainly includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a memory 102, and an input / output circuit 103.
  • the input / output circuit 103 is connected to various actuators, various sensors, and the operation panel 70 via signal lines (not shown).
  • the memory 102 stores a computer program (not shown) mainly for controlling the fuel cell system 10.
  • the CPU 101 functions as the heater control unit 110 and the circuit switching control unit 120 by executing this computer program.
  • the heater control unit 110 and the circuit switching control unit 120 drive various actuators based on detection values of various sensors, output signals of the operation panel 70, and the like to control the temperature in the passenger compartment 1r.
  • the memory 102 stores in advance a first heater capacity increase / decrease map MP1 and a second heater capacity increase / decrease map MP2 that are used by the heater control unit 110. These will be described later.
  • Various actuators include two electric fans 31, 52, two electric heaters 55, 57, two pumps 32, 54, two three-way valves 33, 58, and the like.
  • Various sensors include various temperature sensors, voltage sensors (not shown), current sensors (not shown), and the like.
  • the first temperature sensor 34 provided upstream of the heat medium inlet of the fuel cell stack 20
  • the second temperature sensor 56 provided upstream of the heat medium inlet of the heater core 51
  • the in-vehicle temperature sensor (Not shown), an outside temperature sensor (not shown), a solar radiation amount sensor (not shown), etc. are provided as various temperature sensors.
  • the first temperature sensor 34 measures the temperature T1 of the heat medium flowing into the fuel cell stack 20.
  • the second temperature sensor 56 measures the temperature T2 of the heat medium flowing into the heater core 51.
  • the heat medium flowing out from the second heat medium flow path 62 does not flow into the third heat medium flow path 63 but all flows into the fourth heat medium flow path 64.
  • first independent state the state in which the fourth heat medium flow path 64 is closed and the third heat medium flow path 63 is open
  • second independent state there is a state where the third heat medium flow path 63 is closed and the fourth heat medium flow path 64 is open. That is, the independent state includes a first independent state (FIG. 2) in which the radiator 30 is used and a second independent state (FIG. 3) in which the radiator 30 is not used.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which the first circulation circuit C1 and the second circulation circuit C2 are physically connected by controlling the second three-way valve 58.
  • This state is the cooperation state described above, and the heat medium is exchanged between the first circulation circuit C1 and the second circulation circuit C2.
  • the second three-way valve 58 connects the sixth heat medium flow channel 66 and the fifth heat medium flow channel 65, and connects the sixth heat medium flow channel 66 and the eighth heat medium flow channel 68.
  • the heat medium is exchanged between the first circulation circuit C1 and the second circulation circuit C2.
  • heating by the heater core 51 can be performed using the waste heat of the fuel cell stack 20.
  • the first three-way valve 33 is controlled so that the heat medium flowing out from the second heat medium flow path 62 flows into the third heat medium flow path 63 in the first circulation circuit C1. However, all are configured to flow into the fourth heat medium flow path 64. The reason for this is to prevent the heat medium flowing into the heater core 51 from being cooled by the radiator 30.
  • the circuit switching control unit 120 (FIG. 2) adjusts the first three-way valve 33 and the second three-way valve 58 so that the heat medium circuit in the fuel cell system 10 is in the first independent state and the second independent state described above. , And any one of the linked states.
  • the circuit switching control unit 120 can execute various modes of circuit switching control. Specifically, for example, when the temperature of the fuel cell stack 20 is higher than a predetermined value and there is a request from the air conditioner 50, the waste heat of the fuel cell stack 20 can be used for heating the heater core 51. Therefore, the circuit switching control unit 120 switches the fuel cell system 10 to the linked state (FIG. 4).
  • a circuit switching control unit is used to cool the heat medium passing through the fuel cell stack 20 by the radiator 30. 120 switches the fuel cell system 10 to the first independent state (FIG. 2). When the temperature of the fuel cell stack 20 falls below a predetermined value, the circuit switching control unit 120 switches the fuel cell system 10 to the second independent state (FIG. 3).
  • the heater control unit 110 performs feedback control of the heater capacity of the second electric heater 57 so that the temperature T2 of the heat medium measured by the second temperature sensor 56 becomes the required temperature Two requested by the heater core 51. . Details of the processing will be described below.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the electric heater control process in the linked state. This electric heater control process is executed by the heater control unit 110 of the control unit 100, and is repeatedly executed every predetermined time.
  • step S110 the first temperature sensor 34 measures the temperature T1 of the heat medium before flowing into the fuel cell stack 20, and the second temperature sensor 56 measures the temperature T2 of the heat medium before flowing into the heater core 51. To do.
  • step S120 the heater control unit 110 sets an allowable temperature range (TL ° C. to TH ° C.) allowed for the heat medium flowing into the fuel cell stack 20.
  • This allowable temperature range is set in order to suppress deterioration of the fuel cell stack 20 or to realize high-efficiency operation of the fuel cell stack 20.
  • the heater control unit 110 sets a required temperature Two that is a temperature required for the heat medium flowing into the heater core 51 based on the target blowing temperature Tao input from the air conditioner 50.
  • the target blowing temperature Tao is a target value of the temperature of air blown out from the air conditioner 50, and is calculated in a separate routine by a known method.
  • the target blowing temperature Tao is obtained in consideration of the temperature outside the vehicle, the amount of solar radiation, and the like in the difference between the in-vehicle temperature and the temperature set by the user.
  • the heater control unit 110 searches the first heater capacity increase / decrease map MP1 using the calculated Ean and EDOTa as keys, and determines the increase / decrease amount dW1 of the heater capacity of the first electric heater 55.
  • First heater capacity controller map MP1 is a two-input table, increment and decrement dW1 heater capacity corresponding to Ea n and EDOTa is preset.
  • the heater capacity increase / decrease amount dW1 in the first heater capacity increase / decrease map MP1 is set based on experimental data performed in advance, but is set based on simulation results or results of predetermined arithmetic processing. It is also good to do. Specifically, for example, heating capacity increment or decrement dW1 is set to be larger as Ea n is large.
  • heating capacity increment or decrement dW1 also Ea n are the same value, a value corresponding to EDOTa is set.
  • the second heater capacity increase / decrease map MP2 used in step S140 described later has the same tendency as the first heater capacity increase / decrease map MP1.
  • step S140 the heater control unit 110 performs feedback control of the heater capacity of the second electric heater 57 so that the temperature T2 becomes the required temperature Two.
  • the heater control unit 110 calculates Eb n and EDOTb based on the following equations.
  • Eb n Two ⁇ T2
  • EDOTb Eb n ⁇ Eb n ⁇ 1
  • Eb n is the difference between the required temperature Two and the temperature T2 calculated in this routine
  • Eb n-1 is the required temperature Two calculated when the previous routine is executed. It is a difference from the temperature T2.
  • Eb n calculated in the current routine becomes Eb n-1 in the next routine.
  • the heater control unit 110 searches the second heater capacity increase / decrease map MP2 using the calculated Eb n and EDOTb as keys, and determines the increase / decrease amount dW2 of the heater capacity of the second electric heater 57.
  • step S150 the heater control unit 110 controls the heater capacities of the first and second electric heaters 55 and 57 based on the calculated heater capacity increases and decreases dW1 and dW2.
  • step S150 ends, the heater control unit 110 starts the process of step S110 again after a predetermined time has elapsed.
  • the first independent state, the second independent state, and the cooperation state can be switched, so that the waste heat of the fuel cell stack 20 is effectively used. be able to.
  • the heat medium whose temperature has been lowered by passing through the heater core 51 can be warmed by the first electric heater 55, so that the temperature of the heat medium supplied to the fuel cell stack 20 is set to the fuel cell stack 20. It is possible to be within the allowable temperature range. For this reason, it becomes possible to suppress the fall of the power generation efficiency of the fuel cell stack 20.
  • the heat medium supplied to the heater core 51 can be heated by the second electric heater 57, the temperature of the heat medium is set to a temperature required for the heater core 51. can do.
  • the heat medium supplied to the heater core 51 may be warmed using the two electric heaters 55 and 57. By so doing, it is possible to raise the temperature of the heat medium faster than when only the second electric heater 57 is used.
  • the 1st temperature sensor 34 was arrange
  • the first temperature sensor 34 may be disposed upstream of the fuel cell and at a position where the temperature of the heat medium before flowing into the fuel cell system 10 can be measured.
  • the first temperature sensor 34 is located downstream of the connection point with the ninth heat medium flow channel 69 in the fourth heat medium flow channel 64, the ninth heat medium flow channel 69, and the second heat medium flow channel 62. It is possible to arrange them.
  • the 2nd temperature sensor 56 was arrange
  • the second temperature sensor 56 can be disposed on the fifth heat medium flow path 65 or the second heat medium flow path 62 on the upstream side of the connection portion with the fifth heat medium flow path 65 or the like. is there.
  • the heat medium is heated by the first electric heater 55 to adjust the temperature of the heat medium supplied to the fuel cell system 10, but in addition to this, the temperature of the heat medium is decreased.
  • a mechanism for example, a fan or the like
  • a mechanism for reducing the temperature of the heat medium supplied to the heater core 51 may be provided to adjust the temperature of the heat medium supplied to the heater core 51.
  • feedback control of the heater capacities of the two electric heaters 55 and 57 is performed using the two types of heater capacity increase / decrease maps MP1 and MP2. It is good also as performing feedback control of the heater capacity
  • the fuel cell system 10 is used by being mounted on an electric vehicle. Instead, the fuel cell system 10 is applied to various vehicles such as a hybrid vehicle and a train, or a household power supply system provided with an air conditioning mechanism. It can also be applied.
  • a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell stack 20, but various fuel cells such as a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, and a solid oxide fuel cell may be used. it can.

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Abstract

　燃料電池を備えた燃料電池システムは、暖房装置に利用されるヒータコアと、燃料電池を通って熱媒体を循環させる第１の循環回路と、ヒータコアを通って熱媒体を循環させる第２の循環回路と、第１の循環回路と第２の循環回路とを接続し、第１の循環回路と第２の循環回路との間で熱媒体を循環させる接続流路と、第２の循環回路上であってヒータコアの下流側に配置され、ヒータコアから流出した後の熱媒体であって燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を調整する第１の温度調整部とを備える。

Description

燃料電池システム及び燃料電池の発電効率の低下を抑制する方法
　本発明は、燃料電池の廃熱を利用する燃料電池システムに関するものである。
　従来、燃料電池を搭載した車両において、燃料電池の廃熱を車室内の温度調節の熱源に利用する技術が知られている。詳しくは、燃料電池内を流れる冷却水等の熱媒体を空調用のヒータコアに供給し、ヒータコアにより温度調節された空気を車室内に供給する（例えば、特許文献１参照）。
　しかし、この技術では、燃料電池に供給される熱媒体の温度がヒータコアを通過することによって変動するため、燃料電池の発電効率が低下するという問題があった。
　なおこのような問題は、燃料電池を搭載した車両に限らず、燃料電池を備えた燃料電池システム全般に共通する問題であった。
特開２００１－３１５５２４号公報
　本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の廃熱を利用する燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電効率の低下を抑制することのできる技術を提供す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、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
　[適用例１]
　燃料電池を備えた燃料電池システムであって、暖房装置に利用されるヒータコアと、前記燃料電池を通って熱媒体を循環させる第１の循環回路と、前記ヒータコアを通って熱媒体を循環させる第２の循環回路と、前記第１の循環回路と前記第２の循環回路とを接続し、前記第１の循環回路と前記第２の循環回路との間で熱媒体を循環させる接続流路と、前記第２の循環回路上であって前記ヒータコアの下流側に配置され、前記ヒータコアから流出した後の熱媒体であって前記燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を調整する第１の温度調整部とを備える燃料電池システム。
　適用例１の燃料電池システムによれば、第１の温度調整部が、燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を調整するので、燃料電池の発電効率の低下を抑制することができる。
　[適用例２]
　適用例１に記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池の上流側に配置され、前記燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を測定する第１の温度センサと、前記第１の温度センサにより測定された前記熱媒体の温度に基づいて前記第１の温度調整部を制御する制御部とを備える燃料電池システム。
　適用例２の燃料電池システムによれば、制御部が、燃料電池に流入する前の熱媒体の温度に基づいて第１の温度調整部を制御するので、燃料電池に流入する熱媒体の温度をより正確に調整することができる。
　[適用例３]
　適用例１または２に記載の燃料電池システムであって、さらに、前記第２の循環回路上であって前記ヒータコアの上流側に配置され、前記燃料電池から流出した後の熱媒体であって前記ヒータコアに流入する前の熱媒体の温度を調整する第２の温度調整部を備える燃料電池システム。
　適用例３の燃料電池システムによれば、第２の温度調整部が、ヒータコアに流入する前の熱媒体の温度を調整するので、ヒータコアに流入する熱媒体の温度を、ヒータコアに要求される所望の温度とすることができる。
　[適用例４]
　適用例３に記載の燃料電池システムであって、前記ヒータコアの上流側に配置され、前記ヒータコアに流入する前の熱媒体の温度を測定する第２の温度センサをさらに備え、前記制御部は、前記第２の温度センサにより測定された前記熱媒体の温度に基づいて前記第２の温度調整部を制御する燃料電池システム。
　適用例４の燃料電池システムによれば、制御部が、ヒータコアに流入する前の熱媒体の温度に基づいて第２の温度調整部を制御するので、ヒータコアに流入する熱媒体の温度をより正確に調整することができる。
　[適用例５]
　適用例４に記載の燃料電池システムであって、前記第１の温度調整部は第１の電気ヒータであり、前記第２の温度調整部は第２の電気ヒータであり、前記制御部は、前記燃料電池に許容される前記熱媒体の目標温度に基づいて前記第１の電気ヒータのヒータ容量をフィードバック制御するとともに、前記暖房装置から要求される前記熱媒体の目標温度に基づいて前記第２の電気ヒータのヒータ容量をフィードバック制御する燃料電池システム。
　適用例５の燃料電池システムによれば、第１及び第２の電気ヒータのヒータ容量をフィードバック制御するので、熱媒体の温度を目標温度に追随させることができる。
　[適用例６]
　燃料電池の発電効率の低下を抑制する方法であって、第１の循環回路を用いて、前記燃料電池を通る熱媒体を循環させる工程と、第２の循環回路を用いて、暖房装置に利用されるヒータコアを通る熱媒体を循環させる工程と、前記第１の循環回路と前記第２の循環回路とを接続し、前記第１の循環回路と前記第２の循環回路との間で熱媒体を循環させる工程と、前記ヒータコアから流出した後の熱媒体であって前記燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を調整する工程とを備える方法。
　なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池の発電効率の低下を抑制する方法および装置、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
本発明の一実施例としての燃料電池システム１０を搭載する車両１のフロント部１ｆ周辺の概略構成を示す説明図である。 燃料電池システム１０とその周辺の構成を示す説明図である。 第１三方弁３３を制御することによって第２熱媒体流路６２から流出した熱媒体が第３熱媒体流路６３に流入せず全て第４熱媒体流路６４に流入する状態を示す説明図である。 第２三方弁５８を制御することによって第１循環回路Ｃ１と第２循環回路Ｃ２とが物理的に接続された状態を示す説明図である。 連携状態時における電気ヒータ制御処理を示すフローチャートである。
　次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
Ａ．第１実施例：
　図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム１０を搭載する車両１のフロント部１ｆ周辺の概略構成を示す説明図である。図示するように、フロント部１ｆには、主として、燃料電池システム１０、ヘッドライト２、エアコンプレッサ３などが配置される。燃料電池システム１０は、主として、燃料電池スタック２０と、空調装置５０とを備えている。フロント部１ｆには、さらに、燃料電池スタック２０で発生した電力により車両１の推進力を生じさせる駆動モータ５や、駆動モータ５が発生させたトルクを車軸に伝えるギヤ７などが設けられている。ヘッドライト２、空調装置５０、およびエアコンプレッサ３も、燃料電池スタック２０で発生した電力により駆動される。空調装置５０は、車室１ｒの内部の温度を制御するものである。
　図２は、燃料電池システム１０とその周辺の構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２０および制御ユニット１００を中心に構成され、システムの熱的な移動を行なうための第１循環回路Ｃ１、第２循環回路Ｃ２を備える。なお、図中の太い実線の矢印は、熱媒体の流れを示している。
　第１循環回路Ｃ１は、主として、燃料電池スタック２０で生じた熱を吸収した熱媒体をラジエータ３０に運び、ラジエータ３０により冷却された熱媒体を燃料電池スタック２０に循環する回路である。この循環は、ポンプ３２により行なわれており、ポンプ３２により押し出された熱媒体は、ポンプ３２が設けられた第１熱媒体流路６１→燃料電池２０内の媒体流路→第２熱媒体流路６２→第３熱媒体流路６３→ラジエータ３０→第１三方弁３３の順に流れて、ポンプ３２に循環する。ラジエータ３０には、これをバイパスする第４熱媒体流路６４が設けられており、この第４熱媒体流路６４は、第２熱媒体流路６２から第３熱媒体流路６３に至る地点で分岐し、第１三方弁３３で、第１熱媒体流路６１に合流する。これらの流路が第１循環回路Ｃ１を形成している。
　第１三方弁３３の入力側の２つのポートは、第４熱媒体流路６４とラジエータ３０の出口管とにそれぞれ接続され、第１三方弁３３の出力側のポートは、第１熱媒体流路６１に接続されている。第１三方弁３３は、２つの切換位置ａ，ｂを有し、制御ユニット１００からの信号により、ポートを切り換える動作を行なう。図２に示した位置ａでは、第１三方弁３３は、ラジエータ３０の出口管と第１熱媒体流路６１とをつなぎ、第４熱媒体流路６４の側を閉鎖するから、ラジエータ３０を通った熱媒体が、第１循環回路Ｃ１を循環する。他方、この状態から、第１三方弁３３が動作位置ｂに切り換えられると、流路の接続関係は逆になり、第４熱媒体流路６４を通った熱媒体が、第１循環回路Ｃ１を循環する。
　第２循環回路Ｃ２は、空調装置５０に熱媒体により空調用に必要な熱量を運ぶ循環路である。この循環は、第２ポンプ５４により行なわれており、第２ポンプ５４により押し出された熱媒体は、第２ポンプ５４が設けられた第６熱媒体流路６６→ヒータコア５１→第７熱媒体流路６７→第８熱媒体流路６８→第２三方弁５８の順に流れて、第２ポンプ５４に循環する。なお、第２ポンプ５４からヒータコア５１に至る流路には、第２電気ヒータ５７が、ヒータコア５１から第７熱媒体流路６７に至る流路には、第１電気ヒータ５５が、それぞれ設けられている。ヒータコア５１は、空調装置５０に利用される暖房用熱交換器である。
　この第２循環回路Ｃ２は、第１循環回路Ｃ１と２箇所で接続されており、熱媒体を両循環回路Ｃ１，Ｃ２で、共有可能としている。具体的には、燃料電池スタック２０から第２熱媒体流路６２に至る地点で分岐した第５熱媒体流路６５が、第２三方弁５８に接続されることにより、第２三方弁５８の開閉状態により、第１循環回路Ｃ１を循環する熱媒体の一部が、第２循環回路Ｃ２に流入可能となる。第２循環回路Ｃ２を循環した熱媒体は、第７熱媒体流路６７が第８熱媒体流路６８に至る地点で分岐し、第１循環回路Ｃ１の第２熱媒体流路６２に接続された第９熱媒体流路６９により、第１循環回路Ｃ１に戻っていく。
　第２三方弁５８の入力側の２つのポートは、第５熱媒体流路６５と第８熱媒体流路６８とにそれぞれ接続され、第２三方弁５８の出力側のポートは、第６熱媒体流路６６に接続されている。第２三方弁５８は、２つの切換位置ａ，ｂを有し、制御ユニット１００からの信号により、ポートを切り換える動作を行なうことは、第１三方弁３３と同様である。図２に示した位置ａでは、第２三方弁５８は、第８熱媒体流路６８と第６熱媒体流路６６とをつなぎ、第５熱媒体流路６５の側を閉鎖するから、熱媒体は、第２循環回路Ｃ１を循環する。すなわち、図２の例では、第１循環回路Ｃ１および第２循環回路Ｃ２において、それぞれ独立して熱媒体が循環している。以下、このように、第１循環回路Ｃ１と第２循環回路Ｃ２とで互いに独立して熱媒体が循環している状態を「独立状態」と呼ぶ。他方、この状態から、第２三方弁５８が動作位置ｂに切り換えられると、流路の接続関係は逆になり、第１循環回路Ｃ１を循環する熱媒体の一部が、第２循環回路Ｃ２の空調装置５０を通り、第１循環回路Ｃ１に戻っていく。以下では、この状態を「連携状態」と呼ぶ。
　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、エアコンプレッサ３（図１）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、上述したように、冷却媒体としての熱媒体が供給され、発電に伴い昇温した各単セルが熱媒体によって冷却される。本実施例では、熱媒体として水にエチレングリコールなどを添加した不凍液を用いるものとするが、不凍液に換えて、純水等の任意の冷却水を利用することもできる。また、冷却水に換えて二酸化炭素などの気体を熱媒体としてもよい。
　燃料電池スタック２０には、図示しないインバータを介して負荷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。ここで、負荷４０とは、種々の負荷の集合であり、各負荷は、前述したように、ヘッドライト２、エアコンプレッサ３、駆動モータ５、後述する２つの電動ファン３１，５２、第１電気ヒータ５５、第２電気ヒータ５７、および２つのポンプ３２，５４等を意味する。さらに、負荷４０の各負荷として、図示しないナビゲーション装置やオーディオ装置等、車両１に搭載される全ての電気機器が該当しうる。
　第３熱媒体流路６３に配置されたラジエータ３０の近傍には、電動ファン（以下、「ラジエータファン」と呼ぶ）３１が配置されている。ラジエータ３０は、第２熱媒体流路６２を介して燃料電池スタック２０から送られてくる熱媒体を、ラジエータファン３１からの風により冷却し、熱媒体の熱を車外へと放出する。
　第４熱媒体流路６４は、ラジエータ３０をバイパスして、第２熱媒体流路６２と第１熱媒体流路６１とを接続するバイパス回路である。このため、第４熱媒体流路６４を通過する熱媒体の放熱量は、第３熱媒体流路６３を通過する熱媒体の放熱量に比べて少ない。
　第１電気ヒータ５５は、上述したようにヒータコア５１の下流側に配置されており、第７熱媒体流路６７を流通する熱媒体を温めることが可能である。具体的には、第１電気ヒータ５５は、連携状態において、第１熱媒体流路６１を流通する熱媒体の温度（すなわち、燃料電池スタック２０に流入する熱媒体の温度）が、燃料電池スタック２０に許容される熱媒体の温度範囲よりも低い場合に、第７熱媒体流路６７を流通する熱媒体を温める。こうすれば、燃料電池スタック２０に流入する熱媒体の温度が、許容される温度範囲（例えば、７０℃～７５℃）よりも低くなることを抑制することができるため、燃料電池スタック２０の発電効率の低下を抑制することができる。
　第２電気ヒータ５７は、上述したようにヒータコア５１の上流側に配置されており、第６熱媒体流路６６を流通する熱媒体を温めることが可能である。具体的には、第２電気ヒータ５７は、ヒータコア５１に流入する熱媒体の温度が、ヒータコア５１に要求される熱媒体の温度よりも低い場合に、当該熱媒体を温める。こうすれば、ヒータコア５１に流入する熱媒体が所望の温度となるので、空調装置５０は、所望の暖房を実行することができる。第１電気ヒータ５５及び第２電気ヒータ５７の制御の詳細については後述する。
　空調装置５０は、前述したヒータコア５１と、電動ファン（以下、「ブロワーファン」と呼ぶ）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循環回路Ｃ２を流通する熱媒体の熱によって昇温される。ブロワーファン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（図１に示す車室１ｒ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、空調装置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。
　操作パネル７０は、乗員により操作可能な各種のスイッチを含む。各種のスイッチとしては、エアコンディショナ（エアコン）のスイッチや、室内温度設定用のスイッチ等が該当する。
　制御ユニット１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ１０２と、入出力回路１０３とを主に備えている。入出力回路１０３は、各種アクチュエータ、各種センサ、および操作パネル７０と信号線（図示せず）を介して接続されている。
　メモリ１０２には、主として燃料電池システム１０を制御するための図示しないコンピュータプログラムが格納されている。ＣＰＵ１０１は、このコンピュータプログラムを実行することにより、ヒータ制御部１１０や回路切換制御部１２０として機能する。ヒータ制御部１１０及び回路切換制御部１２０は、各種センサの検出値や操作パネル７０の出力信号等に基づいて各種アクチュエータを駆動して、車室１ｒ内の温度を制御する。また、メモリ１０２には、ヒータ制御部１１０に利用される第１ヒータ容量増減マップＭＰ１と第２ヒータ容量増減マップＭＰ２とが予め格納されている。これらについては後述する。
　各種アクチュエータとしては、２つの電動ファン３１，５２、２つの電気ヒータ５５，５７、２つのポンプ３２，５４、２つの三方弁３３，５８等がある。
　各種センサとしては、各種の温度センサや電圧センサ（図示せず）や電流センサ（図示せず）等がある。本実施例では、燃料電池スタック２０の熱媒体流入口の上流側に設けられた第１温度センサ３４、ヒータコア５１の熱媒体流入口の上流側に設けられた第２温度センサ５６、車内温度センサ（図示せず）、車外温度センサ（図示せず）、日射量センサ（図示せず）等が各種温度センサとして設けられている。第１温度センサ３４は、燃料電池スタック２０に流入する熱媒体の温度Ｔ１を測定する。第２温度センサ５６は、ヒータコア５１に流入する熱媒体の温度Ｔ２を測定する。
　図３は、第１三方弁３３を制御することによって、第２熱媒体流路６２から流出した熱媒体が第３熱媒体流路６３に流入せず、全て第４熱媒体流路６４に流入する状態を示す説明図である。独立状態においても、図２に示したように、第４熱媒体流路６４が閉じて第３熱媒体流路６３が開いている状態（以下、「第１の独立状態」という）と、この図３に示すように、第３熱媒体流路６３が閉じて第４熱媒体流路６４が開いている状態（以下、「第２の独立状態」という）とがある。すなわち、独立状態には、ラジエータ３０が利用される第１の独立状態（図２）と、ラジエータ３０が利用されない第２の独立状態（図３）とがある。
　図４は、第２三方弁５８を制御することによって、第１循環回路Ｃ１と第２循環回路Ｃ２とが物理的に接続された状態を示す説明図である。この状態は、上述した連携状態であり、第１循環回路Ｃ１と第２循環回路Ｃ２との間で熱媒体のやりとりが行われる。詳しくは、このときには、第２三方弁５８は、第６熱媒体流路６６と第５熱媒体流路６５とを接続し、第６熱媒体流路６６と第８熱媒体流路６８を接続しない状態となっており、第１循環回路Ｃ１と第２循環回路Ｃ２との間で熱媒体のやりとりが行われる。この連携状態時においては、燃料電池スタック２０の廃熱を利用してヒータコア５１による暖房を行うことができる。
　なお、この連携状態時には、第１三方弁３３を制御することで、第１循環回路Ｃ１においては、第２熱媒体流路６２から流出された熱媒体が第３熱媒体流路６３に流入せず、全て第４熱媒体流路６４に流入する構成としている。この理由は、ヒータコア５１に流入する熱媒体が、ラジエータ３０で冷却されることを抑制するためである。
　回路切換制御部１２０（図２）は、第１三方弁３３および第２三方弁５８を調整して、燃料電池システム１０における熱媒体の回路を上述した第１の独立状態、第２の独立状態、および連携状態のうちのいずれかに切り換えることができる。回路切換制御部１２０は、種々の態様の回路切換制御を実行することができる。具体的には、例えば、燃料電池スタック２０の温度が所定値以上の高温であり、かつ空調装置５０からの要求があるときには、燃料電池スタック２０の廃熱をヒータコア５１の加熱に利用することができるので、回路切換制御部１２０は、燃料電池システム１０を連携状態（図４）に切り換える。また、燃料電池スタック２０の温度が所定値以上の高温であり、かつ空調装置５０からの要求がないときには、燃料電池スタック２０を通過する熱媒体をラジエータ３０によって冷却するために、回路切換制御部１２０は、燃料電池システム１０を第１の独立状態（図２）に切り換える。燃料電池スタック２０の温度が所定値を下回るときには、回路切換制御部１２０は、燃料電池システム１０を第２の独立状態（図３）に切り換える。
Ａ２．連携状態における電気ヒータの制御：
　次に、連携状態時における電気ヒータの制御について説明する。上述した連携状態では、ヒータコア５１を通過した熱媒体は、第７熱媒体流路６７、第９熱媒体流路６９、第４熱媒体流路６４、第１熱媒体流路６１を通って、燃料電池スタック２０に供給される。熱媒体がヒータコア５１を通過する際、ヒータコア５１で熱交換が行なわれ、熱媒体の温度は低下する。このため、ヒータコア５１を通過した熱媒体の温度Ｔ１は、燃料電池スタック２０に許容される温度範囲よりも低くなる場合がある。そこで、ヒータ制御部１１０は、第１温度センサ３４によって測定された熱媒体の温度Ｔ１が、燃料電池スタック２０に許容される温度範囲に収まるように、第１電気ヒータ５５のヒータ容量のフィードバック制御を行なう。
　さらに、ヒータ制御部１１０は、第２温度センサ５６によって測定された熱媒体の温度Ｔ２が、ヒータコア５１が要求する要求温度Ｔｗｏとなるように、第２電気ヒータ５７のヒータ容量のフィードバック制御を行なう。以下、処理の詳細について説明する。
　図５は、連携状態時における電気ヒータ制御処理の一例を示すフローチャートである。この電気ヒータ制御処理は、制御ユニット１００のヒータ制御部１１０により実行されるもので、所定時間毎に繰り返し実行される。
　ステップＳ１１０では、第１温度センサ３４は、燃料電池スタック２０に流入する前における熱媒体の温度Ｔ１を測定し、第２温度センサ５６は、ヒータコア５１に流入する前における熱媒体の温度Ｔ２を測定する。
　ステップＳ１２０では、ヒータ制御部１１０は、燃料電池スタック２０に流入する熱媒体に許容される許容温度範囲（ＴＬ℃～ＴＨ℃）を設定する。この許容温度範囲は、燃料電池スタック２０の劣化を抑制したり、燃料電池スタック２０の高効率運転を実現するために設定される。本実施例では、許容温度範囲は、７０℃から７５℃に設定されている（すなわち、ＴＬ＝７０℃、ＴＨ＝７５℃に設定されている）。
　さらに、ヒータ制御部１１０は、空調装置５０から入力された目標吹き出し温度Ｔａｏに基づいて、ヒータコア５１に流入する熱媒体に要求される温度である要求温度Ｔｗｏを設定する。目標吹き出し温度Ｔａｏとは、空調装置５０から吹き出す空気の温度の目標値であり、周知の方法にて別ルーチンにて演算される。例えば、目標吹き出し温度Ｔａｏは、車内温度とユーザによる設定温度との差に、車外温度、日射量等を考慮して求められる。
　ステップＳ１３０では、ヒータ制御部１１０は、温度Ｔ１が許容温度範囲内（ＴＬ℃～ＴＨ℃）に収まるように、第１電気ヒータ５５のヒータ容量のフィードバック制御を行なう。具体的には、例えば、ヒータ制御部１１０は、以下の式に基づいてＥａn及びＥＤＯＴａを算出する。
　Ｅａn＝（ＴＬ＋ＴＨ）／２－Ｔ１
　ＥＤＯＴａ＝Ｅａn－Ｅａn-1
　ここで、（ＴＬ＋ＴＨ）／２は許容温度範囲の中央値であり、Ｅａnは今回のこのルーチンで算出された中央値と温度Ｔ１との差分であり、Ｅａn-1は１つ前のこのルーチンが実行された際に算出された中央値と温度Ｔ２との差分である。なお、次のこのルーチンでは、今回のこのルーチンで算出されたＥａnが、次のルーチンにおけるＥａn-1となる。
　ヒータ制御部１１０は、算出したＥａｎ及びＥＤＯＴａをキーとして第１ヒータ容量増減マップＭＰ１を検索し、第１電気ヒータ５５のヒータ容量の増減分ｄＷ１を決定する。第１ヒータ容量増減マップＭＰ１は、２入力のテーブルであり、Ｅａn及びＥＤＯＴａに対応したヒータ容量の増減分ｄＷ１が予め設定されている。本実施例では、第１ヒータ容量増減マップＭＰ１におけるヒータ容量の増減分ｄＷ１は、予め実施された実験データに基づいて設定されているが、シミュレーション結果や所定の演算処理の結果に基づいて設定されることとしてもよい。具体的には、例えば、ヒータ容量増減分ｄＷ１は、Ｅａnが大きいほど大きくなるように設定されている。さらに、ヒータ容量増減分ｄＷ１は、Ｅａnが同一の値であっても、ＥＤＯＴａに応じた値が設定されている。なお、後述するステップＳ１４０において用いられる第２ヒータ容量増減マップＭＰ２も、第１ヒータ容量増減マップＭＰ１と同様の傾向を有している。
　ステップＳ１４０（図５）では、ヒータ制御部１１０は、温度Ｔ２が要求温度Ｔｗｏとなるように、第２電気ヒータ５７のヒータ容量のフィードバック制御を行なう。具体的には、例えば、ヒータ制御部１１０は、以下の式に基づいてＥｂn及びＥＤＯＴｂを算出する。
　Ｅｂn＝Ｔｗｏ－Ｔ２
　ＥＤＯＴｂ＝Ｅｂn－Ｅｂn-1
　ここで、Ｅｂnは今回のこのルーチンで算出された要求温度Ｔｗｏと温度Ｔ２との差分であり、Ｅｂn-1は１つ前のこのルーチンが実行された際に算出された要求温度Ｔｗｏと温度Ｔ２との差分である。なお、次のこのルーチンでは、今回のルーチンで算出されたＥｂnが、次のルーチンにおけるＥｂn-1となる。
　ヒータ制御部１１０は、算出したＥｂn及びＥＤＯＴｂをキーとして第２ヒータ容量増減マップＭＰ２を検索し、第２電気ヒータ５７のヒータ容量の増減分ｄＷ２を決定する。
　ステップＳ１５０では、ヒータ制御部１１０は、算出したヒータ容量の増減分ｄＷ１，ｄＷ２に基づいて、第１，第２電気ヒータ５５，５７のヒータ容量を制御する。
　ステップＳ１５０の処理が終了すると、ヒータ制御部１１０は、所定時間経過後に、再びステップＳ１１０の処理を開始する。
　このように、第１実施例の燃料電池システム１０によれば、第１の独立状態、第２の独立状態及び連携状態を切り替えることができるため、燃料電池スタック２０の廃熱を有効に利用することができる。しかも、連携状態では、ヒータコア５１を通過することによって温度が低下した熱媒体を第１電気ヒータ５５によって温めることができるので、燃料電池スタック２０に供給される熱媒体の温度を、燃料電池スタック２０の許容温度範囲内に収めることが可能となる。このため、燃料電池スタック２０の発電効率の低下を抑制することが可能となる。さらに、第１実施例の燃料電池システム１０によれば、ヒータコア５１に供給される熱媒体を、第２電気ヒータ５７によって温めることができるので、熱媒体の温度をヒータコア５１に要求される温度とすることができる。
Ｂ．変形例：
　なお、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。
・第１変形例：
　上記実施例における独立状態において、ヒータコア５１に供給される熱媒体を、２つの電気ヒータ５５，５７を用いて温めることとしてもよい。こうすれば、第２電気ヒータ５７のみを用いる場合に比べて、熱媒体の温度を早く上昇させることが可能となる。
・第２変形例：
　上記実施例では、第１温度センサ３４は、第１熱媒体流路６１に配置されていたが、これに限定されるものではない。すなわち、第１温度センサ３４は、燃料電池の上流側であって、燃料電池システム１０に流入する前の熱媒体の温度を測定可能な位置に配置されていればよい。例えば、第１温度センサ３４は、第４熱媒体流路６４や、第９熱媒体流路６９、第２熱媒体流路６２のうち第９熱媒体流路６９との接続箇所よりも下流側等に配置することが可能である。
・第３変形例：
　上記実施例では、第２温度センサ５６は、第６熱媒体流路６６に配置されていたが、これに限定されるものではない。すなわち、第２温度センサ５６は、ヒータコア５１の上流側であって、ヒータコア５１に流入する前の熱媒体の温度を測定可能な位置に配置されていればよい。例えば、第２温度センサ５６は、第５熱媒体流路６５や、第２熱媒体流路６２のうち第５熱媒体流路６５との接続箇所よりも上流側等に配置することが可能である。
・第４変形例：
　上記実施例では、第１電気ヒータ５５によって熱媒体を加熱して、燃料電池システム１０に供給される熱媒体の温度を調整していたが、これに加えて、熱媒体の温度を下げるための機構（例えば、ファン等）を設けて、燃料電池システム１０に供給される熱媒体の温度を調整することとしてもよい。同様に、第２電気ヒータ５７に加えて、ヒータコア５１に供給される熱媒体の温度を下げるための機構を設けて、ヒータコア５１に供給される熱媒体の温度を調整することとしてもよい。
・第５実施例：
　上記実施例では、２種類のヒータ容量増減マップＭＰ１，ＭＰ２を用いて、２つの電気ヒータ５５，５７のヒータ容量のフィードバック制御を行なっていたが、この代わりに、１種類のヒータ容量増減マップを共通して利用して、２つの電気ヒータ５５，５７のヒータ容量のフィードバック制御を行なうこととしてもよい。また、マップを用いずに、所定の演算処理によって、２つの電気ヒータ５５，５７のヒータ容量の増減分を算出することとしてもよい。
・第６変形例：
　上記実施例では、燃料電池システム１０は、電気自動車に搭載されて用いられていたが、これに換えて、ハイブリッド自動車、電車などの各種車両に適用したり、空調機構を備えた家庭用電源システム等に適用することもできる。
・第７変形例：
　上記実施例では、燃料電池スタック２０として固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。
・第８変形例：
　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。
　なお、前述した各実施例および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載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。
　　　１…車両
　　　１ｆ…フロント部
　　　１ｒ…車室
　　　２…ヘッドライト
　　　３…エアコンプレッサ
　　　５…駆動モータ
　　　７…ギヤ
　　１０…空調システム
　　２０…燃料電池スタック
　　２２…燃料ガス流路
　　２４…酸化剤ガス流路
　　２５…第２三方弁
　　３０…ラジエータ
　　３１…ラジエータファン
　　３２…第１ポンプ
　　３３…第１三方弁
　　３４…第１温度センサ
　　４０…負荷
　　５０…空調装置
　　５１…ヒータコア
　　５２…ブロワーファン
　　５３…ケーシング
　　５４…第２ポンプ
　　５５…第１電気ヒータ
　　５６…第２温度センサ
　　５７…第２電気ヒータ
　　５８…第２三方弁
　　６１…第１熱媒体流路
　　６２…第２熱媒体流路
　　６３…第３熱媒体流路
　　６４…第４熱媒体流路
　　６５…第５熱媒体流路
　　６６…第６熱媒体流路
　　６７…第７熱媒体流路
　　６８…第８熱媒体流路
　　６９…第９熱媒体流路
　　１００…制御ユニット
　　１０１…ＣＰＵ
　　１０２…メモリ
　　１０３…入出力回路
　　１１０…ヒータ制御部
　　１２０…回路切換制御部
　　Ｃ１…第１循環回路
　　Ｃ２…第２循環回路

Claims (6)

  1. 　燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
    　暖房装置に利用されるヒータコアと、
    　前記燃料電池を通って熱媒体を循環させる第１の循環回路と、
    　前記ヒータコアを通って熱媒体を循環させる第２の循環回路と、
    　前記第１の循環回路と前記第２の循環回路とを接続し、前記第１の循環回路と前記第２の循環回路との間で熱媒体を循環させる接続流路と、
    　前記第２の循環回路上であって前記ヒータコアの下流側に配置され、前記ヒータコアから流出した後の熱媒体であって前記燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を調整する第１の温度調整部と
    　を備える燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    　前記燃料電池の上流側に配置され、前記燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を測定する第１の温度センサと、
    　前記第１の温度センサにより測定された前記熱媒体の温度に基づいて前記第１の温度調整部を制御する制御部と
    　を備える燃料電池システム。
  3. 　請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    　前記第２の循環回路上であって前記ヒータコアの上流側に配置され、前記燃料電池から流出した後の熱媒体であって前記ヒータコアに流入する前の熱媒体の温度を調整する第２の温度調整部を備える
    　燃料電池システム。
  4. 　請求項３に記載の燃料電池システムであって、
    　前記ヒータコアの上流側に配置され、前記ヒータコアに流入する前の熱媒体の温度を測定する第２の温度センサをさらに備え、
    　前記制御部は、前記第２の温度センサにより測定された前記熱媒体の温度に基づいて前記第２の温度調整部を制御する
    　燃料電池システム。
  5. 　請求項４に記載の燃料電池システムであって、
    　前記第１の温度調整部は第１の電気ヒータであり、前記第２の温度調整部は第２の電気ヒータであり、
    　前記制御部は、前記燃料電池に許容される前記熱媒体の目標温度に基づいて前記第１の電気ヒータのヒータ容量をフィードバック制御するとともに、前記暖房装置から要求される前記熱媒体の目標温度に基づいて前記第２の電気ヒータのヒータ容量をフィードバック制御する
    　燃料電池システム。
  6. 　燃料電池の発電効率の低下を抑制する方法であって、
    　第１の循環回路を用いて、前記燃料電池を通る熱媒体を循環させる工程と、
    　第２の循環回路を用いて、暖房装置に利用されるヒータコアを通る熱媒体を循環させる工程と、
    　前記第１の循環回路と前記第２の循環回路とを接続し、前記第１の循環回路と前記第２の循環回路との間で熱媒体を循環させる工程と、
    　前記ヒータコアから流出した後の熱媒体であって前記燃料電池に流入する前の熱媒体の温度を調整する工程と
    　を備える方法。
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