JP2015115306A - Fuel cell system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system that promotes warming-up of a fuel cell.SOLUTION: A fuel cell system S1 includes: a fuel cell 10; a radiator 42 for dissipating heat of a refrigerant; a thermostat valve 44 for switching a circulation direction of the refrigerant; an air conditioning refrigerant channel (pipes d1-d4) of which one end is connected to refrigerant discharge channels (pipes c4 and c5) at a downstream side of a connection part with a bypass pipe c6 and the other end is connected to refrigerant supply channels (pipes c1-c3) at an upstream side of the connection part with the bypass pipe c6; and an ECU 80 that starts warming-up in the case where a temperature of the fuel cell 10 is equal to or lower than a predetermined threshold value. During the execution of warming-up, the ECU 80 drives a refrigerant pump 61 of the air conditioning refrigerant channel and supplies generation power of the fuel cell 10 to a heater 62 for refrigerant heating.

Description

本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell.

アノードに燃料ガス（水素）が供給され、カソードに酸化剤ガス（酸素を含む空気）が供給されることで発電する燃料電池は、その種類によって好適に発電を行うことが可能な温度（例えば、約９０℃）が決まっている。
一方、燃料電池の使用環境の温度は、季節や場所によって大きく異なり、例えば、環境温度が氷点下の状態で燃料電池システムを起動することがある。このような場合に燃料電池の暖機を行うことで、燃料電池を早期に昇温させる技術が知られている。 A fuel cell that generates power by supplying a fuel gas (hydrogen) to the anode and an oxidant gas (air containing oxygen) to the cathode is capable of suitably generating power depending on its type (for example, About 90 ° C).
On the other hand, the temperature of the environment in which the fuel cell is used varies greatly depending on the season and location. For example, the fuel cell system may be activated when the environmental temperature is below freezing. A technique is known in which the temperature of the fuel cell is increased quickly by warming up the fuel cell in such a case.

燃料電池の暖機の方法として、例えば、燃料電池に供給される酸素のストイキ比を小さくする方法がある。ストイキ比とは、アノードに供給されている水素と過不足なく反応するのに必要な酸素に対する、実際の酸素の余剰率である。ストイキ比を小さくして酸素不足の状態にすることで、燃料電池の発電に伴う熱損失（自己発熱量）を増大させ、燃料電池の暖機を促進できる。   As a method for warming up the fuel cell, for example, there is a method for reducing the stoichiometric ratio of oxygen supplied to the fuel cell. The stoichiometric ratio is an excess ratio of actual oxygen with respect to oxygen necessary for reacting with hydrogen supplied to the anode without excess or deficiency. By reducing the stoichiometric ratio so as to be in an oxygen-deficient state, it is possible to increase the heat loss (self-heat generation amount) accompanying the power generation of the fuel cell and promote the warm-up of the fuel cell.

例えば、特許文献１には、燃料電池が起動するときの最低電圧に基づいて、暖機発電中に燃料電池から取り出される負荷電流の大きさを変化させる燃料電池システムについて記載されている。この燃料電池システムでは、暖機中に燃料電池から取り出される電流は、コンプレッサ等の補機やバッテリに供給される。   For example, Patent Document 1 describes a fuel cell system that changes the magnitude of a load current taken out from a fuel cell during warm-up power generation based on the minimum voltage when the fuel cell is activated. In this fuel cell system, the current extracted from the fuel cell during warm-up is supplied to an auxiliary device such as a compressor and a battery.

特開２００７−１８８８２６号公報JP 2007-188826 A

特許文献１に記載の発明では、暖機を行う際にバッテリが満充電である場合、燃料電池からコンプレッサ等の補機に電力供給される。しかしながら、例えば、燃料電池からコンプレッサに電力供給する場合、騒音や振動を考慮して電流値を制限する必要がある。したがって、暖機を行う際に継続かつ安定して燃料電池から電流を取り出すことができず、早期に暖機を完了できない可能性がある。   In the invention described in Patent Document 1, when the battery is fully charged when warming up, power is supplied from the fuel cell to an auxiliary machine such as a compressor. However, for example, when power is supplied from the fuel cell to the compressor, it is necessary to limit the current value in consideration of noise and vibration. Therefore, when warming up, current cannot be taken out from the fuel cell continuously and stably, and warming up may not be completed early.

そこで、本発明は、燃料電池の暖機を促進する燃料電池システムを提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell system which accelerates | stimulates warming up of a fuel cell.

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガス流路及び冷媒流路を有し、前記反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒流路に供給される冷媒が通流する冷媒供給流路と、前記冷媒流路から排出される冷媒が通流する冷媒排出流路と、前記冷媒供給流路及び前記冷媒排出流路に接続され、空気との熱交換によって冷媒を放熱させる第１熱交換器と、一端が前記冷媒供給流路に接続され、他端が前記冷媒排出流路に接続される第１バイパス流路と、前記冷媒流路から流出する冷媒を前記第１熱交換器を介して通流させるか、又は前記第１熱交換器を迂回させ前記第１バイパス流路を介して通流させるか、を切り替える第１切替手段と、前記第１バイパス流路との接続箇所よりも下流側の前記冷媒排出流路に一端が接続され、前記第１バイパス流路との接続箇所よりも上流側の前記冷媒供給流路に他端が接続される空調用冷媒流路と、前記空調用冷媒流路に配設され、空調用の空気と冷媒とを熱交換する第２熱交換器と、前記空調用冷媒流路に配設され、前記第２熱交換器を介して冷媒を循環させる冷媒循環手段と、前記第２熱交換器よりも上流側の前記空調用冷媒流路に配設され、冷媒を加熱する電気式の加熱手段と、前記温度検出手段によって検出される前記燃料電池の温度が所定閾値以下である場合、前記燃料電池の暖機を開始する暖機手段と、を備える燃料電池システムであって、前記暖機手段は、前記暖機の実行中、前記冷媒循環手段を駆動すると共に、前記燃料電池の発電電力を前記加熱手段に供給することを特徴とする。   As means for solving the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a reaction gas channel and a refrigerant channel, and a fuel cell that generates electric power when a reaction gas is supplied to the reaction gas channel. , Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell, a refrigerant supply channel through which the refrigerant supplied to the refrigerant channel flows, and a refrigerant discharge channel through which the refrigerant discharged from the refrigerant channel flows A first heat exchanger that is connected to the refrigerant supply channel and the refrigerant discharge channel and radiates the refrigerant by heat exchange with air, one end is connected to the refrigerant supply channel, and the other end is the refrigerant The first bypass channel connected to the discharge channel and the refrigerant flowing out of the refrigerant channel are passed through the first heat exchanger, or the first heat exchanger is bypassed and the first 1st switch to switch between flowing through bypass channel One end is connected to the refrigerant discharge flow path downstream of the connection portion between the means and the first bypass flow passage, and the refrigerant supply flow passage is upstream of the connection portion to the first bypass flow passage. An air conditioning refrigerant flow path to which the other end is connected, a second heat exchanger disposed in the air conditioning refrigerant flow path for exchanging heat between the air conditioning air and the refrigerant, and the air conditioning refrigerant flow path. A refrigerant circulating means that circulates the refrigerant through the second heat exchanger, and an electric type that is disposed in the air conditioning refrigerant flow path upstream of the second heat exchanger and heats the refrigerant. A fuel cell system comprising: heating means; and warming-up means for starting warming-up of the fuel cell when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting means is equal to or lower than a predetermined threshold value. The machine means drives the refrigerant circulation means during execution of the warm-up, and The power generated by the serial fuel cell and supplying to said heating means.

このような構成によれば、温度検出手段によって検出される燃料電池の温度が所定閾値以下である場合、暖機手段は燃料電池の暖機を開始し、暖機の実行中に冷媒循環手段を駆動すると共に、燃料電池の発電電力を加熱手段に供給する。
第１切替手段によって、冷媒流路から流出した冷媒が第１バイパス流路に導かれる状態（第１熱交換器への通流が遮断された状態）で冷媒循環手段が駆動すると、空調用冷媒流路の冷媒は、加熱手段、第２熱交換器、及び第１熱交換器を順次通流して循環する。加熱手段による加熱で昇温した冷媒は第１熱交換器で放熱するため、暖機中に冷媒の温度が高くなりすぎて空調用冷媒流路の配管等が破損したり、加熱手段が停止したりすることを防止できる。 According to such a configuration, when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection unit is equal to or lower than the predetermined threshold, the warm-up unit starts warming-up of the fuel cell, and the refrigerant circulation unit is activated during the warm-up. While driving, the power generated by the fuel cell is supplied to the heating means.
When the refrigerant circulation means is driven in a state where the refrigerant flowing out from the refrigerant flow path is guided to the first bypass flow path (a state where the flow to the first heat exchanger is blocked) by the first switching means, the air conditioning refrigerant The refrigerant in the flow path circulates through the heating means, the second heat exchanger, and the first heat exchanger sequentially. Since the refrigerant whose temperature has been raised by heating by the heating means radiates heat in the first heat exchanger, the temperature of the refrigerant becomes too high during warm-up, and the piping of the refrigerant flow path for air conditioning is damaged, or the heating means stops. Can be prevented.

このように、暖機（発電）を継続させるための電気負荷として加熱手段を用い、第１熱交換器で冷媒を放熱させることで、暖機中、燃料電池の発電電力を加熱手段に供給し続けることができる。また、エアポンプ等の補機と比較して、加熱手段（冷媒加熱用ヒータ）の消費電力は大きい。このように消費電力の大きい加熱手段を暖機時の電気負荷として用いることで、燃料電池の暖機が促進され、暖機を早期に完了できる。
また、加熱手段に電力供給しても、振動・騒音はほとんど生じない。したがって、例えば、電気負荷としてエアポンプを用いる場合と比較して、低振動・低騒音で暖機し続けることができる。 In this way, the heating means is used as an electric load for continuing the warm-up (power generation), and the refrigerant is radiated by the first heat exchanger, so that the generated power of the fuel cell is supplied to the heating means during the warm-up. You can continue. Further, the power consumption of the heating means (refrigerant heating heater) is larger than that of an auxiliary machine such as an air pump. By using the heating means with high power consumption as an electric load during warm-up as described above, warm-up of the fuel cell is promoted and warm-up can be completed early.
Further, even when power is supplied to the heating means, vibration and noise hardly occur. Therefore, for example, compared with the case where an air pump is used as an electric load, warm-up can be continued with low vibration and low noise.

また、一端が前記加熱手段よりも上流側の前記空調用冷媒流路に接続され、他端が前記第２熱交換器よりも下流側の前記空調用冷媒流路に接続される第２バイパス流路と、前記第２熱交換器から流出する冷媒を、前記第２バイパス流路を介して前記第２熱交換器に戻すか、又は、前記空調用冷媒流路の前記他端に向けて通流させるかを切り替える第２切替手段と、ユーザによる暖房要求があるか否かを判定する暖房要求判定手段と、を備え、前記暖機手段は、暖機中に前記暖房要求判定手段によって暖房要求があると判定された場合、前記第２熱交換器から流出する冷媒を、前記第２バイパス流路を介して前記第２熱交換器に戻すように前記第２切替手段を制御することが好ましい。   Also, a second bypass flow in which one end is connected to the air conditioning refrigerant flow path upstream of the heating means and the other end is connected to the air conditioning refrigerant flow path downstream of the second heat exchanger. And the refrigerant flowing out of the second heat exchanger is returned to the second heat exchanger via the second bypass flow path, or is passed toward the other end of the air-conditioning refrigerant flow path. A second switching means for switching whether to flow, and a heating request determination means for determining whether or not there is a heating request by a user, wherein the warming-up means is requested by the heating request determination means during the warm-up. When it is determined that there is, it is preferable to control the second switching means so that the refrigerant flowing out from the second heat exchanger is returned to the second heat exchanger via the second bypass flow path. .

このような構成によれば、暖機中に暖房要求判定手段によって暖房要求があると判定された場合、第２切替手段によって冷媒の通流方向が切り替えられる。つまり、第２熱交換器から流出する冷媒が、第２バイパス流路を介して第２熱交換器に戻る（第１熱交換器を迂回する）ように、冷媒の通流方向が切り替えられる。加熱手段による加熱で昇温した冷媒は、第１熱交換器で放熱せずに第２熱交換器で空調用の空気に放熱する。したがって、第２熱交換器での冷媒の放熱量を大きくして、効率的に暖房運転を行うことができる。   According to such a structure, when it determines with a heating request | requirement determination means having a heating request | requirement during warming up, the flow direction of a refrigerant | coolant is switched by a 2nd switching means. That is, the refrigerant flow direction is switched so that the refrigerant flowing out of the second heat exchanger returns to the second heat exchanger via the second bypass flow path (bypassing the first heat exchanger). The refrigerant whose temperature has been raised by heating by the heating means does not radiate heat in the first heat exchanger but radiates heat to the air for air conditioning in the second heat exchanger. Therefore, it is possible to efficiently perform the heating operation by increasing the heat radiation amount of the refrigerant in the second heat exchanger.

また、前記暖機手段は、前記温度検出手段によって検出される前記燃料電池の温度が低いほど、前記加熱手段に供給する前記燃料電池の発電電力を大きくすることが好ましい。   Further, it is preferable that the warm-up unit increases the generated power of the fuel cell supplied to the heating unit as the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection unit is lower.

このような構成によれば、燃料電池の温度が低いほど加熱手段に供給される発電電力が大きくなるため、燃料電池の発電に伴う自己発熱（つまり、暖機）が促進される。また、燃料電池の温度が高いほど加熱手段に供給される発電電力が小さくなるため、加熱手段での無駄な電力消費を抑制できる。   According to such a configuration, the lower the temperature of the fuel cell, the larger the generated power supplied to the heating means, so that self-heating (that is, warm-up) accompanying the power generation of the fuel cell is promoted. In addition, since the generated power supplied to the heating unit decreases as the temperature of the fuel cell increases, useless power consumption in the heating unit can be suppressed.

また、前記第１熱交換器に送風することで、前記第１熱交換器を通流する冷媒の冷却を促す電気式の冷却手段を備え、前記暖機手段は、前記暖機の実行中、前記燃料電池の発電電力を前記冷却手段に供給して、前記冷却手段を駆動することが好ましい。   In addition, it comprises an electric cooling means for encouraging cooling of the refrigerant flowing through the first heat exchanger by blowing air to the first heat exchanger, and the warm-up means is executing the warm-up, It is preferable to drive the cooling means by supplying power generated by the fuel cell to the cooling means.

このような構成によれば、暖機の実行中に冷却手段が駆動することで、第１熱交換器における冷媒の放熱が促進される。したがって、加熱手段において大きな熱量を冷媒に与え続けることができる。また、燃料電池の発電電力を加熱手段及び冷却手段に供給することで、燃料電池から電流を継続的に取り出すことができ、燃料電池の暖機をさらに促進できる。   According to such a configuration, the cooling means is driven during the warm-up, whereby the heat radiation of the refrigerant in the first heat exchanger is promoted. Therefore, a large amount of heat can be continuously given to the refrigerant in the heating means. Further, by supplying the generated power of the fuel cell to the heating means and the cooling means, it is possible to continuously take out the current from the fuel cell and further promote the warm-up of the fuel cell.

本発明によれば、燃料電池の暖機を促進する燃料電池システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which accelerates | stimulates warming up of a fuel cell can be provided.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池システムの動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of a fuel cell system. 暖機中に各配管を流れる冷媒の向きを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the direction of the refrigerant | coolant which flows through each piping during warming-up. （ａ）は本実施形態と、比較例（送風機を駆動する場合）と、において、暖機中の燃料電池の温度変化及び室温の変化を示す説明図であり、（ｂ）は本実施形態と、比較例（送風機を駆動しない場合）と、において、暖機中の燃料電池の温度変化及びヒータ側の冷媒温度の変化を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the temperature change of the fuel cell in warming-up, and the change of room temperature in this embodiment and a comparative example (when a fan is driven), (b) is this embodiment. In the comparative example (when a fan is not driven), it is explanatory drawing which shows the temperature change of the fuel cell in warming-up, and the change of the refrigerant | coolant temperature on the heater side. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 燃料電池システムの動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of a fuel cell system. 暖機中に暖房要求があった場合に各配管を流れる冷媒の向きを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the direction of the refrigerant | coolant which flows through each piping when there exists a heating request | requirement during warming-up.

≪第１実施形態≫
＜燃料電池システムの構成＞
図１に示す燃料電池システムＳ１は、アノード流路１１に水素を供給し、カソード流路１２に酸素を含む空気を供給することで燃料電池１０を発電させ、その発電電力（又は、図示しないバッテリからの電力）で走行モータ５２等の負荷を駆動するシステムである。以下では、一例として、燃料電池システムＳ１を燃料電池車に適用する場合について説明する。 << First Embodiment >>
<Configuration of fuel cell system>
A fuel cell system S1 shown in FIG. 1 supplies hydrogen to an anode channel 11 and supplies air containing oxygen to a cathode channel 12 to generate power in the fuel cell 10 and generate electric power (or a battery (not shown)). This is a system for driving a load such as the traveling motor 52 with electric power from Below, the case where fuel cell system S1 is applied to a fuel cell vehicle is demonstrated as an example.

燃料電池システムＳ１は、燃料電池１０と、燃料電池１０のアノードに対してアノードガス（水素）を供給するアノード系と、燃料電池１０のカソードに対してカソードガス（酸素を含む空気）を供給するカソード系と、燃料電池１０を経由するように冷媒を循環させるＦＣ（Fuel Cell）側冷媒系と、燃料電池１０の発電電力を消費する電力消費系と、ヒータコア６３を経由するように冷媒を循環させる空調側冷媒系と、これらを制御するＥＣＵ８０と、を備えている。   The fuel cell system S 1 supplies the fuel cell 10, an anode system that supplies anode gas (hydrogen) to the anode of the fuel cell 10, and cathode gas (air containing oxygen) to the cathode of the fuel cell 10. Circulating the refrigerant through the cathode system, the FC (Fuel Cell) side refrigerant system that circulates the refrigerant so as to pass through the fuel cell 10, the power consumption system that consumes the electric power generated by the fuel cell 10, and the heater core 63 An air conditioning refrigerant system to be controlled, and an ECU 80 for controlling them.

＜燃料電池＞
燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、膜／電極接合体(Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ)を一対の導電性のセパレータ（図示せず）で挟持してなる単セル（図示せず）を複数積層して構成されている。
燃料電池１０の各セパレータには、各膜／電極接合体の全面に水素又は酸素を供給するための溝及び貫通孔が形成されており、これらの溝及び貫通孔がアノード流路１１、カソード流路１２として機能する。なお、反応ガス（水素、酸素を含む空気）が供給される「反応ガス流路」は、アノード流路１１と、カソード流路１２と、を含んで構成される。
また、前記したセパレータには、燃料電池１０を冷却するための冷媒（例えば、エチレングリコールを含む水）が通流する冷媒流路１３が形成されている。 <Fuel cell>
The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and a membrane / electrode assembly (MEA) is sandwiched between a pair of conductive separators (not shown). A plurality of unit cells (not shown) are stacked.
Each separator of the fuel cell 10 is formed with grooves and through holes for supplying hydrogen or oxygen to the entire surface of each membrane / electrode assembly. These grooves and through holes serve as the anode channel 11, the cathode flow. It functions as the road 12. The “reaction gas channel” to which the reaction gas (air containing hydrogen and oxygen) is supplied includes an anode channel 11 and a cathode channel 12.
Further, the separator is formed with a refrigerant flow path 13 through which a refrigerant (for example, water containing ethylene glycol) for cooling the fuel cell 10 flows.

燃料電池１０では、アノード流路１１を介して水素が供給されると（式１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介して酸素を含む空気が供給されると（式２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（Open Circuit Voltage：ＯＣＶ）が発生する。   In the fuel cell 10, when hydrogen is supplied through the anode flow path 11, the electrode reaction of (Expression 1) occurs, and when air containing oxygen is supplied through the cathode flow path 12, the electrode of (Expression 2). Reaction occurs, and a potential difference (Open Circuit Voltage: OCV) is generated in each single cell.

２Ｈ₂→４Ｈ⁺＋４ｅ^-・・・（式１）
Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ・・・（式２） 2H ₂ → 4H ⁺ + 4e ⁻ (Formula 1)
O ₂ + 4H ⁺ + 4e ⁻ → 2H ₂ O (Formula 2)

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１と、遮断弁２２と、を備えている。
水素タンク２１は、高純度の水素が圧縮充填されたタンクであり、配管ａ１を介して遮断弁２２に接続されている。
遮断弁２２は、ＥＣＵ８０からの指令に従って開閉することで水素タンク２１の水素を燃料電池１０に対して供給／遮断する弁であり、配管ａ２を介してアノード流路１１に接続されている。 <Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank 21 and a shutoff valve 22.
The hydrogen tank 21 is a tank that is compressed and filled with high-purity hydrogen, and is connected to the shut-off valve 22 via a pipe a1.
The shut-off valve 22 is a valve that supplies / shuts off hydrogen in the hydrogen tank 21 to / from the fuel cell 10 by opening and closing in accordance with a command from the ECU 80, and is connected to the anode flow path 11 via a pipe a2.

その他、遮断弁２２を介して供給される水素を減圧する減圧弁（図示せず）が配管ａ２に設置されている。また、アノード流路１１から排出されたアノードオフガスを希釈する希釈器（図示せず）が配管ａ３に設置されている。   In addition, a pressure reducing valve (not shown) for reducing the hydrogen supplied through the shutoff valve 22 is installed in the pipe a2. Further, a diluter (not shown) for diluting the anode off gas discharged from the anode flow path 11 is installed in the pipe a3.

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１を備えている。
コンプレッサ３１は、ＥＣＵ８０からの指令に従って内部の羽根車（図示せず）を回転させることで車外から空気を吸引・圧縮し、配管ｂ１を介してカソード流路１２に供給するものである。ＥＣＵ８０によって、コンプレッサ３１の回転速度が制御されることで、カソード流路１２に供給される空気の流量が調整される。 <Cathode system>
The cathode system includes a compressor 31.
The compressor 31 sucks and compresses air from the outside by rotating an internal impeller (not shown) in accordance with a command from the ECU 80, and supplies the air to the cathode flow path 12 through the pipe b1. The flow rate of air supplied to the cathode flow path 12 is adjusted by controlling the rotational speed of the compressor 31 by the ECU 80.

その他、配管ｂ１を介して供給される低湿潤の空気と、配管ｂ２を介して排出される高湿潤のカソードオフガスと、の間で水分交換するための加湿器（図示せず）が設置されている。また、カソード流路１２を通流する空気の圧力（背圧）を制御する背圧弁（図示せず）が配管ｂ２に設置されている。   In addition, a humidifier (not shown) is installed for exchanging moisture between the low-humidity air supplied via the pipe b1 and the high-humidity cathode off gas discharged via the pipe b2. Yes. Further, a back pressure valve (not shown) for controlling the pressure (back pressure) of the air flowing through the cathode channel 12 is installed in the pipe b2.

＜ＦＣ側冷媒系＞
ＦＣ側冷媒系は、冷媒ポンプ４１と、ラジエータ４２と、ラジエータファン４３と、サーモスタットバルブ４４と、温度センサ４５と、を備えている。なお、図１に示す配管ｃ１〜ｃ４，ｄ１〜ｄ４の終端の矢印、及び放熱部４２１内の矢印は、燃料電池１０の廃熱を暖房の熱源として用いる場合に冷媒が流れる向きを表している。 <FC side refrigerant system>
The FC-side refrigerant system includes a refrigerant pump 41, a radiator 42, a radiator fan 43, a thermostat valve 44, and a temperature sensor 45. Note that the arrows at the ends of the pipes c1 to c4 and d1 to d4 shown in FIG. 1 and the arrows in the heat radiating unit 421 indicate the direction in which the refrigerant flows when the waste heat of the fuel cell 10 is used as a heat source for heating. .

冷媒ポンプ４１は、ＥＣＵ８０からの指令に従って駆動し、冷媒流路１３に向けて冷媒を圧送するポンプである。冷媒ポンプ４１は、その吸入側が配管ｃ２を介してサーモスタットバルブ４４に接続され、吐出側が配管ｃ３を介して冷媒流路１３の流入口に接続されている。   The refrigerant pump 41 is a pump that is driven in accordance with a command from the ECU 80 and pumps the refrigerant toward the refrigerant flow path 13. The suction side of the refrigerant pump 41 is connected to the thermostat valve 44 via the pipe c2, and the discharge side is connected to the inlet of the refrigerant flow path 13 via the pipe c3.

ラジエータ４２（第１熱交換器）は、配管ｃ５（又は配管ｃ１：図３参照）から流入する高温の冷媒を空気との熱交換によって放熱させ、放熱した冷媒を配管ｃ１（又は配管ｃ５：図３参照）に流出させる熱交換器である。
ラジエータ４２は、空気との熱交換によって冷媒を放熱させる放熱部４２１と、放熱部４２１の下端に接続されるロアタンク４２２と、放熱部４２１の上端に接続されるアッパタンク４２３と、を有している。 The radiator 42 (first heat exchanger) dissipates the high-temperature refrigerant flowing from the pipe c5 (or pipe c1: see FIG. 3) by heat exchange with air, and the heat-radiated refrigerant is pipe c1 (or pipe c5: figure). 3)).
The radiator 42 includes a heat radiating portion 421 that radiates the refrigerant by heat exchange with air, a lower tank 422 connected to the lower end of the heat radiating portion 421, and an upper tank 423 connected to the upper end of the heat radiating portion 421. .

放熱部４２１は、冷媒が通流する複数のチューブ（図示せず）と、各チューブが貫通する孔が形成された複数の放熱フィン（図示せず）と、を有している。前記した複数のチューブは、鉛直方向に延びる筒状部材であり、所定の伝熱性を有している。   The heat dissipating part 421 has a plurality of tubes (not shown) through which the refrigerant flows and a plurality of heat dissipating fins (not shown) formed with holes through which each tube passes. The plurality of tubes described above are cylindrical members extending in the vertical direction and have a predetermined heat transfer property.

ロアタンク４２２は、冷媒を一時的に貯留する細長のタンクであり、配管ｃ５，ｃ４を介して冷媒流路１３の流出口に接続されている。アッパタンク４２３は、冷媒を一時的に貯留する細長のタンクであり、配管ｃ１〜ｃ３を介して冷媒流路１３の流入口に接続されている。   The lower tank 422 is an elongated tank that temporarily stores the refrigerant, and is connected to the outlet of the refrigerant flow path 13 via the pipes c5 and c4. The upper tank 423 is an elongated tank that temporarily stores the refrigerant, and is connected to the inlet of the refrigerant flow path 13 via the pipes c1 to c3.

ラジエータファン４３（冷却手段）は、ラジエータ４２に向けて送風するファンであり、放熱部４２１付近に設置されている。ラジエータファン４３が駆動することで、例えば、車両の導風板（図示せず）を介して空気が取り込まれ、その空気がラジエータ４２に吹き付けられる。これによって、ラジエータ４２を通流する冷媒の冷却が促される。   The radiator fan 43 (cooling means) is a fan that blows air toward the radiator 42, and is installed in the vicinity of the heat radiating unit 421. When the radiator fan 43 is driven, for example, air is taken in via a wind guide plate (not shown) of the vehicle, and the air is blown to the radiator 42. Thereby, cooling of the refrigerant flowing through the radiator 42 is promoted.

サーモスタットバルブ４４（第１切替手段）は、ラジエータ４２への冷媒の通流／迂回を切り替えることで燃料電池１０の温度を調整する温度調整機構である。サーモスタットバルブ４４は、冷媒が所定温度（例えば、９０℃）以上になると膨張するワックス（図示せず）と、このワックスの膨張に伴って移動する弁体（図示せず）と、を有している。なお、前記した所定温度は、燃料電池１０が発電に適した温度で保たれるように設定されている。   The thermostat valve 44 (first switching means) is a temperature adjustment mechanism that adjusts the temperature of the fuel cell 10 by switching the flow / circulation of the refrigerant to the radiator 42. The thermostat valve 44 includes a wax (not shown) that expands when the refrigerant reaches a predetermined temperature (for example, 90 ° C.) or higher, and a valve body (not shown) that moves as the wax expands. Yes. The predetermined temperature is set such that the fuel cell 10 is maintained at a temperature suitable for power generation.

サーモスタットバルブ４４は、一方の入口ポートが配管ｃ１を介してアッパタンク４２３に接続され、他方の入口ポートがバイパス配管ｃ６に接続されている。また、サーモスタットバルブ４４の出口ポートは、配管ｃ２を介して冷媒ポンプ４１の吸入口に接続されている。   The thermostat valve 44 has one inlet port connected to the upper tank 423 via the pipe c1, and the other inlet port connected to the bypass pipe c6. The outlet port of the thermostat valve 44 is connected to the suction port of the refrigerant pump 41 via the pipe c2.

サーモスタットバルブ４４を通流する冷媒の温度が所定温度以上である場合、ワックス（図示せず）が膨張することで弁体が移動する。これによって配管ｃ１，ｃ２が連通し、バイパス配管ｃ６を介した流路が遮断される。
一方、サーモスタットバルブ４４を通流する冷媒の温度が所定温度未満である場合、ワックスは膨張せず、弁体も移動しない。これによってバイパス配管ｃ６と配管ｃ２とが連通し、配管ｃ１を介した流路が遮断される。 When the temperature of the refrigerant flowing through the thermostat valve 44 is equal to or higher than a predetermined temperature, the valve body moves due to expansion of wax (not shown). As a result, the pipes c1 and c2 communicate with each other, and the flow path through the bypass pipe c6 is blocked.
On the other hand, when the temperature of the refrigerant flowing through the thermostat valve 44 is lower than a predetermined temperature, the wax does not expand and the valve body does not move. As a result, the bypass pipe c6 and the pipe c2 communicate with each other, and the flow path through the pipe c1 is blocked.

バイパス配管ｃ６（第１バイパス流路）は、ラジエータ４２を迂回するように冷媒を通流させるための配管であり、一端が冷媒供給流路に接続され、他端が冷媒排出流路に接続されている。ここで、冷媒流路１３に供給される冷媒が通流する「冷媒供給流路」は、配管ｃ１，ｃ２，ｃ３を含んで構成される。また、冷媒流路１３から排出される冷媒が通流する「冷媒排出流路」は、配管ｃ４，ｃ５を含んで構成される。
なお、冷媒の絶縁性を確保するためのイオン交換器（図示せず）をバイパス配管ｃ６に設置することが好ましい。 The bypass pipe c6 (first bypass flow path) is a pipe for allowing the refrigerant to flow around the radiator 42 so that one end is connected to the refrigerant supply flow path and the other end is connected to the refrigerant discharge flow path. ing. Here, the “refrigerant supply channel” through which the refrigerant supplied to the refrigerant channel 13 flows is configured to include pipes c1, c2, and c3. The “refrigerant discharge channel” through which the refrigerant discharged from the refrigerant channel 13 flows includes pipes c4 and c5.
In addition, it is preferable to install an ion exchanger (not shown) for ensuring the insulation of the refrigerant in the bypass pipe c6.

温度センサ４５（温度検出手段）は、配管ｃ４を通流する冷媒の温度を燃料電池１０の温度として検出し、ＥＣＵ８０に出力する機能を有している。なお、燃料電池１０に温度センサ（図示せず）を設置し、この温度センサによって燃料電池１０の温度を直接的に検出してもよい。   The temperature sensor 45 (temperature detection means) has a function of detecting the temperature of the refrigerant flowing through the pipe c4 as the temperature of the fuel cell 10 and outputting it to the ECU 80. Note that a temperature sensor (not shown) may be installed in the fuel cell 10 and the temperature of the fuel cell 10 may be directly detected by this temperature sensor.

＜電力消費系＞
電力消費系は、ＶＣＵ５１と、走行モータ５２と、を備えている。
ＶＣＵ５１（Voltage Control Unit）は、燃料電池１０の発電電力やバッテリ（図示せず）の充放電を制御するものであり、ＤＣ／ＤＣチョッパ（図示せず）、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）等の電子回路が内蔵されている。
走行モータ５２は、例えば、永久磁石同期式の三相交流モータであり、３相交流電力で燃料電池車の駆動輪を回転駆動させる。 <Power consumption system>
The power consumption system includes a VCU 51 and a travel motor 52.
A VCU 51 (Voltage Control Unit) controls power generated by the fuel cell 10 and charging / discharging of a battery (not shown), and includes a DC / DC chopper (not shown) and a DC / DC converter (not shown). Such an electronic circuit is incorporated.
The travel motor 52 is, for example, a permanent magnet synchronous three-phase AC motor, and rotationally drives the drive wheels of the fuel cell vehicle with three-phase AC power.

その他、ＥＣＵ８０からの指令に従って、走行モータ５２等の外部負荷と燃料電池１０とを電気的に接続／遮断するコンタクタ（図示せず）、燃料電池１０の出力電流値及び出力電圧値を検出する出力検出器（図示せず）等が設置されている。   In addition, in accordance with a command from the ECU 80, a contactor (not shown) that electrically connects / disconnects an external load such as the traveling motor 52 and the fuel cell 10, and an output that detects an output current value and an output voltage value of the fuel cell A detector (not shown) and the like are installed.

＜空調側冷媒系＞
空調側冷媒系は、冷媒ポンプ６１と、冷媒加熱用ヒータ６２と、ヒータコア６３と、温度センサ６４と、を備えている。
冷媒ポンプ６１（冷媒循環手段）は、ヒータコア６３に向けて冷媒を圧送するポンプであり、空調用冷媒流路に設置されている。ここで「空調用冷媒流路」は、配管ｄ１〜ｄ４を含んで構成される。
「空調用冷媒流路」の一端は、バイパス配管ｃ６との接続箇所Ｑ１よりも下流側の冷媒排出流路（配管ｃ４、ｃ５）に接続されている。「空調用冷媒流路」の他端は、バイパス配管ｃ６との接続箇所（サーモスタットバルブ４４）よりも上流側の冷媒供給流路（配管ｃ１）に接続されている。また、冷媒ポンプ６１の吸入口は、配管ｄ１，ｃ５を介してロアタンク４２２に接続されている。 <Air conditioning side refrigerant system>
The air conditioning side refrigerant system includes a refrigerant pump 61, a refrigerant heating heater 62, a heater core 63, and a temperature sensor 64.
The refrigerant pump 61 (refrigerant circulation means) is a pump that pumps the refrigerant toward the heater core 63, and is installed in the air conditioning refrigerant flow path. Here, the “air conditioning refrigerant flow path” includes the pipes d1 to d4.
One end of the “air-conditioning refrigerant flow path” is connected to a refrigerant discharge flow path (pipes c4, c5) on the downstream side of the connection point Q1 with the bypass pipe c6. The other end of the “air-conditioning refrigerant flow path” is connected to the refrigerant supply flow path (pipe c1) on the upstream side of the connection location (thermostat valve 44) with the bypass pipe c6. The suction port of the refrigerant pump 61 is connected to the lower tank 422 via the pipes d1 and c5.

冷媒加熱用ヒータ６２（加熱手段）は、配管ｄ２を介して流入する冷媒を加熱する電気ヒータである。冷媒加熱用ヒータ６２の上流側は、配管ｄ２を介して冷媒ポンプ６１の吐出口に接続されている。また、冷媒加熱用ヒータ６２の下流側は、配管ｄ３を介してヒータコア６３の流入口に接続されている。   The refrigerant heating heater 62 (heating means) is an electric heater that heats the refrigerant flowing in through the pipe d2. The upstream side of the refrigerant heating heater 62 is connected to the discharge port of the refrigerant pump 61 via a pipe d2. Further, the downstream side of the refrigerant heating heater 62 is connected to the inlet of the heater core 63 via a pipe d3.

ヒータコア６３（第２熱交換器）は、配管ｄ３を介して流入する高温の冷媒と、エアミックスドア７４によって案内されダクト７１内を通流する空気と、を熱交換する熱交換器である。ヒータコア６３は、ダクト７１内においてエバポレータ７３よりも下流側に設置されている。ヒータコア６３の流出口は、配管ｄ４を介して配管ｃ１に接続されている。
温度センサは６４は、冷媒加熱用ヒータ６２から流出する冷媒の温度を検出し、ＥＣＵ８０に出力する機能を有している。 The heater core 63 (second heat exchanger) is a heat exchanger that exchanges heat between the high-temperature refrigerant that flows in through the pipe d3 and the air that is guided by the air mix door 74 and flows through the duct 71. The heater core 63 is installed downstream of the evaporator 73 in the duct 71. The outlet of the heater core 63 is connected to the pipe c1 through the pipe d4.
The temperature sensor 64 has a function of detecting the temperature of the refrigerant flowing out from the refrigerant heating heater 62 and outputting it to the ECU 80.

（その他機器）
図１に示すダクト７１は、上流端が開口して車内外に連通し、下流端が開口して車室に連通するように設置される筒状部材である。ダクト７１内には、上流側から順に、送風機７２、エバポレータ７３、エアミックスドア７４、及びヒータコア６３が設置されている。 (Other equipment)
The duct 71 shown in FIG. 1 is a cylindrical member that is installed so that the upstream end is open and communicates with the inside and outside of the vehicle, and the downstream end is open and communicates with the passenger compartment. In the duct 71, a blower 72, an evaporator 73, an air mix door 74, and a heater core 63 are installed in this order from the upstream side.

送風機７２は、車内外からの空気を吸入してダクト７１内に送り込むブロワであり、ダクト７１の上流端付近に設置されている。
エバポレータ７３は、送風機７２から送り込まれる空気を冷却するものであり、冷房運転時に蒸発器として機能する。なお、図１では図示を省略したが、圧縮機（図示せず）、コンデンサ（凝縮器：図示せず）、膨張弁（図示せず）、及びエバポレータ７３が配管（図示せず）を介して環状に順次接続されている。前記した圧縮機が駆動し、膨張弁の開度が絞られることでエバポレータ７３に低温低圧の冷媒が流入する。 The blower 72 is a blower that sucks air from inside and outside the vehicle and sends it into the duct 71, and is installed near the upstream end of the duct 71.
The evaporator 73 cools the air sent from the blower 72 and functions as an evaporator during the cooling operation. Although not shown in FIG. 1, a compressor (not shown), a condenser (condenser: not shown), an expansion valve (not shown), and an evaporator 73 are connected via a pipe (not shown). They are sequentially connected in a ring. The above-described compressor is driven and the opening degree of the expansion valve is reduced, whereby low-temperature and low-pressure refrigerant flows into the evaporator 73.

エアミックスドア７４は、例えば回動式のドアであり、ＥＣＵ８０からの指令に従い回動軸Ｋを中心として回動する。これによって、ヒータコア６３に流入する空気とヒータコア６３を迂回する空気との流量比（つまり、車室に送り込まれる空気の温度）が調整される。   The air mix door 74 is, for example, a rotary door, and rotates about the rotation axis K in accordance with a command from the ECU 80. As a result, the flow rate ratio between the air flowing into the heater core 63 and the air bypassing the heater core 63 (that is, the temperature of the air fed into the passenger compartment) is adjusted.

温度センサ７５は、エバポレータ７３の下流側、かつ、ヒータコア６３の上流側に設置されている。温度センサ７５は、エバポレータ７３を通流する冷媒と熱交換した空気の温度を検出し、ＥＣＵ８０に出力する。
空調スイッチ７６は、例えば、車内のセンタクラスタ（図示せず）に設置され、ユーザによる操作に応じて、空調運転（暖房・冷房）のＯＮ／ＯＦＦ信号をＥＣＵ８０に出力する。 The temperature sensor 75 is installed on the downstream side of the evaporator 73 and on the upstream side of the heater core 63. The temperature sensor 75 detects the temperature of the air heat-exchanged with the refrigerant flowing through the evaporator 73 and outputs the detected temperature to the ECU 80.
The air conditioning switch 76 is installed, for example, in a center cluster (not shown) in the vehicle, and outputs an ON / OFF signal for air conditioning operation (heating / cooling) to the ECU 80 in accordance with a user operation.

＜制御系＞
ＥＣＵ８０（Electric Control Unit）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェースなどの電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮する。
ＥＣＵ８０は、ＩＧ（Ignition Switch：図示せず）からのＯＮ／ＯＦＦ信号、アクセル（図示せず）の開度、温度センサ４５，６４，７５からの温度情報、空調スイッチ７６からのＯＮ／ＯＦＦ信号、ユーザによって設定される設定温度等に応じて、各機器の駆動を制御する。 <Control system>
The ECU 80 (Electric Control Unit) includes electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), various interfaces, and various functions according to programs stored therein. Demonstrate.
The ECU 80 receives an ON / OFF signal from an IG (Ignition Switch: not shown), an opening degree of an accelerator (not shown), temperature information from the temperature sensors 45, 64, 75, and an ON / OFF signal from the air conditioning switch 76. The drive of each device is controlled in accordance with the set temperature set by the user.

すなわち、ＥＣＵ８０は、自身に入力される各信号に応じて、遮断弁２２、コンプレッサ３１、冷媒ポンプ４１，６１、ラジエータファン４３、ＶＣＵ５１、冷媒加熱用ヒータ６２、送風機７２、エアミックスドア７４等の動作を制御する。なお、ＥＣＵ８０として、空調制御用のＥＣＵと、燃料電池システム制御用のＥＣＵと、を別体で構成してもよいし、これらを一体で構成してもよい。   That is, the ECU 80 determines the shutoff valve 22, the compressor 31, the refrigerant pumps 41 and 61, the radiator fan 43, the VCU 51, the refrigerant heating heater 62, the blower 72, the air mix door 74, and the like according to each signal input to itself. Control the behavior. As the ECU 80, the ECU for air conditioning control and the ECU for fuel cell system control may be configured separately, or may be configured integrally.

ＥＣＵ８０（暖機手段）は、温度センサ４５によって検出される燃料電池１０の温度が所定閾値以下である場合、燃料電池１０の暖機を開始する機能を有している。ここで「暖機」とは、例えば、冷媒ポンプ４１が圧送する冷媒の流量を通常起動時よりも小さくしたり、冷媒ポンプ４１を間欠的に駆動したりすることで、通常起動時よりも燃料電池１０の放熱量を抑制することを意味している。このような放熱量の抑制によって、燃料電池１０の昇温が促される。ちなみに、燃料電池１０を酸素不足の状態にして、燃料電池１０の発電に伴う熱損失を増大させることで暖機を行ってもよい。
また、前記した所定閾値は、システム起動時に暖機を行うことで燃料電池１０を昇温させるか、又は暖機を行わずに通常起動するかの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。 The ECU 80 (warm-up means) has a function of starting the warm-up of the fuel cell 10 when the temperature of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 45 is not more than a predetermined threshold value. Here, “warm-up” means, for example, that the flow rate of the refrigerant pumped by the refrigerant pump 41 is made smaller than that during normal activation, or the refrigerant pump 41 is driven intermittently, so that the fuel is emitted more than during normal activation. This means that the heat dissipation amount of the battery 10 is suppressed. By suppressing the amount of heat release, the temperature of the fuel cell 10 is increased. Incidentally, the fuel cell 10 may be warmed up by increasing the heat loss accompanying the power generation of the fuel cell 10 by making the fuel cell 10 in an oxygen-deficient state.
The predetermined threshold value is a threshold value that serves as a criterion for determining whether to warm up the fuel cell 10 by warming up when the system is started or to normally start without warming up, and is set in advance. Yes.

また、ＥＣＵ８０（暖機手段）は、暖機の実行中、冷媒ポンプ６１を駆動すると共に、燃料電池１０の発電電力（発電電流）をラジエータファン４３及び冷媒加熱用ヒータ６２に供給する機能を有している。ラジエータファン４３及び冷媒加熱用ヒータ６２を暖機中の電気負荷とすることで、例えば、バッテリ（図示せず）が満充電の状態でも、燃料電池１０の発電（つまり、暖機）を継続できる。
また、ＥＣＵ８０（暖房要求判定手段）は、空調スイッチ７６から入力される信号に基づき、ユーザによる暖房要求があるか否かを判定する機能を有している。 The ECU 80 (warming-up means) has a function of driving the refrigerant pump 61 during the warm-up and supplying the generated power (generated current) of the fuel cell 10 to the radiator fan 43 and the refrigerant heating heater 62. doing. By setting the radiator fan 43 and the refrigerant heater 62 to an electric load during warm-up, for example, even when a battery (not shown) is fully charged, power generation (that is, warm-up) of the fuel cell 10 can be continued. .
The ECU 80 (heating request determination means) has a function of determining whether there is a heating request from the user based on a signal input from the air conditioning switch 76.

＜燃料電池システムの動作＞
次に、低温起動時の暖機（図２、図３参照）について詳細に説明した後、燃料電池１０の廃熱を暖房の熱源として用いる場合（図１参照）について簡単に説明する。 <Operation of fuel cell system>
Next, warming up at low temperature startup (see FIGS. 2 and 3) will be described in detail, and then the case of using the waste heat of the fuel cell 10 as a heat source for heating (see FIG. 1) will be briefly described.

（１．暖機時）
図２に示すように、ＩＧ（図示せず）からＯＮ信号が入力されると（ＳＴＡＲＴ）、ステップＳ１０１においてＥＣＵ８０は、ＦＣ側冷媒系の冷媒ポンプ４１を駆動する。通常、ＩＧ−ＯＮ時において燃料電池１０の温度は、発電に適した所定温度（例えば、９０℃）よりも低いため、サーモスタットバルブ４４は閉じた状態になっている。すなわち、冷媒ポンプ４１の駆動によって冷媒流路１３から流出した低温の冷媒は、配管ｃ４（一部）、バイパス配管ｃ６、及び配管ｃ２，ｃ３を介して冷媒流路１３に戻る（図３参照）。 (1. When warming up)
As shown in FIG. 2, when an ON signal is input from an IG (not shown) (START), the ECU 80 drives the refrigerant pump 41 of the FC-side refrigerant system in step S101. Usually, the temperature of the fuel cell 10 is lower than a predetermined temperature (for example, 90 ° C.) suitable for power generation at the time of IG-ON, and thus the thermostat valve 44 is in a closed state. That is, the low-temperature refrigerant that has flowed out of the refrigerant flow path 13 by driving the refrigerant pump 41 returns to the refrigerant flow path 13 through the pipe c4 (part), the bypass pipe c6, and the pipes c2 and c3 (see FIG. 3). .

ステップＳ１０２においてＥＣＵ８０は、アノード流路１１を水素に置換し、カソード流路１２を空気に置換する。つまり、ＥＣＵ８０は遮断弁２２を開くと共に、配管ａ３に設置されているパージ弁（図示せず）を繰り返し開くことで、アノード流路１１に滞留しているガスを水素に置換する。これと並行してＥＣＵ８０は、コンプレッサ３１を駆動することで、カソード流路１２に滞留しているガスを空気に置換する。   In step S102, the ECU 80 replaces the anode channel 11 with hydrogen and the cathode channel 12 with air. That is, the ECU 80 opens the shutoff valve 22 and repeatedly opens a purge valve (not shown) installed in the pipe a3, thereby replacing the gas staying in the anode flow path 11 with hydrogen. In parallel with this, the ECU 80 drives the compressor 31 to replace the gas staying in the cathode flow path 12 with air.

ステップＳ１０３においてＥＣＵ８０は、燃料電池１０のＯＣＶが所定値以上であるか否かを判定する。前記した所定値は、燃料電池１０から電流を取り出すことが可能か否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
ステップＳ１０３において燃料電池１０のＯＣＶが所定値以上である場合（Ｓ１０３→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０４に進む。一方、燃料電池１０のＯＣＶが所定値未満である場合（Ｓ１０３→Ｎｏ）、ＥＣＵ８０はステップＳ１０３の処理を繰り返す。 In step S103, the ECU 80 determines whether the OCV of the fuel cell 10 is equal to or greater than a predetermined value. The aforementioned predetermined value is a threshold value that is a criterion for determining whether or not current can be taken out from the fuel cell 10 and is set in advance.
If the OCV of the fuel cell 10 is greater than or equal to the predetermined value in step S103 (S103 → Yes), the process of the ECU 80 proceeds to step S104. On the other hand, when the OCV of the fuel cell 10 is less than the predetermined value (S103 → No), the ECU 80 repeats the process of step S103.

ステップＳ１０４においてＥＣＵ８０は、コンタクタ（図示せず）をＯＮにする。これによって、燃料電池１０の発電電力が走行モータ５２等の外部負荷に供給可能な状態になる。
ステップＳ１０５においてＥＣＵ８０は、燃料電池１０の暖機が必要であるか否か、つまり、図３に示す温度センサ４５の検出値が所定閾値以下であるか否かを判定する。前記した所定閾値は、暖機を行う必要があるか否かの判定基準となる閾値（例えば、５℃）であり、予め設定されている。 In step S104, the ECU 80 turns on a contactor (not shown). As a result, the power generated by the fuel cell 10 can be supplied to an external load such as the traveling motor 52.
In step S105, the ECU 80 determines whether or not the fuel cell 10 needs to be warmed up, that is, whether or not the detected value of the temperature sensor 45 shown in FIG. The predetermined threshold value is a threshold value (for example, 5 ° C.) serving as a criterion for determining whether or not it is necessary to warm up, and is set in advance.

燃料電池１０の暖機が必要である場合（Ｓ１０５→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６においてＥＣＵ８０は、燃料電池１０の暖機を実行する。例えば、ＥＣＵ８０は、冷媒ポンプ４１によって圧送される冷媒の流量を通常起動時よりも小さくすることで燃料電池１０の放熱量を抑制する。このような暖機を行うことで、燃料電池１０の昇温が促される。   When the fuel cell 10 needs to be warmed up (S105 → Yes), the process of the ECU 80 proceeds to step S106. In step S106, the ECU 80 warms up the fuel cell 10. For example, the ECU 80 suppresses the heat radiation amount of the fuel cell 10 by making the flow rate of the refrigerant pumped by the refrigerant pump 41 smaller than that during normal startup. By performing such warm-up, the temperature rise of the fuel cell 10 is promoted.

ステップＳ１０７においてＥＣＵ８０は、燃料電池１０の発電電力でラジエータファン４３を駆動する。すなわち、ＥＣＵ８０はＶＣＵ５１を制御し、燃料電池１０の発電電力（発電電流）をラジエータファン４３に供給する。   In step S107, the ECU 80 drives the radiator fan 43 with the power generated by the fuel cell 10. That is, the ECU 80 controls the VCU 51 and supplies the generated power (generated current) of the fuel cell 10 to the radiator fan 43.

ステップＳ１０８においてＥＣＵ８０は、冷媒加熱用ヒータ６２の目標出力を算出する。なお、温度センサ４５によって検出される燃料電池１０の温度が低いほど、冷媒加熱用ヒータ６２に供給する発電電力（発電電流）の値を大きくすることが好ましい。これによって、燃料電池１０の温度が低いほど暖機が促進され、温度上昇しやすくなる。また、燃料電池１０の温度が比較的高ければ、燃料電池１０から取り出す発電電力も比較的小さくて済むため、冷媒加熱用ヒータ６２での無駄な電力消費が抑制される。   In step S108, the ECU 80 calculates a target output of the refrigerant heating heater 62. It is preferable that the value of the generated power (generated current) supplied to the refrigerant heating heater 62 is increased as the temperature of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 45 is lower. As a result, the lower the temperature of the fuel cell 10, the more warming up is promoted and the temperature is likely to rise. Further, if the temperature of the fuel cell 10 is relatively high, the generated power taken out from the fuel cell 10 may be relatively small, so that useless power consumption in the refrigerant heating heater 62 is suppressed.

ステップＳ１０９においてＥＣＵ８０は、燃料電池１０の発電電力で冷媒加熱用ヒータ６２を発熱させる。つまり、ＥＣＵ８０はＶＣＵ５１を制御し、燃料電池１０の発電電力（発電電流）を冷媒加熱用ヒータ６２に供給する。消費電力の比較的大きい冷媒加熱用ヒータ６２を燃料電池１０の電気負荷として用いることで、燃料電池１０から取出可能な電流値（許容値）を大きくすることができ、暖機が促進される。   In step S <b> 109, the ECU 80 causes the refrigerant heating heater 62 to generate heat with the power generated by the fuel cell 10. That is, the ECU 80 controls the VCU 51 and supplies the generated power (generated current) of the fuel cell 10 to the refrigerant heating heater 62. By using the refrigerant heating heater 62 with relatively large power consumption as the electric load of the fuel cell 10, the current value (allowable value) that can be taken out from the fuel cell 10 can be increased, and warm-up is promoted.

また、ステップＳ１０９においてＥＣＵ８０は、空調側の冷媒ポンプ６１を駆動する。なお、空調側の冷媒ポンプ６１の電源は、燃料電池１０であってもよいし、バッテリ（図示せず）であってもよい。
図３に示すように、ラジエータ４２から流出した冷媒は、配管ｃ５，ｄ１，ｄ２を介して冷媒加熱用ヒータ６２に流入する。冷媒加熱用ヒータ６２によって昇温した冷媒は、配管ｄ３、ヒータコア６３、配管ｄ４，ｃ１（一部）を介してラジエータ４２に戻る。 In step S109, the ECU 80 drives the refrigerant pump 61 on the air conditioning side. The power supply of the refrigerant pump 61 on the air conditioning side may be the fuel cell 10 or a battery (not shown).
As shown in FIG. 3, the refrigerant that has flowed out of the radiator 42 flows into the refrigerant heating heater 62 via the pipes c5, d1, and d2. The refrigerant whose temperature has been raised by the refrigerant heating heater 62 returns to the radiator 42 via the pipe d3, the heater core 63, and the pipes d4 and c1 (part).

なお、送風機７２は停止しているためダクト７１内において空気は通流せず、ヒータコア６３における熱交換はほとんどない。したがって、ユーザが空調スイッチ７６を押していない（暖房運転を開始する意図がない）にもかかわらず、ダクト７１を介して車室に温風が吹き出される、ということを回避できる。   In addition, since the air blower 72 is stopped, air does not flow in the duct 71, and there is almost no heat exchange in the heater core 63. Therefore, it can be avoided that warm air is blown out into the passenger compartment through the duct 71 even though the user does not press the air conditioning switch 76 (there is no intention of starting the heating operation).

また、暖機中においてサーモスタットバルブ４４を通流する冷媒の温度は比較的低いため、配管ｃ１と配管ｃ２とは連通していない。したがって、配管ｄ４を通流する冷媒は、燃料電池１０の冷媒流路１３に向かわず、配管ｃ１（一部）を介してラジエータ４２に流入する。
ラジエータ４２を通流する冷媒は、ラジエータファン４３によって送り込まれる空気に放熱して冷却される。ちなみに、暖機中にラジエータ４２を流れる冷媒の流れ方向（鉛直方向下向き：図３参照）と、後記する暖房運転時の冷媒の流れ方向（鉛直方向上向き：図１参照）と、は互いに逆向きになっている。 Further, since the temperature of the refrigerant flowing through the thermostat valve 44 is relatively low during warm-up, the pipe c1 and the pipe c2 are not in communication. Therefore, the refrigerant flowing through the pipe d4 does not go to the refrigerant flow path 13 of the fuel cell 10 but flows into the radiator 42 via the pipe c1 (part).
The refrigerant flowing through the radiator 42 is cooled by releasing heat to the air sent by the radiator fan 43. Incidentally, the flow direction of the refrigerant flowing through the radiator 42 during the warm-up (vertical downward direction: see FIG. 3) and the refrigerant flow direction during the heating operation (vertical upward direction: see FIG. 1) described later are opposite to each other. It has become.

図２のステップＳ１１０においてＥＣＵ８０は、暖機が完了したか否かを判定する。つまり、ＥＣＵ８０は、温度センサ４５によって検出される燃料電池１０の温度が、所定閾値（例えば、５０℃）以上になったか否かを判定する。前記した所定閾値は、燃料電池１０の自己発熱によって定常運転温度（例えば、９０℃）に到達できるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。   In step S110 of FIG. 2, the ECU 80 determines whether or not the warm-up has been completed. That is, the ECU 80 determines whether or not the temperature of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 45 is equal to or higher than a predetermined threshold (for example, 50 ° C.). The predetermined threshold value is a threshold value that serves as a criterion for determining whether or not the fuel cell 10 can reach a steady operation temperature (for example, 90 ° C.) by self-heating of the fuel cell 10.

暖機が完了した場合（Ｓ１１０→Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１においてＥＣＵ８０は、冷媒加熱用ヒータ６２及び空調側の冷媒ポンプ６１を停止し、処理を終了する（ＥＮＤ）。その後、ＥＣＵ８０は、アクセル（図示せず）の開度等に応じて燃料電池１０の発電電力を制御する。   When the warm-up is completed (S110 → Yes), in step S111, the ECU 80 stops the refrigerant heating heater 62 and the air conditioning side refrigerant pump 61, and ends the process (END). Thereafter, the ECU 80 controls the generated power of the fuel cell 10 in accordance with the opening degree of an accelerator (not shown).

なお、図２では省略したが、暖機中に空調スイッチ７６から暖房要求があった場合、ＥＣＵ８０はラジエータファン４３を停止し、送風機７２を駆動させる。これによって、ラジエータ４２での放熱を抑制すると共に、ヒータコア６３で冷媒から吸熱した空気がダクト７１を介して車室に供給される。   Although omitted in FIG. 2, when there is a heating request from the air conditioning switch 76 during warm-up, the ECU 80 stops the radiator fan 43 and drives the blower 72. As a result, heat dissipation from the radiator 42 is suppressed, and air absorbed from the refrigerant by the heater core 63 is supplied to the vehicle compartment via the duct 71.

図２のステップＳ１０５において燃料電池１０の暖機が必要でない場合（Ｓ１０５→Ｎｏ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２においてＥＣＵ８０は、通常モードで燃料電池１０の発電を開始させる（通常起動）。つまり、ＥＣＵ８０は、アノード流路１１に所定流量の水素を供給し、カソード流路１２に所定流量の空気（酸素）を供給することで、燃料電池１０を発電させる。   If it is not necessary to warm up the fuel cell 10 in step S105 of FIG. 2 (S105 → No), the process of the ECU 80 proceeds to step S112. In step S112, the ECU 80 starts power generation of the fuel cell 10 in the normal mode (normal activation). In other words, the ECU 80 supplies the anode flow channel 11 with a predetermined flow rate of hydrogen and supplies the cathode flow channel 12 with a predetermined flow rate of air (oxygen), thereby generating power in the fuel cell 10.

また、ＥＣＵ８０は、暖房要求がない限り冷媒ポンプ６１及び冷媒加熱用ヒータ６２を停止状態にする。この場合においてラジエータ４２は、燃料電池１０の冷媒流路１３で昇温した冷媒を放熱させるための放熱器として機能する。   Further, the ECU 80 stops the refrigerant pump 61 and the refrigerant heating heater 62 unless there is a heating request. In this case, the radiator 42 functions as a radiator for radiating the refrigerant whose temperature has been raised in the refrigerant flow path 13 of the fuel cell 10.

（２．暖房運転時の廃熱回収）
次に、図１を参照しつつ、通常運転時に暖房要求があった場合の燃料電池システムＳ１の動作について簡単に説明する。なお、ＦＣ側の冷媒ポンプ４１は駆動しており、燃料電池１０は自己発熱で充分に昇温しているものとする。また、サーモスタットバルブ４４によって、配管ｃ１，ｃ２は連通した状態（配管ｃ１，ｃ６が遮断した状態）であるものとする。
空調スイッチ７６から暖房要求があった場合、ＥＣＵ８０は、空調側の冷媒ポンプ６１、冷媒加熱用ヒータ６２、及び送風機７２を駆動する。冷媒流路１３から配管ｃ４に流出した高温の冷媒は、配管ｃ５，ｄ１に分流する。 (2. Waste heat recovery during heating operation)
Next, the operation of the fuel cell system S1 when there is a heating request during normal operation will be briefly described with reference to FIG. It is assumed that the refrigerant pump 41 on the FC side is driven and the fuel cell 10 is sufficiently heated by self-heating. Further, it is assumed that the pipes c1 and c2 are in communication with each other by the thermostat valve 44 (the pipes c1 and c6 are blocked).
When there is a heating request from the air conditioning switch 76, the ECU 80 drives the air conditioning side refrigerant pump 61, the refrigerant heating heater 62, and the blower 72. The high-temperature refrigerant that has flowed out of the refrigerant flow path 13 into the pipe c4 is divided into the pipes c5 and d1.

配管ｄ１を通流する高温の冷媒は、配管ｄ２，ｄ３を介してヒータコア６３に流入する。ヒータコア６３を通流する高温の冷媒は、送風機７２によって送風される空気に対して放熱する。つまり、ダクト７１を通流する空気に対して、燃料電池１０の廃熱が冷媒を介して供給される。ヒータコア６３で昇温した空気は、ダクト７１を介して車室に送り込まれる。   The high-temperature refrigerant flowing through the pipe d1 flows into the heater core 63 through the pipes d2 and d3. The high-temperature refrigerant flowing through the heater core 63 radiates heat to the air blown by the blower 72. That is, the waste heat of the fuel cell 10 is supplied to the air flowing through the duct 71 through the refrigerant. The air heated by the heater core 63 is sent into the passenger compartment through the duct 71.

ヒータコア６３から流出した低温の冷媒は、冷媒ポンプ４１によって吸引され、配管ｄ４，ｃ１（一部），ｃ２，ｃ３を介して冷媒流路１３に向かう。また、配管ｃ５を通流する高温の冷媒は、ラジエータ４２を介して配管ｃ１に流入し、配管ｄ４から流入する冷媒と合流する。
ＥＣＵ８０は、ダクト７１に設置された温度センサ７５の検出値に応じて、冷媒加熱用ヒータ６２、ラジエータファン４３の駆動／停止を適宜制御する。 The low-temperature refrigerant that has flowed out of the heater core 63 is sucked by the refrigerant pump 41 and travels to the refrigerant flow path 13 through the pipes d4, c1 (part), c2, and c3. Further, the high-temperature refrigerant flowing through the pipe c5 flows into the pipe c1 through the radiator 42, and merges with the refrigerant flowing in from the pipe d4.
The ECU 80 appropriately controls the driving / stopping of the refrigerant heating heater 62 and the radiator fan 43 according to the detection value of the temperature sensor 75 installed in the duct 71.

＜効果＞
本実施形態では、暖機中（Ｓ１０５→Ｙｅｓ）、燃料電池１０からラジエータファン４３及び冷媒加熱用ヒータ６２に電力供給し（Ｓ１０７，Ｓ１０９）、昇温した冷媒をラジエータ４２で放熱させるようにした。このように、暖機中の燃料電池１０の電気負荷として冷媒加熱用ヒータ６２等を用いることで、バッテリ（図示せず）が満充電の場合でも、燃料電池１０から継続的に電流を取りだすことができる。 <Effect>
In the present embodiment, during the warm-up (S105 → Yes), power is supplied from the fuel cell 10 to the radiator fan 43 and the refrigerant heating heater 62 (S107, S109), and the radiator 42 is radiated with heat. . Thus, by using the refrigerant heater 62 or the like as the electric load of the warm-up fuel cell 10, current can be continuously taken out from the fuel cell 10 even when the battery (not shown) is fully charged. Can do.

また、コンプレッサ３１等の補機と比較して、冷媒加熱用ヒータ６２の消費電力は大きい。このように消費電力の大きい冷媒加熱用ヒータ６２を暖機時の電気負荷として用いることで燃料電池１０の暖機が促進され、暖機を早期に完了できる。また、冷媒加熱用ヒータ６２に電力供給しても、振動・騒音（ノイズ・バイブレーション）はほとんど生じない。したがって、例えば、電気負荷としてコンプレッサ３１を用いる場合と比較して、低振動・低騒音で暖機し続けることができる。   Further, the power consumption of the refrigerant heating heater 62 is larger than that of an auxiliary machine such as the compressor 31. By using the refrigerant heating heater 62 with high power consumption as an electric load during warm-up as described above, warm-up of the fuel cell 10 is promoted and warm-up can be completed early. Further, even when electric power is supplied to the refrigerant heating heater 62, vibration and noise (noise and vibration) hardly occur. Therefore, for example, compared with the case where the compressor 31 is used as an electric load, it is possible to continue warming up with low vibration and low noise.

次に、空調用冷媒流路の上流端・下流端が、バイパス配管ｃ６（図１参照）との接続箇所Ｑ１よりも上流側の配管ｃ４に接続された場合（比較例）と、本実施形態とを比較する。
図４（ａ）の「室温（比較例）」示すように、比較例において暖機中に送風機７２を駆動してヒータコア６３で冷媒を放熱させた場合、車室に温風が送り込まれる。この場合、空調スイッチ７６をオンにしていない（暖房要求の意図がない）にもかかわらず車室に温風が送り込まれるため、ユーザが違和感や不快感を覚える可能性がある。 Next, when the upstream end / downstream end of the air conditioning refrigerant flow path is connected to the pipe c4 upstream of the connection point Q1 with the bypass pipe c6 (see FIG. 1) (comparative example), this embodiment And compare.
As shown in “room temperature (comparative example)” in FIG. 4A, in the comparative example, when the blower 72 is driven during warm-up and the refrigerant is radiated by the heater core 63, warm air is sent into the passenger compartment. In this case, since the warm air is sent to the passenger compartment even though the air conditioning switch 76 is not turned on (there is no intention of heating request), the user may feel uncomfortable or uncomfortable.

これに対して本実施形態では、暖機中に送風機７２を停止し、冷媒加熱用ヒータ６２で昇温した冷媒をラジエータ４２で放熱させる。したがって、図４（ａ）の「室温（本実施形態）」示すように、暖房運転の実行中でないにも関わらず車室に温風が吹き込まれる、という事態を回避できる。また、燃料電池１０の電気負荷として冷媒加熱用ヒータ６２を用いるため、短時間で燃料電池１０の温度を速やかに上昇させることができる（図４（ａ）参照）。   On the other hand, in this embodiment, the air blower 72 is stopped during warm-up, and the refrigerant 42 that has been heated by the refrigerant heating heater 62 is radiated by the radiator 42. Therefore, as shown in “room temperature (this embodiment)” in FIG. 4A, it is possible to avoid a situation in which warm air is blown into the passenger compartment even when the heating operation is not being executed. Further, since the refrigerant heating heater 62 is used as the electric load of the fuel cell 10, the temperature of the fuel cell 10 can be quickly raised in a short time (see FIG. 4A).

また、比較例において暖機中に送風機７２を停止したままにすると、ヒータコア６３での熱交換が進まないため、冷媒加熱用ヒータ６２が運転／停止を繰り返す。通常、冷媒加熱用ヒータ６２には、冷媒の温度が高くなり過ぎたら運転を停止する保護機能が備わっているからである。そうすると、ヒータ側の冷媒温度が急上昇・急降下を繰り返し、図４（ｂ）に示すように、燃料電池１０の温度が上昇しにくくなる。   Further, in the comparative example, if the blower 72 is stopped during warm-up, heat exchange in the heater core 63 does not proceed, so the refrigerant heating heater 62 repeats operation / stop. This is because the refrigerant heater 62 usually has a protective function for stopping operation when the temperature of the refrigerant becomes too high. Then, the refrigerant temperature on the heater side repeatedly rises and falls rapidly, and as shown in FIG. 4B, the temperature of the fuel cell 10 is unlikely to rise.

これに対して本実施形態では、冷媒加熱用ヒータ６２で昇温した冷媒がラジエータ４２で放熱するため、冷媒の過剰な昇温を抑制しつつ冷媒加熱用ヒータ６２への電力供給を継続できる。つまり、燃料電池１０からの発電電力（発電電流）を継続して取り出せるため、暖機を早期に完了できる（図４（ｂ）参照）。   On the other hand, in this embodiment, since the refrigerant heated by the refrigerant heating heater 62 dissipates heat by the radiator 42, the power supply to the refrigerant heating heater 62 can be continued while suppressing an excessive temperature rise of the refrigerant. That is, since the generated power (generated current) from the fuel cell 10 can be continuously taken out, warm-up can be completed early (see FIG. 4B).

また、通常運転時に暖房要求があった場合、冷媒流路１３から流出する高温の冷媒をヒータコア６３に流入させることで、燃料電池１０の廃熱を暖房運転の熱源として用いることができる。したがって、暖房運転に要するエネルギコストを削減できる。   In addition, when there is a heating request during normal operation, the waste heat of the fuel cell 10 can be used as a heat source for the heating operation by causing the high-temperature refrigerant flowing out from the refrigerant flow path 13 to flow into the heater core 63. Therefore, the energy cost required for heating operation can be reduced.

≪第２実施形態≫
第２実施形態に係る燃料電池システムＳ２は、バイパス配管ｄ５及び三方弁６５が設置されている点が第１実施形態と異なるが、その他の構成については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。なお、図５に示す太線矢印は、暖機中であり、かつ、暖房運転していない状態において冷媒が各配管を流れる向きを表している。 << Second Embodiment >>
The fuel cell system S2 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that a bypass pipe d5 and a three-way valve 65 are installed, but the other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate | omitted about the overlapping part. In addition, the thick line arrow shown in FIG. 5 represents the direction in which a refrigerant | coolant flows through each piping in the state which is warming up and is not heating operation.

＜燃料電池システムの構成＞
図５に示すように、バイパス配管ｄ５（第２バイパス流路）は、一端が三方弁６５に接続され、他端が配管ｄ４に接続されている。すなわち、バイパス配管ｄ５は、一端がヒータコア６３よりも上流側の空調用冷媒流路（配管ｄ１，ｄ２，ｄ３）に接続され、他端がヒータコア６３よりも下流側の空調用冷媒流路（配管ｄ４）に接続されている。 <Configuration of fuel cell system>
As shown in FIG. 5, the bypass pipe d5 (second bypass flow path) has one end connected to the three-way valve 65 and the other end connected to the pipe d4. That is, the bypass pipe d5 has one end connected to the air conditioning refrigerant flow path (pipe d1, d2, d3) upstream of the heater core 63 and the other end connected to the air conditioning refrigerant flow path (pipe) downstream of the heater core 63. d4).

三方弁６５（第２切替手段）は、ヒータコア６３から流出した冷媒を、バイパス配管ｄ５を介してヒータコア６３に戻すか、又は、配管ｄ４の下流端Ｑ２（空調用冷媒流路の下流端）に向けて通流させるかを切り替える弁である。
三方弁６５は、一方の入口ポートが配管ｄ１に接続され、他方の入口ポートがバイパス配管ｄ５に接続されている。また、三方弁６５の出口ポートは、冷媒ポンプ６１の吸入口に接続されている。 The three-way valve 65 (second switching means) returns the refrigerant flowing out of the heater core 63 to the heater core 63 via the bypass pipe d5 or at the downstream end Q2 of the pipe d4 (downstream end of the air conditioning refrigerant flow path). It is a valve that switches whether to flow toward.
The three-way valve 65 has one inlet port connected to the pipe d1 and the other inlet port connected to the bypass pipe d5. The outlet port of the three-way valve 65 is connected to the suction port of the refrigerant pump 61.

＜燃料電池システムの動作＞
図６のステップＳ１０１〜Ｓ１１２は、第１実施形態（図２参照）の場合と同様であるから説明を省略する。
ステップＳ１１０において暖機が完了していない場合（Ｓ１１０→Ｎｏ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ２０１に進む。ステップＳ２０１においてＥＣＵ８０は、空調スイッチ７６から「暖房要求あり」の信号が入力されたか否かを判定する。 <Operation of fuel cell system>
Steps S101 to S112 in FIG. 6 are the same as in the case of the first embodiment (see FIG. 2), and thus description thereof is omitted.
When the warm-up is not completed in step S110 (S110 → No), the process of the ECU 80 proceeds to step S201. In step S <b> 201, the ECU 80 determines whether or not a “heating requested” signal is input from the air conditioning switch 76.

暖機中に空調スイッチ７６から「暖房要求あり」の信号が入力された場合（Ｓ２０１→Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２においてＥＣＵ８０は、ヒータコア６３から流出した冷媒がラジエータ４２を迂回するように三方弁６５を切り替える。つまり、ＥＣＵ８０は、配管ｄ１を介した流路を遮断し、配管ｄ４を通流する冷媒がバイパス配管ｄ５を介してヒータコア６３に戻るように三方弁６５を切り替える。   If the “heating requested” signal is input from the air conditioning switch 76 during warm-up (S201 → Yes), the processing of the ECU 80 proceeds to step S202. In step S202, the ECU 80 switches the three-way valve 65 so that the refrigerant flowing out of the heater core 63 bypasses the radiator 42. That is, the ECU 80 switches the three-way valve 65 so that the flow path through the pipe d1 is blocked and the refrigerant flowing through the pipe d4 returns to the heater core 63 through the bypass pipe d5.

図７に示すように、ヒータコア６３から流出した冷媒はラジエータ４２を迂回し、配管ｄ４，バイパス配管ｄ５、配管ｄ２，ｄ３を介してヒータコア６３に戻る。このように、バイパス配管ｄ５を介して冷媒を循環させることで、空調側で冷媒を効率的に昇温させることができる。   As shown in FIG. 7, the refrigerant that has flowed out of the heater core 63 bypasses the radiator 42 and returns to the heater core 63 via the pipe d4, the bypass pipe d5, and the pipes d2 and d3. Thus, the refrigerant can be efficiently heated on the air conditioning side by circulating the refrigerant through the bypass pipe d5.

なお、暖房運転の実行中もＥＣＵ８０は継続して暖機を行っており（Ｓ１０５→Ｙｅｓ，Ｓ１０６）、燃料電池１０からラジエータファン４３及び冷媒加熱用ヒータ６２に電力供給されている。ちなみに、暖機中の電気負荷として冷媒加熱用ヒータ６２のみで足りる場合、ラジエータファン４３をいったん停止させてもよい。   During the heating operation, the ECU 80 continues to warm up (S105 → Yes, S106), and power is supplied from the fuel cell 10 to the radiator fan 43 and the refrigerant heating heater 62. Incidentally, when only the refrigerant heater 62 is sufficient as an electric load during warm-up, the radiator fan 43 may be temporarily stopped.

ステップＳ２０３においてＥＣＵ８０は、送風機７２を駆動する。これによって、ダクト７１内で空気が通流し、ヒータコア６３に流入した高温の冷媒から空気に対して放熱される。ステップＳ２０３の処理を実行した後、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０６に戻る。   In step S203, the ECU 80 drives the blower 72. As a result, air flows in the duct 71 and heat is radiated from the high-temperature refrigerant flowing into the heater core 63 to the air. After executing the process of step S203, the process of the ECU 80 returns to step S106.

また、ステップＳ２０１において空調スイッチ７６から「暖房要求あり」の信号が入力されなくなった場合、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４においてＥＣＵ８０は送風機７２を停止する。
ステップＳ２０５においてＥＣＵ８０は、ヒータコア６３から流出した冷媒がラジエータ４２を通流するように三方弁６５を切り替える。つまり、ＥＣＵ８０は、バイパス配管ｄ５を介した流路を遮断し、配管ｄ４を通流する冷媒がラジエータ４２に向かうように三方弁６５を切り替える。この場合、図５に示す向きに冷媒が通流し、冷媒加熱用ヒータ６２によって昇温した冷媒がラジエータ４２で放熱する。 Further, when the “heating requested” signal is not input from the air conditioning switch 76 in step S201, the processing of the ECU 80 proceeds to step S204. In step S204, the ECU 80 stops the blower 72.
In step S205, the ECU 80 switches the three-way valve 65 so that the refrigerant flowing out of the heater core 63 flows through the radiator 42. That is, the ECU 80 blocks the flow path via the bypass pipe d5 and switches the three-way valve 65 so that the refrigerant flowing through the pipe d4 is directed to the radiator 42. In this case, the refrigerant flows in the direction shown in FIG. 5, and the refrigerant whose temperature is increased by the refrigerant heating heater 62 radiates heat by the radiator 42.

＜効果＞
本実施形態によれば、暖機中に暖房運転を行う場合（Ｓ２０１→Ｙｅｓ）、ヒータコア６３から流出した冷媒がラジエータ４２を迂回してヒータコア６３に戻るように三方弁６５が制御される（Ｓ２０２）。したがって、暖房運転中に冷媒加熱用ヒータ６２によって冷媒に与えられた熱が、ラジエータ４２で放熱することなくダクト７１内の空気に与えられる。したがって、ヒータコア６３での熱交換を効率的に行うことができ、暖房運転時のエネルギコストを削減できる。 <Effect>
According to the present embodiment, when the heating operation is performed during warm-up (S201 → Yes), the three-way valve 65 is controlled such that the refrigerant flowing out of the heater core 63 bypasses the radiator 42 and returns to the heater core 63 (S202). ). Accordingly, the heat given to the refrigerant by the refrigerant heating heater 62 during the heating operation is given to the air in the duct 71 without being radiated by the radiator 42. Therefore, heat exchange in the heater core 63 can be performed efficiently, and the energy cost during heating operation can be reduced.

また、冷媒加熱用ヒータ６２及びラジエータファン４３には燃料電池１０から電力供給するため（Ｓ１０９）、燃料電池１０から継続的に電流を取り出すことができる。したがって、暖房運転を行いつつ早期に暖機を完了できる。   Further, since electric power is supplied from the fuel cell 10 to the refrigerant heater 62 and the radiator fan 43 (S109), current can be continuously taken out from the fuel cell 10. Therefore, warm-up can be completed early while performing the heating operation.

≪変形例≫
以上、本発明に係る燃料電池システムＳ１，Ｓ２について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、各実施形態では、暖機中にラジエータファン４３を所定の回転速度で駆動する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、冷媒加熱用ヒータ６２の目標出力が大きいほど、ラジエータファン４３の回転速度を大きくしてもよい。これによって、冷媒加熱用ヒータ６２における冷媒の吸熱量に応じて、ラジエータ４２における冷媒の放熱量を変化させることができる。 ≪Modification≫
As mentioned above, although fuel cell system S1, S2 which concerns on this invention was demonstrated by each embodiment, this invention is not limited to these description, A various change can be made.
For example, in each embodiment, the case where the radiator fan 43 is driven at a predetermined rotational speed during warm-up has been described, but the present invention is not limited thereto. That is, the rotational speed of the radiator fan 43 may be increased as the target output of the refrigerant heating heater 62 is increased. Accordingly, the amount of heat released from the refrigerant in the radiator 42 can be changed in accordance with the amount of heat absorbed by the refrigerant in the heater 62 for refrigerant heating.

また、各実施形態では、空調用冷媒流路（配管ｄ１〜ｄ４）の一端が冷媒排出流路（配管ｃ４，ｃ５）に接続され、他端が冷媒供給流路（配管ｃ１〜ｃ３）に接続される場合について説明したが、これに限らない。すなわち、空調用冷媒流路の一端をロアタンク４２２に接続し、空調用冷媒流路の他端をアッパタンク４２３に接続してもよい。この場合でも、暖機中に冷媒加熱用ヒータ６２で昇温した冷媒をラジエータ４２で放熱させることができる。   In each embodiment, one end of the air conditioning refrigerant flow path (pipes d1 to d4) is connected to the refrigerant discharge flow path (pipes c4 and c5), and the other end is connected to the refrigerant supply flow path (pipes c1 to c3). However, the present invention is not limited to this. That is, one end of the air conditioning refrigerant flow path may be connected to the lower tank 422 and the other end of the air conditioning refrigerant flow path may be connected to the upper tank 423. Even in this case, the refrigerant heated by the refrigerant heater 62 during warm-up can be radiated by the radiator 42.

また、燃料電池１０及びラジエータ４２をモータルーム（図示せず）に設置し、暖機中にラジエータ４２を介して吸熱した空気によって、燃料電池１０を外側から温めるようにしてもよい。これによって、発電に伴う熱損失（自己発熱）で燃料電池１０を内側から温めるとともに、ラジエータ４２で吸熱した空気によって燃料電池１０を外側から温めることができ、暖機をさらに促進できる。   Further, the fuel cell 10 and the radiator 42 may be installed in a motor room (not shown), and the fuel cell 10 may be warmed from the outside by air absorbed through the radiator 42 during warm-up. As a result, the fuel cell 10 can be warmed from the inside due to heat loss (self-heating) associated with power generation, and the fuel cell 10 can be warmed from the outside by the air absorbed by the radiator 42, thereby further promoting warm-up.

また、冷媒の通流方向を切り替える「第１切替手段」及び／又は「第２切替手段」として、２つの二方弁を用いてもよい。例えば、図５に示す三方弁６５に代えて、配管ｄ１と、バイパス配管ｄ５と、にそれぞれ二方弁を設置してもよい。   Further, two two-way valves may be used as “first switching means” and / or “second switching means” for switching the refrigerant flow direction. For example, instead of the three-way valve 65 shown in FIG. 5, a two-way valve may be installed in each of the pipe d1 and the bypass pipe d5.

また、サーモスタットバルブ４４としてヒータを内蔵した電動のサーモスタットバルブを用い、燃料電池１０の温度が比較的低い場合でもヒータでワックスを加熱して冷媒の通流方向を切替可能にしてもよい。
また、ＦＣ側冷媒系の冷媒ポンプ４１を冷媒流路１３よりも上流側に設置する場合について説明したが、これに限らない。例えば、冷媒流路１３よりも下流側である配管ｃ４（接続箇所Ｑ１（図１参照）よりも上流側）に冷媒ポンプを設置してもよいし、冷媒流路１３の上流側・下流側にそれぞれ冷媒ポンプを設置してもよい。 Further, an electric thermostat valve with a built-in heater may be used as the thermostat valve 44 so that the flow direction of the refrigerant can be switched by heating the wax with the heater even when the temperature of the fuel cell 10 is relatively low.
Moreover, although the case where the refrigerant pump 41 of the FC side refrigerant system is installed on the upstream side of the refrigerant flow path 13 has been described, the present invention is not limited thereto. For example, a refrigerant pump may be installed in the pipe c4 downstream of the refrigerant flow path 13 (upstream of the connection point Q1 (see FIG. 1)), or on the upstream / downstream side of the refrigerant flow path 13. A refrigerant pump may be installed for each.

また、各実施形態では、燃料電池システムＳ１，Ｓ２を車両に搭載する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、燃料電池システムＳ１，Ｓ２を列車、船舶、航空機等の移動体に搭載してよいし、定置式のシステムに搭載してもよい。
また、各実施形態では、燃料ガス（反応ガス）として水素を用いる場合について説明したが、燃料ガスとして天然ガス等を用いてもよい。 Moreover, although each embodiment demonstrated the case where fuel cell system S1, S2 was mounted in a vehicle, it is not restricted to this. That is, the fuel cell systems S1 and S2 may be mounted on a moving body such as a train, a ship, and an aircraft, or may be mounted on a stationary system.
Moreover, although each embodiment demonstrated the case where hydrogen was used as fuel gas (reaction gas), you may use natural gas etc. as fuel gas.

Ｓ１，Ｓ２ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１１ アノード流路（反応ガス流路）
１２ カソード流路（反応ガス流路）
１３ 冷媒流路
４１ 冷媒ポンプ
４２ ラジエータ（第１熱交換器）
４３ ラジエータファン（冷却手段）
４４ サーモスタットバルブ（第１切替手段）
４５ 温度センサ（温度検出手段）
６１ 冷媒ポンプ（冷媒循環手段）
６２ 冷媒加熱用ヒータ（加熱手段）
６３ ヒータコア（第２熱交換器）
６４ 温度センサ
６５ 三方弁（第２切替手段）
８０ ＥＣＵ（暖機手段、暖房要求判定手段）
ｃ１，ｃ２，ｃ３ 配管（冷媒供給流路）
ｃ４，ｃ５ 配管（冷媒排出流路）
ｃ６ バイパス配管（第１バイパス流路）
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４（空調用冷媒流路）
ｄ５ バイパス配管（第２バイパス流路） S1, S2 Fuel cell system 10 Fuel cell 11 Anode channel (reactive gas channel)
12 Cathode channel (reactive gas channel)
13 Refrigerant flow path 41 Refrigerant pump 42 Radiator (first heat exchanger)
43 Radiator fan (cooling means)
44 Thermostat valve (first switching means)
45 Temperature sensor (temperature detection means)
61 Refrigerant pump (refrigerant circulation means)
62 Heater for heating refrigerant (heating means)
63 Heater core (second heat exchanger)
64 Temperature sensor 65 Three-way valve (second switching means)
80 ECU (warming-up means, heating request determination means)
c1, c2, c3 piping (refrigerant supply flow path)
c4, c5 piping (refrigerant discharge flow path)
c6 Bypass piping (first bypass flow path)
d1, d2, d3, d4 (air conditioning refrigerant flow path)
d5 Bypass piping (second bypass flow path)

Claims (4)

反応ガス流路及び冷媒流路を有し、前記反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記冷媒流路に供給される冷媒が通流する冷媒供給流路と、
前記冷媒流路から排出される冷媒が通流する冷媒排出流路と、
前記冷媒供給流路及び前記冷媒排出流路に接続され、空気との熱交換によって冷媒を放熱させる第１熱交換器と、
一端が前記冷媒供給流路に接続され、他端が前記冷媒排出流路に接続される第１バイパス流路と、
前記冷媒流路から流出する冷媒を前記第１熱交換器を介して通流させるか、又は前記第１熱交換器を迂回させ前記第１バイパス流路を介して通流させるか、を切り替える第１切替手段と、
前記第１バイパス流路との接続箇所よりも下流側の前記冷媒排出流路に一端が接続され、前記第１バイパス流路との接続箇所よりも上流側の前記冷媒供給流路に他端が接続される空調用冷媒流路と、
前記空調用冷媒流路に配設され、空調用の空気と冷媒とを熱交換する第２熱交換器と、
前記空調用冷媒流路に配設され、前記第２熱交換器を介して冷媒を循環させる冷媒循環手段と、
前記第２熱交換器よりも上流側の前記空調用冷媒流路に配設され、冷媒を加熱する電気式の加熱手段と、
前記温度検出手段によって検出される前記燃料電池の温度が所定閾値以下である場合、前記燃料電池の暖機を開始する暖機手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記暖機手段は、
前記暖機の実行中、前記冷媒循環手段を駆動すると共に、前記燃料電池の発電電力を前記加熱手段に供給する
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that has a reaction gas flow path and a refrigerant flow path, and generates power by supplying a reaction gas to the reaction gas flow path;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
A refrigerant supply channel through which the refrigerant supplied to the refrigerant channel flows;
A refrigerant discharge channel through which the refrigerant discharged from the refrigerant channel flows;
A first heat exchanger connected to the refrigerant supply flow path and the refrigerant discharge flow path to dissipate the refrigerant by heat exchange with air;
A first bypass flow path having one end connected to the refrigerant supply flow path and the other end connected to the refrigerant discharge flow path;
A switch is made to switch between flowing the refrigerant flowing out from the refrigerant flow path through the first heat exchanger, or bypassing the first heat exchanger and flowing through the first bypass flow path. 1 switching means,
One end is connected to the refrigerant discharge channel downstream of the connection point with the first bypass channel, and the other end is connected to the refrigerant supply channel upstream of the connection point with the first bypass channel. A refrigerant flow path for air conditioning to be connected;
A second heat exchanger disposed in the air conditioning refrigerant flow path for exchanging heat between the air for air conditioning and the refrigerant;
A refrigerant circulating means disposed in the air conditioning refrigerant flow path for circulating the refrigerant through the second heat exchanger;
An electric heating means disposed in the air-conditioning refrigerant flow path upstream of the second heat exchanger and heating the refrigerant;
When the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means is equal to or lower than a predetermined threshold value, a fuel cell system comprising warm-up means for starting warm-up of the fuel cell,
The warm-up means is
The fuel cell system, wherein during the warm-up, the refrigerant circulation means is driven and the generated power of the fuel cell is supplied to the heating means. 一端が前記加熱手段よりも上流側の前記空調用冷媒流路に接続され、他端が前記第２熱交換器よりも下流側の前記空調用冷媒流路に接続される第２バイパス流路と、
前記第２熱交換器から流出する冷媒を、前記第２バイパス流路を介して前記第２熱交換器に戻すか、又は、前記空調用冷媒流路の前記他端に向けて通流させるかを切り替える第２切替手段と、
ユーザによる暖房要求があるか否かを判定する暖房要求判定手段と、を備え、
前記暖機手段は、
暖機中に前記暖房要求判定手段によって暖房要求があると判定された場合、前記第２熱交換器から流出する冷媒を、前記第２バイパス流路を介して前記第２熱交換器に戻すように前記第２切替手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 A second bypass flow path having one end connected to the air conditioning refrigerant flow path upstream of the heating means and the other end connected to the air conditioning refrigerant flow path downstream of the second heat exchanger; ,
Whether the refrigerant flowing out from the second heat exchanger is returned to the second heat exchanger via the second bypass flow path, or is flowed toward the other end of the air conditioning refrigerant flow path Second switching means for switching between,
Heating request determination means for determining whether there is a heating request by the user,
The warm-up means is
When it is determined that there is a heating request by the heating request determination unit during warm-up, the refrigerant flowing out from the second heat exchanger is returned to the second heat exchanger via the second bypass flow path. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second switching means is controlled. 前記暖機手段は、
前記温度検出手段によって検出される前記燃料電池の温度が低いほど、前記加熱手段に供給する前記燃料電池の発電電力を大きくする
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。 The warm-up means is
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the power generated by the fuel cell supplied to the heating unit is increased as the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection unit is lower. . 前記第１熱交換器に送風することで、前記第１熱交換器を通流する冷媒の冷却を促す電気式の冷却手段を備え、
前記暖機手段は、
前記暖機の実行中、前記燃料電池の発電電力を前記冷却手段に供給して、前記冷却手段を駆動する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 An electric cooling means for encouraging cooling of the refrigerant flowing through the first heat exchanger by blowing air to the first heat exchanger;
The warm-up means is
4. The fuel cell according to claim 1, wherein during the warm-up, the generated power of the fuel cell is supplied to the cooling unit to drive the cooling unit. 5. system.

Images