JP4352682B2 - 燃料電池車用暖房システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用燃料電池システムと車内暖房システムとを一体的に組み込んでなるシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電源の一つとして、水素等の酸化反応により発電を行う燃料電池が着目されている。これは、高効率で発電できるという特徴とともに、排出物は水蒸気であり、有害な成分を排出しないために環境性に非常に優れているという利点もある。かかる性質に着目し、燃料電池を搭載した車両も提案されている。また、燃料電池で消費する水素を、ガソリンやメタノール等の液体燃料の改質反応により生成する改質器を搭載する車両についても開発が進んでいる。
【０００３】
従来の燃料電池システムとして、燃料電池システムと空調装置とを効率的に組み合わせたシステムが提案されている。この従来技術では、燃料電池廃熱を暖房に用いており、廃熱と空調に必要な熱量の関係に基づいて燃料電池システムのＬＬＣ流量を調整している（例えば、特許文献１、参照）。
【０００４】
また、近年、内燃機関自動車でアイドルストップ機能を有したものが開発されている。アイドルストップ機能とは、燃費向上、環境汚染物排出低減のために、信号停止などの短時間停止時にパワープラントを停止させる機能であり、燃料電池車にも同様のコンセプトが提案されている。例えば、従来の内燃機関を動力源とするアイドルストップ機能を持った自動車の暖房システムが提案されている。この従来技術では、車内暖房は、運転時蓄熱タンクに十分な熱を蓄えておいて、アイドルストップ時に放出する形態をとっている（例えば、特許文献２、参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１５５２４号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５０９４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開２００１−３１５５２４号公報においては、燃料電池車のアイドルストップ時に、燃料電池停止状態で暖房するというような使い方は想定していない。
【０００７】
また、特開２００１−１５０９４３号公報においては、アイドルストップ時の車内暖房熱源として蓄熱タンクを用いているが、蓄熱タンクを空調システムに設ける必要があり、設備が冗長、過大になり、複雑化するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、燃料電池車のアイドルストップ時の暖房を行うことができる簡単な構成の燃料電池車用暖房システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
アイドルストップ機能を有する燃料電池車において、燃料電池スタックを含む少なくとも一つ以上の反応器を有し、車両の動力を生成する燃料電池システムと、少なくとも一つ以上の前記反応器の温度または前記反応器に供給する反応ガスの温度を調整する冷却システムを備える。また、前記冷却システムを介して前記燃料電池システムの廃熱の少なくとも一部を回収して前記車両の暖房に用いる熱導入手段と、少なくとも前記車両の停止状態を検知または予測する運転状態検知手段と、前記反応器の温度状態、または、前記燃料電池システムの廃熱として回収できる蓄熱量の少なくとも一方を検出する熱状態検出手段と、運転中に前記車両の停止状態を検知または予測した際に、前記熱導入手段において回収できる前記燃料電池システムの蓄熱量を前記熱状態検出手段の出力に応じて変化させる制御手段と、要求される暖房を行うのに必要な熱量を演算する要求暖房熱量演算手段と、を備え、前記熱状態検出手段により前記熱導入手段において暖房に用いることができる前記燃料電池システムの蓄熱量を検出し、さらに、前記要求暖房熱量と前記蓄熱量とを比較する比較手段を備える。前記要求暖房熱量が前記蓄熱量より大きいと判断された場合に、前記熱導入手段により回収する燃料電池システムの廃熱量を低減する。
【００１０】
【作用及び効果】
運転中に車両の停止状態を検知または予測した際に、熱導入手段において回収できる燃料電池システムの蓄熱量を熱状態検出手段の出力に応じて変化させる。これにより、燃料電池システムに蓄えられた熱が過剰に回収されるのを避け、燃料電池システムの温度を維持することができる。よって、燃料電池システムの機能を低下させることがなく、簡単な構成でアイドルストップ時の暖房を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態における燃料電池車用暖房システムの全体構成の概略を図１に示す。尚、このシステムは図示しない車両に搭載されると共に、車両は信号待ちなど、走行中に関わらず車速が零のとき、そのパワープラントを停止するアイドルストップ機能を有する。
【００１２】
ＬＬＣを循環させるＬＬＣ配管１１を設け、ＬＬＣ配管１１に以下のような装置を配置する。
【００１３】
水素等の燃料を酸化させて自動車を駆動させる電力を発生する燃料電池４と、ＬＬＣを循環させるためのポンプ５、外気とＬＬＣとの間で熱交換を行いＬＬＣからの放熱を行うラジエータ２、ラジエータ２に外気を送る冷却ファン１を備える。また、ラジエータ２を迂回するバイパス流路１３と、ラジエータ２とバイパス流路１３に流れるＬＬＣの流量割合を調整する三方弁３を備える。
【００１４】
さらに、車内に暖房システム中の空気を供給する経路として空気流路２３を設ける。空気流路２３はＬＬＣ配管１１の一部を含み、空気流路２３に含まれるＬＬＣ配管１１には、ＬＬＣと空気流路２３を流れる空気との熱交換を行うヒータコア８を備える。
【００１５】
空気流路２３は、外気を取り込む外気吸気部２４ａと、車内の空気（内気）を取り込む内気吸気部２４ｂと、空気流路２３に取り込む外気と内気の割合を調整する、または内気と外気のどちらか一方を選択する暖房空気切替ドア１４を備える。暖房空気切替ドア１４の後流にはブロア６を備え、車内に取り込む空気の総量を調整する。ブロア６の後流側は、ヒータコア８を配置した加熱流路２５ａと、ヒータコア８の迂回路となる非加熱流路２５ｂに分岐する。分岐点にはヒータコア８を通る空気流量とヒータコア８を通らずに直接車内へ送られる空気流量との割合を制御するエアミックスドア１０を備える。
【００１６】
加熱流路２５ａには、ヒータコア８と、その後流に電熱ヒータ９を備え、電熱ヒータ９のさらに後流側を、加熱流路２５ａと非加熱流路２５ｂの合流部であるエアミックスチャンバ１２とする。エアミックスチャンバ１２で、加熱流路２５ａにおいてＬＬＣと熱交換を行った空気と、熱交換を行わなかった空気と、を混合してから車内に供給する。
【００１７】
また、空気流路２３内に含まれるＬＬＣ配管１１の下流側には、ヒータコア８へのＬＬＣの循環量を制御するＬＬＣ循環バルブ７を備える。
【００１８】
さらに、このような燃料電池システム用の暖房システムを制御するコントローラ２６を備える。コントローラ２６には、ナビゲーションシステム等の経路予測手段３２、通勤等で毎日の走行履歴がほぼ一定である場合にはその履歴情報を記憶して経路を予測する履歴記憶手段３３を備える。ここでは経路予測手段３２と履歴記憶手段３３の両方を備えるが、どちらか一方のみでもよい。また、車内温度を検出する車内温度検出手段２７、車内設定温度を読み込む車内設定温度読み込み手段２８を備える。さらに、車外温度を検出する車外温度検出手段２９、日射強度を検出する日射強度検出手段３０、乗車人数や乗車位置を検出する着座位置検出手段３１のうち少なくとも一つを備える。ここでは手段２７〜３１全てを備え、さらに、燃料電池４の温度を検出する燃料電池温度検出手段３４、ＬＬＣの温度を測定するＬＬＣ温度検出手段３５を備える。
【００１９】
次に、本実施形態における動作を説明する。図２に、ここで行う制御を示すフローチャートを示す。経路予測手段３２や履歴記憶手段３３により予測された一時停止開始時に本制御を開始する。または、運転中に車両が停止したのを検知したら本制御を開始してもよい。
【００２０】
一時停止操作の信号が出力されたら、ステップＳ１において、パワープラントを一時停止する。ここでは燃料電池４への燃料供給を停止する。ステップＳ２において、要求暖房熱量Ｑreqを読み込む。ここでは、燃料電池車運転時には、車内の要求暖房熱量Ｑreqは常にモニタリングしておく。要求暖房熱量Ｑreqをモニタリングする際には、要求暖房熱量Ｑreqを算出する情報として、上記の手段２７〜３１の出力結果を用いる。ここでは例えば車内温度と設定温度の差に、車外温度、日射強度、乗員数等を考慮して要求される暖房に必要な熱量を求める。
【００２１】
ステップＳ３において暖房に用いることができる燃料電池４の蓄熱量ＱFCを読み取る。ここでは、要求暖房熱量Ｑreqと同様に、燃料電池４やＬＬＣの温度から蓄熱量を常にモニタリングしておく。このとき、ナビゲーションシステム等の経路予測手段３２や、履歴記憶手段３３等を用いて、燃料電池４の蓄熱量の変化を計算、予測する。
【００２２】
次に、ステップＳ４において、要求暖房熱量Ｑreqと燃料電池蓄熱量から、燃料電池からの廃熱量を抑制する必要性を判断する。ここでは、要求暖房熱量Ｑreqと、燃料電池蓄熱量のうち暖房に用いることのできる最大熱量ＱFCと、を比較する。最大熱量ＱFCは、次の式で求めることができる。
【００２３】
【式１】
【００２４】
ここで、ＣFCは、燃料電池４の平均熱容量、ＴFCは燃料電池温度検出手段３４により検出した燃料電池４の温度、ＴFC0は既定の温度閾値である。
【００２５】
燃料電池４は最適運転温度範囲が限られており、その範囲外では性能が大幅に低下する。それを避けるため、一時停止時には既定の燃料電池温度閾値ＴFC0を定め、ＴFCがＴFC0より小さくならないように制御する。ここで、温度閾値ＴFC0は燃料電池４の最適運転温度範囲の下限であってもよいし、最適運転温度範囲の下限より高い値でもよい。本実施形態においては、閾値ＴFC0は最適温度範囲の下限より高い値とする。
【００２６】
ステップＳ４において、要求暖房熱量Ｑreqが最大熱量ＱFCより大きく、燃料電池４からの廃熱量の抑制が必要であると判断された際には、後述するステップＳ５の廃熱量制御サブルーチン（図３）に進む。
【００２７】
一方、要求暖房熱量Ｑreqが最大熱量ＱFC以下の場合には、燃料電池４の廃熱量を抑制することなく暖房に用いる。ステップＳ６において、燃料電池温度ＴFCが既定の温度閾値ＴFC0より小さければステップＳ５に進み、燃料電池４の廃熱を抑制する。燃料電池温度ＴFCが既定の閾値ＴFC0以上の場合には燃料電池４を適切運転温度領域に維持できていると判断してステップＳ７に進む。ステップＳ７でアイドルストップ時であるかどうかを判断する。車両の一時停止の状態がつづいている場合はステップＳ６に戻り燃料電池温度ＴFCの監視を継続し、走行が再開されたら本制御を終了する。
【００２８】
次に、廃熱量制御のサブルーチン（ステップＳ５）を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
ステップＳ１１において、図４のフローチャートに示すような内気循環切替サブルーチンを行う。
【００３０】
暖房空気切替ドア１４を外気導入側に設定すると、ヒータコア８に供給される空気の温度が低下する。これにより、ヒータコア８におけるＬＬＣと空気との熱交換が促進されＬＬＣを介して燃料電池温度ＴFCが低下する。つまり、燃料電池４からの廃熱量が増大する。これに対して、既に暖房されている車内の空気（内気）を再び空気流路２３に取り込むことで、ＬＬＣと空気との間の熱交換を抑え、燃料電池４からの廃熱を抑制することができる。ここでは内気循環切替サブルーチンを燃料電池４からの廃熱を抑制したい場合に行うので、暖房空気切替ドア１４を内気循環側に設定する。ただし、車内に設けられている外気導入スイッチが乗員により操作されている場合には乗員の意思を優先する。
【００３１】
よって、図４のフローチャートでは、ステップＳ２１で外気導入スイッチがオンになっているかどうかを判断する。オンになっている場合にはステップＳ２２に進み、暖房空気切替ドア１４を外気導入側に設定する。一方、ステップＳ２１において、外気導入スイッチがオンでなかったらステップＳ２３に進み、内気循環側に設定する。
【００３２】
内気循環切替サブルーチンを行ったら、図３のステップＳ１２に進み、図５に示すブロア風量調整サブルーチンに従ってブロア６の風量調整を行う。ここでは、ヒータコア８の手前に設けたブロア６の風量を小さくすることにより、ヒータコア８での空気とＬＬＣとの熱交換量を減少してＬＬＣを介して燃料電池温度ＴFCが低下するのを抑制する。ただし、車内に設けられている温風量調整スイッチが乗員により操作されている場合には、乗員の意思を優先する。
【００３３】
よって、図５のフローチャートでは、ステップＳ２４において、温風量調整スイッチがオンであるかどうかを判断する。オンである場合には、ステップＳ２５に進み予め指定された風量を送るようにブロア６を調整する。一方、温風量調整スイッチがオフであったらステップＳ２６に進み、風量を小さくするようにブロア６を調整する。
【００３４】
次に、図３のステップＳ１３に進み、部分空調化のサブルーチンを実行する。部分空調化のサブルーチンを図６に示す。車内の着座位置検出手段３１により、乗員が着座する位置を検出して乗員のいる付近のみ部分空調化を行う。ただし、車内に設けられている吹き出し口指定スイッチが乗員により操作されている場合には乗員の意思を優先する。
【００３５】
よって、図６のフローチャートでは、ステップＳ２７において、吹き出し口指定スイッチがオンになっているかどうかを判断する。オンになっている場合には、ステップＳ２８において空気を指定された吹き出し口から車内に送る。一方、吹き出し口指定スイッチがオフの場合には、ステップＳ２９に進み、着座位置検出手段３１の出力結果に応じて吹き出し口を設定し部分空調化を行う。
【００３６】
次に、図３のステップＳ１４に進み、ＬＬＣがラジエータ２を迂回してバイパス流路１３を流通するように三方弁３をバイパス流路１３側に切り替える。ＬＬＣがバイパス流路１３を通ると、ラジエータ２における放熱がない分だけＬＬＣの温度低下を抑制することができる。なお、ラジエータ２を流れるＬＬＣ流量とバイパス流路１３を流れるＬＬＣの流量をＬＬＣ温度検出手段３５により検出したＬＬＣの温度により制御してもよい。
【００３７】
ステップＳ１５においてポンプ５を調整する。ここでは、ＬＬＣの循環量を抑制することにより燃料電池４からの廃熱量を低減する。本実施形態ではポンプ５が一つである場合を想定しているが、ラジエータ２側にＬＬＣを回すポンプと、ヒータコア８側にＬＬＣを回すポンプの二つを設けて、アイドルストップ時にはヒータコア８側にだけＬＬＣを送る構成としてもよい。
【００３８】
ステップＳ１６において、ヒータコア８の上流に設けられたエアミックスドア１０の開度θを調整する。ここで、加熱側流路２５ａを完全に塞いだときの開度を０度とし、開度が９０度で全ての空気を加熱側流路２５ａに供給する。ヒータコア８からの放熱が低減した場合にも、このエアミックスドア１０の開度θを大きくすることで、エアミックチェンバ１２において混合されて車内に供給される空気の温度を車内暖房に必要な温度に維持することができる。
【００３９】
次に、ステップＳ１７において、燃料電池温度ＴFCの判定を行う。
【００４０】
ステップＳ１１〜Ｓ１９の燃料電池廃熱量の抑制操作により、燃料電池温度ＴFCが最適運転領域より小さくなるのを防いでいる。しかしながら、予想以上の長時間の停止、渋滞等の場合には、燃料電池４の蓄熱量が減少して燃料電池温度ＴFCが温度閾値ＴFC0より小さくなる可能性が生じる。そこで、ステップＳ１７において、燃料電池温度ＴFCと温度閾値ＴFC0を比較し、ＴFCがＴFC0以上であれば、燃料電池４の蓄熱量が許容範囲にあると判断して図２のステップＳ７に進む。ＴFCがＴFC0より小さい場合には、燃料電池４の蓄熱量が不足していると判断してステップＳ１８に進む。
【００４１】
ステップＳ１８においてはヒータ起動サブルーチンを実行する。ヒータ起動サブルーチンのフローを図７に示す。ここで用いる電熱ヒータ９は図示しないバッテリにより運転してもよいし、燃料電池４を再起動して電力を供給してもよい。ここでは、燃料電池４を電源として用いる。
【００４２】
ステップＳ３１において、燃料電池４を再起動して電熱ヒータ９をオンにして暖房システムに用いる空気の昇温を行う。燃料電池４を再起動して運転することにより発熱して燃料電池温度ＴFCが上昇する。そこで、ステップＳ３２に進み、燃料電池温度ＴFCが燃料電池４の蓄熱から車内暖房に必要な熱を取るのに十分な温度閾値ＴFC1（＞ＴFC0）に達したかどうかを判断する。温度ＴFCが温度閾値ＴFC1に達するまで燃料電池４および電熱ヒータ９の運転を続け、ＴFC1に達したらステップＳ３３に進み電熱ヒータ９をオフ、燃料電池４を一時停止状態にする。このようにヒータ起動サブルーチンを終了したら図２のステップＳ７に進む。 なお、ここでは、車内に送風する空気を電熱ヒータ９により加熱しているが、電熱ヒータ９をＬＬＣを加熱する構成としてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態の効果を説明する。
【００４４】
冷却システムを介して燃料電池システムの廃熱の少なくとも一部を回収して車両の暖房に用いる熱導入手段（空気流路２３内の装置）と、少なくとも車両の停止状態を検知または予測する運転状態検知手段、ここでは経路予測手段３２や履歴記憶手段３３を備える。さらに燃料電池温度ＴFC、または、暖房に用いることができる燃料電池システムの蓄熱量ＱFCの少なくとも一方を検出する熱状態検出手段を備える。運転中に車両の停止状態を検知または予測した際に、熱導入手段において回収する燃料電池システムからの廃熱量を熱状態検出手段の出力に応じて変化させる。このように、燃料電池システムの熱状態、ここでは燃料電池４の蓄熱量ＱFCや温度ＴFCに応じて暖房に用いる廃熱量を変化させるので、燃料電池４から過度に熱を取り出すのを避けることができる。これにより燃料電池４を効率のよい運転ができる温度に維持することができ、一時停止後に速やかに燃料電池４の運転を再開し、車両の動力を取り出すことができる。よって、システムに複雑な構成を付け加えたり、燃料電池システムの性能を低下させることなく、アイドルストップ時の暖房を行うことができる。
【００４５】
また、要求暖房熱量Ｑreqを演算する要求暖房熱量演算手段（Ｓ２）を備える。さらに要求暖房熱量Ｑreqと蓄熱量ＱFCとを比較し（Ｓ４）、ＱreqがＱFCより大きいと判断された場合に、回収する燃料電池システムの廃熱量を低減する。このように制御することで、燃料電池システム、ここでは燃料電池４から取り出される熱量を抑制することができる。その結果、走行再開時に燃料電池システムにおいて速やかな電力供給を行うことができる。
【００４６】
また、反応器、ここでは燃料電池４の温度ＴFCが所定の温度範囲より小さくなった場合に、回収する燃料電池システムの廃熱量を低減することにより、燃料電池４の効率の良い運転が行える温度を維持することができる。
【００４７】
熱導入手段として、ＬＬＣと空気との間で熱交換を行う熱交換器、ここではヒータコア８と、空気を車内に導入する空気流路２３、を備える。これにより、冷却システムを介して燃料電池４の廃熱を暖房に用いることができる。
【００４８】
熱導入手段として、さらに選択的に空気を暖機することができる電熱ヒータ９を備え、回収する燃料電池システムの廃熱量を低減した際に空気を電熱ヒータ９により暖める。これにより、暖房に用いる廃熱量が低減しても電熱ヒータ９から熱を供給して暖房に必要な熱を確保することができる。ここでは特に、電熱ヒータ９の電源に燃料電池システムを用いることで、電力供給に加えて燃料電池システムの地区熱量の回復を図ることができる。
【００４９】
また、空気流路２３に車内の空気を取り込むか、車外の空気を取り込むか、を選択する暖房空気切替ドア１４を備え、燃料電池４の蓄熱量が不足する際には空気流路２３に車内の空気を取り込む。内気循環とした場合には、ＬＬＣと空気の温度差が小さくなるので、ＬＬＣからの、ひいては燃料電池４からの廃熱量を低減することができる。また、空気流路２３に供給する空気流量を調整するブロア６を備え、燃料電池４の蓄熱量が不足する際には供給する空気流量を低減する。これにより、ＬＬＣから空気へ熱が移動しにくくなるので、燃料電池４からの廃熱を抑えることができる。
【００５０】
ヒータコア８を迂回する非加熱流路２５ｂと、ヒータコア８に供給する空気流量と非加熱流路２５ｂを通過する空気流量をとの割合を調整するエアミックスドア１０を備える。これにより、ヒータコア８を通過する空気量とヒータコア８を通過せず車内へ供給される空気量を調整し、２系統の空気を混合する手段を持つこととしているので、ヒータコア８からの放熱量に関わらず、任意の温度の温風を車内に供給できる。
【００５１】
また、冷却システムに用いるＬＬＣの熱を外部に排出するラジエータ２と、ラジエータ２を迂回するバイパス流路１３と、ラジエータ２に供給するＬＬＣ流量を調整する三方弁３と、を備える。ラジエータ２を通過するＬＬＣ流量を低減する、または零にすることにより、燃料電池システム、ここでは燃料電池４からの廃熱を低減することができる。これにより、燃料電池４からの無駄な廃熱を避け、燃料電池４を適切運転温度範囲に維持しやすくなる。
【００５２】
また、ＬＬＣの循環量を調整するポンプ５を備え、ＬＬＣの循環量を低減することにより燃料電池システム、ここでは燃料電池４からの廃熱を低減することができる。これにより、燃料電池４の温度を適切運転温度範囲に維持しやすくなる。
【００５３】
また、乗員の着座位置を検出する着座位置検出手段３１を備え、燃料電池４の廃熱が低減する際には、乗員が乗っている付近のみを暖房することにより、少ない熱量で効率的な暖房を行うことができる。
【００５４】
車内の温度を検出する車内温度検出手段２７を備え、車内温度検出手段２７の出力と車内で要求される設定温度とに基づいて、暖房に必要な要求暖房熱量Ｑreqを求めることができる。これにより、燃料電池システム、ここでは燃料電池４に要求される廃熱量を求め、暖房を行うのに十分な熱があるかどうかを判断することができる。
【００５５】
車外の温度を検出する車外温度検出手段２９を備え、車外温度検出手段２９の出力に応じて、要求暖房熱量Ｑreqを求める。車外の温度が低い場合には車内の暖房にも余分な熱量が必要となるので、車外の温度を考慮することにより要求される暖房をより正確に制御できる。
【００５６】
日射強度を検出する日射強度検出手段３０を備え、日射強度検出手段３０の出力に応じて、要求暖房熱量Ｑreqを求める。日射の強い場合などには車内の温度が上昇し易くなる。ここで、日射強度を考慮することにより要求される暖房をより正確に制御できる。
【００５７】
乗員数を検出する手段、ここでは着座位置検出手段３１を備え、乗員数に応じて要求暖房熱量Ｑreqを求める。乗員数が少ない場合には車内温度が上昇しにくいが、これを考慮することにより要求される暖房をより正確に制御できる。
【００５８】
冷却システムにＬＬＣの温度を検出するＬＬＣ温度検出手段３５を備え、ＬＬＣの温度に基づいて暖房に用いることのできる燃料電池システム、ここでは燃料電池４の蓄熱量を検出することができる。
【００５９】
冷却システムは燃料電池４の温度調整を行い、燃料電池４からの廃熱をヒータ８により回収して暖房に用いる。ここでは、燃料電池４の廃熱を用いて暖房を行うことにより、エネルギー効率のよい運転を行うことができる。このとき、アイドルストップ時に、燃料電池４の温度を適切運転温度範囲に維持することで、アイドリング終了後にも走行に必要な動力を速やかに得ることができる。
【００６０】
さらに、燃料電池４の温度を検出する燃料電池温度検出手段３４を備え、燃料電池温度検出手段３４の出力に基づいて燃料電池４から回収できる蓄熱量を求めることで、燃料電池４の温度低下を防ぐことができる。
【００６１】
また、車両の走行パターンを予測する予測手段を備え、予測手段により一時停止時間を予測することで、一時停止時の暖房に必要な要求暖房熱量Ｑreqをより正確に求めることができる。また、実施形態では、予測手段を用いて燃料電池４の蓄熱量のモニタリングを行うので、車両停止時に速やかな制御を行うことができる。例えば、短時間停止時には急速暖房を可能とし、長時間停止時には燃料電池４の蓄熱量を制御する方法により、燃料電池４が最適運転温度範囲より小さくならないように調整することができる。
【００６２】
予測手段としてナビゲーションシステム等の経路予測手段３２や、走行パターンの履歴を記憶して走行パターンを予測する履歴記憶手段３３を用いる。これにより、予測する停止時間情報を基に暖房システムを制御して、車内暖房と燃料電池システム運転を両立させることが可能である。
【００６３】
次に、第２の実施形態について説明する。ここでは、改質型燃料電池車に搭載される暖房システムについて説明する。
【００６４】
典型的な改質プロセスの例、例えばメタンを改質するプロセスを図３に示す。改質される改質用原燃料は、メタノール等のアルコールでもよいし、ガソリン等の液体炭化水素でもよい。
【００６５】
改質用原燃料、ここではメタン、空気、蒸発器３６により生成した水蒸気を用いて改質反応を行う改質反応器３７を備える。改質反応器３７では、改質触媒により以下のＡＴＲ（Ａｕｔｏ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）反応が促進される。このときの反応温度は約８００℃である。
【００６６】
【式２】
【００６７】
この反応により、ＣＯを含む水素リッチな改質ガスが生成される。
【００６８】
ここで、改質ガスに含まれるＣＯは固体高分子型燃料電池の運転温度領域である１００℃付近で、電極触媒のＰｔを被毒する。そこで、改質ガスはＣＯを低減させる高温シフト反応器３８、低温シフト反応器３９、ＰＲＯＸ（選択酸化）反応器４０を備え、これらによりＣＯを低減してから燃料電池４に供給される。各反応器で生じるＣＯ低減反応は以下の化学式により表される。
【００６９】
【式３】
【００７０】
このＣＯ低減反応により燃料電池４に供給される改質ガス中のＣＯ濃度は数十ｐｐｍ程度になる。それぞれの運転温度領域は、高温シフト反応器３８が約４５０℃、低温シフト反応器３９が約２５０℃、ＰＲＯＸ反応器４０が約１５０℃である。
【００７１】
ここでは、各反応器の温度を適切運転温度領域に維持するために、反応器３８〜４０の上流側に熱交換器１５〜１７を設け、供給される改質ガスの温度を調整する。さらに、ＰＲＯＸ反応器４０から排出された約１５０℃の改質ガスを、固体高分子型燃料電池４の運転温度領域（約８０℃）まで下げる熱交換器１８を備え、これらの熱交換器１５〜１８を冷却システムに組み込む。
【００７２】
これらの熱交換器１５〜１８を冷却システムに組み込んだ時の暖房システムの概略を図９に示す。なお、このシステムは、図示しない車両に搭載されると共に、車両は信号待ちなど、運転中に関わらず車速が零のときに、そのパワープラントを停止するアイドルストップ機能を有する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７３】
ＬＬＣ配管１１の一部として、各熱交換器１５〜１８および燃料電池４に循環する分岐路を設ける。燃料電池４に分岐する流路に、燃料電池４を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ１９を備える。また、改質反応器３７と高温シフト反応器３８との間に配置した熱交換器１５に分岐する流路に、熱交換器１５を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ２０を備える。高温シフト反応器３８と低温シフト反応器３９との間に配置した熱交換器１６に分岐する流路に、熱交換器１６を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ２１を備える。低温シフト反応器３９とＰＲＯＸ反応器４０との間に配置した熱交換器１７に分岐する流路に、熱交換器１７を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ２２を備える。なお、ＰＲＯＸ反応器４０と燃料電池４の間に配置した熱交換器１８に分岐する流路にはバルブは設けず、熱交換器１８を循環するＬＬＣ流量の割合は、バルブ１９〜２２およびＬＬＣ循環バルブ７により調整する。
【００７４】
このように、各熱交換器１５〜１８へＬＬＣを循環させるように構成し、改質ガスとＬＬＣとの間で熱交換を可能とする。また、熱交換器１５〜１８にはそれぞれ温度検出手段４１〜４４を備え、検出結果をコントローラ２６に入力する。
【００７５】
次に、上記のような暖房システムのアイドルストップ時の動作を説明する。本実施形態のメインルーチンを図１０に示す。なお、燃料電池車運転時には、車内の要求暖房熱量Ｑreqを常にモニタリングしておく。要求暖房熱量Ｑreqを判断する情報として、車内温度、車内設定温度、車外温度、日射強度、乗車人数などを用いる。予測されるパワープラント一時停止時に本制御フローを開始する。
【００７６】
ステップＳ１０１において燃料電池４および改質システムへの燃料の供給を停止し、ステップＳ１０２において車内の要求暖房熱量Ｑreqを読み取る。次に、ステップＳ１０３において、燃料電池４および熱交換器１５〜１８の蓄熱量を計算する。これは、燃料電池４の温度情報、熱交換器１５〜１８の温度情報、ＬＬＣの温度情報、経路予測手段３２の情報、履歴記憶手段３３の情報等を用いて、燃料電池４および熱交換器１５〜１８の蓄熱量の変化を計算、予測する。
【００７７】
次に、ステップＳ１０４において、要求暖房熱量Ｑreqと燃料電池４、熱交換器１５〜１８の蓄熱量から、燃料電池システムの廃熱量を制御する必要があるかどうかを判断する。ここでは、燃料電池４の蓄熱量のうち暖房に用いることのできる最大の熱量ＱFCと熱交換器１５〜１８の蓄熱量のうち暖房に用いることのできる最大の熱量の和ＱHEXとの合計と、要求暖房熱量Ｑreqとを比較することにより判断する。なお、ＱHEXは次のような式で求めることができる。
【００７８】
【式４】
【００７９】
ここで、ＣHEXi（ｉ＝１５〜１８）は、熱交換器ｉの熱容量、ＴHEXi（ｉ＝１５〜１８）は熱交換器ｉの温度、ＴHEXi0は熱交換器ｉの既定の温度閾値である。
【００８０】
高温、低温シフト反応器３８、３９およびＰＲＯＸ反応器４０は温度低下によりＣＯ低減能力を大きく損なう。それを避けるため、温度閾値ＴHEXi0を設定し、熱交換器１５〜１８が温度閾値より小さくならないように制御する。ここで、温度閾値ＴHEXi0は最適運転温度範囲の下限であってもよいし、最適運転温度範囲の下限より高い値でもよい。ここでは、温度閾値ＴHEXi0を最適運転温度範囲の下限より高い値とする。ただし、ＰＲＯＸ反応器４０と燃料電池４との間に配置した熱交換器１８の温度低下は、ＣＯ低減性能の低下、ひいては燃料電池４の破損に結びつかないので、熱交換器１８の蓄熱量は制限することなく暖房に用いることもできる。ここではこの考えに基づき、熱交換器１８の温度閾値ＴHEX180は、熱交換器１８内を流通するＬＬＣ温度と同じとする。
【００８１】
ステップＳ１０４において、ＱFC＋ＱHEXがＱreqより小さければ、燃料電池４および熱交換器１５〜１８からの廃熱量を抑制する必要があると判断してステップＳ１０５の廃熱量制御サブルーチンを実行する。
【００８２】
一方、ステップＳ１０４において、ＱFC＋ＱHEXがＱreq以上である場合には、廃熱量制御を行う必要がないと判断する。これにより、燃料電池４および熱交換器１５〜１８からの廃熱量を制御することなく暖房に用いる。ステップＳ１０６において、燃料電池温度ＴFCと各熱交換器１５〜１８の温度ＴHEXiを読み込み、これらのうち少なくとも一つが既定の温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0より小さければ、過剰な廃熱が行われていると判断する。そこでステップＳ１０５に進み、廃熱量の制御を行う。一方、ＴFC、ＴHEXiがＴFC0、ＴHEXi0以上の場合には、燃料電池４および各反応器３８〜４０が適切運転温度領域に維持されていると判断し、ステップＳ１０７に進み、一時停止の状態が終了するまで温度ＴFC、ＴHEXiの監視を継続する。
【００８３】
次に、ステップＳ１０５の廃熱量制御サブルーチンを図１１のフローチャートを用いて説明する。
【００８４】
ステップＳ１１１〜Ｓ１１６においては、第１の実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１６と同様の動作を行い、燃料電池４からの廃熱を抑制する。ステップＳ１１７においては、バルブ１９〜２２を閉じて、燃料電池４および熱交換器１５〜１７へのＬＬＣ循環を停止する。これにより、燃料電池４および熱交換器１５〜１７の温度低下を遅らせることができる。
【００８５】
このとき、バルブ１９〜２２は必ずしも同時に操作する必要はない。燃料電池４および熱交換器１５〜１７のそれぞれの冷却速度、蓄熱量に応じてバルブ１９〜２２を閉じて、燃料電池５および熱交換器１５〜１７におけるＬＬＣの循環を停止する。これにより、車内の暖房に燃料電池４および熱交換器１５〜１７の蓄熱を使用すると同時に過度の廃熱を抑制する。なお、熱交換器１８の蓄熱は制限することなく暖房に用いる。
【００８６】
また、ここではバルブ１９〜２２を閉じてＬＬＣの供給を停止したが、冷却速度や蓄熱量に応じてバルブ１９〜２２の開度を設定してもよい。例えば、燃料電池４および熱硬化器１５〜１７のうち蓄熱量の多いものには、バルブの開度を大きく設定して多くのＬＬＣを循環させ、多くの熱を取り出す。反対に蓄熱量の少ないものには、バルブの開度を小さくすることにより循環するＬＬＣ流量を低減して廃熱を抑制する。
【００８７】
次にステップＳ１１８においては、燃料電池温度ＴFC、熱交換器温度ＴHEXiが既定の温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0以上かどうかを判断する。温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0以上であれば、燃料電池４および各反応器３８〜４０の温度が適切運転温度領域に維持されていると判断して、廃熱量制御サブルーチンを終了する。
【００８８】
一方、温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0より小さければ、ステップＳ１１９に進み、ヒータ起動サブルーチンを実行する。他の熱源、ここでは電熱ヒータ９による暖房を行うと同時に、燃料電池４、改質システムの再起動による燃料電池４および熱交換器１５〜１８、ひいてはシフト反応器３８、３９、ＰＲＯＸ反応器４０の暖機を行う。以下に、図１２に示すヒータ起動サーブルーチンについて説明する。
【００８９】
ステップＳ１３１において燃料電池４および改質システムを再起動し、発生した電力を用いて電熱ヒータ９をオンにする。この電熱ヒータ９により加熱された空気を用いて車内の暖房を行う。
【００９０】
燃料電池４および改質システムを運転することで、燃料電池４および各反応器３８〜４０の温度が上昇する。そこで、ステップＳ１３２において、燃料電池４および熱交換器１５〜１８の温度判定を行う。つまり、ＴFC≧ＴFC1かつTHEXi≧ＴHEXi1となるまで運転を継続し、ＴFC≧ＴFC1かつTHEXi≧ＴHEXi1となったらステップＳ１３３において、燃料電池４および改質システムを再び停止して電熱ヒータ９をオフにしてヒータ起動サブルーチンを終了する。ここで、ＴFC1、ＴHEXi1は、燃料電池４および熱交換器１５〜１８からの廃熱が可能な温度領域を示す温度閾値である。つまり、後流の反応器、ここではシフト反応器３８、３９、ＰＲＯＸ反応器４０の温度を適正運転温度の範囲に維持するために必要な改質ガスの温度閾値となる。これにより、アイドリング終了時に速やかに反応を再開することができる。
【００９１】
第１の実施形態と同様に、このような制御を一時停止の間に行うことで、燃料電池４および改質システム、ここでは高温シフト反応器３８、低温シフト反応器３９、ＰＲＯＸ反応器４０の温度を、適切運転温度領域に維持することができる。また、燃料電池４および改質システムの蓄熱を車内の暖房に用いることができ、消費エネルギを抑制した暖房システムを構成することができる。
【００９２】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００９３】
燃料電池システムは、改質反応器３７および、シフト反応器３８、３９とＣＯ除去器４０の少なくとも一方を備えた改質システムを備え、冷却システムにより改質システムの温度調整を行う。改質システムからの廃熱を暖房に用いることにより、エネルギー効率を向上することができる。このとき、各反応器３８、３９、４０の温度状態に応じて取り出す熱量を変化させることで反応の生じ易い温度に保つことができ、アイドリング終了後に速やかに発電に用いる燃料ガスを生成することができる。
【００９４】
さらに、改質システムには、ＬＬＣとの熱交換を行う部分、ここでは熱交換器１５〜１８の温度を検出する温度検出手段４１〜４４を備え、温度検出手段４１〜４４に基づいて改質システムから回収できる蓄熱量を求めることで、各反応器３８〜４０の温度を適切運転温度範囲に維持することができる。
【００９５】
次に第３の実施形態について説明する。燃料電池車用暖房システムの全体の構成を第１の実施形態（図１）と同様とする。以下、図１３のフローチャートに従って本実施形態の動作を説明する。なお、ナビゲーションシステムなどの経路予測手段３２によって、パワープラントの一時停止が開始されると予測した時点で本制御を開始する。以下、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００９６】
ステップＳ２０１において、予測される一時停止時間から求められる要求暖房熱量ＱreqPを求める。次にステップＳ２０２において、その時点で暖房に利用可能な燃料電池蓄熱量ＱFCを求める。ＱreqPがＱFCより大きく、燃料電池４の蓄熱により一時停止中の暖房用の熱を賄えないと判断されたら、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４で後述するような廃熱量制御サブルーチンＡを行い、ステップＳ２０５で燃料電池４への燃料供給を一時停止して、パワープラントを一時停止する。
【００９７】
一方、ＱreqPがＱFC以下であれば、燃料電池の蓄熱で一時停止時中の暖房を行えると判断してステップＳ２０５に進み、パワープラントを一時停止する。
【００９８】
ステップＳ２０６に進み、以下、第１実施形態のステップＳ２〜Ｓ７と同様の制御を行う。ここで、廃熱量制御サブルーチンＢは、第１の実施形態における廃熱制御サブルーチンと同様とする。
【００９９】
次に、廃熱量制御サブルーチンＡについて説明する。図１４に廃熱量制御サブルーチンＡのフローチャートを示す。
【０１００】
ステップＳ２１１〜Ｓ２１６までは、第１の実施形態におけるステップＳ１１〜Ｓ１６と同様に燃料電池４からの廃熱量を抑制する操作を行う。これにより、燃料電池４からの廃熱を抑制して、予測される一時停止時に暖房に用いる熱を予め蓄えておく。
【０１０１】
ステップＳ２１７において、燃料電池４を要求負荷以上で運転する。燃料電池４を走行のために要求される負荷以上で運転することにより、燃料電池４で生じる熱が増大して燃料電池温度ＴFCが上昇する。これにより、燃料電池４から取り出すことのできる最大熱量ＱFCを増大でき、また、余剰電力を図示されないバッテリに貯えて、一時停止時に電熱ヒータ９の電源として用いることができる。
【０１０２】
この燃料電池４の蓄熱量制御の操作は、燃料電池温度ＴFCが運転温度範囲の上限、または、上限より低い温度閾値ＴFC2に達した時点で停止してもよい。ここでは、ステップＳ２１８に示すように、温度閾値ＴFC2を予測される一時停止時間と要求暖房熱量ＱreqPから求められる、一時停止中の暖房熱量を賄うのに必要な燃料電池４での蓄熱量に相当する温度とする。
【０１０３】
燃料電池温度ＴFCがＴFC2に達したら、ステップＳ２１９に進み、燃料電池４の温度を保持しながらパワープラントの一時停止を行う。その後、ステップＳ２０６〜Ｓ２１１に進み、ステップＳ２〜Ｓ７と同様の操作を行う。つまり、一時停止時に乗員が設定温度を変更したり、一時停止時間が予測以上に長いなど停止前の予測を外れるといった事態が発生した場合のために、要求暖房熱量計算、燃料電池蓄熱量計算及び燃料電池温度ＴFCの監視を継続する。燃料電池温度がある温度閾値ＴFCO以下になる場合にはヒータの起動を含む廃熱量制御サブルーチンＢを行う。
【０１０４】
なお、一時停止前に燃料電池４の蓄熱量の制御を行うという本実施形態の考え方は、燃料電池システム内に改質システムを含む場合にも適用可能である。
【０１０５】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【０１０６】
車両の走行パターンを予測する予測手段（３２、３３）を備え、予測手段により車両の一時停止を予測し、車両の一時停止が予測される時点での燃料電池システムの暖房に用いることのできる蓄熱量を予測し、予測された蓄熱量が要求暖房熱量Ｑreqより小さい場合には燃料電池システム、ここでは燃料電池４の負荷を大きくする。このように、燃料電池システムの一時停止が予測される時点で、燃料電池システム、ここでは燃料電池４に停止時の暖房に必要な熱が蓄えられているかどうかを判断し、熱が不足する場合には燃料電池４における発熱量を増大する。これにより、暖房に必要な熱を賄うことができるとともに、燃料電池４の温度を維持することができる。また、このときに生じる余剰電力はバッテリ等に蓄えておくことができ、効率のよい運転を行うことができる。
【０１０７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を成し得ることはいうまでもない。例えば、本実施形態では、燃料電池４として固体高分子型燃料電池を想定しているが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、メタノール直接型燃料電池でも可能である。また、電力貯蔵装置としてバッテリを例にだしたが、キャパシタなどの同様の機能をはたすものでもよい。また、熱交換媒体としてＬＬＣを用いている場合について説明したが、熱交換媒体は液体に限るものではなく、水などの液体や、空気などの気体を用いてもよい。さらに、バイパス流路１３とラジエータ２への熱交換媒体の供給の切り替えに三方弁３を用いているが、サーモスタットなどを用いても良い。また、燃料電池システムの運転の一時停止を、経路予測手段３２または履歴記憶手段３３により車両の停止の予測により検知しているが、アクセル開度等により車両の一時停止を検知してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃料電池システムを搭載した車両の暖房システムの概略図を示す。
【図２】第１の実施形態におけるメインルーチンを示す。
【図３】第１の実施形態における廃熱量制御サブルーチンを示す。
【図４】第１の実施形態における内気循環切替サブルーチンを示す。
【図５】第１の実施形態におけるブロア風量調整のサブルーチンを示す。
【図６】第１の実施形態における部分空調化のサブルーチンを示す。
【図７】第１の実施形態におけるヒータ起動サブルーチンを示す。
【図８】第２の実施形態に用いる改質システムの概略図である。
【図９】第２の実施形態における燃料電池システムを搭載した車両の暖房システムの概略図を示す。
【図１０】第２の実施形態におけるメインルーチンを示す。
【図１１】第２の実施形態における廃熱量制御サブルーチンを示す。
【図１２】第２の実施形態におけるヒータ起動サブルーチンを示す。
【図１３】第３の実施形態におけるメインスーチンを示す。
【図１４】第３の実施形態における廃熱量制御サブルーチンを示す。
【符号の説明】
２ ラジエータ
３ 三方弁 （媒体分配量調整手段）
４ 燃料電池
５ ポンプ
６ ブロア （空気流量調整手段）
８ ヒータコア （熱交換器）
９ 電熱ヒータ
１０ エアミックスドア （空気分配量調整手段）
１３ バイパス流路 （ラジエータバイパス流路）
１４ 暖房空気切替ドア （選択手段）
２３ 空気流路 （導入流路）
２５ｂ 非加熱流路 （熱交換器バイパス流路）
２７ 車内温度検出手段
２９ 車外温度検出手段
３０ 日射強度検出手段
３２ 経路予測手段 （予測手段）
３３ 履歴記憶手段 （予測手段）
３１ 着座位置検出手段 （着座位置検出手段、乗員数検出手段）
３４ 燃料電池温度検出手段
３５ ＬＬＣ温度検出手段 （媒体温度検出手段）
３７ 改質器（改質部）
３８ 高温シフト反応器 （シフト反応部）
３９ 低温シフト反応器 (シフト反応部)
４０ ＰＲＯＸ反応器 （ＣＯ除去部）
４１〜４４ 温度検出手段 （改質システム温度検出手段）
冷却システム … 冷却ファン１、ラジエータ２、三方弁３、ポンプ５、ＬＬＣ循環バルブ７、ＬＬＣ配管１１、バイパスライオン１３、バルブ１９〜２２
熱導入手段 … ブロア６、ヒータコア８、電熱ヒータ９、エアミックスドア１０、エアミックスチャンバ１２、暖房空気切替ドア１４、空気流路２３、外気吸気部２４ａ、内気吸気部２４ｂ、加熱流路２５ａ、非加熱流路２５ｂ
運転状態検知手段 … 経路予測手段３２、履歴記憶手段３３
熱状態検出手段 … 燃料電池温度検出手段３４、温度検出手段４１〜４４、ステップＳ３、Ｓ１０３、Ｓ２０３
制御手段 … Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ１０４〜Ｓ１０６、Ｓ２０４〜２０６、コントローラ２６
要求暖房熱量演算手段 … Ｓ２、Ｓ１０２、Ｓ２０２
比較手段 … Ｓ４、Ｓ１０４、Ｓ１０６
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用燃料電池システムと車内暖房システムとを一体的に組み込んでなるシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電源の一つとして、水素等の酸化反応により発電を行う燃料電池が着目されている。これは、高効率で発電できるという特徴とともに、排出物は水蒸気であり、有害な成分を排出しないために環境性に非常に優れているという利点もある。かかる性質に着目し、燃料電池を搭載した車両も提案されている。また、燃料電池で消費する水素を、ガソリンやメタノール等の液体燃料の改質反応により生成する改質器を搭載する車両についても開発が進んでいる。
【０００３】
従来の燃料電池システムとして、燃料電池システムと空調装置とを効率的に組み合わせたシステムが提案されている。この従来技術では、燃料電池廃熱を暖房に用いており、廃熱と空調に必要な熱量の関係に基づいて燃料電池システムのＬＬＣ流量を調整している（例えば、特許文献１、参照）。
【０００４】
また、近年、内燃機関自動車でアイドルストップ機能を有したものが開発されている。アイドルストップ機能とは、燃費向上、環境汚染物排出低減のために、信号停止などの短時間停止時にパワープラントを停止させる機能であり、燃料電池車にも同様のコンセプトが提案されている。例えば、従来の内燃機関を動力源とするアイドルストップ機能を持った自動車の暖房システムが提案されている。この従来技術では、車内暖房は、運転時蓄熱タンクに十分な熱を蓄えておいて、アイドルストップ時に放出する形態をとっている（例えば、特許文献２、参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１５５２４号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５０９４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開２００１−３１５５２４号公報においては、燃料電池車のアイドルストップ時に、燃料電池停止状態で暖房するというような使い方は想定していない。
【０００７】
また、特開２００１−１５０９４３号公報においては、アイドルストップ時の車内暖房熱源として蓄熱タンクを用いているが、蓄熱タンクを空調システムに設ける必要があり、設備が冗長、過大になり、複雑化するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、燃料電池車のアイドルストップ時の暖房を行うことができる簡単な構成の燃料電池車用暖房システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
アイドルストップ機能を有する燃料電池車において、燃料電池スタックを含む少なくとも一つ以上の反応器を有し、車両の動力を生成する燃料電池システムと、少なくとも一つ以上の前記反応器の温度または前記反応器に供給する反応ガスの温度を調整する冷却システムを備える。また、前記冷却システムを介して前記燃料電池システムの廃熱の少なくとも一部を回収して前記車両の暖房に用いる熱導入手段と、少なくとも前記車両の停止状態を検知または予測する運転状態検知手段と、前記反応器の温度状態、または、前記燃料電池システムの廃熱として回収できる蓄熱量の少なくとも一方を検出する熱状態検出手段と、運転中に前記車両の停止状態を検知または予測した際に、前記熱導入手段において回収できる前記燃料電池システムの蓄熱量を前記熱状態検出手段の出力に応じて変化させる制御手段と、要求される暖房を行うのに必要な熱量を演算する要求暖房熱量演算手段と、を備え、前記熱状態検出手段により前記熱導入手段において暖房に用いることができる前記燃料電池システムの蓄熱量を検出し、さらに、前記要求暖房熱量と前記蓄熱量とを比較する比較手段を備える。前記要求暖房熱量が前記蓄熱量より大きいと判断された場合に、前記熱導入手段により回収する燃料電池システムの廃熱量を低減する。
【００１０】
【作用及び効果】
運転中に車両の停止状態を検知または予測した際に、熱導入手段において回収できる燃料電池システムの蓄熱量を熱状態検出手段の出力に応じて変化させる。これにより、燃料電池システムに蓄えられた熱が過剰に回収されるのを避け、燃料電池システムの温度を維持することができる。よって、燃料電池システムの機能を低下させることがなく、簡単な構成でアイドルストップ時の暖房を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態における燃料電池車用暖房システムの全体構成の概略を図１に示す。尚、このシステムは図示しない車両に搭載されると共に、車両は信号待ちなど、走行中に関わらず車速が零のとき、そのパワープラントを停止するアイドルストップ機能を有する。
【００１２】
ＬＬＣを循環させるＬＬＣ配管１１を設け、ＬＬＣ配管１１に以下のような装置を配置する。
【００１３】
水素等の燃料を酸化させて自動車を駆動させる電力を発生する燃料電池４と、ＬＬＣを循環させるためのポンプ５、外気とＬＬＣとの間で熱交換を行いＬＬＣからの放熱を行うラジエータ２、ラジエータ２に外気を送る冷却ファン１を備える。また、ラジエータ２を迂回するバイパス流路１３と、ラジエータ２とバイパス流路１３に流れるＬＬＣの流量割合を調整する三方弁３を備える。
【００１４】
さらに、車内に暖房システム中の空気を供給する経路として空気流路２３を設ける。空気流路２３はＬＬＣ配管１１の一部を含み、空気流路２３に含まれるＬＬＣ配管１１には、ＬＬＣと空気流路２３を流れる空気との熱交換を行うヒータコア８を備える。
【００１５】
空気流路２３は、外気を取り込む外気吸気部２４ａと、車内の空気（内気）を取り込む内気吸気部２４ｂと、空気流路２３に取り込む外気と内気の割合を調整する、または内気と外気のどちらか一方を選択する暖房空気切替ドア１４を備える。暖房空気切替ドア１４の後流にはブロア６を備え、車内に取り込む空気の総量を調整する。ブロア６の後流側は、ヒータコア８を配置した加熱流路２５ａと、ヒータコア８の迂回路となる非加熱流路２５ｂに分岐する。分岐点にはヒータコア８を通る空気流量とヒータコア８を通らずに直接車内へ送られる空気流量との割合を制御するエアミックスドア１０を備える。
【００１６】
加熱流路２５ａには、ヒータコア８と、その後流に電熱ヒータ９を備え、電熱ヒータ９のさらに後流側を、加熱流路２５ａと非加熱流路２５ｂの合流部であるエアミックスチャンバ１２とする。エアミックスチャンバ１２で、加熱流路２５ａにおいてＬＬＣと熱交換を行った空気と、熱交換を行わなかった空気と、を混合してから車内に供給する。
【００１７】
また、空気流路２３内に含まれるＬＬＣ配管１１の下流側には、ヒータコア８へのＬＬＣの循環量を制御するＬＬＣ循環バルブ７を備える。
【００１８】
さらに、このような燃料電池システム用の暖房システムを制御するコントローラ２６を備える。コントローラ２６には、ナビゲーションシステム等の経路予測手段３２、通勤等で毎日の走行履歴がほぼ一定である場合にはその履歴情報を記憶して経路を予測する履歴記憶手段３３を備える。ここでは経路予測手段３２と履歴記憶手段３３の両方を備えるが、どちらか一方のみでもよい。また、車内温度を検出する車内温度検出手段２７、車内設定温度を読み込む車内設定温度読み込み手段２８を備える。さらに、車外温度を検出する車外温度検出手段２９、日射強度を検出する日射強度検出手段３０、乗車人数や乗車位置を検出する着座位置検出手段３１のうち少なくとも一つを備える。ここでは手段２７〜３１全てを備え、さらに、燃料電池４の温度を検出する燃料電池温度検出手段３４、ＬＬＣの温度を測定するＬＬＣ温度検出手段３５を備える。
【００１９】
次に、本実施形態における動作を説明する。図２に、ここで行う制御を示すフローチャートを示す。経路予測手段３２や履歴記憶手段３３により予測された一時停止開始時に本制御を開始する。または、運転中に車両が停止したのを検知したら本制御を開始してもよい。
【００２０】
一時停止操作の信号が出力されたら、ステップＳ１において、パワープラントを一時停止する。ここでは燃料電池４への燃料供給を停止する。ステップＳ２において、要求暖房熱量Ｑreqを読み込む。ここでは、燃料電池車運転時には、車内の要求暖房熱量Ｑreqは常にモニタリングしておく。要求暖房熱量Ｑreqをモニタリングする際には、要求暖房熱量Ｑreqを算出する情報として、上記の手段２７〜３１の出力結果を用いる。ここでは例えば車内温度と設定温度の差に、車外温度、日射強度、乗員数等を考慮して要求される暖房に必要な熱量を求める。
【００２１】
ステップＳ３において暖房に用いることができる燃料電池４の蓄熱量ＱFCを読み取る。ここでは、要求暖房熱量Ｑreqと同様に、燃料電池４やＬＬＣの温度から蓄熱量を常にモニタリングしておく。このとき、ナビゲーションシステム等の経路予測手段３２や、履歴記憶手段３３等を用いて、燃料電池４の蓄熱量の変化を計算、予測する。
【００２２】
次に、ステップＳ４において、要求暖房熱量Ｑreqと燃料電池蓄熱量から、燃料電池からの廃熱量を抑制する必要性を判断する。ここでは、要求暖房熱量Ｑreqと、燃料電池蓄熱量のうち暖房に用いることのできる最大熱量ＱFCと、を比較する。最大熱量ＱFCは、次の式で求めることができる。
【００２３】
【式１】
ここで、ＣFCは、燃料電池４の平均熱容量、ＴFCは燃料電池温度検出手段３４により検出した燃料電池４の温度、ＴFC0は既定の温度閾値である。
【００２５】
燃料電池４は最適運転温度範囲が限られており、その範囲外では性能が大幅に低下する。それを避けるため、一時停止時には既定の燃料電池温度閾値ＴFC0を定め、ＴFCがＴFC0より小さくならないように制御する。ここで、温度閾値ＴFC0は燃料電池４の最適運転温度範囲の下限であってもよいし、最適運転温度範囲の下限より高い値でもよい。本実施形態においては、閾値ＴFC0は最適温度範囲の下限より高い値とする。
【００２６】
ステップＳ４において、要求暖房熱量Ｑreqが最大熱量ＱFCより大きく、燃料電池４からの廃熱量の抑制が必要であると判断された際には、後述するステップＳ５の廃熱量制御サブルーチン（図３）に進む。
【００２７】
一方、要求暖房熱量Ｑreqが最大熱量ＱFC以下の場合には、燃料電池４の廃熱量を抑制することなく暖房に用いる。ステップＳ６において、燃料電池温度ＴFCが既定の温度閾値ＴFC0より小さければステップＳ５に進み、燃料電池４の廃熱を抑制する。燃料電池温度ＴFCが既定の閾値ＴFC0以上の場合には燃料電池４を適切運転温度領域に維持できていると判断してステップＳ７に進む。ステップＳ７でアイドルストップ時であるかどうかを判断する。車両の一時停止の状態がつづいている場合はステップＳ６に戻り燃料電池温度ＴFCの監視を継続し、走行が再開されたら本制御を終了する。
【００２８】
次に、廃熱量制御のサブルーチン（ステップＳ５）を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
ステップＳ１１において、図４のフローチャートに示すような内気循環切替サブルーチンを行う。
【００３０】
暖房空気切替ドア１４を外気導入側に設定すると、ヒータコア８に供給される空気の温度が低下する。これにより、ヒータコア８におけるＬＬＣと空気との熱交換が促進されＬＬＣを介して燃料電池温度ＴFCが低下する。つまり、燃料電池４からの廃熱量が増大する。これに対して、既に暖房されている車内の空気（内気）を再び空気流路２３に取り込むことで、ＬＬＣと空気との間の熱交換を抑え、燃料電池４からの廃熱を抑制することができる。ここでは内気循環切替サブルーチンを燃料電池４からの廃熱を抑制したい場合に行うので、暖房空気切替ドア１４を内気循環側に設定する。ただし、車内に設けられている外気導入スイッチが乗員により操作されている場合には乗員の意思を優先する。
【００３１】
よって、図４のフローチャートでは、ステップＳ２１で外気導入スイッチがオンになっているかどうかを判断する。オンになっている場合にはステップＳ２２に進み、暖房空気切替ドア１４を外気導入側に設定する。一方、ステップＳ２１において、外気導入スイッチがオンでなかったらステップＳ２３に進み、内気循環側に設定する。
【００３２】
内気循環切替サブルーチンを行ったら、図３のステップＳ１２に進み、図５に示すブロア風量調整サブルーチンに従ってブロア６の風量調整を行う。ここでは、ヒータコア８の手前に設けたブロア６の風量を小さくすることにより、ヒータコア８での空気とＬＬＣとの熱交換量を減少してＬＬＣを介して燃料電池温度ＴFCが低下するのを抑制する。ただし、車内に設けられている温風量調整スイッチが乗員により操作されている場合には、乗員の意思を優先する。
【００３３】
よって、図５のフローチャートでは、ステップＳ２４において、温風量調整スイッチがオンであるかどうかを判断する。オンである場合には、ステップＳ２５に進み予め指定された風量を送るようにブロア６を調整する。一方、温風量調整スイッチがオフであったらステップＳ２６に進み、風量を小さくするようにブロア６を調整する。
【００３４】
次に、図３のステップＳ１３に進み、部分空調化のサブルーチンを実行する。部分空調化のサブルーチンを図６に示す。車内の着座位置検出手段３１により、乗員が着座する位置を検出して乗員のいる付近のみ部分空調化を行う。ただし、車内に設けられている吹き出し口指定スイッチが乗員により操作されている場合には乗員の意思を優先する。
【００３５】
よって、図６のフローチャートでは、ステップＳ２７において、吹き出し口指定スイッチがオンになっているかどうかを判断する。オンになっている場合には、ステップＳ２８において空気を指定された吹き出し口から車内に送る。一方、吹き出し口指定スイッチがオフの場合には、ステップＳ２９に進み、着座位置検出手段３１の出力結果に応じて吹き出し口を設定し部分空調化を行う。
【００３６】
次に、図３のステップＳ１４に進み、ＬＬＣがラジエータ２を迂回してバイパス流路１３を流通するように三方弁３をバイパス流路１３側に切り替える。ＬＬＣがバイパス流路１３を通ると、ラジエータ２における放熱がない分だけＬＬＣの温度低下を抑制することができる。なお、ラジエータ２を流れるＬＬＣ流量とバイパス流路１３を流れるＬＬＣの流量をＬＬＣ温度検出手段３５により検出したＬＬＣの温度により制御してもよい。
【００３７】
ステップＳ１５においてポンプ５を調整する。ここでは、ＬＬＣの循環量を抑制することにより燃料電池４からの廃熱量を低減する。本実施形態ではポンプ５が一つである場合を想定しているが、ラジエータ２側にＬＬＣを回すポンプと、ヒータコア８側にＬＬＣを回すポンプの二つを設けて、アイドルストップ時にはヒータコア８側にだけＬＬＣを送る構成としてもよい。
【００３８】
ステップＳ１６において、ヒータコア８の上流に設けられたエアミックスドア１０の開度θを調整する。ここで、加熱側流路２５ａを完全に塞いだときの開度を０度とし、開度が９０度で全ての空気を加熱側流路２５ａに供給する。ヒータコア８からの放熱が低減した場合にも、このエアミックスドア１０の開度θを大きくすることで、エアミックチェンバ１２において混合されて車内に供給される空気の温度を車内暖房に必要な温度に維持することができる。
【００３９】
次に、ステップＳ１７において、燃料電池温度ＴFCの判定を行う。
【００４０】
ステップＳ１１〜Ｓ１９の燃料電池廃熱量の抑制操作により、燃料電池温度ＴFCが最適運転領域より小さくなるのを防いでいる。しかしながら、予想以上の長時間の停止、渋滞等の場合には、燃料電池４の蓄熱量が減少して燃料電池温度ＴFCが温度閾値ＴFC0より小さくなる可能性が生じる。そこで、ステップＳ１７において、燃料電池温度ＴFCと温度閾値ＴFC0を比較し、ＴFCがＴFC0以上であれば、燃料電池４の蓄熱量が許容範囲にあると判断して図２のステップＳ７に進む。ＴFCがＴFC0より小さい場合には、燃料電池４の蓄熱量が不足していると判断してステップＳ１８に進む。
【００４１】
ステップＳ１８においてはヒータ起動サブルーチンを実行する。ヒータ起動サブルーチンのフローを図７に示す。ここで用いる電熱ヒータ９は図示しないバッテリにより運転してもよいし、燃料電池４を再起動して電力を供給してもよい。ここでは、燃料電池４を電源として用いる。
【００４２】
ステップＳ３１において、燃料電池４を再起動して電熱ヒータ９をオンにして暖房システムに用いる空気の昇温を行う。燃料電池４を再起動して運転することにより発熱して燃料電池温度ＴFCが上昇する。そこで、ステップＳ３２に進み、燃料電池温度ＴFCが燃料電池４の蓄熱から車内暖房に必要な熱を取るのに十分な温度閾値ＴFC1（＞ＴFC0）に達したかどうかを判断する。温度ＴFCが温度閾値ＴFC1に達するまで燃料電池４および電熱ヒータ９の運転を続け、ＴFC1に達したらステップＳ３３に進み電熱ヒータ９をオフ、燃料電池４を一時停止状態にする。このようにヒータ起動サブルーチンを終了したら図２のステップＳ７に進む。 なお、ここでは、車内に送風する空気を電熱ヒータ９により加熱しているが、電熱ヒータ９をＬＬＣを加熱する構成としてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態の効果を説明する。
【００４４】
冷却システムを介して燃料電池システムの廃熱の少なくとも一部を回収して車両の暖房に用いる熱導入手段（空気流路２３内の装置）と、少なくとも車両の停止状態を検知または予測する運転状態検知手段、ここでは経路予測手段３２や履歴記憶手段３３を備える。さらに燃料電池温度ＴFC、または、暖房に用いることができる燃料電池システムの蓄熱量ＱFCの少なくとも一方を検出する熱状態検出手段を備える。運転中に車両の停止状態を検知または予測した際に、熱導入手段において回収する燃料電池システムからの廃熱量を熱状態検出手段の出力に応じて変化させる。このように、燃料電池システムの熱状態、ここでは燃料電池４の蓄熱量ＱFCや温度ＴFCに応じて暖房に用いる廃熱量を変化させるので、燃料電池４から過度に熱を取り出すのを避けることができる。これにより燃料電池４を効率のよい運転ができる温度に維持することができ、一時停止後に速やかに燃料電池４の運転を再開し、車両の動力を取り出すことができる。よって、システムに複雑な構成を付け加えたり、燃料電池システムの性能を低下させることなく、アイドルストップ時の暖房を行うことができる。
【００４５】
また、要求暖房熱量Ｑreqを演算する要求暖房熱量演算手段（Ｓ２）を備える。さらに要求暖房熱量Ｑreqと蓄熱量ＱFCとを比較し（Ｓ４）、ＱreqがＱFCより大きいと判断された場合に、回収する燃料電池システムの廃熱量を低減する。このように制御することで、燃料電池システム、ここでは燃料電池４から取り出される熱量を抑制することができる。その結果、走行再開時に燃料電池システムにおいて速やかな電力供給を行うことができる。
【００４６】
また、反応器、ここでは燃料電池４の温度ＴFCが所定の温度範囲より小さくなった場合に、回収する燃料電池システムの廃熱量を低減することにより、燃料電池４の効率の良い運転が行える温度を維持することができる。
【００４７】
熱導入手段として、ＬＬＣと空気との間で熱交換を行う熱交換器、ここではヒータコア８と、空気を車内に導入する空気流路２３、を備える。これにより、冷却システムを介して燃料電池４の廃熱を暖房に用いることができる。
【００４８】
熱導入手段として、さらに選択的に空気を暖機することができる電熱ヒータ９を備え、回収する燃料電池システムの廃熱量を低減した際に空気を電熱ヒータ９により暖める。これにより、暖房に用いる廃熱量が低減しても電熱ヒータ９から熱を供給して暖房に必要な熱を確保することができる。ここでは特に、電熱ヒータ９の電源に燃料電池システムを用いることで、電力供給に加えて燃料電池システムの地区熱量の回復を図ることができる。
【００４９】
また、空気流路２３に車内の空気を取り込むか、車外の空気を取り込むか、を選択する暖房空気切替ドア１４を備え、燃料電池４の蓄熱量が不足する際には空気流路２３に車内の空気を取り込む。内気循環とした場合には、ＬＬＣと空気の温度差が小さくなるので、ＬＬＣからの、ひいては燃料電池４からの廃熱量を低減することができる。また、空気流路２３に供給する空気流量を調整するブロア６を備え、燃料電池４の蓄熱量が不足する際には供給する空気流量を低減する。これにより、ＬＬＣから空気へ熱が移動しにくくなるので、燃料電池４からの廃熱を抑えることができる。
【００５０】
ヒータコア８を迂回する非加熱流路２５ｂと、ヒータコア８に供給する空気流量と非加熱流路２５ｂを通過する空気流量をとの割合を調整するエアミックスドア１０を備える。これにより、ヒータコア８を通過する空気量とヒータコア８を通過せず車内へ供給される空気量を調整し、２系統の空気を混合する手段を持つこととしているので、ヒータコア８からの放熱量に関わらず、任意の温度の温風を車内に供給できる。
【００５１】
また、冷却システムに用いるＬＬＣの熱を外部に排出するラジエータ２と、ラジエータ２を迂回するバイパス流路１３と、ラジエータ２に供給するＬＬＣ流量を調整する三方弁３と、を備える。ラジエータ２を通過するＬＬＣ流量を低減する、または零にすることにより、燃料電池システム、ここでは燃料電池４からの廃熱を低減することができる。これにより、燃料電池４からの無駄な廃熱を避け、燃料電池４を適切運転温度範囲に維持しやすくなる。
【００５２】
また、ＬＬＣの循環量を調整するポンプ５を備え、ＬＬＣの循環量を低減することにより燃料電池システム、ここでは燃料電池４からの廃熱を低減することができる。これにより、燃料電池４の温度を適切運転温度範囲に維持しやすくなる。
【００５３】
また、乗員の着座位置を検出する着座位置検出手段３１を備え、燃料電池４の廃熱が低減する際には、乗員が乗っている付近のみを暖房することにより、少ない熱量で効率的な暖房を行うことができる。
【００５４】
車内の温度を検出する車内温度検出手段２７を備え、車内温度検出手段２７の出力と車内で要求される設定温度とに基づいて、暖房に必要な要求暖房熱量Ｑreqを求めることができる。これにより、燃料電池システム、ここでは燃料電池４に要求される廃熱量を求め、暖房を行うのに十分な熱があるかどうかを判断することができる。
【００５５】
車外の温度を検出する車外温度検出手段２９を備え、車外温度検出手段２９の出力に応じて、要求暖房熱量Ｑreqを求める。車外の温度が低い場合には車内の暖房にも余分な熱量が必要となるので、車外の温度を考慮することにより要求される暖房をより正確に制御できる。
【００５６】
日射強度を検出する日射強度検出手段３０を備え、日射強度検出手段３０の出力に応じて、要求暖房熱量Ｑreqを求める。日射の強い場合などには車内の温度が上昇し易くなる。ここで、日射強度を考慮することにより要求される暖房をより正確に制御できる。
【００５７】
乗員数を検出する手段、ここでは着座位置検出手段３１を備え、乗員数に応じて要求暖房熱量Ｑreqを求める。乗員数が少ない場合には車内温度が上昇しにくいが、これを考慮することにより要求される暖房をより正確に制御できる。
【００５８】
冷却システムにＬＬＣの温度を検出するＬＬＣ温度検出手段３５を備え、ＬＬＣの温度に基づいて暖房に用いることのできる燃料電池システム、ここでは燃料電池４の蓄熱量を検出することができる。
【００５９】
冷却システムは燃料電池４の温度調整を行い、燃料電池４からの廃熱をヒータ８により回収して暖房に用いる。ここでは、燃料電池４の廃熱を用いて暖房を行うことにより、エネルギー効率のよい運転を行うことができる。このとき、アイドルストップ時に、燃料電池４の温度を適切運転温度範囲に維持することで、アイドリング終了後にも走行に必要な動力を速やかに得ることができる。
【００６０】
さらに、燃料電池４の温度を検出する燃料電池温度検出手段３４を備え、燃料電池温度検出手段３４の出力に基づいて燃料電池４から回収できる蓄熱量を求めることで、燃料電池４の温度低下を防ぐことができる。
【００６１】
また、車両の走行パターンを予測する予測手段を備え、予測手段により一時停止時間を予測することで、一時停止時の暖房に必要な要求暖房熱量Ｑreqをより正確に求めることができる。また、実施形態では、予測手段を用いて燃料電池４の蓄熱量のモニタリングを行うので、車両停止時に速やかな制御を行うことができる。例えば、短時間停止時には急速暖房を可能とし、長時間停止時には燃料電池４の蓄熱量を制御する方法により、燃料電池４が最適運転温度範囲より小さくならないように調整することができる。
【００６２】
予測手段としてナビゲーションシステム等の経路予測手段３２や、走行パターンの履歴を記憶して走行パターンを予測する履歴記憶手段３３を用いる。これにより、予測する停止時間情報を基に暖房システムを制御して、車内暖房と燃料電池システム運転を両立させることが可能である。
【００６３】
次に、第２の実施形態について説明する。ここでは、改質型燃料電池車に搭載される暖房システムについて説明する。
【００６４】
典型的な改質プロセスの例、例えばメタンを改質するプロセスを図３に示す。改質される改質用原燃料は、メタノール等のアルコールでもよいし、ガソリン等の液体炭化水素でもよい。
【００６５】
改質用原燃料、ここではメタン、空気、蒸発器３６により生成した水蒸気を用いて改質反応を行う改質反応器３７を備える。改質反応器３７では、改質触媒により以下のＡＴＲ（Ａｕｔｏ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）反応が促進される。このときの反応温度は約８００℃である。
【００６６】
【式２】
この反応により、ＣＯを含む水素リッチな改質ガスが生成される。
【００６８】
ここで、改質ガスに含まれるＣＯは固体高分子型燃料電池の運転温度領域である１００℃付近で、電極触媒のＰｔを被毒する。そこで、改質ガスはＣＯを低減させる高温シフト反応器３８、低温シフト反応器３９、ＰＲＯＸ（選択酸化）反応器４０を備え、これらによりＣＯを低減してから燃料電池４に供給される。各反応器で生じるＣＯ低減反応は以下の化学式により表される。
【００６９】
【式３】
このＣＯ低減反応により燃料電池４に供給される改質ガス中のＣＯ濃度は数十ｐｐｍ程度になる。それぞれの運転温度領域は、高温シフト反応器３８が約４５０℃、低温シフト反応器３９が約２５０℃、ＰＲＯＸ反応器４０が約１５０℃である。
【００７１】
ここでは、各反応器の温度を適切運転温度領域に維持するために、反応器３８〜４０の上流側に熱交換器１５〜１７を設け、供給される改質ガスの温度を調整する。さらに、ＰＲＯＸ反応器４０から排出された約１５０℃の改質ガスを、固体高分子型燃料電池４の運転温度領域（約８０℃）まで下げる熱交換器１８を備え、これらの熱交換器１５〜１８を冷却システムに組み込む。
【００７２】
これらの熱交換器１５〜１８を冷却システムに組み込んだ時の暖房システムの概略を図９に示す。なお、このシステムは、図示しない車両に搭載されると共に、車両は信号待ちなど、運転中に関わらず車速が零のときに、そのパワープラントを停止するアイドルストップ機能を有する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７３】
ＬＬＣ配管１１の一部として、各熱交換器１５〜１８および燃料電池４に循環する分岐路を設ける。燃料電池４に分岐する流路に、燃料電池４を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ１９を備える。また、改質反応器３７と高温シフト反応器３８との間に配置した熱交換器１５に分岐する流路に、熱交換器１５を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ２０を備える。高温シフト反応器３８と低温シフト反応器３９との間に配置した熱交換器１６に分岐する流路に、熱交換器１６を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ２１を備える。低温シフト反応器３９とＰＲＯＸ反応器４０との間に配置した熱交換器１７に分岐する流路に、熱交換器１７を循環するＬＬＣ流量の割合を調整するバルブ２２を備える。なお、ＰＲＯＸ反応器４０と燃料電池４の間に配置した熱交換器１８に分岐する流路にはバルブは設けず、熱交換器１８を循環するＬＬＣ流量の割合は、バルブ１９〜２２およびＬＬＣ循環バルブ７により調整する。
【００７４】
このように、各熱交換器１５〜１８へＬＬＣを循環させるように構成し、改質ガスとＬＬＣとの間で熱交換を可能とする。また、熱交換器１５〜１８にはそれぞれ温度検出手段４１〜４４を備え、検出結果をコントローラ２６に入力する。
【００７５】
次に、上記のような暖房システムのアイドルストップ時の動作を説明する。本実施形態のメインルーチンを図１０に示す。なお、燃料電池車運転時には、車内の要求暖房熱量Ｑreqを常にモニタリングしておく。要求暖房熱量Ｑreqを判断する情報として、車内温度、車内設定温度、車外温度、日射強度、乗車人数などを用いる。予測されるパワープラント一時停止時に本制御フローを開始する。
【００７６】
ステップＳ１０１において燃料電池４および改質システムへの燃料の供給を停止し、ステップＳ１０２において車内の要求暖房熱量Ｑreqを読み取る。次に、ステップＳ１０３において、燃料電池４および熱交換器１５〜１８の蓄熱量を計算する。これは、燃料電池４の温度情報、熱交換器１５〜１８の温度情報、ＬＬＣの温度情報、経路予測手段３２の情報、履歴記憶手段３３の情報等を用いて、燃料電池４および熱交換器１５〜１８の蓄熱量の変化を計算、予測する。
【００７７】
次に、ステップＳ１０４において、要求暖房熱量Ｑreqと燃料電池４、熱交換器１５〜１８の蓄熱量から、燃料電池システムの廃熱量を制御する必要があるかどうかを判断する。ここでは、燃料電池４の蓄熱量のうち暖房に用いることのできる最大の熱量ＱFCと熱交換器１５〜１８の蓄熱量のうち暖房に用いることのできる最大の熱量の和ＱHEXとの合計と、要求暖房熱量Ｑreqとを比較することにより判断する。なお、ＱHEXは次のような式で求めることができる。
【００７８】
【式４】
ここで、ＣHEXi（ｉ＝１５〜１８）は、熱交換器ｉの熱容量、ＴHEXi（ｉ＝１５〜１８）は熱交換器ｉの温度、ＴHEXi0は熱交換器ｉの既定の温度閾値である。
【００８０】
高温、低温シフト反応器３８、３９およびＰＲＯＸ反応器４０は温度低下によりＣＯ低減能力を大きく損なう。それを避けるため、温度閾値ＴHEXi0を設定し、熱交換器１５〜１８が温度閾値より小さくならないように制御する。ここで、温度閾値ＴHEXi0は最適運転温度範囲の下限であってもよいし、最適運転温度範囲の下限より高い値でもよい。ここでは、温度閾値ＴHEXi0を最適運転温度範囲の下限より高い値とする。ただし、ＰＲＯＸ反応器４０と燃料電池４との間に配置した熱交換器１８の温度低下は、ＣＯ低減性能の低下、ひいては燃料電池４の破損に結びつかないので、熱交換器１８の蓄熱量は制限することなく暖房に用いることもできる。ここではこの考えに基づき、熱交換器１８の温度閾値ＴHEX180は、熱交換器１８内を流通するＬＬＣ温度と同じとする。
【００８１】
ステップＳ１０４において、ＱFC＋ＱHEXがＱreqより小さければ、燃料電池４および熱交換器１５〜１８からの廃熱量を抑制する必要があると判断してステップＳ１０５の廃熱量制御サブルーチンを実行する。
【００８２】
一方、ステップＳ１０４において、ＱFC＋ＱHEXがＱreq以上である場合には、廃熱量制御を行う必要がないと判断する。これにより、燃料電池４および熱交換器１５〜１８からの廃熱量を制御することなく暖房に用いる。ステップＳ１０６において、燃料電池温度ＴFCと各熱交換器１５〜１８の温度ＴHEXiを読み込み、これらのうち少なくとも一つが既定の温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0より小さければ、過剰な廃熱が行われていると判断する。そこでステップＳ１０５に進み、廃熱量の制御を行う。一方、ＴFC、ＴHEXiがＴFC0、ＴHEXi0以上の場合には、燃料電池４および各反応器３８〜４０が適切運転温度領域に維持されていると判断し、ステップＳ１０７に進み、一時停止の状態が終了するまで温度ＴFC、ＴHEXiの監視を継続する。
【００８３】
次に、ステップＳ１０５の廃熱量制御サブルーチンを図１１のフローチャートを用いて説明する。
【００８４】
ステップＳ１１１〜Ｓ１１６においては、第１の実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１６と同様の動作を行い、燃料電池４からの廃熱を抑制する。ステップＳ１１７においては、バルブ１９〜２２を閉じて、燃料電池４および熱交換器１５〜１７へのＬＬＣ循環を停止する。これにより、燃料電池４および熱交換器１５〜１７の温度低下を遅らせることができる。
【００８５】
このとき、バルブ１９〜２２は必ずしも同時に操作する必要はない。燃料電池４および熱交換器１５〜１７のそれぞれの冷却速度、蓄熱量に応じてバルブ１９〜２２を閉じて、燃料電池５および熱交換器１５〜１７におけるＬＬＣの循環を停止する。これにより、車内の暖房に燃料電池４および熱交換器１５〜１７の蓄熱を使用すると同時に過度の廃熱を抑制する。なお、熱交換器１８の蓄熱は制限することなく暖房に用いる。
【００８６】
また、ここではバルブ１９〜２２を閉じてＬＬＣの供給を停止したが、冷却速度や蓄熱量に応じてバルブ１９〜２２の開度を設定してもよい。例えば、燃料電池４および熱硬化器１５〜１７のうち蓄熱量の多いものには、バルブの開度を大きく設定して多くのＬＬＣを循環させ、多くの熱を取り出す。反対に蓄熱量の少ないものには、バルブの開度を小さくすることにより循環するＬＬＣ流量を低減して廃熱を抑制する。
【００８７】
次にステップＳ１１８においては、燃料電池温度ＴFC、熱交換器温度ＴHEXiが既定の温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0以上かどうかを判断する。温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0以上であれば、燃料電池４および各反応器３８〜４０の温度が適切運転温度領域に維持されていると判断して、廃熱量制御サブルーチンを終了する。
【００８８】
一方、温度閾値ＴFC0、ＴHEXi0より小さければ、ステップＳ１１９に進み、ヒータ起動サブルーチンを実行する。他の熱源、ここでは電熱ヒータ９による暖房を行うと同時に、燃料電池４、改質システムの再起動による燃料電池４および熱交換器１５〜１８、ひいてはシフト反応器３８、３９、ＰＲＯＸ反応器４０の暖機を行う。以下に、図１２に示すヒータ起動サーブルーチンについて説明する。
【００８９】
ステップＳ１３１において燃料電池４および改質システムを再起動し、発生した電力を用いて電熱ヒータ９をオンにする。この電熱ヒータ９により加熱された空気を用いて車内の暖房を行う。
【００９０】
燃料電池４および改質システムを運転することで、燃料電池４および各反応器３８〜４０の温度が上昇する。そこで、ステップＳ１３２において、燃料電池４および熱交換器１５〜１８の温度判定を行う。つまり、ＴFC≧ＴFC1かつTHEXi≧ＴHEXi1となるまで運転を継続し、ＴFC≧ＴFC1かつTHEXi≧ＴHEXi1となったらステップＳ１３３において、燃料電池４および改質システムを再び停止して電熱ヒータ９をオフにしてヒータ起動サブルーチンを終了する。ここで、ＴFC1、ＴHEXi1は、燃料電池４および熱交換器１５〜１８からの廃熱が可能な温度領域を示す温度閾値である。つまり、後流の反応器、ここではシフト反応器３８、３９、ＰＲＯＸ反応器４０の温度を適正運転温度の範囲に維持するために必要な改質ガスの温度閾値となる。これにより、アイドリング終了時に速やかに反応を再開することができる。
【００９１】
第１の実施形態と同様に、このような制御を一時停止の間に行うことで、燃料電池４および改質システム、ここでは高温シフト反応器３８、低温シフト反応器３９、ＰＲＯＸ反応器４０の温度を、適切運転温度領域に維持することができる。また、燃料電池４および改質システムの蓄熱を車内の暖房に用いることができ、消費エネルギを抑制した暖房システムを構成することができる。
【００９２】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００９３】
燃料電池システムは、改質反応器３７および、シフト反応器３８、３９とＣＯ除去器４０の少なくとも一方を備えた改質システムを備え、冷却システムにより改質システムの温度調整を行う。改質システムからの廃熱を暖房に用いることにより、エネルギー効率を向上することができる。このとき、各反応器３８、３９、４０の温度状態に応じて取り出す熱量を変化させることで反応の生じ易い温度に保つことができ、アイドリング終了後に速やかに発電に用いる燃料ガスを生成することができる。
【００９４】
さらに、改質システムには、ＬＬＣとの熱交換を行う部分、ここでは熱交換器１５〜１８の温度を検出する温度検出手段４１〜４４を備え、温度検出手段４１〜４４に基づいて改質システムから回収できる蓄熱量を求めることで、各反応器３８〜４０の温度を適切運転温度範囲に維持することができる。
【００９５】
次に第３の実施形態について説明する。燃料電池車用暖房システムの全体の構成を第１の実施形態（図１）と同様とする。以下、図１３のフローチャートに従って本実施形態の動作を説明する。なお、ナビゲーションシステムなどの経路予測手段３２によって、パワープラントの一時停止が開始されると予測した時点で本制御を開始する。以下、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００９６】
ステップＳ２０１において、予測される一時停止時間から求められる要求暖房熱量ＱreqPを求める。次にステップＳ２０２において、その時点で暖房に利用可能な燃料電池蓄熱量ＱFCを求める。ＱreqPがＱFCより大きく、燃料電池４の蓄熱により一時停止中の暖房用の熱を賄えないと判断されたら、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４で後述するような廃熱量制御サブルーチンＡを行い、ステップＳ２０５で燃料電池４への燃料供給を一時停止して、パワープラントを一時停止する。
【００９７】
一方、ＱreqPがＱFC以下であれば、燃料電池の蓄熱で一時停止時中の暖房を行えると判断してステップＳ２０５に進み、パワープラントを一時停止する。
【００９８】
ステップＳ２０６に進み、以下、第１実施形態のステップＳ２〜Ｓ７と同様の制御を行う。ここで、廃熱量制御サブルーチンＢは、第１の実施形態における廃熱制御サブルーチンと同様とする。
【００９９】
次に、廃熱量制御サブルーチンＡについて説明する。図１４に廃熱量制御サブルーチンＡのフローチャートを示す。
【０１００】
ステップＳ２１１〜Ｓ２１６までは、第１の実施形態におけるステップＳ１１〜Ｓ１６と同様に燃料電池４からの廃熱量を抑制する操作を行う。これにより、燃料電池４からの廃熱を抑制して、予測される一時停止時に暖房に用いる熱を予め蓄えておく。
【０１０１】
ステップＳ２１７において、燃料電池４を要求負荷以上で運転する。燃料電池４を走行のために要求される負荷以上で運転することにより、燃料電池４で生じる熱が増大して燃料電池温度ＴFCが上昇する。これにより、燃料電池４から取り出すことのできる最大熱量ＱFCを増大でき、また、余剰電力を図示されないバッテリに貯えて、一時停止時に電熱ヒータ９の電源として用いることができる。
【０１０２】
この燃料電池４の蓄熱量制御の操作は、燃料電池温度ＴFCが運転温度範囲の上限、または、上限より低い温度閾値ＴFC2に達した時点で停止してもよい。ここでは、ステップＳ２１８に示すように、温度閾値ＴFC2を予測される一時停止時間と要求暖房熱量ＱreqPから求められる、一時停止中の暖房熱量を賄うのに必要な燃料電池４での蓄熱量に相当する温度とする。
【０１０３】
燃料電池温度ＴFCがＴFC2に達したら、ステップＳ２１９に進み、燃料電池４の温度を保持しながらパワープラントの一時停止を行う。その後、ステップＳ２０６〜Ｓ２１１に進み、ステップＳ２〜Ｓ７と同様の操作を行う。つまり、一時停止時に乗員が設定温度を変更したり、一時停止時間が予測以上に長いなど停止前の予測を外れるといった事態が発生した場合のために、要求暖房熱量計算、燃料電池蓄熱量計算及び燃料電池温度ＴFCの監視を継続する。燃料電池温度がある温度閾値ＴFCO以下になる場合にはヒータの起動を含む廃熱量制御サブルーチンＢを行う。
【０１０４】
なお、一時停止前に燃料電池４の蓄熱量の制御を行うという本実施形態の考え方は、燃料電池システム内に改質システムを含む場合にも適用可能である。
【０１０５】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【０１０６】
車両の走行パターンを予測する予測手段（３２、３３）を備え、予測手段により車両の一時停止を予測し、車両の一時停止が予測される時点での燃料電池システムの暖房に用いることのできる蓄熱量を予測し、予測された蓄熱量が要求暖房熱量Ｑreqより小さい場合には燃料電池システム、ここでは燃料電池４の負荷を大きくする。このように、燃料電池システムの一時停止が予測される時点で、燃料電池システム、ここでは燃料電池４に停止時の暖房に必要な熱が蓄えられているかどうかを判断し、熱が不足する場合には燃料電池４における発熱量を増大する。これにより、暖房に必要な熱を賄うことができるとともに、燃料電池４の温度を維持することができる。また、このときに生じる余剰電力はバッテリ等に蓄えておくことができ、効率のよい運転を行うことができる。
【０１０７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を成し得ることはいうまでもない。例えば、本実施形態では、燃料電池４として固体高分子型燃料電池を想定しているが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、メタノール直接型燃料電池でも可能である。また、電力貯蔵装置としてバッテリを例にだしたが、キャパシタなどの同様の機能をはたすものでもよい。また、熱交換媒体としてＬＬＣを用いている場合について説明したが、熱交換媒体は液体に限るものではなく、水などの液体や、空気などの気体を用いてもよい。さらに、バイパス流路１３とラジエータ２への熱交換媒体の供給の切り替えに三方弁３を用いているが、サーモスタットなどを用いても良い。また、燃料電池システムの運転の一時停止を、経路予測手段３２または履歴記憶手段３３により車両の停止の予測により検知しているが、アクセル開度等により車両の一時停止を検知してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃料電池システムを搭載した車両の暖房システムの概略図を示す。
【図２】第１の実施形態におけるメインルーチンを示す。
【図３】第１の実施形態における廃熱量制御サブルーチンを示す。
【図４】第１の実施形態における内気循環切替サブルーチンを示す。
【図５】第１の実施形態におけるブロア風量調整のサブルーチンを示す。
【図６】第１の実施形態における部分空調化のサブルーチンを示す。
【図７】第１の実施形態におけるヒータ起動サブルーチンを示す。
【図８】第２の実施形態に用いる改質システムの概略図である。
【図９】第２の実施形態における燃料電池システムを搭載した車両の暖房システムの概略図を示す。
【図１０】第２の実施形態におけるメインルーチンを示す。
【図１１】第２の実施形態における廃熱量制御サブルーチンを示す。
【図１２】第２の実施形態におけるヒータ起動サブルーチンを示す。
【図１３】第３の実施形態におけるメインスーチンを示す。
【図１４】第３の実施形態における廃熱量制御サブルーチンを示す。
【符号の説明】
２ ラジエータ
３ 三方弁 （媒体分配量調整手段）
４ 燃料電池
５ ポンプ
６ ブロア （空気流量調整手段）
８ ヒータコア （熱交換器）
９ 電熱ヒータ
１０ エアミックスドア （空気分配量調整手段）
１３ バイパス流路 （ラジエータバイパス流路）
１４ 暖房空気切替ドア （選択手段）
２３ 空気流路 （導入流路）
２５ｂ 非加熱流路 （熱交換器バイパス流路）
２７ 車内温度検出手段
２９ 車外温度検出手段
３０ 日射強度検出手段
３２ 経路予測手段 （予測手段）
３３ 履歴記憶手段 （予測手段）
３１ 着座位置検出手段 （着座位置検出手段、乗員数検出手段）
３４ 燃料電池温度検出手段
３５ ＬＬＣ温度検出手段 （媒体温度検出手段）
３７ 改質器（改質部）
３８ 高温シフト反応器 （シフト反応部）
３９ 低温シフト反応器 (シフト反応部)
４０ ＰＲＯＸ反応器 （ＣＯ除去部）
４１〜４４ 温度検出手段 （改質システム温度検出手段）
冷却システム … 冷却ファン１、ラジエータ２、三方弁３、ポンプ５、ＬＬＣ循環バルブ７、ＬＬＣ配管１１、バイパスライオン１３、バルブ１９〜２２
熱導入手段 … ブロア６、ヒータコア８、電熱ヒータ９、エアミックスドア１０、エアミックスチャンバ１２、暖房空気切替ドア１４、空気流路２３、外気吸気部２４ａ、内気吸気部２４ｂ、加熱流路２５ａ、非加熱流路２５ｂ
運転状態検知手段 … 経路予測手段３２、履歴記憶手段３３
熱状態検出手段 … 燃料電池温度検出手段３４、温度検出手段４１〜４４、ステップＳ３、Ｓ１０３、Ｓ２０３
制御手段 … Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ１０４〜Ｓ１０６、Ｓ２０４〜２０６、コントローラ２６
要求暖房熱量演算手段 … Ｓ２、Ｓ１０２、Ｓ２０２
比較手段 … Ｓ４、Ｓ１０４、Ｓ１０６
Claims (23)
- アイドルストップ機能を有する燃料電池車において、
燃料電池を含む少なくとも一つ以上の反応器を有し、車両の動力を発生する燃料電池システムと、
少なくとも一つ以上の前記反応器の温度または前記反応器に供給する反応ガスの温度を調整する冷却システムと、
前記冷却システムを介して前記燃料電池システムの廃熱の少なくとも一部を回収して前記車両の暖房に用いる熱導入手段と、
少なくとも前記車両の停止状態を検知または予測する運転状態検知手段と、
前記反応器の温度状態、または、暖房に用いることができる前記燃料電池システムの蓄熱量の少なくとも一方を検出する熱状態検出手段と、
運転中に前記車両の停止状態を検知または予測した際に、前記熱導入手段において回収する前記燃料電池システムの廃熱量を前記熱状態検出手段の出力に応じて変化させる制御手段と、
要求される暖房を行うのに必要な熱量を演算する要求暖房熱量演算手段と、
を備え、
前記熱状態検出手段により前記熱導入手段において暖房に用いることができる前記燃料電池システムの蓄熱量を検出し、
さらに、前記要求暖房熱量と前記蓄熱量とを比較する比較手段を備え、
前記要求暖房熱量が前記蓄熱量より大きいと判断された場合に、前記熱導入手段により回収する燃料電池システムの廃熱量を低減することを特徴とする燃料電池車用暖房システム。 - 前記熱状態検出手段により前記燃料電池システムの少なくとも一部の温度を検出して前記反応器の温度を検出または推測し、
前記反応器の温度が所定の範囲より小さくなった場合に、前記熱導入手段により回収する燃料電池システムの廃熱量を低減する請求項１に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記熱導入手段として、
前記冷却システムに用いる熱交換媒体と空気との間で熱交換を行うことにより前記燃料電池システムの廃熱を回収する熱交換器と、
前記熱交換器を通過した空気を車内に導入する導入流路と、を備えた請求項１または２に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記熱導入手段として、選択的に前記空気を暖機することができる電熱ヒータを備え、
前記熱導入手段により回収する前記燃料電池システムの廃熱量を低減した際に前記空気を前記電熱ヒータにより暖める請求項３に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記熱導入手段の内部または外部に、前記熱導入手段内に車内の空気を取り込むか、車外の空気を取り込むか、を選択する選択手段を備え、
前記選択手段により前記導入手段に車内の空気を取り込むことにより前記燃料電池システムから回収する廃熱量を低減する請求項３に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記熱導入手段に供給する空気流量を調整する空気流量調整手段を備え、
前記熱導入手段に供給する空気流量を低減することにより前記燃料電池システムから回収する廃熱量を低減する請求項３に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記熱交換器を迂回する熱交換器バイパス流路と、
前記熱交換器に供給する空気と前記熱交換器バイパス流路を通過する空気の流量割合を調整する空気分配量調整手段と、を備える請求項３に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記冷却システムに用いる熱交換媒体の熱を外部に放出するラジエータと、
前記ラジエータを迂回するラジエータバイパス流路と、
前記ラジエータに供給する前記熱交換媒体を調整する媒体分配量調整手段と、を備え、
前記ラジエータを通過する熱交換媒体流量を低減する、または、零にすることにより、前記燃料電池システムからの廃熱を低減する請求項１または２に記載の燃料電池用暖房システム。 - 前記熱交換媒体の循環量を調整するポンプを備え、
前記熱交換媒体の循環量を低減することにより前記燃料電池システムからの廃熱を低減する請求項１または２に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記車内における乗員の着座位置を検出する着座位置検出手段を備え、
前記燃料電池システムから回収される廃熱を低減する際には、前記着座位置検出手段により乗員の乗車位置付近のみを暖房する請求項１または２に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 車内の温度を検出する車内温度検出手段を備え、
前記要求暖房熱量演算手段は、前記車内温度検出手段の出力と要求される温度とに基づいて前記要求暖房熱量を求める請求項１に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 車外の温度を検出する車外温度検出手段を備え、
前記要求暖房熱量演算手段は、前記車外温度検出手段の出力に応じて、前記要求暖房熱量を求める請求項１１に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 日射強度を検出する日射強度検出手段を備え、
前記要求暖房熱量演算手段は、前記日射強度検出手段の出力に応じて、前記要求暖房熱量を求める請求項１１または１２に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記車内の乗員数を検出する乗員数検出手段を備え、
前記要求暖房熱量演算手段は、前記乗員数検出手段の出力に応じて、前記要求暖房熱量を求める請求項１１から１３のいずれか一つに記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記冷却システムには、前記熱交換媒体の温度を検出する媒体温度検出手段を備え、
前記熱交換媒体の温度に基づいて暖房に用いることのできる前記燃料電池システムの蓄熱量を検出する請求項１に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記冷却システムは前記燃料電池の温度調整を行い、前記燃料電池からの廃熱を前記熱導入手段により回収して暖房に用いる請求項１または２に記載の燃料電池車用暖房システム。
- 前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段を備え、
前記冷却システムは前記燃料電池の温度調整を行い、前記燃料電池からの廃熱を前記熱導入手段により回収して暖房に用いる際に、前記燃料電池温度検出手段の出力に基づいて暖房に用いることのできる前記燃料電池の蓄熱量を求める請求項１に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記燃料電池システムは、改質反応部と、シフト反応部またはＣＯ除去部の少なくとも一方を備えた改質システムを備え、
前記冷却システムは前記改質システムの温度調整を行い、前記改質システムからの廃熱を前記熱導入手段により回収して暖房に用いる請求項１または２に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記燃料電池システムは、改質反応部と、シフト反応部またはＣＯ除去部の少なくとも一方と、シフト反応部またはＣＯ除去部の少なくとも一方の温度状態を検出または推測する改質システム温度検出手段を有する改質システムを備え、
前記冷却システムは前記改質システムの温度調整を行い、前記改質システムからの廃熱を前記熱導入手段により回収して暖房に用いる際に、
前記改質システム温度検出手段に基づいて暖房に用いることのできる前記改質システムの蓄熱量を求める請求項１に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記車両の走行パターンを予測する予測手段を備え、
前記予測手段により前記車両の一時停止時間を予測する請求項１または２に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記車両の走行パターンを予測する予測手段を備え、
前記予測手段により前記車両の一時停止を予測し、前記車両の一時停止が予測される時点での前記燃料電池システムの暖房に用いることのできる蓄熱量を予測し、前記予測された蓄熱量が前記要求暖房熱量より小さい場合には前記燃料電池システムの負荷を大きくする請求項１に記載の燃料電池車用暖房システム。 - 前記予測手段は、ナビゲーションシステムである請求項２０または２１に記載の燃料電池車用暖房システム。
- 前記予測手段は、走行パターンの履歴を記憶し、その履歴から走行パターンを予測する履歴情報記憶手段である請求項２０または２１に記載の燃料電池車用暖房システム。
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