JP2020145117A - 燃料電池車両用熱管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンクに水素ガスを充填する際の燃料タンクの温度上昇による熱を燃料電池車両でより有効に利用することを可能にする。【解決手段】水素タンクに充填される水素ガスを燃料として用いる車両で用いられ、水素タンクへの水素ガスの充填を開始するトリガを検出するトリガ検出部２０１と、トリガ検出部２０１でトリガを検出した場合、且つ、水温取得部２０２で取得する冷却水の温度がタンク温度取得部２０３で取得するタンク温度よりも低い場合に、ＦＣスタックの温度調整のために冷却水を循環させる第１流体回路に流れる冷却水を、水素タンクの熱を熱交換可能な位置に設けられるタンク側熱交換器に循環させる循環制御部２１０とを備える。【選択図】図３

Description

本開示は、燃料電池車両用熱管理装置に関するものである。

従来、水素ガスを燃料とする燃料電池車両が知られている。燃料電池車両では、燃料タンクに水素ガスを高圧に圧縮充填するため、水素ガスの温度が上昇する。充填時に水素ガスの温度が上昇し過ぎると、燃料タンクの耐熱温度を超える問題であったり、充填後の冷却に伴う圧力降下の問題であったりが生じる。この問題に対して、特許文献１には、水素自動車に水素ガスを充填する燃料充てん装置において水素ガスを冷却した上で、水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんする技術が開示されている。

特開２００４−１１６６１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、燃料タンクに水素ガスを充填する際の燃料タンクの温度上昇は抑えるものの、燃料タンクの温度上昇による熱を水素自動車で有効に利用することはできない。

この開示のひとつの目的は、燃料タンクに水素ガスを充填する際の燃料タンクの温度上昇による熱を燃料電池車両でより有効に利用することを可能にする燃料電池車両用熱管理装置を提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、開示の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本開示の燃料電池車両用熱管理装置は、燃料タンク（１６）に充填される水素ガスを燃料として用いる燃料電池車両で用いられ、燃料タンクへの水素ガスの充填を開始するトリガを検出するトリガ検出部（２０１）と、トリガ検出部でトリガを検出したことをもとに、所定のタイミングにおいて一定以上の温度が必要となる車載装置（３３，３３ａ）の温度調整のために流体を循環させる流体回路（３０，３０ａ）に流れる流体を、燃料タンクの熱を熱交換可能な位置に設けられる熱交換器であるタンク側熱交換器（４１）に循環させる循環制御部（２１０）とを備える。

これによれば、トリガ検出部で燃料タンクへの水素ガスの充填を開始するトリガを検出したことをもとに、循環制御部が、流体回路に流れる流体を、燃料タンクの熱を熱交換可能な位置に設けられるタンク側熱交換器に循環させることになる。よって、燃料タンクに水素ガスを充填する際の燃料タンクの温度上昇による熱を、この流体で回収することが可能になる。この流体は、所定のタイミングにおいて一定以上の温度が必要となる車載装置の温度調整のために流体を循環させる流体回路に流れるので、車載装置で所定のタイミングにおいて一定以上の温度が必要となる場合に、この流体で回収した熱を利用して車載装置の温度を上昇させることが可能になる。その結果、燃料タンクに水素ガスを充填する際の燃料タンクの温度上昇による熱を燃料電池車両でより有効に利用することが可能になる。

水素充填システム１の概略的な構成の一例を示す図である。 熱管理システム２の概略的な構成の一例を示す図である。 熱管理ＥＣＵ２０の概略的な構成の一例を示す図である。 充填熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用する効果の一例について説明するための図である。 熱管理ＥＣＵ２０での充填時熱利用関連処理の流れの一例を示すフローチャートである。 熱管理システム２ａの概略的な構成の一例を示す図である。 熱管理ＥＣＵ２０ａの概略的な構成の一例を示す図である。 充填熱をエアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇に利用する効果の一例について説明するための図である。

図面を参照しながら、開示のための複数の実施形態を説明する。なお、説明の便宜上、複数の実施形態の間において、それまでの説明に用いた図に示した部分と同一の機能を有する部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。同一の符号を付した部分については、他の実施形態における説明を参照することができる。

（実施形態１）
＜水素充填システム１の概略構成＞
以下、本実施形態について図面を用いて説明する。まず、図１を用いて、水素充填システム１の説明を行う。図１に示すように、水素充填システム１は、水素充填装置１０、水素供給チューブ１１、水素充填ガン１２、水素充填口１３、差込検出センサ１４、水素供給パイプ１５、及び水素タンク１６を含む。

水素充填装置１０は、燃料電池車両ＦＣＶ（以下、単に車両ＦＣＶ）に水素ガスを充填するための装置である。車両ＦＣＶは、水素ガスを燃料として用いて、走行用のモータを駆動させる車両である。水素供給チューブ１１は、水素充填装置１０から水素充填ガン１２まで水素ガスを供給するチューブである。水素充填ガン１２は、水素供給チューブ１１の先端に設けられる。水素充填ガン１２は、車両ＦＣＶの水素充填口１３に差し込むことが可能となっている。水素充填ガン１２は、水素供給チューブ１１から供給される水素ガスを水素充填口１３から車両ＦＣＶへ充填する。

水素充填口１３は、車両ＦＣＶに設けられる。水素充填口１３には、水素充填ガン１２が差し込まれたことを検出するための差込検出センサ１４が設けられている。一例として、差込検出センサ１４としては、水素充填ガン１２が差し込まれた場合に水素充填ガン１２によって押し込まれるスイッチを用いればよい。水素供給パイプ１５は、車両ＦＣＶに設けられる。水素供給パイプ１５は、水素充填口１３から水素タンク１６へ延びる水素導入管である。つまり、水素充填ガン１２によって水素充填口１３から流入してくる水素ガスは、水素供給パイプ１５を通って水素タンク１６に充填される。水素タンク１６は、車両に搭載される高圧燃料ガスタンクである。この水素タンク１６が燃料タンクに相当する。

＜熱管理システム２の概略構成＞
続いて、図２を用いて熱管理システム２の説明を行う。熱管理システム２は、車両ＦＣＶで用いられる。図２に示すように、熱管理システム２は、前述の差込検出センサ１４、熱管理ＥＣＵ２０、ウォーターポンプ（以下、ＷＰ）３１、ラジエータ３２、ＦＣスタック３３、タンク側ヒータコア４１、第１電磁弁５０、第２電磁弁６０、水温センサ７０、及びタンク温度センサ８０を含む。

ＷＰ３１は、冷却液を循環させるポンプである。ラジエータ３２は、冷却液の熱を放熱させることで冷却液を冷やす熱交換器である。ＦＣスタック３３は、水素タンク１６に充填された水素ガスと空気中の酸素との化学反応を利用して電気を発生させる燃料電池である。このＦＣスタック３３が車載装置に相当する。車両ＦＣＶは、このＦＣスタック３３で発生する電気を用いて走行用のモータを駆動させ、走行する。

ＦＣスタック３３は、効率の良い発電を行うためには一定以上の温度が必要となる。ＦＣスタック３３の起動後にこの一定以上の温度までＦＣスタック３３の温度を上昇させることをウォームアップと呼ぶ。一方、ＦＣスタック３３は、発電によって温度が上昇する。よって、ウォームアップ後は、ＦＣスタック３３の温度が上昇し過ぎないように、ラジエータ３２で冷却した冷却液によってＦＣスタック３３の冷却が行われる。なお、冷却液は流体であればよく、水であっても冷媒であってもよい。以下では、冷却液はＬＬＣ（以下、冷却水）である場合を例に挙げて説明を行う。

第１流体回路３０は、ＷＰ３１，ラジエータ３２，ＦＣスタック３３に冷却水が順次流れる閉回路である。詳しくは、第１流体回路３０では、ＷＰ３１が作動することで、冷却水がＷＰ３１からラジエータ３２に流れる。ラジエータ３２では、ＷＰ３１から流れてきた冷却水を熱交換によって冷やす。ラジエータ３２で冷やされた冷却水は、ＦＣスタック３３に流れる。ＦＣスタック３３では、ラジエータ３２で冷やされた冷却水との熱交換によってＦＣスタック３３が冷却される。ＦＣスタック３３を冷却した冷却水は、熱交換によって温められて、ＷＰ３１に流れる。第１流体回路３０では、冷却水を循環させることで、この一連のサイクルが繰り返される。第１流体回路３０は、ＦＣスタック３３の温度調整のために冷却水を循環させる水回路である。この第１流体回路３０が流体回路に相当する。

タンク側ヒータコア４１は、水素タンク１６を冷却するための放熱機器（つまり、ヒータコア）である。タンク側ヒータコア４１は、熱交換器の一種である。タンク側ヒータコア４１は、水素タンク１６の熱を熱交換可能な位置に設けられる。このタンク側ヒータコア４１がタンク側熱交換器に相当する。

第２流体回路４０は、ＷＰ３１，タンク側ヒータコア４１に冷却水が順次流れる閉回路である。詳しくは、第２流体回路４０では、ＷＰ３１が作動することで、冷却水がＷＰ３１からタンク側ヒータコア４１に流れる。タンク側ヒータコア４１では、ＷＰ３１から流れてきた冷却水と水素タンク１６周辺の空気との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、水素タンク１６周辺の空気が冷やされて水素タンク１６が冷却される。一方、この熱交換によって、タンク側ヒータコア４１を通過する冷却水は温められる。タンク側ヒータコア４１で温められた冷却水は、ＷＰ３１に流れる。第２流体回路４０では、冷却水を循環させることで、この一連のサイクルが繰り返される。

第１流体回路３０と第２流体回路４０とは、一部の経路が重複しているものとする。これは、第１流体回路３０と第２流体回路４０とで、冷却水を循環させる回路を切り替え可能とするためである。第１流体回路３０と第２流体回路４０とは、図２に示すように、ＷＰ３１とラジエータ３２との間の接続点Ａと、ＦＣスタック３３とＷＰ３１との間の接続点Ｂとで接続されている。つまり、ＷＰ３１を挟む接続点Ａと接続点Ｂとの間の経路が、第１流体回路３０と第２流体回路４０との重複する経路にあたる。

第１電磁弁５０は、開閉動作を電気的に制御可能な電磁弁である。第１電磁弁５０は、熱管理ＥＣＵ２０によってその作動が制御される。第１電磁弁５０は、開状態で冷却水の第１流体回路３０における流通を許可し、閉状態で冷却水の第１流体回路３０における流通を禁止する。

第２電磁弁６０は、開閉動作を電気的に制御可能な電磁弁である。第２電磁弁６０は、熱管理ＥＣＵ２０によってその作動が制御される。第２電磁弁６０は、開状態で冷却水の第２流体回路４０における流通を許可し、閉状態で冷却水の第２流体回路４０における流通を禁止する。

第１電磁弁５０は、第１流体回路３０のうちの接続点Ａとラジエータ３２との間に設けられる。第２電磁弁６０は、第２流体回路４０のうちの接続点Ｂとタンク側ヒータコア４１との間に設けられる。よって、第１電磁弁５０を開状態とし、第２電磁弁６０を閉状態とすると、冷却水が循環する回路が第１流体回路３０に切り替えられる。一方、第１電磁弁５０を閉状態とし、第２電磁弁６０を開状態とすると、冷却水が循環する回路が第２流体回路４０に切り替えられる。

水温センサ７０は、冷却水の温度を検出する温度センサである。この水温センサ７０が第１温度センサに相当する。水温センサ７０は、システムの簡略化のためには、第１流体回路３０と第２流体回路４０との重複する経路に一つ設けることが好ましい。よって、本実施形態では、ＷＰ３１を挟む接続点Ａと接続点Ｂとの間の経路に設けることが好ましい。これによって、第１流体回路３０を循環する場合の冷却水の温度も、第２流体回路４０を循環する場合の冷却水の温度も検出することが可能になる。なお、水温センサ７０は、第１流体回路３０と第２流体回路４０とのそれぞれに設けて、それぞれを循環する場合の冷却水の温度を検出する構成としてもよい。タンク温度センサ８０は、水素タンク１６の温度を検出する温度センサである。このタンク温度センサ８０が第２温度センサに相当する。

熱管理ＥＣＵ２０は、例えばプロセッサ、メモリ、Ｉ／Ｏ、これらを接続するバスを備える。熱管理ＥＣＵ２０は、メモリに記憶された制御プログラムを実行することで熱管理システム２での熱管理に関する各種の処理を実行する電子制御装置である。この熱管理ＥＣＵ２０が燃料電池車両用熱管理装置に相当する。プロセッサがこの制御プログラムを実行することは、制御プログラムに対応する方法が実行されることに相当する。ここで言うところのメモリは、コンピュータによって読み取り可能なプログラム及びデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）である。また、非遷移的実体的記憶媒体は、半導体メモリ又は磁気ディスクなどによって実現される。なお、熱管理ＥＣＵ２０の詳細については以下で述べる。

＜熱管理ＥＣＵ２０の概略構成＞
続いて、図３を用いて、熱管理ＥＣＵ２０の概略構成について説明を行う。熱管理ＥＣＵ２０は、制御部２００、トリガ検出部２０１、水温取得部２０２、及びタンク温度取得部２０３を機能ブロックとして備えている。なお、熱管理ＥＣＵ２０が実行する機能の一部又は全部を、一つ或いは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。また、熱管理ＥＣＵ２０が備える機能ブロックの一部又は全部は、プロセッサによるソフトウェアの実行とハードウェア部材の組み合わせによって実現されてもよい。

トリガ検出部２０１は、水素タンク１６への水素ガスの充填を開始するトリガを検出する。一例として、トリガ検出部２０１は、水素充填口１３に水素充填ガン１２が差し込まれたことを検出した信号を差込検出センサ１４から取得した場合にトリガを検出する構成とすればよい。

水温取得部２０２は、水温センサ７０で検出する冷却水の温度（以下、水温）を取得する。この水温取得部２０２が流体温度取得部に相当する。タンク温度取得部２０３は、タンク温度センサ８０で検出する水素タンク１６の温度（以下、タンク温度）を取得する。

制御部２００は、循環制御部２１０及び冷却制御部２１１をサブ機能ブロックとして備えている。循環制御部２１０は、第１電磁弁５０及び第２電磁弁６０の開閉状態を切り替えることで、冷却水を第１流体回路３０に循環させるか第２流体回路４０に循環させるかを切り替える。冷却制御部２１１は、ラジエータ３２の作動を制御する。

一例として、循環制御部２１０は、デフォルトでは、第１電磁弁５０を開状態とし、第２電磁弁６０を閉状態とする。つまり、冷却水が循環する回路を第１流体回路３０とする。よって、車両ＦＣＶの走行用のモータを始動させるためのスイッチ（以下、パワースイッチ）がオフの場合であって、且つ、水素タンク１６への水素ガスの充填開始前は、冷却水が循環する回路は第１流体回路３０である。パワースイッチがオフの場合には、ＦＣスタック３３は起動されておらず、発電も行われていない。

一方、循環制御部２１０は、トリガ検出部２０１でトリガを検出した場合であって、且つ、水温取得部２０２で取得する水温がタンク温度取得部２０３で取得するタンク温度よりも低くなる場合に、第１電磁弁５０を閉状態とし、第２電磁弁６０を開状態とすることが好ましい。つまり、冷却水が循環する回路を第２流体回路４０に切り替えることが好ましい。これによれば、水素タンク１６への水素ガスの充填が開始され、水素タンク１６の温度が冷却水の温度以上となった場合に、冷却水が循環する回路を第２流体回路４０に切り替えることができる。冷却水が循環する回路を第２流体回路４０に切り替えることで、タンク側ヒータコア４１において冷却水と水素タンク１６周辺の空気との間での熱交換が行われる。これにより、水素ガスの充填によって温度上昇する水素タンク１６が冷却される一方、冷却水が温められる。

続いて、循環制御部２１０は、水温取得部２０２で取得する水温がタンク温度取得部２０３で取得するタンク温度以上となる場合に、第１電磁弁５０を開状態とし、第２電磁弁６０を閉状態とすることが好ましい。つまり、冷却水が循環する回路を第２流体回路４０から第１流体回路３０に切り替えることが好ましい。これは、水温がタンク温度以上となると水素タンク１６の冷却の効果がなくなるためである。

上述したように、冷却水が循環する回路が第２流体回路４０から第１流体回路３０に切り替えられると、第２流体回路４０での循環時に温められた冷却水が、第１流体回路３０を循環してＦＣスタック３３を温めることになる。この場合、冷却制御部２１１は、ＦＣスタック３３の起動後に一定時間が経過するまでは、ラジエータ３２を作動させないことが好ましい。ここで言うところの一定時間は、ウォームアップが終了するまでの時間とすればよい。

ウォームアップの終了は、時間によって判断される構成であってもＦＣスタック３３の温度によって判断される構成であってもよい。ウォームアップの終了がＦＣスタック３３の温度によって判断される構成の場合、冷却制御部２１１は、温度センサで検出するＦＣスタック３３の温度が、ウォームアップを終了する温度に達するまでラジエータ３２を作動させない構成とすればよい。

以上の構成によれば、水素ガスの充填完了後に車両ＦＣＶのパワースイッチがオンになってＦＣスタック３３が起動される場合に、ＦＣスタック３３の温度を予め上昇させておくことが可能になる。よって、ＦＣスタック３３の起動後のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。

ここで、図４を用いて、水素タンク１６への水素ガスの充填によって発生する熱（以下、充填熱）をＦＣスタック３３のウォームアップに利用する効果の例を示す。図４は、ＦＣスタック３３の時間経過に伴う温度変化を示すグラフである。図４の縦軸がＦＣスタック３３の温度を示しており、横軸が時間を示している。図４の実線が充填熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用する場合の温度変化を示している。図４の破線が充填熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用しない場合の温度変化を示している。

充填熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用する場合、前述したように、ＦＣスタック３３の温度を予め上昇させておくことが可能になる。よって、図４に示すように、ＦＣスタック３３の温度をウォームアップの目標温度に上昇させるまでの時間が、充填熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用しない場合よりも短縮できる。

また、ＦＣスタック３３の温度を予め上昇させておかない構成の場合は、ＦＣスタック３３で非効率発電を行うことでＦＣスタック３３の温度上昇を促進させる必要がある。これに対して、ＦＣスタック３３の温度を予め上昇させておくことで、非効率発電によって温度上昇を促進させる時間を短縮し、ＦＣスタック３３での無駄な水素消費を低減することも可能になる。その結果、車両ＦＣＶの走行距離を延長することが可能になる。

冷却制御部２１１は、ＦＣスタック３３のウォームアップ後は、ラジエータ３２を作動させる。これにより、第１流体回路３０を循環する冷却水がラジエータ３２で冷却される。この冷却された冷却水によって、ウォームアップ後のＦＣスタック３３が冷却され、ＦＣスタック３３の発電による過剰な温度上昇が抑えられる。

＜熱管理ＥＣＵ２０での充填時熱利用関連処理＞
続いて、図５のフローチャートを用いて、熱管理ＥＣＵ２０での水素タンク１６への水素ガスの充填時の熱利用に関連する処理（以下、充填時熱利用関連処理）の流れの一例について説明を行う。図５のフローチャートは、トリガ検出部２０１でトリガを検出した場合に開始する構成とすればよい。

まず、ステップＳ１では、水温取得部２０２で取得する水温がタンク温度取得部２０３で取得するタンク温度よりも低くなる場合（Ｓ１でＹＥＳ）には、ステップＳ２に移る。一方、水温がタンク温度以上の場合（Ｓ１でＮＯ）には、Ｓ１の処理を繰り返す。ステップＳ２では、循環制御部２１０が、第１電磁弁５０を閉状態とし、第２電磁弁６０を開状態とし、冷却水が循環する回路を第２流体回路４０に切り替える。例えばこの場合に、循環制御部２１０は、ＷＰ３１を作動させ、充填時熱利用関連処理の終了時に作動を終了すればよい。また、循環制御部２１０は、パワースイッチのオンからオフまでの間、ＷＰ３１を作動させればよい。

ステップＳ３では、水温取得部２０２で取得する水温がタンク温度取得部２０３で取得するタンク温度以上になる場合（Ｓ３でＹＥＳ）には、ステップＳ４に移る。一方、水温がタンク温度未満の場合（Ｓ３でＮＯ）には、Ｓ３の処理を繰り返す。ステップＳ４では、循環制御部２１０が、第１電磁弁５０を開状態とし、第２電磁弁６０を閉状態とし、冷却水が循環する回路を第１流体回路３０に切り替える。

なお、循環制御部２１０は、ＦＣスタック３３の温度を上昇させることで冷却水が冷却され、水温がタンク温度よりも低くなった場合に、冷却水が循環する回路を再度第２流体回路４０に切り替える構成としてもよい。そして、水温がタンク温度以上となった場合に、冷却水が循環する回路を再度第１流体回路３０に切り替える構成とすればよい。つまり、Ｓ４の処理後にＳ１に戻って処理を繰り返す構成としてもよい。この場合には、水素タンク１６への水素ガスの充填が完了する場合に充填時熱利用関連処理を終了する構成とすればよい。水素タンク１６への水素ガスの充填が完了したことは、差込検出センサ１４で差込を検出しなくなったことをもとに判断すればよい。

また、水温取得部２０２で取得する水温が閾値を超えた場合に充填時熱利用関連処理を終了する構成としてもよい。ここで言うところの閾値とは、ウォームアップで上昇させるＦＣスタック３３の目標温度よりも高い温度であればよい。

＜実施形態１のまとめ＞
実施形態１の構成によれば、トリガ検出部２０１で水素タンク１６への水素ガスの充填を開始するトリガを検出したことをもとに、循環制御部２１０が、第１流体回路３０に流れる冷却水を、水素タンク１６の熱を熱交換可能な位置に設けられるタンク側ヒータコア４１に循環させることになる。よって、水素タンク１６に水素ガスを充填する際の水素タンク１６の温度上昇による熱を、この冷却水で回収することが可能になる。この冷却水は、ウォームアップにおいて目標温度以上の温度が必要となるＦＣスタック３３の温度調整のために冷却水を循環させる第１流体回路３０に流れるので、ＦＣスタック３３のウォームアップにおいて目標温度以上の温度が必要となる場合に、この冷却水で回収した熱を利用してＦＣスタック３３の温度を上昇させることが可能になる。その結果、水素タンク１６に水素ガスを充填する際の水素タンク１６の温度上昇による熱を車両ＦＣＶでより有効に利用することが可能になる。

また、実施形態１の構成によれば、冷却水を循環させる回路を、一部の経路が重複した第１流体回路３０と第２流体回路４０とで切り替える。よって、水素タンク１６から回収した熱を回収可能としつつ、ＦＣスタック３３のウォームアップ後の冷却時には水素タンク１６側に冷却水を循環させずに熱の無駄を減らすことが可能になる。

（実施形態２）
実施形態１では、水素タンク１６への水素ガスの充填時に発生する熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用する構成を示したが、必ずしもこれに限らない。流体を循環させる流体回路に流れる流体を用いて、所定のタイミングにおいて一定以上の温度が必要となる車載装置であれば、ＦＣスタック３３以外の温度上昇に利用する構成としてもよい。例えば、エアコンのヒータコアの温度上昇に利用する構成（以下、実施形態２）としてもよい。以下、実施形態２の構成について説明する。

＜熱管理システム２ａの概略構成＞
続いて、図６を用いて熱管理システム２ａの説明を行う。熱管理システム２ａは、車両ＦＣＶで用いられる。図６に示すように、熱管理システム２ａは、差込検出センサ１４、熱管理ＥＣＵ２０ａ、ＷＰ３１、エアコン側ヒータコア３３ａ、タンク側ヒータコア４１、第１電磁弁５０、第２電磁弁６０、水温センサ７０、タンク温度センサ８０、電熱器９０を含む。熱管理システム２ａは、ラジエータ３２を含まない点と、電熱器９０を含む点と、熱管理ＥＣＵ２０の代わりに熱管理ＥＣＵ２０ａを含む点と、ＦＣスタック３３の代わりにエアコン側ヒータコア３３ａを含む点とを除けば、実施形態１の熱管理システム２と同様である。

エアコン側ヒータコア３３ａは、車両ＦＣＶの室内空調用エアコンのヒータコアである。エアコン側ヒータコア３３ａは、温められた冷却水を暖房用熱源として空調空気を加熱する熱交換器である。エアコン側ヒータコア３３ａは、暖房時において空調空気を加熱するために、一定以上の温度が必要となる。具体的には、暖房のためには、エアコン側ヒータコア３３ａのチューブを流れる冷却水の水温が目標水温以上となることが必要となる。このエアコン側ヒータコア３３ａが車載装置に相当する。電熱器９０は、車両ＦＣＶからの供給電力を熱に変換する。電熱器９０は、エアコン側ヒータコア３３ａの冷却水を加熱するのに用いられる。

第１流体回路３０ａは、ＷＰ３１，エアコン側ヒータコア３３ａに冷却水が順次流れる閉回路である。詳しくは、第１流体回路３０ａでは、ＷＰ３１が作動することで、冷却水がＷＰ３１からエアコン側ヒータコア３３ａに流れる。エアコン側ヒータコア３３ａでは、冷却水との熱交換によって空調空気が加熱される。エアコン側ヒータコア３３ａを通過した冷却水は、ＷＰ３１に流れる。第１流体回路３０ａでは、冷却水を循環させることで、この一連のサイクルが繰り返される。第１流体回路３０ａは、エアコン側ヒータコア３３ａに冷却水を循環させる水回路である。この第１流体回路３０ａが流体回路に相当する。

第１流体回路３０ａと第２流体回路４０とは、一部の経路が重複しているものとする。これは、第１流体回路３０ａと第２流体回路４０とで、冷却水を循環させる回路を切り替え可能とするためである。第１流体回路３０ａと第２流体回路４０とは、図６に示すように、ＷＰ３１とエアコン側ヒータコア３３ａとの間の接続点Ｃと、エアコン側ヒータコア３３ａとＷＰ３１との間の接続点Ｄとで接続されている。つまり、ＷＰ３１を挟む接続点Ｃと接続点Ｄとの間の経路が、第１流体回路３０ａと第２流体回路４０との重複する経路にあたる。

第１電磁弁５０は、第１流体回路３０ａのうちの接続点Ｃとエアコン側ヒータコア３３ａとの間に設けられる。第２電磁弁６０は、第２流体回路４０のうちの接続点Ｃとタンク側ヒータコア４１との間に設けられる。よって、第１電磁弁５０を開状態とし、第２電磁弁６０を閉状態とすると、冷却水が循環する回路が第１流体回路３０ａに切り替えられる。一方、第１電磁弁５０を閉状態とし、第２電磁弁６０を開状態とすると、冷却水が循環する回路が第２流体回路４０に切り替えられる。また、実施形態２では、水温センサ７０を、ＷＰ３１を挟む接続点Ｃと接続点Ｄとの間の経路に設けることが好ましい。

熱管理ＥＣＵ２０ａは、一部の処理が異なる点を除けば、実施形態１の熱管理ＥＣＵ２０と同様である。熱管理ＥＣＵ２０ａの詳細については、以下で述べる。

＜熱管理ＥＣＵ２０ａの概略構成＞
続いて、図７を用いて、熱管理ＥＣＵ２０ａの概略構成について説明を行う。熱管理ＥＣＵ２０ａは、制御部２００ａ、トリガ検出部２０１、水温取得部２０２、及びタンク温度取得部２０３を機能ブロックとして備えている。熱管理ＥＣＵ２０ａは、制御部２００の代わりに制御部２００ａを備える点を除けば、実施形態１の熱管理ＥＣＵ２０と同様である。熱管理ＥＣＵ２０ａでも熱管理ＥＣＵ２０と同様にして充填時熱利用関連処理を行う構成とすればよい。

制御部２００ａは、循環制御部２１０及び加熱制御部２１２をサブ機能ブロックとして備えている。制御部２００ａは、冷却制御部２１１を備えない点と、加熱制御部２１２を備える点とを除けば、実施形態１の制御部２００と同様である。循環制御部２１０の処理は、冷却水を循環させる流体回路が第１流体回路３０の代わりに第１流体回路３０ａとなる点を除けば、実施形態１と同様である。

加熱制御部２１２は、電熱器９０の作動を制御する。加熱制御部２１２は、エアコン側ヒータコア３３ａの駆動開始時に、電熱器９０の作動も開始する構成とすればよい。

冷却水が循環する回路が第２流体回路４０から第１流体回路３０ａに切り替えられると、第２流体回路４０での循環時に温められた冷却水が、第１流体回路３０ａを循環してエアコン側ヒータコア３３ａを温めることになる。加熱制御部２１２は、水温取得部２０２で取得する水温が、暖房に必要な目標水温に達するまで電熱器９０を作動させる構成とすればよい。また、加熱制御部２１２は、水温取得部２０２で取得する水温が目標水温に達した後も、水温取得部２０２で取得する水温を逐次モニタして、目標水温を維持するように電熱器９０の作動を制御する構成とすればよい。

以上の構成によれば、水素ガスの充填完了後に車両ＦＣＶの室内空調用エアコンが起動される場合に、エアコン側ヒータコア３３ａの水温を予め上昇させておくことが可能になる。よって、暖房時にエアコン側ヒータコア３３ａの水温を暖房に必要な温度まで上昇させる時間を短縮することが可能になる。

ここで、図８を用いて、水素タンク１６への水素ガスの充填によって発生する熱（以下、充填熱）をエアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇に利用する効果の例を示す。図８は、エアコン側ヒータコア３３ａの時間経過に伴う温度変化を示すグラフである。図８の縦軸がエアコン側ヒータコア３３ａの水温を示しており、横軸が時間を示している。図８の実線が充填熱をエアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇に利用する場合の温度変化を示している。図８の破線が充填熱をエアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇に利用しない場合の温度変化を示している。

充填熱をエアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇に利用する場合、前述したように、エアコン側ヒータコア３３ａの駆動開始前にエアコン側ヒータコア３３ａの温度を予め上昇させておくことが可能になる。よって、図８に示すように、エアコン側ヒータコア３３ａの温度を暖房時の目標水温に上昇させるまでの時間が、充填熱をエアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇に利用しない場合よりも短縮できる。

また、エアコン側ヒータコア３３ａの温度を予め上昇させておかない構成の場合は、電熱器９０でエアコン側ヒータコア３３ａの水温を上げる必要がある。これに対して、エアコン側ヒータコア３３ａの温度を予め上昇させておくことで、電熱器９０でエアコン側ヒータコア３３ａの水温を上げる時間を短縮し、ＦＣスタック３３での無駄な電力消費を低減することも可能になる。その結果、より迅速に暖房を可能にするとともに、車両ＦＣＶの走行距離を延長することも可能になる。

実施形態２の構成は、充填熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用する代わりにエアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇に利用する点を除けば、実施形態１の構成と同様であるので、実施形態２の構成によっても、水素タンク１６に水素ガスを充填する際の水素タンク１６の温度上昇による熱を車両ＦＣＶでより有効に利用することが可能になる。

（実施形態３）
なお、第１流体回路３０との間で切り替えを行う第２流体回路４０が、第１流体回路３０ａとの間で切り替えを行う第２流体回路４０と共通である構成としてもよい。つまり、タンク側ヒータコア４１を含む流体回路と、所定のタイミングにおいて一定以上の温度が必要となる車載装置を含む複数種類の流体回路との間で、流体を循環させる回路を切り替え可能な構成（以下、実施形態３）としてもよい。

実施形態３の構成を採用する場合には、所定のタイミングにおいて一定以上の温度が必要となる車載装置を含む流体回路（以下、熱利用対象流体回路）の水温が流体回路別の目標温度となるごとに、熱利用対象流体回路を切り替える構成とすればよい。そして、全ての熱利用対象流体回路の水温が目標温度となった場合に、第２流体回路４０に切り替える構成とすればよい。この場合には、熱利用対象流体回路別に冷却水の温度を検出するセンサを設ける構成とすればよい。

（実施形態４）
実施形態１の第１流体回路３０に実施形態２のエアコン側ヒータコア３３ａを追加する構成としてもよい。これによれば、ＦＣスタック３３とエアコン側ヒータコア３３ａとのそれぞれに異なる流体回路を設けなくても、充填熱をＦＣスタック３３のウォームアップに利用しつつ、エアコン側ヒータコア３３ａの温度上昇にも利用することが可能になる。また、ＦＣスタック３３のウォームアップ後は、ＦＣスタック３３の発電によって生じる熱をエアコン側ヒータコア３３ａの加温に用いることが可能になる。なお、実施形態１の第１流体回路３０にエアコン側ヒータコア３３ａを追加する構成とする場合に、ラジエータ３２の代わりにエアコン側ヒータコア３３ａを用いる構成としてもよい。

（実施形態５）
前述の実施形態では、冷却水を循環させる回路を第１流体回路３０，３０ａと第２流体回路４０とで切り替える構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、第１流体回路３０，３０ａにタンク側ヒータコア４１も含む構成とすることで流体回路の切り替えを行わない構成としてもよい。

なお、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。また、本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１ 水素充填システム、２，２ａ 熱管理システム、１４ 差込検出センサ、１６ 水素タンク（燃料タンク）、２０，２０ａ 熱管理ＥＣＵ（燃料電池車両用熱管理装置）、３０，３０ａ 第１流体回路（流体回路）、３３ ＦＣスタック（車載装置）、３３ａ エアコン側ヒータコア（車載装置）、４０ 第２流体回路、４１ タンク側ヒータコア（タンク側熱交換器）、５０ 第１電磁弁、６０ 第２電磁弁、７０ 水温センサ（第１温度センサ）、８０ タンク温度センサ（第２温度センサ）、２００，２００ａ 制御部、２０１ トリガ検出部、２０２ 水温取得部（流体温度取得部）、２０３ タンク温度取得部、２１０ 循環制御部、２１１ 冷却制御部

Claims (7)

1. 燃料タンク（１６）に充填される水素ガスを燃料として用いる燃料電池車両で用いられ、
   前記燃料タンクへの水素ガスの充填を開始するトリガを検出するトリガ検出部（２０１）と、
   前記トリガ検出部で前記トリガを検出したことをもとに、所定のタイミングにおいて一定以上の温度が必要となる車載装置（３３，３３ａ）の温度調整のために流体を循環させる流体回路（３０，３０ａ）に流れる前記流体を、前記燃料タンクの熱を熱交換可能な位置に設けられる熱交換器であるタンク側熱交換器（４１）に循環させる循環制御部（２１０）とを備える燃料電池車両用熱管理装置。
2. 前記循環制御部は、一部の経路が重複した前記流体回路と前記タンク側熱交換器に前記流体を循環させる回路（４０）とのうちから、前記流体を循環させる回路を切り替えて前記流体を循環させる請求項１に記載の燃料電池車両用熱管理装置。
3. 前記流体の温度を検出する温度センサである第１温度センサ（７０）で検出する前記流体の温度を取得する流体温度取得部（２０２）と、
   前記燃料タンクの温度を検出する温度センサである第２温度センサ（８０）で検出する前記燃料タンクの温度を取得するタンク温度取得部（２０３）とを備え、
   前記循環制御部は、前記トリガ検出部で前記トリガを検出した場合であって、且つ、前記流体温度取得部で取得する前記流体の温度が前記タンク温度取得部で取得する前記燃料タンクの温度よりも低い場合に、前記流体を前記タンク側熱交換器に循環させる請求項１又は２に記載の燃料電池車両用熱管理装置。
4. 前記循環制御部は、前記流体温度取得部で取得する前記流体の温度が前記タンク温度取得部で取得する前記燃料タンクの温度以上となる場合に、前記流体を前記タンク側熱交換器に循環させないようにする請求項３に記載の燃料電池車両用熱管理装置。
5. 前記車載装置は、前記燃料電池車両の始動時において一定以上の温度が必要となる燃料電池であって、
   前記循環制御部で前記流体を前記タンク側熱交換器に循環させることで前記燃料タンクから熱を回収させて前記流体の温度を上昇させ、この温度を上昇させた流体を前記燃料電池のウォームアップに利用させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池車両用熱管理装置。
6. 前記車載装置は、前記燃料電池車両の室内空調用エアコンの暖房時において一定以上の温度が必要となる前記室内空調用エアコンのヒータコアであって、
   前記循環制御部で前記流体を前記タンク側熱交換器に循環させることで前記燃料タンクから熱を回収させて前記流体の温度を上昇させ、この温度を上昇させた流体を前記ヒータコアの温度上昇に利用させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池車両用熱管理装置。
7. 前記流体回路は、前記流体として水を循環させる水回路である請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池車両用熱管理装置。

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