JP5754346B2

JP5754346B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5754346B2
Application number: JP2011239068A
Authority: JP
Inventors: 祐一坂上; 末松　啓吾; 啓吾末松
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2013099081A

Description

本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and is effective when applied to a moving body such as a vehicle, a ship, and a portable generator.

燃料電池を駆動源とする燃料電池車両では、一般に減速時や降坂時に車両駆動用モータ等を用いて回生制動を行わせ、回生制動により得られる回生電力を２次電池（電力貯蔵装置）に蓄え、次の発進時や加速時に利用することで、車両燃費、車両加速性能を向上させることが行われている。 In a fuel cell vehicle using a fuel cell as a driving source, generally, regenerative braking is performed using a vehicle drive motor or the like when decelerating or descending a slope, and regenerative power obtained by regenerative braking is supplied to a secondary battery (power storage device). Storage and use at the time of next start and acceleration improve vehicle fuel consumption and vehicle acceleration performance.

しかしながら、降り坂が連続して続くような場合には、回生電力により２次電池が満充電状態になってしまい、駆動用モータからの回生電力を２次電池に蓄えることができなくなり、回生制動による制動力を得ることができなくなるという問題があった。このような場合、回生制動が利用できないために機械式のブレーキのみに依存することになり、さらには燃料電池車両では内燃機関車両などに比べてエンジンブレーキがない分だけ、機械式ブレーキの大型化やブレーキの操作頻度が上昇することに伴う運転者の負担増、乗車フィーリングの悪化といった問題があった。 However, when the downhill continues continuously, the secondary battery is fully charged by the regenerative power, and the regenerative power from the drive motor cannot be stored in the secondary battery, so that regenerative braking is performed. There is a problem that it becomes impossible to obtain the braking force due to the. In such a case, since regenerative braking cannot be used, it depends only on the mechanical brake, and the fuel cell vehicle has a larger mechanical brake than the internal combustion engine vehicle. In addition, there are problems such as an increase in the burden on the driver due to an increase in the frequency of operation of the brakes and a deterioration in the ride feeling.

このため回生制動による余剰電力を処理するために、２次電池への充電を優先しつつ、余剰電力を補機で消費させる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の燃料電池システムでは、余剰電力を消費させる電力消費手段として、燃料電池の冷却水回路に設けられた電気ヒータ（補機）を用いている。 For this reason, in order to process surplus power due to regenerative braking, a fuel cell system has been proposed in which surplus power is consumed by an auxiliary machine while giving priority to charging of the secondary battery (see, for example, Patent Document 1). In the fuel cell system of Patent Document 1, an electric heater (auxiliary device) provided in a cooling water circuit of the fuel cell is used as power consuming means for consuming surplus power.

特許第４３４１３５６号公報Japanese Patent No. 4341356

しかしながら、上記特許文献１の構成では、燃料電池の余剰電力の消費が補機の応答性に左右されるため、以下の問題が生じる。つまり、応答性の悪い補機は、燃料電池の余剰電力の消費が遅れるため、その分だけ２次電池のＳＯＣが上昇し、２次電池で受け入れ不能
結果として回生制動による制動力（減速感）が得られなくなる。 However, in the configuration of Patent Document 1 described above, the consumption of surplus power of the fuel cell depends on the responsiveness of the auxiliary machine, and the following problems arise. That is, in the auxiliary machine with poor responsiveness, since the consumption of surplus power of the fuel cell is delayed, the SOC of the secondary battery rises by that amount, and the secondary battery cannot accept the braking force as a result of regenerative braking (deceleration feeling). Cannot be obtained.

本発明は上記問題点に鑑み、回生電力を得ることが可能な燃料電池システムにおいて、電力消費手段の特性を考慮して余剰電力を消費させることを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to consume surplus power in a fuel cell system capable of obtaining regenerative power in consideration of characteristics of power consumption means.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水素と酸素とを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１０）を備える移動体に搭載される燃料電池システムであって、前記移動体の制動に伴って回生電力を発生する回生電力発生手段（１１、１２）と、前記燃料電池（１０）および前記回生電力発生手段（１１、１２）と並列に接続された２次電池（１３）と、前記燃料電池（１０）または前記回生電力発生手段（１１、１２）からの電力供給で作動して電力を消費可能な電力消費手段（３１、４２、５１）と、前記２次電池（１３）の充電状態を検出する充電量検出手段（１００、Ｓ１１）と、前記回生電力発生手段（１１、１２）の回生電力のうち前記２次電池（１３）の充電可能電力を超える余剰電力を前記電力消費手段（３１、４２、５１）で消費させる余剰電力処理手段（１００、Ｓ１５、Ｓ１８、Ｓ２１）とを備え、
前記電力消費手段（３１、４２、５１）は複数種類設けられているとともに、前記複数種類の電力消費手段（３１、４２、５１）は単位時間当りの消費電力の増加率が異なっており、前記余剰電力処理手段は、前記２次電池（１３）の充電状態に基づいて前記複数種類の電力消費手段（３１、４２、５１）の作動を制御することを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system mounted on a mobile body including a fuel cell (10) that obtains electric power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen. Regenerative power generating means (11, 12) for generating regenerative power in accordance with braking of the moving body, and a secondary battery connected in parallel with the fuel cell (10) and the regenerative power generating means (11, 12) ( 13), power consuming means (31, 42, 51) capable of consuming power by operating with power supplied from the fuel cell (10) or the regenerative power generating means (11, 12), and the secondary battery The surplus power exceeding the chargeable power of the secondary battery (13) among the regenerative power of the charge amount detection means (100, S11) for detecting the charge state of (13) and the regenerative power generation means (11, 12). The power consumption means ( Excess power processing means for consumption 1,42,51) (100, S15, S18, S21) and provided with,
The power consuming means (31, 42, 51) are provided in a plurality of types, and the plurality of types of power consuming means (31, 42, 51) are different in the rate of increase in power consumption per unit time, The surplus power processing means controls the operation of the plurality of types of power consuming means (31, 42, 51) based on the state of charge of the secondary battery (13).

本発明によれば、回生電力は優先的に２次電池（１３）に蓄えられるとともに、回生電力が２次電池（１３）に受け入れ可能な電力を超えている場合は、余剰電力が電力消費手段で消費される。そして、応答性が異なる複数種類の電力消費手段（３１、４２、５１）の作動を、２次電池（１３）の充電状態に基づいて制御することで、電力消費手段の特性を考慮して余剰電力を消費させることができる。 According to the present invention, the regenerative power is preferentially stored in the secondary battery (13), and when the regenerative power exceeds the power acceptable to the secondary battery (13), the surplus power is consumed by the power consuming means. Consumed at. Then, the operation of a plurality of types of power consuming means (31, 42, 51) having different responsiveness is controlled based on the state of charge of the secondary battery (13), so that the surplus is taken into account the characteristics of the power consuming means Electric power can be consumed.

また、請求項１に記載の発明では、前記余剰電力処理手段は、前記２次電池（１３）の充電可能電力が小さくなるにしたがって、前記複数種類の電力消費手段（３１、４２、５１）のうち単位時間当りの消費電力の増加率が小さい電力消費手段から優先的に作動させることを特徴としている。 In the invention according to claim 1 , the surplus power processing means is configured such that as the chargeable power of the secondary battery (13) becomes smaller, the plurality of types of power consumption means (31, 42, 51). Among them, it is characterized in that it is preferentially operated from power consumption means that has a small increase rate of power consumption per unit time.

これにより、２次電池（１３）の受入可能電力に余裕がある段階では応答性が悪い電力消費手段で余剰電力を消費させ、２次電池（１３）の受入可能電力が小さくなるにしたがって、応答性のよい電力消費手段で余剰電力を消費させることができる。このように、２次電池（１３）の充電状態に応じて電力消費手段を使い分けることで、２次電池（１３）のＳＯＣが上限値に到達することを極力回避でき、回生電力を電力消費手段で消費できる範囲が広がるため、電力消費手段が頻繁にオンオフを繰り返すことを抑制できる。 Accordingly, when there is a margin in the receivable power of the secondary battery (13), the surplus power is consumed by the power consuming means having poor responsiveness, and the response becomes possible as the receivable power of the secondary battery (13) becomes smaller. The surplus power can be consumed by a good power consumption means. In this way, by properly using the power consuming means according to the state of charge of the secondary battery (13), it is possible to avoid as much as possible the SOC of the secondary battery (13) from reaching the upper limit, and the regenerative power is used as the power consuming means. Since the range that can be consumed by the power supply is widened, it is possible to prevent the power consuming means from repeatedly turning on and off.

また、請求項２に記載の発明では、前記移動体の制動を行う機械式ブレーキを備え、前記余剰電力のうち前記電力消費手段（３１、４２、５１）の消費電力を超える電力に相当するエネルギを前記機械式ブレーキで消費することを特徴としている。
The invention according to claim 2 is provided with a mechanical brake for braking the mobile body, and energy corresponding to power exceeding the power consumption of the power consuming means (31, 42, 51) among the surplus power. Is consumed by the mechanical brake.

これにより、機械式ブレーキの使用を最小限に抑えることができ、乗車フィーリングの悪化を極力抑えることができる。 Thereby, use of a mechanical brake can be suppressed to the minimum, and deterioration of a riding feeling can be suppressed as much as possible.

第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the whole structure of the fuel cell system of 1st Embodiment. 車両空調装置の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of a vehicle air conditioner. ヒータコアの斜視図である。It is a perspective view of a heater core. 補機の電力消費と補機に対する電力消費指令値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the power consumption of an auxiliary machine, and the power consumption command value with respect to an auxiliary machine. 補機の応答性と優先順位の関係を示す図である。It is a figure which shows the response of an auxiliary machine, and the relationship of a priority. 補機のオンオフの切り替えタイミングを示す図である。It is a figure which shows the on / off switching timing of an auxiliary machine. 回生電力の消費処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the consumption process of regenerative electric power. 第２実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第３実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 3rd Embodiment. 第４実施形態の燃料電池システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the fuel cell system of 4th Embodiment.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。本第１実施形態は、本発明の燃料電池システムを燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the fuel cell system of the present invention is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using a fuel cell as a power source.

図１は、本第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池（ＦＣスタック）１０を備えている。燃料電池１０は、車両走行用の電動モータ（電気負荷）１１や２次電池１３、その他補機３１、４２、５１などに電力を供給するように構成されている。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギーが発生する。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment includes a fuel cell (FC stack) 10 that generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 10 is configured to supply electric power to an electric motor (electric load) 11 for driving a vehicle, a secondary battery 13, and other auxiliary machines 31, 42, 51 and the like. In the fuel cell 10, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electric energy.

アノード（水素極）：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード（酸素極）：２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
全体の反応：Ｈ₂＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。各セルは、電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。なお、本発明は燃料電池の種類を限定するものではなく、他の種類の燃料電池、例えばリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池にも適用可能である。 Anode (hydrogen electrode): H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻
Cathode (oxygen electrode): 2H ⁺ + 1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → H ₂ O
Overall reaction: H ₂ + 1 / 2O ₂ → H ₂ O
In the first embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 10, and a plurality of cells serving as basic units are stacked. Each cell has a configuration in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes. The present invention is not limited to the type of fuel cell, and can be applied to other types of fuel cells such as phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, and solid oxide fuel cells.

燃料電池１０にて発生した直流電力は、インバータ１２で交流電流に変換され走行用モータ１１に供給される。これにより、モータ１１は車輪駆動力を発生させ車両を走行させることができる。また、燃料電池１０が発電した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して、２次電池１３に蓄えることができる。 The DC power generated in the fuel cell 10 is converted into an AC current by the inverter 12 and supplied to the traveling motor 11. Thereby, the motor 11 can generate a wheel driving force and drive the vehicle. Further, the power generated by the fuel cell 10 can be stored in the secondary battery 13 via the DC / DC converter 14.

インバータ１２は、燃料電池１０や２次電池１３から供給された直流電流を交流電流に変換して走行用モータ１１に供給して、走行用モータ１１を駆動している。本第１実施形態の電気自動車では、車両減速時や降坂時に走行用モータ１１を発電機として作動させて発電を行うとともにブレーキ力を得る回生制動を行い、回生制動によって発電された回生電力はインバータ１２を介して２次電池１３に充電できるように構成されている。ブレーキ踏力等から車両制動トルク指令値を算出し、車両制動トルク指令値から回生電力を算出することができる。なお、走行用モータ１１およびインバータ１２が本発明の回生電力発生手段に相当している。 The inverter 12 converts the direct current supplied from the fuel cell 10 or the secondary battery 13 into an alternating current and supplies the alternating current to the traveling motor 11 to drive the traveling motor 11. In the electric vehicle according to the first embodiment, when the vehicle is decelerated or downhill, the traveling motor 11 is operated as a generator to generate electric power and perform regenerative braking to obtain braking force. Regenerative power generated by regenerative braking is The secondary battery 13 can be charged via the inverter 12. A vehicle braking torque command value can be calculated from the brake pedaling force and the like, and regenerative power can be calculated from the vehicle braking torque command value. The traveling motor 11 and the inverter 12 correspond to the regenerative power generating means of the present invention.

本実施形態の燃料電池システムでは、走行用モータ１１による回生電力から２次電池１３に充電可能な電力を引いた差が余剰電力となり、余剰電力は補機３１、４２、５１で消費される。余剰電力が消費される補機３１、４２、５１については後述する。補機３１、４２、５１で消費しきれない余剰電力分は、図示しない機械式ブレーキで対応する。この場合、機械式ブレーキを使用した分だけ回生制動により発生する回生電力が小さくなる。 In the fuel cell system of the present embodiment, the difference obtained by subtracting the power that can be charged in the secondary battery 13 from the regenerative power by the traveling motor 11 becomes surplus power, and the surplus power is consumed by the auxiliary devices 31, 42, 51. The auxiliary machines 31, 42 and 51 that consume excess power will be described later. The surplus power that cannot be consumed by the auxiliary machines 31, 42, 51 is handled by a mechanical brake (not shown). In this case, the regenerative power generated by regenerative braking is reduced by the amount of use of the mechanical brake.

また、本第１実施形態の燃料電池システムでは、２次電池１３が燃料電池１０と電気的に並列接続されており、燃料電池１０とともに２次電池１３からもモータ１１に電力を供給可能に構成されている。例えば、車両発進時や加速時などに大きな電力が必要な場合、燃料電池１０からだけでなく２次電池１３からも電力を取り出して走行用モータ１１に供給することで対応することができる。２次電池１３としては、例えば一般的なニッケル水素電池を用いることができる。 Further, in the fuel cell system of the first embodiment, the secondary battery 13 is electrically connected in parallel with the fuel cell 10, and the power can be supplied from the secondary battery 13 together with the fuel cell 10 to the motor 11. Has been. For example, when a large amount of electric power is required when starting the vehicle or accelerating, the electric power can be taken not only from the fuel cell 10 but also from the secondary battery 13 and supplied to the traveling motor 11. As the secondary battery 13, for example, a general nickel metal hydride battery can be used.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、２次電池１３と燃料電池１０とが同じ電圧になるように電圧変換を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、外部からの制御信号によって双方向に電力を伝達することができる。 The DC / DC converter 14 performs voltage conversion so that the secondary battery 13 and the fuel cell 10 have the same voltage. The DC / DC converter 14 can transmit power in both directions by a control signal from the outside.

燃料電池１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４の間には、ダイオード１５が設けられている。このダイオード１５により、燃料電池１０に２次電池１３からの電流および走行用モータ１１、インバータ１２で回生された電流が流れ込み、燃料電池１０が破壊されるのを防いでいる。 A diode 15 is provided between the fuel cell 10 and the DC / DC converter 14. The diode 15 prevents the fuel cell 10 from being destroyed by the current from the secondary battery 13 and the current regenerated by the traveling motor 11 and the inverter 12 flowing into the fuel cell 10.

燃料電池１０には、水素供給装置２０から水素供給経路２１を介して水素が供給され、空気供給装置３０から空気供給経路３２を介して空気が供給されるように構成されている。 The fuel cell 10 is configured such that hydrogen is supplied from the hydrogen supply device 20 via the hydrogen supply path 21 and air is supplied from the air supply device 30 via the air supply path 32.

水素供給装置２０としては例えば水素吸蔵合金等の水素貯蔵材を内蔵して純水素を貯蔵する水素タンクを用いることができる。水素供給経路２１には、シャットバルブ２２および水素レギュレータ２３が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、シャットバルブ２２を開き、水素レギュレータ２３によって所望の圧力にした水素を燃料電池１に供給する。 As the hydrogen supply device 20, for example, a hydrogen tank that stores a pure hydrogen by incorporating a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy can be used. The hydrogen supply path 21 is provided with a shut valve 22 and a hydrogen regulator 23. When supplying hydrogen to the fuel cell 1, the shut valve 22 is opened, and hydrogen having a desired pressure by the hydrogen regulator 23 is supplied to the fuel cell 1.

水素排出経路２４からは、未反応水素ガス、蒸気（あるいは水）および空気極から固体高分子膜を通過して混入した窒素、酸素などが排出される。水素排出経路２４には、シャットバルブ２５が設けられており、燃料電池１０の運転条件に応じて開閉される。 From the hydrogen discharge path 24, unreacted hydrogen gas, vapor (or water), nitrogen, oxygen, etc. mixed through the solid polymer film from the air electrode are discharged. The hydrogen discharge path 24 is provided with a shut valve 25 that opens and closes according to the operating conditions of the fuel cell 10.

空気供給装置３０としては、例えばエアコンプレッサを用いることができる。エアコンプレッサ３０は、コンプレッサ用モータ３１にて駆動される。空気供給経路３２には供給空気加湿用の加湿器３３が設けられている。加湿器３３は燃料電池１０から排出される排気空気に含まれる水分を回収し、この水分を用いてエアコンプレッサ３０の吐出後の空気を加湿する装置である。これにより、発電時における電気化学反応のために、燃料電池１０内の固体高分子膜を水分を含んだ湿潤状態にしておくことができる。なお、コンプレッサ用モータ３１は回生電力の余剰電力を消費させる補機を構成しており、回生電力の余剰電力が消費される。 For example, an air compressor can be used as the air supply device 30. The air compressor 30 is driven by a compressor motor 31. The air supply path 32 is provided with a humidifier 33 for humidifying the supply air. The humidifier 33 is a device that collects moisture contained in the exhaust air discharged from the fuel cell 10 and humidifies the air discharged from the air compressor 30 using this moisture. Thereby, the solid polymer film in the fuel cell 10 can be kept in a wet state containing moisture for an electrochemical reaction during power generation. The compressor motor 31 constitutes an auxiliary machine that consumes surplus power of regenerative power, and surplus power of regenerative power is consumed.

空気排出経路３４からは、未反応空気、蒸気（あるいは水）および水素極から固体高分子膜を通過して混入した水素などが排出される。レギュレータ３５は、空気排出経路３４に設けられており、燃料電池１０を効率的に運転するために、燃料電池１０に供給される空気の圧力を調整している。 From the air discharge path 34, unreacted air, steam (or water), hydrogen mixed through the solid polymer film from the hydrogen electrode, and the like are discharged. The regulator 35 is provided in the air discharge path 34 and adjusts the pressure of the air supplied to the fuel cell 10 in order to operate the fuel cell 10 efficiently.

燃料電池１０は発電に伴い発熱を生じる。固体高分子型燃料電池では、膜の耐熱温度や効率の点から８０℃前後で運転する必要がある。このため、燃料電池システムには、燃料電池１０を冷却するための冷却システムが設けられている。 The fuel cell 10 generates heat with power generation. In the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to operate at around 80 ° C. in view of the heat resistant temperature and efficiency of the membrane. For this reason, the fuel cell system is provided with a cooling system for cooling the fuel cell 10.

冷却システムは、燃料電池１０に冷却水を循環させる冷却水経路４０、冷却水を圧送する冷却水循環ポンプ４１、冷却水の放熱を行うラジエータ４３等から構成されている。冷却水としては、低温時でも凍結しないようにエチレングリコールと水の混合溶液を用いている。なお、冷却水が本発明の熱媒体に相当し、冷却水経路４０が本発明の熱媒体経路に相当し、ラジエータ４３が本発明の放熱器に相当している。 The cooling system includes a cooling water path 40 that circulates the cooling water to the fuel cell 10, a cooling water circulation pump 41 that pumps the cooling water, a radiator 43 that radiates the cooling water, and the like. As the cooling water, a mixed solution of ethylene glycol and water is used so as not to freeze even at low temperatures. The cooling water corresponds to the heat medium of the present invention, the cooling water path 40 corresponds to the heat medium path of the present invention, and the radiator 43 corresponds to the radiator of the present invention.

冷却水循環ポンプ４１はポンプ用モータ４２と機械的に接続されており、ポンプ用モータ４２を回転させることにより冷却水循環ポンプ４１を回転させて燃料電池１０に冷却水を循環させることができる。冷却水循環ポンプ４１の回転数を調整することで、冷却水経路４０の冷却水流量を調整することができる。燃料電池１０で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ４３で系外に排出される。なお、ポンプ用モータ４２は回生電力の余剰電力を消費させる補機を構成しており、回生電力の余剰電力が消費される。 The cooling water circulation pump 41 is mechanically connected to the pump motor 42. By rotating the pump motor 42, the cooling water circulation pump 41 can be rotated to circulate the cooling water in the fuel cell 10. By adjusting the rotation speed of the cooling water circulation pump 41, the cooling water flow rate of the cooling water passage 40 can be adjusted. The heat generated in the fuel cell 10 is discharged out of the system by the radiator 43 through the cooling water. The pump motor 42 constitutes an auxiliary device that consumes surplus power of regenerative power, and surplus power of regenerative power is consumed.

冷却ファン４４は冷却ファンモータ４５と機械的に接続されており、冷却ファンモータ４５を回転させることにより冷却ファン４４を回転させてラジエータ４３に送風し、ラジエータ４３より熱を外気に放出させることができる。なお、ラジエータ４３は車両走行時に走行風（ラム圧）を利用できる位置に搭載するのがのぞましい。 The cooling fan 44 is mechanically connected to the cooling fan motor 45. By rotating the cooling fan motor 45, the cooling fan 44 is rotated and blown to the radiator 43, and heat is released from the radiator 43 to the outside air. it can. The radiator 43 is preferably mounted at a position where traveling wind (ram pressure) can be used when the vehicle is traveling.

サーモスタット４６は、公知の技術であり冷却水温度が所定の値より大きい場合は、ラジエータ４３側に冷却水が流れるようにし、逆に冷却水温度が所定の値より小さい場合はラジエータバイパス経路４７に冷却水が流れるよう制御することで温度制御を行っている。 The thermostat 46 is a well-known technique. When the cooling water temperature is higher than a predetermined value, the cooling water flows to the radiator 43 side. Conversely, when the cooling water temperature is lower than the predetermined value, the thermostat 46 enters the radiator bypass path 47. Temperature control is performed by controlling the cooling water to flow.

このような冷却系によって、冷却水循環ポンプ４１による流量制御、冷却ファン４４による風量制御、サーモスタット４６によるバイパス制御で冷却水の温度を調整し、燃料電池１０の温度制御を行うことができる。 With such a cooling system, the temperature of the fuel cell 10 can be controlled by adjusting the temperature of the cooling water by the flow rate control by the cooling water circulation pump 41, the air volume control by the cooling fan 44, and the bypass control by the thermostat 46.

また、本第１実施形態の構成では、冷却水が直接燃料電池１０内部と接するため、冷却水の導電率が大きいと、漏電による感電や燃料電池システム効率の低下をまねく。このため、本第１実施形態では、冷却水経路４０にイオン吸着用経路４８を設け、イオン吸着用経路４８にイオン交換樹脂（イオン吸着手段）４９を配置している。 Further, in the configuration of the first embodiment, since the coolant directly contacts the inside of the fuel cell 10, if the conductivity of the coolant is large, an electric shock due to electric leakage or a decrease in the fuel cell system efficiency is caused. For this reason, in the first embodiment, an ion adsorption path 48 is provided in the cooling water path 40, and an ion exchange resin (ion adsorption means) 49 is disposed in the ion adsorption path 48.

イオン交換樹脂４９は、各部品より冷却水に溶出したイオンを吸着し、冷却水の導電率上昇を抑えることができる。ちなみにイオン吸着装置４９は、冷却水が流れる位置であれば、どこに設置してもよい。さらに、本第１実施形態では、導電率の小さい冷却水として、エチレングリコールと水の混合物を用いている。 The ion exchange resin 49 adsorbs ions eluted from each component into the cooling water, and can suppress an increase in the conductivity of the cooling water. Incidentally, the ion adsorption device 49 may be installed anywhere as long as the cooling water flows. Furthermore, in the first embodiment, a mixture of ethylene glycol and water is used as the cooling water having a low electrical conductivity.

また、冷却水経路４０における燃料電池１０の出口近傍には、冷却水温度を検出する温度センサ５０が設けられている。 A temperature sensor 50 that detects the coolant temperature is provided in the vicinity of the outlet of the fuel cell 10 in the coolant path 40.

冷却水経路４０における燃料電池１０の下流側であってラジエータ４３の上流側には、冷却水を加熱する電気ヒータ５１が設けられている。上述のように電気ヒータ５１には燃料電池システムの余剰電力が供給される。電気ヒータ５１は、供給電力を調整することで出力（加熱温度）を調整できる。また、電気ヒータ５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４などの電力変換器を介することなくインバータ１２と直接接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して電気的に接続した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４が破壊したときに電気ヒータ５１にて電力消費ができなくなり回生制動ができなくなる。このため、これらを電気的に直接接続することで燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。 An electric heater 51 for heating the cooling water is provided on the downstream side of the fuel cell 10 in the cooling water passage 40 and on the upstream side of the radiator 43. As described above, the electric heater 51 is supplied with surplus power of the fuel cell system. The electric heater 51 can adjust the output (heating temperature) by adjusting the power supply. The electric heater 51 is directly connected to the inverter 12 without passing through a power converter such as the DC / DC converter 14. When electrically connected via the DC / DC converter 14, when the DC / DC converter 14 is broken, the electric heater 51 cannot consume power and regenerative braking cannot be performed. For this reason, the reliability of the fuel cell system can be improved by directly connecting them.

なお、電気ヒータ５１は、上述のコンプレッサ用モータ３１、ポンプ用モータ４２とともに回生電力の余剰電力を消費させる補機を構成しており、回生電力の余剰電力が消費される。また、補機を構成するコンプレッサ用モータ３１、ポンプ用モータ４２、電気ヒータ５１が本発明の電力消費手段を構成している。補機による回生電力の消費については後述する。 The electric heater 51 constitutes an auxiliary device that consumes surplus power of the regenerative power together with the compressor motor 31 and the pump motor 42, and the surplus power of the regenerative power is consumed. Further, the compressor motor 31, the pump motor 42 and the electric heater 51 constituting the auxiliary machine constitute the power consuming means of the present invention. The consumption of regenerative power by the auxiliary machine will be described later.

冷却水として、エチレングリコール水溶液を用いた場合には、酸素存在下で熱分解温度以上になると分解してギ酸などの有機酸を生成する。これらの有機酸は、冷却水中でイオン化し冷却水の導電率を上昇させる。電気ヒータ５１は冷却水と接する表面の温度がもっとも高くなるので、本第１実施形態では電気ヒータ５１の冷却水と接する表面あるいは電気ヒータ５１内部の冷却水と接する表面近傍に温度センサ５２を設けている。 When an ethylene glycol aqueous solution is used as the cooling water, it decomposes to produce an organic acid such as formic acid when the temperature exceeds the thermal decomposition temperature in the presence of oxygen. These organic acids ionize in the cooling water and increase the conductivity of the cooling water. Since the temperature of the surface of the electric heater 51 in contact with the cooling water is the highest, in the first embodiment, the temperature sensor 52 is provided in the vicinity of the surface of the electric heater 51 in contact with the cooling water or the surface of the electric heater 51 in contact with the cooling water. ing.

本第１実施形態では、温度センサ５２にて検出した温度に基づいて、冷却水が冷却水の熱分解温度以下になるように冷却水の温度制御を行う。この温度制御を開始する温度を、熱分解温度以下の熱分解速度が大きくなる温度に設定してもよい。電気ヒータ５１による加熱温度を低下させるためには、電気ヒータ５１に循環する冷却水流量を増加させるか、あるいは電気ヒータ５１に供給する電力を低下させる。このような制御を行うことで、冷却水の熱分解によるイオンの発生を抑制しイオン交換樹脂４９の寿命を長くすることができる。 In the first embodiment, the temperature control of the cooling water is performed based on the temperature detected by the temperature sensor 52 so that the cooling water becomes equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the cooling water. The temperature at which this temperature control is started may be set to a temperature at which the thermal decomposition rate equal to or lower than the thermal decomposition temperature is increased. In order to reduce the heating temperature by the electric heater 51, the flow rate of the cooling water circulating to the electric heater 51 is increased, or the electric power supplied to the electric heater 51 is reduced. By performing such control, generation of ions due to thermal decomposition of the cooling water can be suppressed and the life of the ion exchange resin 49 can be extended.

冷却水経路４０には、冷却水を電気ヒータ５１をバイパスさせるための電気ヒータバイパス経路５３が設けられている。電気ヒータバイパス経路５３は、電気ヒータ５１の上流側で冷却水経路４０から分岐し、電気ヒータ５１の下流側で冷却水経路４０に合流している。冷却水経路４０と電気ヒータバイパス経路５３との分岐点には、流量調整弁（電気ヒータバイパス流量調整手段）５４が設けられている。本第１実施形態では、流量調整弁５４としてロータリバルブを用いている。流量調整弁５４により、電気ヒータ５１側あるいは電気ヒータバイパス経路５３側に流れる冷却水の割合をそれぞれ０〜１００％の間で任意に調整することができる。 The cooling water path 40 is provided with an electric heater bypass path 53 for bypassing the cooling water to the electric heater 51. The electric heater bypass path 53 branches from the cooling water path 40 on the upstream side of the electric heater 51 and merges with the cooling water path 40 on the downstream side of the electric heater 51. A flow rate adjusting valve (electric heater bypass flow rate adjusting means) 54 is provided at a branch point between the cooling water path 40 and the electric heater bypass path 53. In the first embodiment, a rotary valve is used as the flow rate adjustment valve 54. The ratio of the cooling water flowing to the electric heater 51 side or the electric heater bypass path 53 side can be arbitrarily adjusted between 0 to 100% by the flow rate adjusting valve 54.

冷却水経路４０における電気ヒータ５１の下流側であってラジエータ４３の上流側には、室内暖房用ユニット５５が設けられている。室内暖房用ユニット５５は、ヒータコア（暖房用放熱器）５６、室内暖房用ファン５７、ファン用モータ５８、暖房用放熱器バイパス経路５９、オンオフ弁（暖房用放熱器バイパス流量調整手段）６０を備えている。 An indoor heating unit 55 is provided downstream of the electric heater 51 and upstream of the radiator 43 in the cooling water path 40. The indoor heating unit 55 includes a heater core (heating radiator) 56, an indoor heating fan 57, a fan motor 58, a heating radiator bypass path 59, and an on / off valve (heating radiator bypass flow rate adjusting means) 60. ing.

ヒータコア５６は冷却水を熱源として、ヒータコア５６を通過する空気を加熱するものである。室内暖房用ファン５７は室内暖房用ファンモータ５８と機械的に接続されており、室内暖房用ファンモータ５８を回転させることにより室内暖房用ファン５７を回転させてヒータコア５６に送風する。 The heater core 56 heats the air passing through the heater core 56 using cooling water as a heat source. The indoor heating fan 57 is mechanically connected to the indoor heating fan motor 58, and the indoor heating fan 57 is rotated by rotating the indoor heating fan motor 58 to blow air to the heater core 56.

図２は、車両用空調装置の構成を示す概念図である。図２に示すように、車室内空気あるいは車室外空気を室内暖房用ファン５７によってヒータコア５６に送り、ヒータコア５６を通過後の空気を車室内に送風できるように、ヒータコア５６および室内暖房用ファン５７の周囲にはダクトが設置されている。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of the vehicle air conditioner. As shown in FIG. 2, the heater core 56 and the indoor heating fan 57 are configured so that the air in the vehicle interior or the air outside the vehicle interior is sent to the heater core 56 by the indoor heating fan 57 and the air after passing through the heater core 56 can be blown into the vehicle interior. There are ducts around.

図２に示すように、室内暖房用ファン１３は室内空気あるいは室外空気のエバポレータ６２に送られる。エバポレータ６２は、内部で低圧低温の冷媒が蒸発することで空気の冷却を行うものである。ヒータコア５６は、エバポレータ６２の空気流れ下流側に設置されている。ヒータコア５６には、エバポレータ６２通過後の空気をヒータコア５６を通過させるかどうかを制御するエアミックスドア６３が設けられている。 As shown in FIG. 2, the indoor heating fan 13 is sent to an evaporator 62 for indoor air or outdoor air. The evaporator 62 cools the air by evaporating the low-pressure and low-temperature refrigerant inside. The heater core 56 is installed on the downstream side of the air flow of the evaporator 62. The heater core 56 is provided with an air mix door 63 that controls whether the air after passing through the evaporator 62 is allowed to pass through the heater core 56.

空気温度を低くして冷房したい場合には、エアミックスドア６３を閉じてヒータコア５６に空気が通過しないようにする。逆に空気温度を高くして暖房したい場合には、エアミックスドア６３を開いてヒータコア５６に空気が通過するようにする。除湿を行う場合には、エアミックスドア６３を開いてエバポレータ６２で冷却除湿した空気をヒータコア５６で加熱し、室内に導入する。エアミックスドア６３はオンオフ制御ではなく、必要な空気温度に応じ開度を調節できる。 When it is desired to cool the air at a low temperature, the air mix door 63 is closed so that air does not pass through the heater core 56. On the other hand, when it is desired to heat the air at a high temperature, the air mix door 63 is opened so that the air passes through the heater core 56. When performing dehumidification, the air mix door 63 is opened and the air cooled and dehumidified by the evaporator 62 is heated by the heater core 56 and introduced into the room. The air mix door 63 can adjust the opening according to the required air temperature, not on / off control.

ここで、常にヒータコア５６に温水が流れる構成とすると、例えば夏場で暖房の必要がないときにも、ヒータコア５６から熱が放出され空調性能に悪影響を与えたり、室内冷房のためのエネルギーが余分に必要になり車両燃費を悪化させることになる。特にエネルギー回生時は、ヒータコア５６の上流にある電気ヒータ５１から大きな熱が冷却水に放出されるので、エアミックスドア６３を閉じただけでは充分でなく、回生電力による熱が車室内に侵入することが考えられる。また、エアミックスドア６３の設置のために大きなスペースを必要とする。そこで本第１実施形態では、オンオフ弁６０およびバイパス経路５９を設置することで上記の問題を回避している。 Here, when the hot water always flows through the heater core 56, for example, when there is no need for heating in the summer, heat is released from the heater core 56, which adversely affects the air conditioning performance, and excess energy for indoor cooling is used. It becomes necessary and the vehicle fuel consumption is deteriorated. In particular, during energy regeneration, a large amount of heat is released from the electric heater 51 upstream of the heater core 56 to the cooling water. Therefore, it is not sufficient to simply close the air mix door 63, and heat from the regenerative power enters the vehicle interior. It is possible. Moreover, a large space is required for installing the air mix door 63. Therefore, in the first embodiment, the above problem is avoided by installing the on / off valve 60 and the bypass path 59.

図１に戻り、暖房用放熱器バイパス経路５９は、ヒータコア５６をバイパスするように冷却水経路４０に設けられており、ヒータコア５６の上流側で冷却水経路４０から分岐し、ヒータコア５６の下流側で冷却水経路４０に合流している。 Returning to FIG. 1, the heating radiator bypass path 59 is provided in the cooling water path 40 so as to bypass the heater core 56, branches from the cooling water path 40 upstream of the heater core 56, and is downstream of the heater core 56. The cooling water path 40 is merged.

オンオフ弁６０は、冷却水経路４０における暖房用放熱器バイパス経路５９との分岐点の下流側であってヒータコア５６の上流側に設けられている。オンオフ弁６０は、外部からの制御で冷却水循環流路４０を開閉可能な電気式の開閉弁であり、通常時（非通電時）は閉状態となっている。オンオフ弁６０を開状態にすることで冷却水はヒータコア５６に流れ、オンオフ弁６０を閉状態にすることで冷却水は暖房用放熱器バイパス経路５９に流れる。このような簡易な構成のオンオフ弁６０を用いることで、システムを簡易な構成とすることができ、コスト低減を図ることができる。 The on / off valve 60 is provided on the downstream side of the branch point of the cooling water passage 40 with the heating radiator bypass passage 59 and on the upstream side of the heater core 56. The on / off valve 60 is an electrical on-off valve that can open and close the cooling water circulation passage 40 by control from the outside, and is closed during normal times (when no power is supplied). The cooling water flows to the heater core 56 by opening the on / off valve 60, and the cooling water flows to the heating radiator bypass path 59 by closing the on / off valve 60. By using the on / off valve 60 having such a simple configuration, the system can be configured with a simple configuration, and the cost can be reduced.

図３はヒータコア５６の斜視図である。ヒータコア５６はチューブとフィンで構成される熱交換器であり、チューブ内を冷却水が流れ、外部を空気が流れ熱交換を行うことができる。図３中の矢印は冷却水の流れを示している。また、図３に示すように、ヒータコア５６、暖房用放熱器バイパス経路５９、オンオフ弁６０が一体的に構成されている。これらの構成要素５６、５９、６０を一体化することで、車両への搭載性を向上させることができる。なお、これらの構成要素５６、５９、６０のうち任意の２つの組合せを一体化した場合も車両への搭載性を向上させることができる。 FIG. 3 is a perspective view of the heater core 56. The heater core 56 is a heat exchanger composed of tubes and fins, and cooling water flows through the tube and air flows through the outside to perform heat exchange. The arrows in FIG. 3 indicate the flow of cooling water. Moreover, as shown in FIG. 3, the heater core 56, the heat radiator bypass path 59, and the on-off valve 60 are comprised integrally. By integrating these components 56, 59, and 60, the mountability to the vehicle can be improved. In addition, also when arbitrary two combinations among these components 56, 59, and 60 are integrated, the mounting property to a vehicle can be improved.

図１に戻り、本第１実施形態の燃料電池システムには、外気温を検出する外気温センサ６１が設けられている。さらに燃料電池システムには、車両システムおよび各構成機器を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１００が設けられている。制御装置１００は、各種入力信号に基づいて、燃料電池システムを構成する各種制御機器の作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ等の記憶部に記憶された制御プログラムに従って各種演算等の処理を実行する。本発明の熱媒体温度調整手段は、ＥＣＵ１００により構成される。ＥＣＵ１００は、温度センサ５２、６１の検出温度に基づいて、電気ヒータ５１に対する電力供給量の調整、冷却水流量の調整等を行い、冷却水温度を調整する。また、ＥＣＵ１００は、走行用モータ１１による回生電力を２次電池１３に充電させるとともに、補機３１、４２、５１に電力消費指令を出力することで、回生電力のうち２次電池１３で吸収できない余剰電力を補機３１、４２、５１で消費させるように構成されている。 Returning to FIG. 1, the fuel cell system of the first embodiment is provided with an outside air temperature sensor 61 for detecting the outside air temperature. Furthermore, the fuel cell system is provided with an electronic control unit (ECU) 100 that controls the vehicle system and each component device. The control device 100 controls the operation of various control devices constituting the fuel cell system based on various input signals, and is constituted by a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, I / O, and the like. Various calculations and the like are executed in accordance with a control program stored in a storage unit such as a ROM. The heat medium temperature adjusting means of the present invention is configured by the ECU 100. The ECU 100 adjusts the cooling water temperature by adjusting the power supply amount to the electric heater 51, adjusting the cooling water flow rate, and the like based on the detected temperatures of the temperature sensors 52 and 61. Further, the ECU 100 causes the secondary battery 13 to charge the regenerative power from the traveling motor 11 and outputs a power consumption command to the auxiliary machines 31, 42, 51, so that the secondary battery 13 cannot absorb the regenerative power. It is comprised so that surplus electric power may be consumed with auxiliary machines 31,42,51.

図４は、補機３１、４２、５１の消費電力と補機３１、４２、５１に対する電力消費指令値との関係を示している。図４に示すように、補機３１、４２、５１の電力消費量の変化は、補機３１、４２、５１に対する電力消費指令値の変化に対して遅れが生じる。コンプレッサ用モータ３１、ポンプ用モータ４２、電気ヒータ５１の単位時間当りの消費電力の変化率である応答性は、それぞれ異なっている。本実施形態の電気ヒータ５１では、突入電流を防止するための制御を行っているため、最も応答性が悪くなっている。コンプレッサ用モータ３１とポンプ用モータ４２とでは、コンプレッサ用モータ３１の方が応答性が悪い。これらの補機の応答性は、電気ヒータ５１＜コンプレッサ用モータ３１＜ポンプ用モータ４２の順序となっている。本実施形態では、電気ヒータ５１を補機Ａとし、コンプレッサ用モータ３１を補機Ｂとし、ポンプ用モータ４２を補機Ｃとしている。 FIG. 4 shows the relationship between the power consumption of the auxiliary machines 31, 42, 51 and the power consumption command value for the auxiliary machines 31, 42, 51. As shown in FIG. 4, the change in the power consumption of the auxiliary machines 31, 42, 51 is delayed from the change in the power consumption command value for the auxiliary machines 31, 42, 51. The responsiveness that is the rate of change in power consumption per unit time of the compressor motor 31, the pump motor 42, and the electric heater 51 is different. In the electric heater 51 of this embodiment, since control for preventing inrush current is performed, the responsiveness is the worst. Of the compressor motor 31 and the pump motor 42, the compressor motor 31 is less responsive. The responsiveness of these auxiliary machines is in the order of electric heater 51 <compressor motor 31 <pump motor 42. In this embodiment, the electric heater 51 is the auxiliary machine A, the compressor motor 31 is the auxiliary machine B, and the pump motor 42 is the auxiliary machine C.

図５は、補機Ａ、Ｂ、Ｃで回生電力を消費させる際に用いられる優先順位を示している。図５に示すように、応答性（時定数）が悪い補機ほど優先順位を高くしている。このため、補機Ａが最も使用される優先順位が高くなり、次いで補機Ｂ、補機Ｃの順になる。ＥＣＵ１００による補機Ａ、Ｂ、Ｃに対する電力消費指令は、２次電池１３のＳＯＣ（充電状態）に基づいて行われる。ＳＯＣは、満充電状態に対する残存容量（％）で示される。本実施形態では、２次電池１３の性能が低下するＳＯＣ限界値を８０％としている。 FIG. 5 shows priorities used when the regenerative power is consumed by the auxiliary machines A, B, and C. As shown in FIG. 5, an auxiliary machine with a poor responsiveness (time constant) has a higher priority. For this reason, the priority in which auxiliary machine A is most used becomes higher, and then auxiliary machine B and auxiliary machine C are in this order. The power consumption command for the auxiliary machines A, B, and C by the ECU 100 is performed based on the SOC (charged state) of the secondary battery 13. The SOC is indicated by the remaining capacity (%) with respect to the fully charged state. In the present embodiment, the SOC limit value at which the performance of the secondary battery 13 is reduced is 80%.

図６は、２次電池１３のＳＯＣと補機Ａ、Ｂ、Ｃのオンオフの切り替えの関係を示している。図６に示すように、補機ＡはＳＯＣが第１所定値（６０％）以上でオンになり、補機ＢはＳＯＣが第２所定値（６５％）以上でオンになり、補機ＣはＳＯＣが第３所定値（７０％）以上でオンになる。また、各補機Ａ、Ｂ、ＣがオフになるＳＯＣは、ハンチング防止のためにヒステリシス幅を持たせてある。具体的には、各補機Ａ、Ｂ、ＣがオンになったＳＯＣより２％低いＳＯＣとなった場合に、各補機Ａ、Ｂ、Ｃがオフに切り替わるようになっている。また、本実施形態では、２次電池１３のＳＯＣがＳＯＣ上限値（充電量の上限値）に到達した場合には、２次電池１３への充電を行わず、回生電力を各補機Ａ、Ｂ、Ｃで消費させるとともに、余剰分を機械式ブレーキで対応するように構成されている。ＳＯＣ上限値は、第４所定値（７５％）に設定している。なお、第１〜第４所定値の括弧内で示した具体的な数値は一例であり、これらの数値は２次電池１３の種類や補機Ａ、Ｂ、Ｃの応答性等を考慮して任意に設定することができる。 FIG. 6 shows the relationship between the SOC of the secondary battery 13 and the on / off switching of the auxiliary machines A, B, and C. As shown in FIG. 6, the auxiliary machine A is turned on when the SOC is equal to or higher than the first predetermined value (60%), and the auxiliary machine B is turned on when the SOC is higher than the second predetermined value (65%). Is turned on when the SOC is equal to or greater than a third predetermined value (70%). Further, the SOC in which each auxiliary machine A, B, C is turned off has a hysteresis width to prevent hunting. Specifically, each auxiliary machine A, B, and C is turned off when the SOC becomes 2% lower than the SOC in which each auxiliary machine A, B, and C is turned on. In the present embodiment, when the SOC of the secondary battery 13 reaches the SOC upper limit value (charge amount upper limit value), the secondary battery 13 is not charged, and the regenerative power is supplied to each auxiliary machine A, While being consumed by B and C, the surplus portion is configured to be handled by a mechanical brake. The SOC upper limit value is set to a fourth predetermined value (75%). In addition, the specific numerical value shown in the parenthesis of the first to fourth predetermined values is an example, and these numerical values take into consideration the type of the secondary battery 13 and the responsiveness of the auxiliary machines A, B, and C. It can be set arbitrarily.

次に、本第１実施形態の燃料電池システムでの回生電力の消費処理について図７のフローチャートに基づいて説明する。図７に示す回生電力の消費処理は、ＥＣＵ１００が所定の制御プログラムを実行することによって実現するものであり、所定の制御周期で繰り返し実行される。 Next, regenerative power consumption processing in the fuel cell system of the first embodiment will be described based on the flowchart of FIG. The regenerative power consumption process shown in FIG. 7 is realized by the ECU 100 executing a predetermined control program, and is repeatedly executed at a predetermined control cycle.

まず、走行用モータ１１にて回生電力が発生しているか否かを判定する（Ｓ１０）。この結果、回生電力が発生していない場合は（Ｓ１０：ＮＯ）、回生電力の消費処理を終了する。一方、回生電力が発生している場合は（Ｓ１０：ＹＥＳ）、２次電池１３のＳＯＣを検出する（Ｓ１１）。 First, it is determined whether or not regenerative power is generated in the traveling motor 11 (S10). As a result, when the regenerative power is not generated (S10: NO), the regenerative power consumption process is terminated. On the other hand, when regenerative power is generated (S10: YES), the SOC of the secondary battery 13 is detected (S11).

次に、２次電池１３のＳＯＣが第１所定値（６０％）を下回っているか否かを判定する（Ｓ１２）。この結果、ＳＯＣが第１所定値（６０％）を下回っていると判定された場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、回生電力を２次電池１３に充電する（Ｓ１３）。一方、ＳＯＣが第１所定値（６０％）以上であると判定された場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、２次電池１３のＳＯＣが第２所定値（６５％）を下回っているか否かを判定する（Ｓ１４）。 Next, it is determined whether or not the SOC of the secondary battery 13 is below a first predetermined value (60%) (S12). As a result, when it is determined that the SOC is lower than the first predetermined value (60%) (S12: YES), the regenerative power is charged in the secondary battery 13 (S13). On the other hand, when it is determined that the SOC is equal to or higher than the first predetermined value (60%) (S12: NO), it is determined whether or not the SOC of the secondary battery 13 is lower than the second predetermined value (65%). Determine (S14).

この結果、ＳＯＣが第２所定値（６５％）を下回っていると判定された場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、回生電力を補機Ａで消費し（Ｓ１５）、余剰電力を２次電池１３に充電する（Ｓ１６）。一方、ＳＯＣが第２所定値（６５％）以上であると判定された場合には（Ｓ１５：ＮＯ）、２次電池１３のＳＯＣが第３所定値（７０％）を下回っているか否かを判定する（Ｓ１７）。 As a result, when it is determined that the SOC is lower than the second predetermined value (65%) (S14: YES), the regenerative power is consumed by the auxiliary machine A (S15), and the surplus power is consumed by the secondary battery 13 Is charged (S16). On the other hand, when it is determined that the SOC is equal to or higher than the second predetermined value (65%) (S15: NO), it is determined whether or not the SOC of the secondary battery 13 is lower than the third predetermined value (70%). Determine (S17).

この結果、ＳＯＣが第３所定値（７０％）を下回っていると判定された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、回生電力を補機Ａ、Ｂで消費し（Ｓ１８）、余剰電力を２次電池１３に充電する（Ｓ１９）。一方、ＳＯＣが第３所定値（７０％）以上であると判定された場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、２次電池１３のＳＯＣが第４所定値（７５％）を下回っているか否かを判定する（Ｓ２０）。 As a result, when it is determined that the SOC is lower than the third predetermined value (70%) (S17: YES), the regenerative power is consumed by the auxiliary machines A and B (S18), and the surplus power is converted into the secondary power. The battery 13 is charged (S19). On the other hand, when it is determined that the SOC is equal to or higher than the third predetermined value (70%) (S17: NO), it is determined whether or not the SOC of the secondary battery 13 is lower than the fourth predetermined value (75%). Determine (S20).

この結果、ＳＯＣが第４所定値（７５％）を下回っていると判定された場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、回生電力を補機Ａ、Ｂ、Ｃで消費し（Ｓ２１）、余剰電力を２次電池１３に充電する（Ｓ２２）。一方、ＳＯＣが第４所定値（７５％）以上であると判定された場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、回生電力を補機Ａ、Ｂ、Ｃで消費し（Ｓ２３）、余剰電力分を機械式ブレーキで対応する（Ｓ２４）。これにより、余剰電力に相当する回生電力の発生が抑えられる。 As a result, when it is determined that the SOC is lower than the fourth predetermined value (75%) (S20: YES), the regenerative power is consumed by the auxiliary machines A, B, and C (S21), and the surplus power is reduced. The secondary battery 13 is charged (S22). On the other hand, when it is determined that the SOC is equal to or greater than the fourth predetermined value (75%) (S20: NO), the regenerative power is consumed by the auxiliary machines A, B, and C (S23), and the surplus power is consumed by the machine. This is handled by the type brake (S24). Thereby, generation | occurrence | production of the regenerative electric power equivalent to surplus electric power is suppressed.

以上説明した本実施形態の構成によれば、回生電力は優先的に２次電池１３に蓄えられるとともに、回生電力が２次電池１３に受け入れ可能な電力を超えている場合は、余剰電力を補機Ａ、Ｂ、Ｃで消費している。複数種類の補機Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれの応答性に応じて回生電力を消費させる優先順位が設定されており、２次電池１３のＳＯＣに応じて、応答性が悪い補機から優先的に回生電力を消費させるように構成している。 According to the configuration of the present embodiment described above, the regenerative power is preferentially stored in the secondary battery 13, and when the regenerative power exceeds the power that can be accepted by the secondary battery 13, the surplus power is compensated. Consumed on machines A, B, and C. A plurality of types of auxiliary machines A, B, and C are set with a priority for consuming regenerative power according to their responsiveness, and priority is given to auxiliary machines with poor responsiveness according to the SOC of the secondary battery 13. In this way, regenerative power is consumed.

これにより、２次電池１３の受入可能電力に余裕がある段階では応答性が悪い補機で余剰電力を消費させ、２次電池１３の受入可能電力が小さくなるにしたがって（ＳＯＣが大きくなるにしたがって）、応答性のよい補機で余剰電力を消費させることとなる。このように、２次電池１３のＳＯＣに応じて補機Ａ、Ｂ、Ｃを使い分けることで、２次電池１３のＳＯＣが上限値に到達することを極力回避でき、回生電力を補機Ａ、Ｂ、Ｃで消費できる範囲が広がるため、補機Ａ、Ｂ、Ｃが頻繁にオンオフを繰り返すことを抑制できる。この結果、補機Ａ、Ｂ、Ｃの耐久性や効率を向上させることができ、補機Ａ、Ｂ、Ｃの頻繁なオンオフに起因する騒音や振動の発生を抑制できる。また、機械式ブレーキの使用頻度を低減できるので、乗車フィーリングの悪化を防ぐことができる。 As a result, when there is a margin in the receivable power of the secondary battery 13, the surplus power is consumed by an auxiliary machine having poor responsiveness, and as the receivable power of the secondary battery 13 decreases (as the SOC increases) ), Surplus power will be consumed by an auxiliary machine with good responsiveness. In this way, by properly using the auxiliary machines A, B, and C according to the SOC of the secondary battery 13, it is possible to avoid the SOC of the secondary battery 13 from reaching the upper limit as much as possible, and the regenerative power is reduced to the auxiliary machine A, Since the range that can be consumed by B and C is widened, it is possible to suppress the auxiliary machines A, B, and C from repeatedly turning on and off frequently. As a result, the durability and efficiency of the auxiliary machines A, B, and C can be improved, and the generation of noise and vibration due to frequent on / off of the auxiliary machines A, B, and C can be suppressed. Moreover, since the frequency of use of the mechanical brake can be reduced, it is possible to prevent deterioration of the riding feeling.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、主に冷却水を燃料電池１０には循環させないで、電気ヒータ５１およびヒータコア５６に循環させることが可能な冷却水閉ループを形成した点が異なる。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Compared to the first embodiment, the second embodiment forms a cooling water closed loop that can circulate mainly to the electric heater 51 and the heater core 56 without circulating the cooling water to the fuel cell 10. The point is different. Only the parts different from the first embodiment will be described below.

図８は、本第２実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図８では、冷却系以外の構成要素の図示を省略している。 FIG. 8 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment. In FIG. 8, illustration of components other than the cooling system is omitted.

図８に示すように、上記第１実施形態のサーモスタット４６の代わりに、本第２実施形態では冷却水経路４０とラジエータバイパス経路４７との合流点に流量調整弁６４を設けている。本実施形態では、この流量調整弁６４を第２流量調整弁６４とし、上述の流量調整弁５４を第１流量調整弁５４とする。また、冷却水経路４０におけるラジエータ４３の下流側に温度センサ６５を設けている。 As shown in FIG. 8, instead of the thermostat 46 of the first embodiment, in the second embodiment, a flow rate adjustment valve 64 is provided at the junction of the cooling water path 40 and the radiator bypass path 47. In the present embodiment, the flow rate adjustment valve 64 is the second flow rate adjustment valve 64, and the above-described flow rate adjustment valve 54 is the first flow rate adjustment valve 54. Further, a temperature sensor 65 is provided on the downstream side of the radiator 43 in the cooling water passage 40.

第２流量調整弁６４と温度センサ６５の基本的な機能は、上記第１実施形態のサーモスタット４６と同様である。すなわち、ラジエータ４３通過後の冷却水温度を温度センサ６５にて検出し、その温度検出値に基づいて所望の冷却水温度になるように、第２流量調整弁６４を操作し、ラジエータ４３あるいはバイパス経路４７に流れる冷却水流量比を制御することができる。さらに本第２実施形態の第２流量調整弁６４は上記機能に加え、冷却水経路４０の上流側と下流側、バイパス経路４７の全方向にシャットできるように構成されている。 The basic functions of the second flow rate adjusting valve 64 and the temperature sensor 65 are the same as those of the thermostat 46 of the first embodiment. That is, the cooling water temperature after passing through the radiator 43 is detected by the temperature sensor 65, and the second flow rate adjusting valve 64 is operated so as to reach a desired cooling water temperature based on the detected temperature value. The ratio of the flow rate of the cooling water flowing through the path 47 can be controlled. Furthermore, in addition to the above function, the second flow rate adjustment valve 64 of the second embodiment is configured to shut in all directions of the upstream and downstream sides of the cooling water path 40 and the bypass path 47.

冷却水経路４０における第１流量調整弁５４の下流側であって電気ヒータ５１の上流側に第２の冷却水循環ポンプ６６が設けられている。この冷却水循環ポンプ６６は、冷却水経路４０と電気ヒータバイパス経路５３によって形成される閉ループＡのいずれの箇所に設けてもよい。本実施形態では、閉ループＡに設けられる冷却水循環ポンプ６６を第２冷却水循環ポンプ６６とし、第１実施形態で説明した冷却水循環ポンプ４１を第１冷却水循環ポンプ４１とする。第２冷却水循環ポンプ６６は、第１冷却水循環ポンプ４１に比較して循環させる冷却水が少ないので、第１冷却水循環ポンプ４１より小型のものを用いることができる。 A second cooling water circulation pump 66 is provided downstream of the first flow rate adjustment valve 54 in the cooling water path 40 and upstream of the electric heater 51. The cooling water circulation pump 66 may be provided at any location in the closed loop A formed by the cooling water path 40 and the electric heater bypass path 53. In the present embodiment, the cooling water circulation pump 66 provided in the closed loop A is the second cooling water circulation pump 66, and the cooling water circulation pump 41 described in the first embodiment is the first cooling water circulation pump 41. Since the second cooling water circulation pump 66 circulates less cooling water than the first cooling water circulation pump 41, a smaller one than the first cooling water circulation pump 41 can be used.

第１冷却水循環ポンプ４１は、主に燃料電池１０に冷却水を供給する燃料電池冷却用ポンプとして構成され、第２冷却水循環ポンプ６６は、主にヒータコア５６に冷却水を供給する空調用ポンプとして構成される。なお、上記第１実施形態で説明したＳ２６の処理（図５参照）では、電気ヒータ５１に供給される冷却水流量を増大させればよく、第１冷却水循環ポンプ４１または第２冷却水循環ポンプ６６の少なくとも一方を作動させることで行うことができる。 The first cooling water circulation pump 41 is mainly configured as a fuel cell cooling pump that supplies cooling water to the fuel cell 10, and the second cooling water circulation pump 66 is mainly used as an air conditioning pump that supplies cooling water to the heater core 56. Composed. In the process of S26 described in the first embodiment (see FIG. 5), the flow rate of the cooling water supplied to the electric heater 51 may be increased, and the first cooling water circulation pump 41 or the second cooling water circulation pump 66 may be used. This can be done by operating at least one of the above.

本第２実施形態の第１流量調整弁５４は、燃料電池１０から流れてきた冷却水を電気ヒータ５１側あるいは電気ヒータバイパス経路５３側に０〜１００％の範囲で分配する機能に加え、電気ヒータバイパス経路５３から流れてくる冷却水を電気ヒータ５１側に流す機能を有している。 In addition to the function of distributing the cooling water flowing from the fuel cell 10 to the electric heater 51 side or the electric heater bypass path 53 side in the range of 0 to 100%, the first flow rate adjustment valve 54 of the second embodiment is an electric It has a function of flowing the cooling water flowing from the heater bypass path 53 to the electric heater 51 side.

第２流量調整弁６４を全方向に閉じ、第２冷却水循環ポンプ６６を作動させることで、冷却水は冷却水経路４０と電気ヒータバイパス経路５３によって形成される閉ループＡを循環する。この場合には、冷却水は燃料電池１０には循環せず、電気ヒータ５１およびヒータコア５６に循環することとなる。 By closing the second flow rate adjusting valve 64 in all directions and operating the second cooling water circulation pump 66, the cooling water circulates in the closed loop A formed by the cooling water path 40 and the electric heater bypass path 53. In this case, the cooling water does not circulate in the fuel cell 10 but circulates in the electric heater 51 and the heater core 56.

このように、閉ループＡは熱容量の大きい燃料電池１０とは独立した暖房回路となるので、熱容量を小さくでき暖房の立ち上がり性能を向上できる。さらに燃料電池１０や配管などからの放熱を減少できるので、熱損失を低減でき立ち上がり性能を向上できる。また、圧力損失の大きな燃料電池１０を通過しない回路を形成できるので、燃料電池１０が発電していないときに暖房のみを使用したいときは第２冷却水循環ポンプ６６で冷却水を循環させることで、第１冷却水循環ポンプ６６の消費動力を低減できる。 Thus, since the closed loop A becomes a heating circuit independent of the fuel cell 10 having a large heat capacity, the heat capacity can be reduced and the start-up performance of the heating can be improved. Furthermore, since heat radiation from the fuel cell 10 and piping can be reduced, heat loss can be reduced and startup performance can be improved. In addition, since a circuit that does not pass through the fuel cell 10 having a large pressure loss can be formed, when only the heating is used when the fuel cell 10 is not generating power, the cooling water is circulated by the second cooling water circulation pump 66. The power consumption of the first cooling water circulation pump 66 can be reduced.

本第２実施形態では、冷却水経路４０における電気ヒータ５１の直下に水素を燃料とする触媒燃焼式ヒータ６７を設けている。例えば氷点下においては、燃料電池１０が発電起動できなかったり、さらには２次電池１３も電解液が凍結して電力が得られない場合がある。このため、本第２実施形態では、水素触媒ヒータ６７を補助用ヒータとして電気ヒータ５１と併設し、電気ヒータ５１の電力が得られない場合の熱源として用いている。水素触媒ヒータ６７を熱源として、室内暖房を行ったり、燃料電池１０を暖機することができる。 In the second embodiment, a catalytic combustion type heater 67 using hydrogen as a fuel is provided immediately below the electric heater 51 in the cooling water passage 40. For example, under the freezing point, the fuel cell 10 may not be able to start power generation, and further, the secondary battery 13 may freeze the electrolyte and not obtain power. For this reason, in the second embodiment, the hydrogen catalyst heater 67 is used as an auxiliary heater together with the electric heater 51 and is used as a heat source when the electric power of the electric heater 51 cannot be obtained. With the hydrogen catalyst heater 67 as a heat source, indoor heating can be performed or the fuel cell 10 can be warmed up.

また、水素触媒ヒータ６７の冷却水と接する表面あるいは水素触媒ヒータ６７内部の冷却水と接する表面近傍に、電気ヒータ５１と同様に温度センサ６８を設けている。発熱するヒータ６７表面において、冷却水の温度が高くなるので、ヒータ６７表面近傍の温度を検出することで、冷却水が冷却水の熱分解温度以下になるように制御する。この制御は熱媒体温度調整手段としてのＥＣＵ１００により行われる。 Further, a temperature sensor 68 is provided on the surface of the hydrogen catalyst heater 67 in contact with the cooling water or in the vicinity of the surface of the hydrogen catalyst heater 67 in contact with the cooling water in the same manner as the electric heater 51. Since the temperature of the cooling water rises on the surface of the heater 67 that generates heat, the temperature near the surface of the heater 67 is detected to control the cooling water to be equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the cooling water. This control is performed by the ECU 100 as the heat medium temperature adjusting means.

水素触媒ヒータ６７の温度を低下させるためには、冷却水の流量を増加させるか、あるいは水素触媒ヒータ６７に供給する水素量を減少させるか、あるいは供給空気量を増加させればよい。このような制御を行うことで、冷却水の熱分解によるイオンの発生を抑制しイオン交換樹脂の寿命を増加させることができる。 In order to lower the temperature of the hydrogen catalyst heater 67, the flow rate of cooling water may be increased, the amount of hydrogen supplied to the hydrogen catalyst heater 67 may be decreased, or the amount of supply air may be increased. By performing such control, it is possible to suppress the generation of ions due to thermal decomposition of the cooling water and increase the life of the ion exchange resin.

また、補助用ヒータとして水素触媒ヒータ６７を用いる理由は、燃料電池１０の燃料である水素を用いることができ、かつ燃焼式ヒータに比べて作動温度が低い（６００℃以下）からである。 The reason why the hydrogen catalyst heater 67 is used as the auxiliary heater is that hydrogen, which is the fuel of the fuel cell 10, can be used and the operating temperature is lower (600 ° C. or lower) than the combustion heater.

また、低温環境下では触媒の活性が低く、燃焼起動できなかったり、未燃水素が多く発生する。このため、水素触媒ヒータ６７を電気ヒータ５１の直下に設けることで、低温時に電気ヒータ５１を作動させ冷却水を加熱し、触媒を活性温度以上に昇温させることができる。このとき、回生電力により余剰電力が発生していれば、余剰電力により電気ヒータ５１を介して触媒を加熱することができることになる。 Further, under a low temperature environment, the activity of the catalyst is low, combustion cannot be started, and a large amount of unburned hydrogen is generated. For this reason, by providing the hydrogen catalyst heater 67 directly below the electric heater 51, the electric heater 51 can be operated at a low temperature to heat the cooling water, and the temperature of the catalyst can be raised to the activation temperature or higher. At this time, if surplus power is generated by regenerative power, the catalyst can be heated by the surplus power via the electric heater 51.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第２実施形態と比較して、電気ヒータバイパス経路５３が設けられていない点が異なるものである。以下、上記第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that the electric heater bypass path 53 is not provided. Only the parts different from the second embodiment will be described below.

図９は、本第３実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図９では、冷却系以外の構成要素の図示を省略している。 FIG. 9 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system of the third embodiment. In FIG. 9, illustration of components other than the cooling system is omitted.

図９に示すように、本第３実施形態では、電気ヒータ５１あるいは水素触媒ヒータ６７をバイパスさせる電気ヒータバイパス経路５３が存在しない。このため、冷却水を電気ヒータ５１側あるいは電気ヒータバイパス経路５３側に分配する第１流量調整弁５４を設ける必要がなく、冷却水経路４０の構成を簡素にできる。 As shown in FIG. 9, in the third embodiment, there is no electric heater bypass path 53 that bypasses the electric heater 51 or the hydrogen catalyst heater 67. Therefore, it is not necessary to provide the first flow rate adjusting valve 54 for distributing the cooling water to the electric heater 51 side or the electric heater bypass path 53 side, and the configuration of the cooling water path 40 can be simplified.

本第３実施形態では、車室内の暖房が必要なときは、オンオフ弁６０を開状態とし、必要に応じて電気ヒータ５１あるいは水素触媒ヒータ６７を駆動し冷却水を加熱する。また、本第３実施形態でも、上記第１実施形態、第２実施形態と同様に回生電力を熱としてラジエータ４３あるいはヒータコア５６で消費することができる。 In the third embodiment, when heating of the passenger compartment is necessary, the on / off valve 60 is opened, and the electric heater 51 or the hydrogen catalyst heater 67 is driven as necessary to heat the cooling water. Also in the third embodiment, the regenerative power can be consumed by the radiator 43 or the heater core 56 as heat, as in the first and second embodiments.

さらに、本第３実施形態のシステム構成をさらに簡略化するためには、オンオフ弁６０と暖房用放熱器バイパス経路５９を廃止する構成としてもよい。 Furthermore, in order to further simplify the system configuration of the third embodiment, the on / off valve 60 and the heat radiator bypass path 59 may be eliminated.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１０に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第２実施形態と比較して、電気ヒータ５１を含む閉ループの構成が異なっている。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment differs from the second embodiment in the configuration of the closed loop including the electric heater 51. Only the parts different from the first embodiment will be described below.

図１０に示すように、本第４実施形態では、冷却水経路４０に、冷却水を電気ヒータ５１をバイパスさせるための第２の電気ヒータバイパス経路６９が設けられている。本実施形態では、この電気ヒータバイパス経路６９を第２電気ヒータバイパス経路６９とし、上述の電気ヒータバイパス経路５３を第１電気ヒータバイパス経路５３としている。 As shown in FIG. 10, in the fourth embodiment, the cooling water passage 40 is provided with a second electric heater bypass passage 69 for bypassing the cooling water to the electric heater 51. In the present embodiment, this electric heater bypass path 69 is the second electric heater bypass path 69, and the above-described electric heater bypass path 53 is the first electric heater bypass path 53.

第２電気ヒータバイパス経路６９は、冷却水経路４０における第１の電気ヒータバイパス経路５３との分岐点より下流側で分岐し、冷却水経路４０における第１の電気ヒータバイパス経路５３との合流点より上流側で合流する。また、本実施形態の流量調整弁５４は、冷却水経路４０と第２の電気ヒータバイパス経路６９の分岐点に設けられている。 The second electric heater bypass path 69 branches downstream from the branch point of the cooling water path 40 with the first electric heater bypass path 53, and the junction point with the first electric heater bypass path 53 in the cooling water path 40. It merges more upstream. Further, the flow rate adjustment valve 54 of the present embodiment is provided at a branch point between the cooling water passage 40 and the second electric heater bypass passage 69.

このような構成によって、冷却水は冷却水経路４０と第２電気ヒータバイパス経路６９からなる第２の閉ループＢを循環することができる。また、冷却水経路４０と第１電気ヒータバイパス経路５３によって、閉ループＢとは独立して燃料電池１０に冷却水を循環させることができる。 With such a configuration, the cooling water can circulate through the second closed loop B including the cooling water path 40 and the second electric heater bypass path 69. Further, the cooling water path 40 and the first electric heater bypass path 53 allow the cooling water to circulate in the fuel cell 10 independently of the closed loop B.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, Unless it deviates from the range described in each claim, it is not limited to the wording of each claim, and those skilled in the art Improvements based on the knowledge that a person skilled in the art normally has can be added as appropriate to the extent that they can be easily replaced.

例えば、図１で示した例では１個のＥＣＵ１００を用いて各種制御を行っているが、機器毎にＥＣＵを設け、それぞれのＥＣＵ同士で通信を行うように構成してもよい。 For example, in the example shown in FIG. 1, various controls are performed using one ECU 100, but an ECU may be provided for each device so that the ECUs communicate with each other.

また、上記各実施形態では、コンプレッサ用モータ３１、ポンプ用モータ４２、電気ヒータ５１を回生電力のうち２次電池１３に充電できない余剰電力を消費させる補機（電力消費手段）として構成したが、これに限らず、他の機器（例えば冷却ファンモータ４５や室内暖房用ファンモータ５８等）を余剰電力を消費させる補機（電力消費手段）としてもよい。 In each of the above embodiments, the compressor motor 31, the pump motor 42, and the electric heater 51 are configured as auxiliary machines (power consuming means) that consume the surplus power that cannot be charged to the secondary battery 13 among the regenerative power. However, the present invention is not limited to this, and other devices (for example, the cooling fan motor 45 and the indoor heating fan motor 58) may be used as auxiliary devices (power consumption means) that consume surplus power.

また、上記各実施形態では、複数種類の補機Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれの応答性に応じて優先順位を設定し、２次電池１３のＳＯＣに応じて補機Ａ、Ｂ、Ｃを使い分けるようにしたが、これに限らず、一部の補機のみを２次電池１３のＳＯＣの値に応じてオンオフさせるようにしてもよい。「一部の補機」は、単位時間当りの消費電力の増加率が所定値より小さい補機（例えば補機Ａ）とすることができる。具体的には、回生電力のうち２次電池１３で受け入れできない余剰電力が発生した場合に、応答性の悪い補機Ａのみを２次電池１３のＳＯＣの値に応じてオンオフさせ、応答性のよい補機Ｂ、Ｃは２次電池１３のＳＯＣの値に関わらず、余剰電力を消費させるための電力消費目標値に追従するように作動させて電力消費させるようにすればよい。これにより、２次電池１３のＳＯＣが適正な値になるように制御することが可能となる。 In each of the above embodiments, a plurality of types of auxiliary machines A, B, and C are prioritized according to their responsiveness, and the auxiliary machines A, B, and C are used properly according to the SOC of the secondary battery 13. However, the present invention is not limited to this, and only some of the auxiliary machines may be turned on / off according to the SOC value of the secondary battery 13. “Some auxiliary machines” may be auxiliary machines (for example, auxiliary machine A) whose power consumption increase rate per unit time is smaller than a predetermined value. Specifically, when surplus power that cannot be received by the secondary battery 13 occurs in the regenerative power, only the auxiliary machine A with poor responsiveness is turned on / off according to the SOC value of the secondary battery 13 to Regardless of the SOC value of the secondary battery 13, the good auxiliary machines B and C may be operated so as to follow the power consumption target value for consuming the surplus power and consumed. As a result, the SOC of the secondary battery 13 can be controlled to an appropriate value.

また、上記各実施形態では、複数種類の補機Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれの応答性に応じて優先順位を設定し、２次電池１３のＳＯＣに応じて補機Ａ、Ｂ、Ｃを使い分けるようにしたが、これに限らず、複数種類の補機Ｄ、Ｅ、Ｆをそれぞれの耐久性に応じて優先順位を設定し、２次電池１３のＳＯＣに応じて補機Ｄ、Ｅ、Ｆを使い分けるようにしてもよい。例えば、耐久性が補機Ｄ＞補機Ｅ＞補機Ｆの順番とした場合に、２次電池１３のＳＯＣが第１所定値（６０％）以上第２所定値（６５％）未満では補機Ｄで回生電力の余剰電力を消費させ、２次電池１３のＳＯＣが第２所定値（６５％）以上第３所定値（７０％）未満では補機Ｄ、Ｅで回生電力の余剰電力を消費させ、２次電池１３のＳＯＣが第３所定値（７０％）以上第４所定値（７５％）未満では補機Ｄ、Ｅ、Ｆで回生電力の余剰電力を消費させるようにすればよい。このように、それぞれの耐久性に応じて補機Ｄ、Ｅ、Ｆを使い分けることで、補機Ｄ、Ｅ、Ｆの製品寿命を長くすることができる。 In each of the above embodiments, a plurality of types of auxiliary machines A, B, and C are prioritized according to their responsiveness, and the auxiliary machines A, B, and C are used properly according to the SOC of the secondary battery 13. However, the present invention is not limited to this, and priorities are set according to the durability of a plurality of types of auxiliary machines D, E, F, and the auxiliary machines D, E, F are set according to the SOC of the secondary battery 13. You may make it use properly. For example, when the durability is in the order of auxiliary machine D> auxiliary machine E> auxiliary machine F, if the SOC of the secondary battery 13 is not less than the first predetermined value (60%) and less than the second predetermined value (65%) The surplus power of regenerative power is consumed by the machine D, and when the SOC of the secondary battery 13 is not less than the second predetermined value (65%) and less than the third predetermined value (70%), the surplus power of the regenerative power is consumed by the auxiliary machines D and E. When the SOC of the secondary battery 13 is greater than or equal to the third predetermined value (70%) and less than the fourth predetermined value (75%), the auxiliary power is consumed by the auxiliary machines D, E, and F. . Thus, by properly using the auxiliary machines D, E, and F according to the respective durability, the product life of the auxiliary machines D, E, and F can be extended.

また、上記各実施形態では、２次電池１３で消費できない回生電力の余剰電力を補機で消費させるように構成したが、これに限らず、回生電力の余剰電力を走行用モータ１１やインバータ１２で消費させるようにしてもよい。具体的には、３相交流の位相角を走行用モータ１１やインバータ１２の効率が低下する角度とすることで、走行用モータ１１やインバータ１２で余剰電力を消費させることができる。 Moreover, in each said embodiment, although it comprised so that the surplus electric power of the regenerative power which cannot be consumed with the secondary battery 13 was consumed with an auxiliary machine, it is not restricted to this, The motor 11 for driving | running | working or the inverter 12 You may make it consume with. Specifically, surplus power can be consumed by the traveling motor 11 and the inverter 12 by setting the phase angle of the three-phase AC to an angle at which the efficiency of the traveling motor 11 and the inverter 12 decreases.

１０燃料電池
１１走行用モータ（回生電力発生手段）
１２インバータ（回生電力発生手段）
１３２次電池
３０エアコンプレッサ
３１コンプレッサ用モータ（電力消費手段）
４１冷却水循環ポンプ
４２ポンプ用モータ（電力消費手段）
５１電気ヒータ（電力消費手段）
１００電子制御装置（ＥＣＵ） 10 Fuel Cell 11 Driving Motor (Regenerative Electric Power Generation Means)
12 Inverter (regenerative power generation means)
13 Secondary battery 30 Air compressor 31 Compressor motor (power consumption means)
41 Cooling water circulation pump 42 Motor for pump (electric power consumption means)
51 Electric heater (power consumption means)
100 Electronic control unit (ECU)

Claims

A fuel cell system mounted on a moving body including a fuel cell (10) that obtains electric power by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen,
Regenerative power generating means (11, 12) for generating regenerative power in association with braking of the moving body;
A secondary battery (13) connected in parallel with the fuel cell (10) and the regenerative power generating means (11, 12);
Power consumption means (31, 42, 51) operable by supplying power from the fuel cell (10) or the regenerative power generation means (11, 12) and capable of consuming power;
Charge amount detection means (100, S11) for detecting the state of charge of the secondary battery (13);
Surplus power processing means that causes the power consumption means (31, 42, 51) to consume surplus power that exceeds the rechargeable power of the secondary battery (13) among the regenerative power of the regenerative power generation means (11, 12). 100, S15, S18, S21),
The power consumption means (31, 42, 51) are provided in a plurality of types, and the plurality of types of power consumption means (31, 42, 51) are different in the rate of increase in power consumption per unit time,
The surplus power processing means controls the operation of the plurality of types of power consuming means (31, 42, 51) based on the state of charge of the secondary battery (13), so that the secondary battery (13) can be charged. The fuel cell is operated preferentially from power consumption means having a small increase rate of power consumption per unit time among the plurality of types of power consumption means (31, 42, 51) as the power decreases. system.

A mechanical brake for braking the moving body;
2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the mechanical brake consumes energy corresponding to power exceeding the power consumption of the power consuming means (31, 42, 51) in the surplus power.