JP4496975B2 - 冷却ファン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却水を冷却するラジエータに送風する冷却ファンの回転駆動を制御する冷却ファン制御装置に関する。

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１〜６参照）。車両の停車時のファン騒音を考慮した冷却ファンの回転駆動制御の技術としては、文献１〜４に記載されたもの知られており、文献１に記載された技術では、空調装置（Ａ／Ｃ：エアーコンディショナー）の運転状態に着目して冷却ファンの回転目標値を設定しており、車両停止時かつエンジンアイドル時に、空調装置の要求吹出口温度に応じてファン回転数に上限ガードがかかり、これによって車両停止時かつエンジンアイドル時は冷房よりも騒音を優先させて、ファン回転数を低下させ、ファン騒音を抑えている。
また、文献２に記載された技術では、内燃機関の冷却水の温度、室内空調のための室内送風用ブロアモータの回転数、内燃機関の吸入空気量、ならびに車速に基づいて冷却ファンの回転数を決定し、内燃機関の過冷却とファン騒音の低減とを両立させている。

文献３に記載された技術では、車載バッテリの温度、車速、ならびに内燃機関の回転速度等から求められる暗騒音予測モデルとに基づいて、車載バッテリを冷却する冷却ファンの回転速度を制御している。

文献４に記載された技術では、少なくともオーディオ音量または車速またはエンジン回転数のいずれか１つに基づいて車室内騒音レベルを算出し、車室内騒音レベルと車載用電子装置内の装置内温度とに基づいて、冷却ファンの目標回転数を算出して駆動制御している。

文献５に記載された技術では、内燃機関の冷却水の温度、外気温、ならびに車速とに基づいて、ラジエータに冷却風を送風する冷却ファンの回転数を演算し、冷却水を調温している。

文献６に記載された技術では、燃料電池車両のアイドル時に、水素タンクに貯蔵された水素を燃料電池に供給する水素ポンプ、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサ、燃料電池に冷却水を循環させる冷却水ポンプ、燃料電池を収納するボックスを換気する換気ファン等の回転機器の発生騒音周波数を相互に３０ヘルツ以上離れるように設定し、うねり音を抑止して、耳障り感を抑制するようにしている。

一方、文献７には、燃料電池を過温度から保護するための技術が記載されており、この技術では、冷却媒体の温度を常に適正水準に保つ冷却塔の熱放散能力が低下した場合には、冷却塔の放散熱量に見合うように燃料電池の発電出力を制限し、燃料電池の温度を適正範囲に維持している。
特開平１０−１９６３６４号公報 特許第２５３１１９６号 特開２００４−４８９８１ 特開２００３−１４８１４４ 特開昭６１−０４６４１６号公報 特開２００４−１７８８４７ 特開平０５−０７４４７７号公報

以上説明したように、従来では、冷却ファンの駆動制御に関して種々の技術が提案されており、従来車において高い冷却性能が要求される場合、例えば高出力エンジン搭載車や燃料電池車において、回転数を可変できる冷却ファンを設け、高出力時にはオーバーヒートしないようにファン回転数を高くして冷却水温を制御する一方、低出力時にはファン回転数を低くして騒音の低減を図っている。

ここで、走行後の停車時には、エンジン出力は低いものの、ラジエータに供給される冷却風量が急激に減少するので、冷却水の水温が一時的に目標値よりも上昇してしまう。これにより、冷却水の温度上昇を抑えるために冷却ファンの回転数が上昇し、これが騒音の原因となっていた。

このような騒音を低減するために、従来ではエンジン回転数、オーディオ音量、車室内ブロアファンなどを考慮し、冷却ファンの回転数の上限値を設定している。しかし、冷却ファン以外の騒音が低いときには冷却ファンの回転上限値も低くなるため、走行後の停車時等における冷却水の水温を規定値内に収めることが困難となっていた。

一方、燃料電池車においては、種々の回転機器の騒音に起因するうねり音を抑制する技術を採用する代価として、燃料電池の冷却水の温度が上昇して燃料電池の電解質の乾燥が進み、発電性能に悪影響を及ぼすといった不具合を招いていた。

また、燃料電池を過温度から保護するために、発電出力を制限する手法では、燃料電池の冷却水の温度が上昇し、発電出力の制限がかかり、動力性能も悪化するといった不具合を招くことになる。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却水の温度を規定値以内に制御し、かつ冷却ファンの騒音を低減する冷却ファン制御装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、冷却ファンの騒音低減と燃料電池の運転状態と動力性能のバランスを保つことができる冷却ファン制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、車両の被冷却ユニットとラジエータとの間を循環して前記被冷却ユニットで発生した熱を除去する冷却水を冷却するラジエータに送風する冷却ファンの駆動を制御する冷却ファン制御装置において、冷却水の水温が設定された目標水温を満足させるように前記冷却ファンの回転数を決定し、決定した回転数に基づいて前記冷却ファンの駆動を制御する駆動制御手段と、前記車両が走行状態にあるか否かを判別する走行状態判別手段と、前記走行状態判別手段で前記車両が走行状態にあると判別された場合には、前記車両の停車時に冷却水の水温が一時的に上昇するか否かを推定し、水温が一時的に上昇すると推定された場合には、前記車両の停車前にそれまで設定されていた冷却水の目標水温を変更する目標水温設定手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、車両の停車時に冷却水の水温が一時的に上昇するものと推定される場合には、走行時に予め水温を低下させておくことで、冷却水の水温を規定値以内に収め、かつ冷却ファンの回転数の上昇を抑制することができるので、冷却ファンの騒音を低減することができる。

また、燃料電池の運転状態に応じて冷却水の目標水温を変更することで、冷却ファンの騒音の低減、燃料電池の運転状態ならびに車両の動力性能のバランスを保つことができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る冷却ファン制御装置を含む冷却系の構成を示す図である。図１において、実施例１では、内燃機関車両のエンジンまたは燃料電池車両の燃料電池等の被冷却ユニット３を循環する冷却水を冷却するラジエータ（ＲＡＤ）２、ラジエータ２に冷却風を送風する冷却ファン１、冷却ファン１の駆動を制御するコントローラ４を備えて構成されている。

コントローラ４は、水温センサ５で計測された被冷却ユニットとラジエータとの間を循環する冷却水温度の検出信号、車両が走行状態にあるか否かを判別する手段として機能する車速センサ６で計測された車速の検出信号、ならびに外気温センサ７で計測された外気温の検出信号を読み込み、冷却水の温度、車速ならびに外気温に基づいて、冷却水の目標水温を設定し、設定した目標水温に基づいて冷却ファン１の駆動を制御する。なお、車両が走行状態にあるか否かを判別する手段は、車両の動力源の出力を検出する手段であってもよく、例えば燃料電池車両の場合には、燃料電池の発電出力を検出する手段であってもよい。

コントローラ４は、図２又は後述する図５、図９に示す手順を実行する機能を有し、この機能は、情報処理に必要な資源を備えたマイクロコンピュータ等により実現される。コントローラ４は、図２に示すフローチャートの手順にしたがって冷却ファン１の駆動を制御する。

図２において、先ず冷却水における通常の目標水温（初期値）を設定し、また水温センサ５、車速センサ６ならびに外気温センサ７で検出された検出信号を読み込む（ステップＳ２０１）。その後、車両が走行状態にある場合には、外気温と予め設定された所定の基準値とを比較し（ステップＳ２０２）、外気温が基準値よりも高い場合には、予め設定された図３に示すような車速と目標水温との関係に基づいて、車速が高くなるほど冷却水の目標水温が停車時の値よりも低くなるように目標水温の設定値を変更する（ステップＳ２０３）。続いて、冷却水の温度が設定した目標水温となるように、実験や机上検討により予め設定された、現在の水温、目標水温ならびに冷却ファン１の回転数との関係に基づいて、冷却ファン１の回転数を設定し、設定した回転数となるように冷却ファン１の駆動を制御する（ステップＳ２０４）。

一方、先のステップＳ２０２の比較結果において、外気温が基準値よりも低い場合には、先のステップＳ２０４に進み、冷却ファン１の回転数を決定し、冷却ファン１を駆動制御する。

このように、上記実施例１では、外気温が高く、停車時に一時的に冷却水の水温が上昇すると推定される場合には、走行中の車速に応じて冷却水の水温を予め低下させておく。これにより、停車時に水温が上昇してもその絶対値は予め設定された規定値内に収められて低く抑えられるため、冷却ファン１の回転数を低く抑えることが可能となり、冷却ファン１の騒音を抑制し、静粛性を向上させることができる。

また、冷却水の目標水温を変更させるのは、外気温が高いときに限定でき、さらに車速が低く被冷却ユニット３の発熱量が小さい場合には、走行時の冷却ファン１の回転数を低く抑えられるため、走行中の冷却ファン１の回転数の上昇による動力消費増加の頻度を低く抑えることができる。

停車時の水温の上昇量は、走行時と停車時との冷却風の変化量に応じて大きくなるため、車速に応じて目標水温を変動させることにより、低車速時に水温を低下させるための動力を小さく抑えることができる。また、停車時の水温上昇量は、走行時における動力源の出力が高い場合にも大きくなるため、動力源の出力を検出し、検出した出力に応じて目標水温を変動させることにより上記と同様の効果が得られる。

外気温が低い場合には、ラジエータの放熱能力が高くなり、停車後に冷却風が減少しても水温の上昇量が小さくなるため、外気温に応じて目標水温を変動させる必要があるか否かを判断し、外気温が予め設定された所定値よりも低い場合には、水温を低下させるための動力が不要となるので、省動力化を図ることができる。

図４は本発明の実施例２に係る冷却ファン制御装置を含む冷却系の構成を示す図である。図４において、この実施例２の特徴とするところは、先の実施例１に比べて、Ａ／Ｃ室外熱交換器４１、Ａ／Ｃシステム部品４２、ならびにＡ／Ｃコントローラ４３をさらに備え、Ａ／Ｃ（エアーコンディショナー）の作動状態（負荷）を考慮して冷却ファン１の駆動を制御するようにしたことにあり、他は実施例１と同様である。

Ａ／Ｃ室外熱交換器４１は、Ａ／Ｃの冷媒と外気とを熱交換し、通常車両のラジエータ２の前部に配置される。このため、ラジエータ２を通る冷却水の温度は、Ａ／Ｃ室外熱交換器４１を通過した空気の温度に左右される。

Ａ／Ｃシステム部品４２、冷媒コンプレッサ、冷媒蒸発器、空気導入口切替装置、ならびに空気送風機などで構成され、これら構成部材の作動状態は、Ａ／Ｃの運転を制御するＡ／Ｃコントローラ４３を介してコントローラ４へ送られる。

図５は図４に示す構成における冷却ファン１の駆動制御の手順を示すフローチャートである。図５において、先ず図２に示す先のステップＳ２０１と同様のステップＳ５０１ならびにステップＳ２０２と同様のステップＳ５０２を実行し、ステップＳ５０２の比較結果において、外気温が基準値よりも低い場合には図２に示す先のステップＳ２０４と同様の処理を実行して冷却ファン１を駆動制御する（ステップＳ５０６）。

一方、ステップＳ５０２の比較結果において、外気温が基準値よりも高い場合には、Ａ／Ｃの作動状態を判断する。ここでは、Ａ／Ｃ空気導入口が車外側もしくは車室内側かを判別する（ステップＳ５０３）。

一般にＡ／Ｃ空気導入口が車外側の場合は、外気を取り込み適温に制御した後車室内に吹出すため、車室内側の空気を取り込むときよりもＡ／Ｃの負荷が高く、Ａ／Ｃ室外熱交換器４１での放熱量も増える。このため、ラジエータ２の前面の空気温度が上昇して冷却水の水温上昇の原因となる。

したがって、空気導入口が車外側で、車外から空気をＡ／Ｃに取り込んでいる場合には、予め設定された図６に示すような車速と目標水温との関係に基づいて、車速が高くなるほど冷却水の目標水温が停車時の値よりも低くなるように目標水温の設定値を変更する（ステップＳ５０４）。ここで、図６に示す車速と目標水温との関係は、Ａ／Ｃ空気導入口が車室内の場合の関係に比べて、車速の増加に対して目標水温の低下率が大きくなるように設定されている。したがって、車速が同じで車外からＡ／Ｃへ空気を導入している場合は、車室内の空気をＡ／Ｃに導入する場合に比べて目標水温を低めに設定する。

一方、先のステップＳ５０３の判別結果において、空気導入口が車室内側の場合には、予め設定された図７に示すような車速と目標水温との関係に基づいて、車速が高くなるほど冷却水の目標水温が停車時の値よりも低くなるように目標水温の設定値を変更する（ステップＳ５０５）。ここで、図７に示す車速と目標水温との関係は、Ａ／Ｃ空気導入口が車外の場合の関係に比べて、車速の増加に対して目標水温の低下率が小さくなるように設定されている。したがって、車速が同じで車室内からＡ／Ｃへ空気を導入している場合には、車外の空気をＡ／Ｃに導入する場合に比べて目標水温を高めに設定する。

このようにして目標水温を再設定した後は、図２のステップＳ２０４と同様の処理を行って、冷却ファン１を駆動制御する（ステップＳ５０６）。

このように、上記実施例２では、Ａ／Ｃの作動状態を判別し、車外からＡ／Ｃに空気を導入している場合は、停車時に冷却水の水温の上昇が予測されるので、目標水温を低めに再設定することで、停車時に水温の上昇が抑えられる。これにより、冷却ファン１の回転数も低く抑えられ、停車時の冷却ファン１の騒音を低減することができる。

一方、車室内からＡ／Ｃに空気を導入している場合には、車外から空気を導入する場合に比べて目標水温を高めに再設定することで、走行時の冷却ファン１の回転数を低く抑えられ、冷却ファン１の回転数の上昇による動力消費増加の頻度を低く抑えることができる。

また、Ａ／Ｃの作動状態に応じて目標水温を決めることにより、Ａ／Ｃの負荷が低いときの水温低下のために要する動力を小さくすることができる。例えば、Ａ／Ｃが作動しておらず、空気導入口が車室内で、Ａ／Ｃから車室内への空気の吹出し温度が目標値に達している場合は、Ａ／Ｃが作動し、空気導入口が車室外で、吹出し温度が目標値に達していない場合に比べて、Ａ／Ｃの作動負荷は低いため、停車時の水温上昇代は小さくなる。したがって、Ａ／Ｃの作動状態に応じて走行時の目標水温を変化させることで、停車時の騒音ならびに動力消費の面で冷却ファン１を最適に駆動制御することが可能となる。

なお、Ａ／Ｃの作動状態の判断には、Ａ／Ｃの空気導入口を判別しているが、この他にＡ／Ｃが作動しているか否か、またはＡ／Ｃ吹出し風温が目標温度に達しているか否かを判別するようにしてもよい。例えば、Ａ／Ｃが作動しているときには作動していないときよりもＡ／Ｃ室外熱交換器４１の放熱量が大きく停車したときの水温上昇が高くなるため、先のステップＳ５０４の処理を実行することで同様の効果が得られる。また、Ａ／Ｃ吹出し風温が目標温度に達していない場合にも、目標温度に達している場合に比べて、Ａ／Ｃの作動負荷が高く、Ａ／Ｃ室外熱交換器４１の放熱量が大きくなるため、先のステップＳ５０４の処理を実行することで同様の効果が得られる。

図８は本発明の実施例３に係る冷却ファン制御装置を含む冷却系の構成を示す図である。図８において、この実施例３の特徴とするところは、先の実施例２に比べて、車両のナビゲーションシステム８１、ならびにＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システム８２をさらに備え、車両が高速道路を走行しているか否か、ならびに高速道路を走行している場合には通行料金の支払いをＥＴＣシステムを使用しているか否かを考慮して、冷却ファン１の駆動を制御するようにしたことにあり、他は実施例２と同様である。

ナビゲーションシステム８１では、車両が高速道路を走行しているか否か、車両の進行方向に渋滞が発生しているか否か、進行方向に料金所があるか否か、車両が高速道路上のサービスエリアまたはインターチェンジの導入路を走行しているか否かを判別し、料金所または渋滞が進行方向にある場合はそこまでの予想到着時刻を推定し、得られたこれらの情報をコントローラ４に与える。

ＥＴＣシステム８２は、車両が高速道路を走行している場合に、ＥＴＣシステムを利用して走行しているか否かを判別し、判別結果をコントローラ４に与える。

図９は図８に示す構成におけるコントローラ４による冷却ファン１の駆動制御の手順を示すフローチャートである。図９において、先ず先の図２に示すステップＳ２０１と同様のステップＳ９０１ならびにステップＳ２０２と同様のステップＳ９０２を実行し、ステップＳ９０２の比較結果において、外気温が基準値よりも低い場合には図２に示す先のステップＳ２０４と同様の処理を実行して冷却ファン１を駆動制御する（ステップＳ９０７）。

一方、ステップＳ９０２の比較結果において、外気温が基準値よりも高い場合には、ナビゲーションシステム８１で得られた情報により車両が高速道路を走行しているか否かを判別する（ステップＳ９０３）。判別の結果、高速道路を走行していない場合には、先の図５に示すステップＳ５０３と同様のステップＳ９０４を実行した後、図５に示すステップＳ５０４と同様なステップＳ９０５もしくはステップＳ５０５と同様なステップＳ９０６を実行し、その後ステップＳ９０７を実行する。

一方、ステップＳ９０３の判別結果において、高速道路上を走行中と判別した場合は、以下のステップＳ９０８〜Ｓ９１２に示す手順で、次回の停車を予測して停車前に予め冷却水の水温を低下させておくことで、先の実施例２に比べて水温を低下させる必要性をより精度よく判定することが可能となる。

まず、高速道路を走行していると判別されると、引き続いてサービスエリアまたはインターチェンジの導入路を走行しているか否か判別し（ステップＳ９０８）、判別の結果、サービスエリアまたはインターチェンジの導入路を走行している場合には、その後容易に停車することが予測できるため、目標水温を低下させるべくステップＳ９０４の処理を実行する。

一方、サービスエリアまたはインターチェンジの導入路を走行していない場合には、続いて進路上に料金所があるか否かを判別する（ステップＳ９０９）。判別の結果、料金所がある場合は、そこで停車するものと考えられるが、ＥＴＣシステムを利用して走行している場合は料金所で停車しないことが考えられるため、次にＥＴＣシステムを利用して走行しているか否かを判別する（ステップＳ９１０）。判別の結果、ＥＴＣシステムを利用して走行していない場合は、次の料金所で停車することになるため、ナビゲーションシステム８１で得られた現在位置から料金所までの距離と車速に基づいて料金所に到着する到着時刻を推定する（ステップＳ９１１）。

その後、現在時刻が推定された予想到着時刻のｔ（分）前であるか否かを判別する（ステップＳ９１２）。判別の結果、現在時刻がｔ（分）前でない場合、すなわち車両がｔ（分）よりも早く到着すると推定される場合は、目標水温の低下は行わずステップＳ９０７の処理を実行する一方、現在時刻がｔ（分）前である場合には、先のステップＳ９０４の処理を実行する。

ここで、冷却水が冷却系を一回り循環するのに要する循環時間をＴとすると、予め設定された上記所定値のｔは、２Ｔ（分）以上となるように設定される。循環時間Ｔは、冷却水の保有水量Ｇ（Ｌ）と冷却水を循環させるポンプのポンプ能力Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）とに基づいて、Ｔ＝Ｇ／Ｑ（分）として算出される。これにより、車両が停車するまでに、冷却水が少なくとも冷却系内を２周以上循環することなり、水温低下の効果が確実に現れてから車両を停車することができる。また、車両が停車予測されるまでにｔ（分）以上ない場合には、目標水温の低下を行わないため、水温低下のために要する動力を削減することができる。

一方、先のステップＳ９０９の判別結果において、進路上に料金所がないものと判別された場合には、続いてナビゲーションシステム８１により進路上に渋滞が発生しているか否かを判別する。判別の結果、進路上に渋滞が発生していない場合には、先のステップＳ９０７の処理を実行する一方、進路上に渋滞が発生していると判別された場合は、そこで停車することが考えられるため、料金所に到着するまでの到着時刻を推定する場合と同様にして、渋滞で停車するまでの停車時刻を推定する（ステップＳ９１１）。

その後、現在時刻が推定された予想到着時刻のｔ（分）前であるか否かを判別する場合と同様に、渋滞で停車するまでの停車時刻がｔ（分）前であるか否かを判別し（ステップＳ９１２）、料金所で停車する場合と同様にして目標水温を変更するか否かを決定する。

このように、上記実施例３においては、高速道路上においては、比較的高い出力または車速で走行しており、さらにサービスエリアまたはインターチェンジの導入路に入った場合には容易にその後停車すると推測できるため、このような場合には、冷却水の温度を低下させておくことにより、それ以前の走行時に水温低下のために要する動力を使わないようにすることができるので、省動力化が可能となる。

また、高速道路の進行方向で渋滞が発生している場合には、容易に渋滞で停車することが考えられため、このような場合には水温を低下させることにより、それ以前の走行時に水温低下のために要する動力を使わないことができ、省動力化が可能となる。

高速道路の進行方向に料金所がある場合には、容易に料金所で停車することが考えられので、このような場合には水温を低下させることにより、それ以前の走行時に水温低下のために要する動力を使わないことができ、省動力化が可能となる。

冷却水の目標水温を低下させてから停車するまでに、冷却水が少なくとも冷却系統内を２周以上循環させることで、水温低下の効果が確実に現れてから停車することができ、かつそれ以前の水温低下のために要する動力を削減することができる。

さらに、ＥＴＣシステムを利用して走行している場合には、進行方向に料金所があっても停車しない確率が高いものと考えられるため、その場合には事前に目標水温の低下を行わないことで、水温低下のために要する動力を削減することができる。

このように、ナビゲーション情報により車両の停車を合理的に予測することで、冷却水の温度を低下させる頻度を限定することができるため、先の実施例２と同様の効果を得ることができることに加えて、省動力化を図ることができる。

図１０は本発明の実施例４に係る冷却ファン制御装置を含む冷却系の構成を示す図である。図１０において、実施例４では、燃料電池車両の燃料電池１０７を循環する冷却水を冷却するラジエータ（ＲＡＤ）１０３、ラジエータ１０３に冷却風を送風する冷却ファン１０４、冷却ファン１０４の駆動を制御するコントローラ１０５を備えて構成されている。

燃料電池１０７の発電により生じた熱は、冷却水流路１０６を循環する冷却水を介してラジエータ１０３に送られて冷却される。

コントローラ１０５は、ここには図示していないアクセル開度などの情報に基づいて目標とする発電量を算出し、算出した目標発電量にしたがって運転される燃料電池１０７の運転状態、ならびに外気温センサ１０１で計測される外気温、車速センサ１０２で計測される車速とに基づいて冷却水の目標水温を設定し、冷却水が目標水温となるように冷却ファン１０４の駆動を制御する。

図１１に燃料電池１０７の構成を示す。図１１において、水素源１１０２から供給される水素は、水素流路１１０３を介して水素調圧弁１１０４にて適切な圧力に調整された後、燃料電池本体１１０１に送り込まれる。また、空気コンプレッサ１１０６からは酸化剤としての空気が空気流路１１０５を介して供給される。空気の圧力は、空気調圧弁１１０７により調整される。燃料電池本体１１０１の出口の空気温度は、空気出口温度センサ１１０８により測定される。燃料電池本体１１０１で発電により生じた熱は、冷却水ポンプ１１０９から冷却水流路１１１０を介して供給される冷却水で除去される。冷却水の温度は冷却水入口温度センサ１１１１で測定される。

次に、図１２に示すフローチャートを参照して、この実施例４における冷却ファン１０４の制御手順を説明する。図１２において、先ず基準値となる冷却水の目標水温を設定する（ステップＳ１２０１）。この目標水温は実験や机上検討で予め設定される。続いて、車速、外気温、ならびに燃料電池１０７の運転状態として例えば燃料電池１０７の発電出力をコントローラ１０５に読み込む（ステップＳ１２０２）。

その後、外気温が予め設定された所定値を上回っているか否かを判別する（ステップＳ１２０３）。判別の結果、外気温が所定値よりも上回っている場合には、車速に基づいて先のステップＳ１２０１で設定した目標水温を補正する（ステップＳ１２０４）。この補正は、例えば図１３に示すような、車速と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、車速が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも大きい場合は目標水温を下げる一方、小さい場合には目標水温を上げるように補正する。

引き続いて、車速に基づいて補正された目標水温に対して、さらに燃料電池１０７の出力により補正を行う（ステップＳ１２０５）。この補正は、例えば図１４に示すような、燃料電池出力と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、燃料電池出力が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも大きい場合は目標水温を下げる一方、小さい場合には目標水温を上げるように補正する。

その後、上述したようにして選択的に補正された目標水温となるように、予め用意された冷却水の目標水温と冷却ファン１０４の回転数との関係に基づいて、コントローラ１０５で冷却ファン１０４の回転数を決定し、決定された回転数となるようにコントローラ１０５の制御の下に冷却ファン１０４が駆動制御される。

このように、上記実施例４では、冷却能力に比較的余裕のある走行時に冷却水の目標水温を下げることにより、冷却能力が低下する停止時に冷却水温度の上昇幅を抑制することができる。また、冷却能力が低下する停車時に目標水温を上げることで冷却ファン１０４の回転数を低く抑えることができる。いずれの場合でも、燃料電池１０７の運転状態を表す発電出力に応じて目標水温を設定することで、冷却ファン１０４の騒音を低減することができることに加えて、燃料電池１０７の運転状態と動力性能のバランスを保つことができる。

また、燃料電池１０７の運転状態としてその発電量を用いることで、燃料電池１０７の発熱量に応じて目標水温を設定することができる。これにより、燃料電池１０７の発熱と放熱とのバランスを良好に保つことができる。

次に、図１５に示すフローチャートを参照して、この実施例５における冷却ファン１０４の制御手順を説明する。なお、図１５に示すフローチャートにおいて、先の図１２に示すフローチャートのステップと同じ処理を実行するステップ（ステップＳ１２０１、Ｓ１２０３、Ｓ１２０４、Ｓ１２０５）では同じステップ番号を付与している。また、この実施例５の構成は、先の図１０ならびに図１１と同様である。

図１５において、先ず基準値となる冷却水の目標水温を設定する（ステップＳ１２０１）。この目標水温は実験や机上検討で予め設定される。続いて、車速、外気温、燃料電池１０７の運転状態として例えば燃料電池１０７の発電出力、ならびに燃料電池１０７の
運転状態として燃料電池１０７の空気出口温度をコントローラ１０５に読み込む（ステップＳ１５０２）。

その後、外気温が予め設定された所定値を上回っているか否かを判別する（ステップＳ１２０３）。判別の結果、外気温が所定値よりも上回っている場合には、車速に基づいて先のステップＳ１２０１で設定した目標水温を補正する（ステップＳ１２０４）。この補正は、例えば図１３に示すような、車速と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、車速が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも大きい場合は目標水温を下げる一方、小さい場合には目標水温を上げるように補正する。

続いて、車速に基づいて補正された目標水温に対して、さらに燃料電池１０７の出力により補正を行う（ステップＳ１２０５）。この補正は、例えば図１４に示すような、燃料電池出力と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、燃料電池出力が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも大きい場合は目標水温を下げる一方、小さい場合には目標水温を上げるように補正する。

引き続いて、燃料電池出力と燃料電池空気出口温度とに基づいて、燃料電池本体の加湿状態を推定する（ステップＳ１５０６）。この加湿状態の推定は、例えば図１６に示すような、離散的に設定された燃料電池空気出口温度に対して燃料電池出力と加湿状態の良悪との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、燃料電池出力が高くなるほど加湿状態は良好と推定し、かつ燃料電池出力が同じである場合には出口空気温度が低くなるほど加湿状態が良好であると推定する。

なお、ここでは、燃料電池の出力と燃料電池空気出口温度とに基づいて燃料電池本体の加湿状態を推定したが、燃料電池１０７の出力電流と出力電圧との関係から推定するようにしてもよい。

次に、先のステップＳ１５０６で推定された燃料電池１０７の加湿状態に基づいて、燃料電池出力により補正された目標水温をさらに補正する（ステップＳ１５０７）。この補正は、例えば図１７に示すような、加湿状態の良悪と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、加湿状態が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも加湿状態が良い場合は目標水温を上げる一方、加湿状態が悪い場合には目標水温を上げるように補正する。

その後、上述したようにして選択的に補正された目標水温となるように、予め用意された冷却水の目標水温と冷却ファン１０４の回転数との関係に基づいて、コントローラ１０５で冷却ファン１０４の回転数を決定し、決定された回転数となるようにコントローラ１０５の制御の下に冷却ファン１０４が駆動制御される。

このように、上記実施例５では、先の実施例４と同様の効果を得ることができることに加えて、燃料電池１０７の運転状態としてその加湿状態を用いることで、燃料電池１０７の湿潤状態を良好に保つことができる。このため、燃料電池１０７の劣化や異常発熱状態を生じさせることなく冷却ファン１０４の騒音を低減でき、かつ燃料電池１０７の運転状態と動力性能のバランスを保つことができる。

次に、図１８に示すフローチャートを参照して、この実施例６における冷却ファン１０４の制御手順を説明する。なお、図１８に示すフローチャートにおいて、先の図１２に示すフローチャートのステップと同じ処理を実行するステップ（ステップＳ１２０１、Ｓ１２０３、Ｓ１２０４、Ｓ１２０５）では同じステップ番号を付与している。また、この実施例６の構成は、先の図１０ならびに図１１と同様である。

図１８において、先ず基準値となる冷却水の目標水温を設定する（ステップＳ１２０１）。この目標水温は実験や机上検討で予め設定される。続いて、車速、外気温、燃料電池１０７の運転状態として例えば燃料電池１０７の出力、ならびに燃料電池１０７の運転状態として燃料電池１０７の出力制限量をコントローラ１０５に読み込む（ステップＳ１８０２）。

その後、外気温が予め設定された所定値を上回っているか否かを判別する（ステップＳ１２０３）。判別の結果、外気温が所定値よりも上回っている場合には、車速に基づいて先のステップＳ１２０１で設定した目標水温を補正する（ステップＳ１２０４）。この補正は、例えば図１３に示すような、車速と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、車速が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも大きい場合は目標水温を下げる一方、小さい場合には目標水温を上げるように補正する。

続いて、車速に基づいて補正された目標水温に対して、さらに燃料電池１０７の出力により補正を行う（ステップＳ１２０５）。この補正は、例えば図１４に示すような、燃料電池出力と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、燃料電池出力が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも大きい場合は目標水温を下げる一方、小さい場合には目標水温を上げるように補正する。

引き続いて、燃料電池１０７の出力制限値に基づいて、燃料電池出力により補正された目標水温をさらに補正する（ステップＳ１８０６）。この補正は、例えば図１９に示すような、出力制限値と温度補正量との関係を表して予め用意されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、出力制限値が所定の範囲にある場合には補正は行わず、この所定範囲よりも出力制限値が高く設定されている場合は目標水温を上げる一方、出力制限値が低く設定されている場合には目標水温を下げるように補正する。

なお、ここでは、出力制限値に基づいて目標水温を補正しているが、車両の運転状態から求められる燃料電池１０７の要求発電量と出力制限値との差異に基づいて、例えばこの差異が大きい場合には目標水温を下げるように補正するようにしてもよい。

その後、上述したようにして選択的に補正された目標水温となるように、予め用意された冷却水の目標水温と冷却ファン１０４の回転数との関係に基づいて、コントローラ１０５で冷却ファン１０４の回転数を決定し、決定された回転数となるようにコントローラ１０５の制御の下に冷却ファン１０４が駆動制御される。

このように、上記実施例６では、先の実施例４と同様の効果を得ることができることに加えて、燃料電池１０７の運転状態としてその出力制限量を用いることで、特に動力性能を犠牲にすることなく、冷却ファン１０４の騒音を低減でき、かつ燃料電池１０７の運転状態と動力性能のバランスを保つことができる。

また、燃料電池１０７の運転状態としてその出力制限量と要求発電量との差異を用いることで、必要最小限の制御量で冷却ファン１０４の騒音を低減でき、かつ燃料電池の運転状態と動力性能のバランスを保つことができる。

本発明の実施例１に係る冷却ファン制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る冷却ファン制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 実施例１で用いる、車速と目標水温との関係を示す図である。 本発明の実施例２に係る冷却ファン制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る冷却ファン制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 実施例２で用いる、車速と目標水温との関係を示す図である。 実施例２で用いる、車速と目標水温との他の関係を示す図である。 本発明の実施例３に係る冷却ファン制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る冷却ファン制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例４に係る冷却ファン制御装置の構成を示す図である。 図１０に示す燃料電池の構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る冷却ファン制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 実施例４で用いる、車速と温度補正量との関係を示す図である。 実施例４で用いる、燃料電池出力と温度補正量との関係を示す図である。 本発明の実施例５に係る冷却ファン制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 実施例５で用いる、空気出口温度に対する燃料電池出力と燃料電池の加湿状態との関係を示す図である。 実施例５で用いる、加湿状態と温度補正量との関係を示す図である。 本発明の実施例６に係る冷却ファン制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 実施例６で用いる、燃料電池の出力制限値と温度補正量との関係を示す図である。

符号の説明

１，１０４…冷却ファン
２，１０３…ラジエータ
３…被冷却ユニット
４，４３，１０５…コントローラ
５…水温センサ
６，１０２…車速センサ
７，１０１…外気温センサ
４１…Ａ／Ｃ室外熱交換器
４２…Ａ／Ｃシステム部品
８１…ナビゲーションシステム
８２…ＥＴＣシステム
１０６…冷却水流路
１０７…燃料電池
１１０１…燃料電池本体
１１０２…水素源
１１０３…水素流路
１１０４…水素調圧弁
１１０５…空気流路
１１０６…空気コンプレッサ
１１０７…空気調圧弁
１１０８…空気出口温度センサ
１１０９…冷却水ポンプ
１１１０…冷却水流路
１１１１…冷却水入口温度センサ

Claims (14)

1. 車両の被冷却ユニットとラジエータとの間を循環して前記被冷却ユニットで発生した熱を除去する冷却水を冷却するラジエータに送風する冷却ファンの駆動を制御する冷却ファン制御装置において、
   冷却水の水温が設定された目標水温を満足させるように前記冷却ファンの回転数を決定し、決定した回転数に基づいて前記冷却ファンの駆動を制御する駆動制御手段と、
   前記車両が走行状態にあるか否かを判別する走行状態判別手段と、
   前記走行状態判別手段で前記車両が走行状態にあると判別された場合には、前記車両の停車時に冷却水の水温が一時的に上昇するか否かを推定し、水温が一時的に上昇すると推定された場合には、前記車両の停車前にそれまで設定されていた冷却水の目標水温を変更する目標水温設定手段と
   を有することを特徴とする冷却ファン制御装置。
2. 前記走行状態判別手段は、前記車両の車速を検出する手段、もしくは前記車両の動力源の出力を検出する手段で構成され、
   前記目標水温設定手段は、前記車両の車速または動力源の出力に基づいて、目標水温を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却ファン制御装置。
3. 前記目標水温設定手段は、前記車両に備えられた空調装置が作動しているか否かの判別結果、前記空調装置が外気を導入しているか車室内の空気を循環しているかの判別結果、及び前記空調装置から車内に吹き出す空気の温度が目標温度に達しているか否かの判別結果、のいずれか１つの判別結果に基づいて、目標水温を変更する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却ファン制御装置。
4. 外気温を検出する外気温検出手段を備え、
   前記目標水温設定手段は、前記外気温検出手段で検出された外気温に基づいて、目標水温を変更する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置。
5. 前記車両は、走行に関する情報を得るナビゲーションシステムを備え、
   前記目標水温設定手段は、前記車両が高速道路を走行し、かつ高速道路のサービスエリア又はインターチェンジの導入路に入ったことが前記ナビゲーションシステムで認識された場合には、目標水温を低下させる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置。
6. 前記車両は、走行に関する情報を得るナビゲーションシステムを備え、
   前記目標水温設定手段は、前記車両が高速道路を走行し、かつ前記車両の進行方向に渋滞が発生していることが前記ナビゲーションシステムで認識された場合には、目標水温を低下させる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置。
7. 前記車両は、走行に関する情報を得るナビゲーションシステムを備え、
   前記目標水温設定手段は、前記車両が高速道路を走行し、かつ前記車両の進行方向に料金所があることが前記ナビゲーションシステムで認識された場合には、目標水温を低下させる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置。
8. 冷却水が循環する冷却系の冷却水保有水量と、冷却系に冷却水を循環させるポンプの駆動能力とに基づいて、冷却水が冷却系を一回り循環する循環時間Ｔを算出する算出手段と、
   前記ナビゲーションシステムで得られた、渋滞地点または料金所に車両が到達する予想到達時刻を推定する推定手段と、
   現在時刻が前記推定手段で推定された予想到達時刻の２Ｔ以上前であるか否かを判別する判別手段とを備え、
   現在時刻が前記推定手段で推定された到達時刻の２Ｔ以上前であると前記判別手段で判別された場合には、前記目標水温設定手段は、前記推定手段で推定された予想到達時刻の２Ｔ以上前から目標水温を低下する
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の冷却ファン制御装置。
9. 前記車両は、無線通信等を用いて自動的に通行料金を支払うＥＴＣシステムを備え、
   前記車両が前記ＥＴＣシステムを用いて走行している場合には、前記目標水温設定手段は、進行方向に料金所があると前記ナビゲーションシステムで認識された場合であっても、目標水温を変更しない
   ことを特徴とする請求項７に記載の冷却ファン制御装置。
10. 燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電を行う燃料電池とラジエータとの間で循環して前記燃料電池で発生した熱を除去する冷却水を冷却するラジエータに送風する冷却ファンの駆動を制御する冷却ファン制御装置において、
    冷却水の水温が設定された目標水温を満足させるように前記冷却ファンの回転数を決定し、決定した回転数に基づいて前記冷却ファンの駆動を制御する駆動制御手段と、
    前記燃料電池を動力源とする車両の車速を検出する車速検出手段と、
    外気温を検出する外気温検出手段と、
    前記燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    前記外気温検出手段で検出された外気温が予め設定された所定値よりも高く、かつ前記車速検出手段で前記車両が走行状態であると検出された場合は、前記運転状態検出手段で検出された前記燃料電池の運転状態に基づいて目標水温を低下させ、前記外気温検出手段で検出された外気温が予め設定された所定値よりも高く、かつ前記車速検出手段で前記車両が停止状態であると検出された場合は、前記運転状態検出手段で検出された前記燃料電池の運転状態に基づいて目標水温を上昇させる目標水温設定手段と
    を有することを特徴とする冷却ファン制御装置。
11. 前記燃料電池の運転状態は、前記燃料電池の発電量である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の冷却ファン制御装置。
12. 前記燃料電池の運転状態は、前記燃料電池の加湿状態である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の冷却ファン制御装置。
13. 前記燃料電池の運転状態は、前記燃料電池の出力制限量である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の冷却ファン制御装置。
14. 前記燃料電池に要求する要求発電量を設定する発電量設定手段を備え、
    前記燃料電池の運転状態は、前記燃料電池の出力制限量と前記発電量設定手段で設定された要求発電量との差である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の冷却ファン制御装置。

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