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JP6262481B2 - Fuel cell vehicle and control method of fuel cell vehicle - Google Patents

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JP6262481B2 JP2013196667A JP2013196667A JP6262481B2 JP 6262481 B2 JP6262481 B2 JP 6262481B2 JP 2013196667 A JP2013196667 A JP 2013196667A JP 2013196667 A JP2013196667 A JP 2013196667A JP 6262481 B2 JP6262481 B2 JP 6262481B2
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木川  俊二郎
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貴志 小山
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祐一 坂上
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Description

この発明は、燃料電池車両及び燃料電池車両の制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell vehicle and a fuel cell vehicle control method.

燃料電池車両の燃料電池を冷却する冷却回路(燃料電池用冷却回路)の冷却水を空調用回路に移動させて空調用回路(暖房用水回路)の熱源とし、空調用空気を加熱するヒータコアを備える燃料電池車両が知られている(例えば特許文献1)。この燃料電池車両では、燃料電池車両の廃熱を利用して暖房の熱源とすることで、暖房能力と燃費の向上を実現できる。   A cooling system (fuel cell cooling circuit) for cooling the fuel cell of the fuel cell vehicle is moved to the air conditioning circuit to serve as a heat source for the air conditioning circuit (heating water circuit) and includes a heater core for heating the air conditioning air A fuel cell vehicle is known (for example, Patent Document 1). In this fuel cell vehicle, the heating capacity and fuel consumption can be improved by using the waste heat of the fuel cell vehicle as a heat source for heating.

特開2013−14268号公報JP2013-14268A

燃料電池車両では、燃料電池の始動直後は、燃料電池が暖まっていない。一般に、温度が高い方が燃料電池の効率が良いので、燃料電池を早く暖気するために、燃料電池用冷却回路の冷却水が所定の温度に達するまでは、燃料電池用冷却回路の冷却水と、暖房用水回路の冷却水と、を混ぜないようにそれぞれの回路を別個に動作させていた。そして、燃料電池冷却回路の冷却水の温度が所定の温度に達すると、燃料電池用冷却回路の冷却水を暖房用水回路に流し、燃料電池の熱を暖房の熱源としていた。ここで、燃料電池用冷却回路の冷却水と、暖房用水回路の冷却水と、の間に温度差があると、燃料電池用冷却回路から暖房用水回路に冷却水を流したときに暖房用水回路の冷却水の温度が大きく変動する。空調(エアコン)の吹き出し温度は、暖房用水回路の冷却水の温度に連動するため、エアコンの吹き出し温度も大きく変動し、乗員に不快な感じ感じさせる場合があった。   In a fuel cell vehicle, the fuel cell is not warmed immediately after the fuel cell is started. In general, the higher the temperature, the better the efficiency of the fuel cell. Therefore, in order to warm up the fuel cell quickly, the cooling water of the fuel cell cooling circuit and the cooling water until the cooling water of the fuel cell cooling circuit reaches a predetermined temperature. Each circuit was operated separately so as not to mix the cooling water of the heating water circuit. When the temperature of the cooling water in the fuel cell cooling circuit reaches a predetermined temperature, the cooling water in the cooling circuit for the fuel cell is caused to flow through the heating water circuit, and the heat of the fuel cell is used as a heating heat source. Here, when there is a temperature difference between the cooling water for the fuel cell cooling circuit and the cooling water for the heating water circuit, the cooling water circuit flows when the cooling water flows from the fuel cell cooling circuit to the heating water circuit. The temperature of the cooling water varies greatly. Since the air-conditioning (air conditioner) blowing temperature is linked to the temperature of the cooling water in the heating water circuit, the air-conditioning blowing temperature also fluctuates greatly, which may cause the passengers to feel uncomfortable.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池車両が提供される。この燃料電池車両は、の燃料電池車両は、燃料電池と、前記燃料電池を冷却する燃料電池用冷却回路と、前記燃料電池車両の車内を暖房するために用いられる暖房用水回路と、前記燃料電池用冷却回路から前記暖房用水回路への冷却水の供給の制御を行う弁と、前記燃料電池車両の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の始動直後から、暖房のスイッチのオンに応じて、前記弁を開けて前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させる動作を開始する。この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池の始動後暖房のスイッチのオンに応じて、前記燃料電池が非凍結状態であれば前記冷却水の温度によらず前記弁を開けて燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を暖房用水回路に回流する。このとき、燃料電池用冷却回路を流れる冷却水と、暖房用水回路を流れる冷却水の温度はほぼおなじであり、回流後もほぼ同じように変化するので、暖房用水回路を流れる冷却水の温度が大きく変動し、暖房温度が急変し、乗員に不快な感じを感じさせるおそれが少ない。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
According to one aspect of the present invention, a fuel cell vehicle is provided. The fuel cell vehicle includes a fuel cell, a fuel cell cooling circuit for cooling the fuel cell, a heating water circuit used for heating the interior of the fuel cell vehicle, and the fuel cell. A valve that controls the supply of cooling water from the cooling circuit to the heating water circuit, and a control unit that controls the operation of the fuel cell vehicle, the control unit immediately after the start of the fuel cell, In response to turning on of the heating switch, the valve is opened to start the operation of circulating the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit to the heating water circuit. According to the fuel cell vehicle of this embodiment, when the fuel cell is in an unfrozen state, the valve is opened regardless of the temperature of the cooling water in response to turning on the heating after starting the fuel cell. Cooling water flowing through the cooling circuit is circulated to the heating water circuit. At this time, the temperature of the cooling water flowing through the cooling circuit for the fuel cell and the temperature of the cooling water flowing through the heating water circuit are substantially the same, and the temperature of the cooling water flowing through the heating water circuit is almost the same after the circulation. Fluctuates greatly, the heating temperature changes suddenly, and there is little risk of causing the passengers to feel uncomfortable.

(1)本発明の一形態によれば、燃料電池車両が提供される。この燃料電池車両は、燃料電池と、前記燃料電池を冷却する燃料電池用冷却回路と、前記燃料電池車両の車内を暖房するために用いられる暖房用水回路と、前記燃料電池用冷却回路から前記暖房用水回路への冷却水の供給の制御を行う弁と、前記燃料電池車両の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池が非凍結状態の場合で前記燃料電池車両において暖房する場合、前記燃料電池の始動直後から、暖房のスイッチのオンに応じて、前記弁を開けて前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させる動作を開始する。この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池の始動後暖房のスイッチのオンに応じて、弁を開けて燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を暖房用水回路に回流する。このとき、燃料電池用冷却回路を流れる冷却水と、暖房用水回路を流れる冷却水の温度はほぼおなじであり、回流後もほぼ同じように変化するので、暖房用水回路を流れる冷却水の温度が大きく変動し、暖房温度が急変し、乗員に不快な感じを感じさせるおそれが少ない。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell vehicle is provided. The fuel cell vehicle includes a fuel cell, a fuel cell cooling circuit for cooling the fuel cell, a heating water circuit used for heating the interior of the fuel cell vehicle, and the heating from the fuel cell cooling circuit. A valve for controlling the supply of cooling water to the irrigation circuit, and a control unit for controlling the operation of the fuel cell vehicle, wherein the control unit is configured so that the fuel cell vehicle is in a non-freezing state. In the case of heating, immediately after the start of the fuel cell, in response to turning on of the heating switch, the operation of opening the valve and circulating the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit to the heating water circuit is started. According to the fuel cell vehicle of this embodiment, the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit is circulated to the heating water circuit in response to turning on the heating switch after the fuel cell is started. At this time, the temperature of the cooling water flowing through the cooling circuit for the fuel cell and the temperature of the cooling water flowing through the heating water circuit are substantially the same, and the temperature of the cooling water flowing through the heating water circuit is almost the same after the circulation. Fluctuates greatly, the heating temperature changes suddenly, and there is little risk of causing the passengers to feel uncomfortable.

(2)上記形態の燃料電池車両において、前記制御部は、前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させるときに、前記燃料電池の効率を、前記燃料電池車両の通常運転時における効率よりも低くする低効率運転を実行してもよい。燃料電池の始動後から弁を開けて燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を暖房用水回路に回流する場合、流さない場合に比べて燃料電池用冷却回路を流れる冷却水の温度は上がりにくいが、燃料電池の効率を、燃料電池車両の通常運転時における効率よりも低下させる低効率運転を実行させることにより、燃料電池を発熱させて、燃料電池用冷却回路を流れる冷却水の温度を早く上げることが可能となる。 (2) In the fuel cell vehicle according to the above aspect, when the control unit circulates the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit to the heating water circuit, the control unit converts the efficiency of the fuel cell into that of the fuel cell vehicle. You may perform the low efficiency driving | running made lower than the efficiency at the time of driving | operation. When the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit is circulated to the heating water circuit after opening the valve after starting the fuel cell, the temperature of the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit is less likely to rise than when not flowing, By causing the fuel cell to generate heat and causing the temperature of the cooling water flowing through the cooling circuit for the fuel cell to rise quickly by executing a low-efficiency operation that lowers the efficiency of the fuel cell from that during normal operation of the fuel cell vehicle Is possible.

(3)上記形態の燃料電池車両において、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス回路と、前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス回路と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池に供給される燃料ガスと酸化ガスの量を維持したまま前記燃料電池の電流を増大することによって前記低効率運転を実行してもよい。この形態の燃料電池車両によれば、前記燃料電池に供給される燃料ガスと酸化ガスの量を維持したまま前記燃料電池の電流を増大させることで、燃料電池の発電効率を低下させる低効率運転を実行することが可能となる。 (3) The fuel cell vehicle according to the above aspect includes a fuel gas circuit that supplies a fuel gas to the fuel cell, and an oxidant gas circuit that supplies an oxidant gas to the fuel cell, and the control unit includes the fuel cell. The low-efficiency operation may be performed by increasing the current of the fuel cell while maintaining the amounts of fuel gas and oxidizing gas supplied to the fuel cell. According to the fuel cell vehicle of this aspect, the low-efficiency operation that decreases the power generation efficiency of the fuel cell by increasing the current of the fuel cell while maintaining the amounts of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell. Can be executed.

(4)上記形態の燃料電池車両において、前記燃料電池車両の始動時において、前記燃料電池が凍結状態にある場合には、前記燃料電池が解凍された後、前記制御部は、前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池の解凍前は燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を暖房用水回路に流さずに解凍に専念し、燃料電池が解凍されてから、燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を暖房用水回路に回流することができる。 (4) In the fuel cell vehicle according to the above aspect, when the fuel cell is in a frozen state when the fuel cell vehicle is started, after the fuel cell is thawed, the control unit is configured for the fuel cell. The cooling water flowing through the cooling circuit may be circulated to the heating water circuit. According to the fuel cell vehicle of this embodiment, before the fuel cell is thawed, the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit is dedicated to thawing without flowing into the heating water circuit, and after the fuel cell is thawed, the fuel cell cooling is performed. Cooling water flowing through the circuit can be circulated to the heating water circuit.

(5)上記形態の燃料電池車両において、さらに、前記制御部は、前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水の温度が予め定められた温度になってから前記弁を開けて前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流してもよい。この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池用冷却回路を流れる冷却水の温度が予め定められた温度になって燃料電池が出力を出せて発熱するようになってから、燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させるので、燃料電池用冷却回路や暖房用水回路を流れる冷却水を早く暖めることができる。 (5) In the fuel cell vehicle according to the above aspect, the control unit further opens the valve after the temperature of the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit reaches a predetermined temperature to cool the fuel cell. Cooling water flowing through the circuit may be circulated to the heating water circuit. According to the fuel cell vehicle of this aspect, after the temperature of the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit reaches a predetermined temperature and the fuel cell can output and generate heat, the fuel cell cooling circuit The cooling water flowing through the heating water circuit is circulated to the heating water circuit, so that the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit and the heating water circuit can be quickly warmed.

なお、本発明は種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池車両の他、燃料電池車両における制御方法等の形態で実現することができる。   It should be noted that the present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a control method in a fuel cell vehicle in addition to a fuel cell vehicle.

燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the fuel cell vehicle carrying a fuel cell system. 三方弁が非連携モード状態のときの冷却水の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the cooling water when a three-way valve is a non-cooperation mode state. 三方弁の状態と冷却水の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of a three-way valve, and the flow of cooling water. 空調ダクトの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of an air conditioning duct. 本願発明における一実施形態の制御フローチャートの一例である。It is an example of the control flowchart of one Embodiment in this invention. 燃料電池の通常運転時のIV特性と低効率運転時のIV特性とを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows IV characteristic at the time of normal driving | operating of a fuel cell, and IV characteristic at the time of low efficiency driving | operation. 比較例における冷却水出口温度T245と、ヒータコア入口温度T345と、吹き出し温度T390と、を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cooling water exit temperature T245 in a comparative example, heater core entrance temperature T345, and blowing temperature T390. 本実施形態における冷却水出口温度T245と、ヒータコア入口温度T345と、吹き出し温度T390と、を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cooling water exit temperature T245 in this embodiment, heater core entrance temperature T345, and blowing temperature T390.

図1は、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両10の構成を示す説明図である。燃料電池車両10は、燃料電池100と、燃料ガス回路500と、酸化ガス回路600と、燃料電池用冷却回路200と、暖房用の水回路(「暖房用水回路300」あるいは「空調用水回路300」とも呼ぶ。)と、制御部400(Electronic control unit:ECU400)と、を備える。燃料電池100は、燃料ガスと酸化ガスとを用いて発電を行う装置である。燃料電池100は、多数のセルを有し、多数のセルは積層されている。また、燃料電池100には、燃料電池100の温度を測定する温度センサ110が取り付けられている。温度センサ110は、燃料電池100の中央近傍のセル、あるいは、端部のセルのいずれに配置されていても良い。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a fuel cell vehicle 10 equipped with a fuel cell system. The fuel cell vehicle 10 includes a fuel cell 100, a fuel gas circuit 500, an oxidizing gas circuit 600, a fuel cell cooling circuit 200, a heating water circuit ("heating water circuit 300" or "air conditioning water circuit 300"). And a control unit 400 (Electronic control unit: ECU 400). The fuel cell 100 is a device that generates power using fuel gas and oxidizing gas. The fuel cell 100 has a large number of cells, and the large number of cells are stacked. In addition, a temperature sensor 110 that measures the temperature of the fuel cell 100 is attached to the fuel cell 100. The temperature sensor 110 may be arranged in either the cell near the center of the fuel cell 100 or the cell at the end.

燃料ガス回路500は、燃料ガスタンク510と、燃料ガス供給管520と、燃料ガス排気管550、560と、燃料ガス還流管570と、開閉バルブ530と、レギュレータ540と、水素ポンプ580と、排気バルブ590と、を備える。燃料ガスタンク510は、燃料ガスを貯蔵する。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用いている。燃料ガスタンク510と、燃料電池100とは、燃料ガス供給管520で接続されている。燃料ガス供給管520上には、燃料ガスタンク510からの燃料ガスの供給をオンオフするための開閉バルブ530と、燃料電池100に供給される燃料ガスの圧力を調整するためのレギュレータ540が設けられている。   The fuel gas circuit 500 includes a fuel gas tank 510, a fuel gas supply pipe 520, fuel gas exhaust pipes 550 and 560, a fuel gas recirculation pipe 570, an on-off valve 530, a regulator 540, a hydrogen pump 580, and an exhaust valve. 590. The fuel gas tank 510 stores fuel gas. In this embodiment, hydrogen is used as the fuel gas. The fuel gas tank 510 and the fuel cell 100 are connected by a fuel gas supply pipe 520. On the fuel gas supply pipe 520, an open / close valve 530 for turning on / off the supply of the fuel gas from the fuel gas tank 510 and a regulator 540 for adjusting the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell 100 are provided. Yes.

燃料電池100には、燃料排ガスを排出するための燃料ガス排気管550が接続されている。燃料ガス排気管550は、また、燃料ガス排気管560と、燃料ガス還流管570に接続されている。燃料ガス還流管570は、燃料ガス供給管520に接続されている。燃料ガス還流管570上には、水素ポンプ580が配置されている。燃料ガス排気管550に排気される燃料排ガスには、未反応の燃料ガスが含まれているが、未反応の燃料ガスは、燃料ガス還流管570及び水素ポンプ580により還流されて、再び燃料電池100に供給される。   A fuel gas exhaust pipe 550 for discharging fuel exhaust gas is connected to the fuel cell 100. The fuel gas exhaust pipe 550 is also connected to the fuel gas exhaust pipe 560 and the fuel gas recirculation pipe 570. The fuel gas recirculation pipe 570 is connected to the fuel gas supply pipe 520. A hydrogen pump 580 is disposed on the fuel gas reflux pipe 570. The fuel exhaust gas exhausted to the fuel gas exhaust pipe 550 contains unreacted fuel gas. The unreacted fuel gas is recirculated by the fuel gas recirculation pipe 570 and the hydrogen pump 580, and is again fuel cell. 100.

酸化ガス回路600は、コンプレッサ610と、酸化ガス供給管620と、酸化ガス排気管630と、加湿装置640と、背圧弁650と、を備える。本実施形態では、酸化ガスとして空気を用いる。コンプレッサ610は、大気中の空気を取り込んで圧縮する。コンプレッサ610は、酸化ガス供給管620により、燃料電池100に接続されている。燃料電池100には、酸化排ガスを排出するための酸化ガス排気管630が接続されている。ここで、酸化ガス供給管620には、酸化ガス排気管630の水分を利用した加湿装置640が設けられている。本実施形態の燃料電池100は、上述したように、水素と、空気中の酸素と、を反応させて発電を行い、水が生成する。生成した水は、酸化排ガスとともに燃料電池100から酸化ガス排気管630に排出される。加湿装置640は、酸化排ガス中に含まれる水分を、燃料電池100に供給される酸化ガスに移動させることで、酸化ガスを加湿する。加湿装置640は、例えば、酸化ガス流路と、酸化排ガス流路とを備え、その2つの流路の間に加湿膜を備える構成であってもよい(図示せず)。これにより、加湿膜を介して、酸化排ガス流路の酸化排ガス中の水分を、酸化ガス流路の酸化ガスに移動させることが可能である。酸化ガス排気管630には、背圧弁650が設けられている。背圧弁650は、燃料電池100内の空気の圧力を調整するために用いられる。   The oxidizing gas circuit 600 includes a compressor 610, an oxidizing gas supply pipe 620, an oxidizing gas exhaust pipe 630, a humidifier 640, and a back pressure valve 650. In this embodiment, air is used as the oxidizing gas. The compressor 610 takes in air in the atmosphere and compresses it. The compressor 610 is connected to the fuel cell 100 by an oxidizing gas supply pipe 620. The fuel cell 100 is connected to an oxidizing gas exhaust pipe 630 for discharging oxidizing exhaust gas. Here, the oxidizing gas supply pipe 620 is provided with a humidifier 640 that uses the moisture in the oxidizing gas exhaust pipe 630. As described above, the fuel cell 100 according to the present embodiment generates power by reacting hydrogen and oxygen in the air to generate water. The generated water is discharged from the fuel cell 100 to the oxidizing gas exhaust pipe 630 together with the oxidizing exhaust gas. The humidifier 640 humidifies the oxidizing gas by moving the moisture contained in the oxidizing exhaust gas to the oxidizing gas supplied to the fuel cell 100. For example, the humidifier 640 may include an oxidizing gas channel and an oxidizing exhaust gas channel, and may include a humidifying film between the two channels (not shown). Thereby, it is possible to move the moisture in the oxidation exhaust gas in the oxidation exhaust gas channel to the oxidation gas in the oxidation gas channel via the humidifying film. A back pressure valve 650 is provided in the oxidizing gas exhaust pipe 630. The back pressure valve 650 is used to adjust the pressure of air in the fuel cell 100.

また、本実施形態では、酸化ガス排気管630には、燃料ガス排気管560が接続され、燃料ガス排気管560には、排気バルブ590が設けられている。上述のように本実施形態では、燃料ガス排気管550は、燃料ガス還流管570を介して燃料ガス供給管520に接続されており、燃料ガス(水素)を還流して再利用している。ここで、燃料電池100を長時間運転すると、燃料排ガス中に、反応に寄与しない窒素が増えてくる。この窒素は、酸化ガス(空気中)の窒素が、燃料電池100の電解質膜(図示せず)を透過してきたものと考えられる。燃料排ガス中に窒素が増えると、燃料ガス中にも窒素が増え、燃料電池100の反応性が落ちる。そこで、本実施形態では、燃料排ガス中の窒素の量が増えた場合には、排気バルブ590を開け、燃料排ガスを酸化ガス排気管630に流し、燃料ガス中の窒素を排気する。なお、このとき水素も一部が酸化ガス排気管630に流れる。水素は、酸化ガス排気管630中の酸化排ガスにより希釈されて大気に放出される。   In the present embodiment, a fuel gas exhaust pipe 560 is connected to the oxidizing gas exhaust pipe 630, and an exhaust valve 590 is provided in the fuel gas exhaust pipe 560. As described above, in this embodiment, the fuel gas exhaust pipe 550 is connected to the fuel gas supply pipe 520 via the fuel gas recirculation pipe 570, and recirculates and reuses the fuel gas (hydrogen). Here, when the fuel cell 100 is operated for a long time, nitrogen that does not contribute to the reaction increases in the fuel exhaust gas. The nitrogen is considered to be that the oxidizing gas (in the air) has permeated the electrolyte membrane (not shown) of the fuel cell 100. When nitrogen increases in the fuel exhaust gas, nitrogen also increases in the fuel gas, and the reactivity of the fuel cell 100 decreases. Therefore, in the present embodiment, when the amount of nitrogen in the fuel exhaust gas increases, the exhaust valve 590 is opened, the fuel exhaust gas is caused to flow through the oxidizing gas exhaust pipe 630, and the nitrogen in the fuel gas is exhausted. At this time, part of the hydrogen also flows into the oxidizing gas exhaust pipe 630. Hydrogen is diluted by the oxidizing exhaust gas in the oxidizing gas exhaust pipe 630 and released to the atmosphere.

燃料電池用冷却回路200は、冷却水供給管210と、冷却水排出管215と、三方弁245と、ラジエータ管220と、ラジエータ230と、バイパス管240と、ウォーターポンプ225と、を備える。冷却水供給管210は、燃料電池100に冷却水を供給するための管であり、冷却水供給管210にはウォーターポンプ225が配置されている。冷却水排出管215は、燃料電池100から冷却水を排出するための管である。冷却水排出管215の下流部は、三方弁245を介して、ラジエータ管220と、バイパス管240と、に接続されている。ラジエータ管220には、ラジエータ230が設けられている。ラジエータ230には、ラジエータファン235が設けられている。ラジエータファン235は、ラジエータ230に風を送り、ラジエータ230からの放熱を促進する。ラジエータ管220の下流部と、バイパス管240の下流部とは、冷却水供給管210に接続されている。冷却水供給管210のウォーターポンプ225の上流側(ラジエータ管220の下流部)及び、冷却水排出管215には、それぞれ温度センサ250、255が設けられている。   The fuel cell cooling circuit 200 includes a cooling water supply pipe 210, a cooling water discharge pipe 215, a three-way valve 245, a radiator pipe 220, a radiator 230, a bypass pipe 240, and a water pump 225. The cooling water supply pipe 210 is a pipe for supplying cooling water to the fuel cell 100, and a water pump 225 is disposed in the cooling water supply pipe 210. The cooling water discharge pipe 215 is a pipe for discharging cooling water from the fuel cell 100. A downstream portion of the cooling water discharge pipe 215 is connected to the radiator pipe 220 and the bypass pipe 240 via a three-way valve 245. A radiator 230 is provided in the radiator pipe 220. The radiator 230 is provided with a radiator fan 235. The radiator fan 235 sends wind to the radiator 230 and promotes heat dissipation from the radiator 230. The downstream part of the radiator pipe 220 and the downstream part of the bypass pipe 240 are connected to the cooling water supply pipe 210. Temperature sensors 250 and 255 are provided on the upstream side of the water pump 225 of the cooling water supply pipe 210 (downstream part of the radiator pipe 220) and the cooling water discharge pipe 215, respectively.

冷却水は、ウォーターポンプ225により、冷却水供給管210を通して燃料電池100に供給され、燃料電池100を冷却する。冷却水は、燃料電池100から熱を回収することで暖められ、冷却水排出管215から排出される。暖められた冷却水は三方弁245により、ラジエータ管220とバイパス管240に分配して流される。ラジエータ管220に流された冷却水は、ラジエータ230により冷却されるが、バイパス管240に流された冷却水は冷却されない。三方弁245によるラジエータ管220とバイパス管240への冷却水の分配割合と、外気温と、ラジエータファン235からの風量と、により、燃料電池用冷却回路200の冷却水の温度が制御される。例えば、燃料電池100の始動直後などにおいては、冷却水の大部分をバイパス管240に流すことにより、燃料電池用冷却回路200の冷却水の温度を急速に上げることが可能となる。   The cooling water is supplied to the fuel cell 100 by the water pump 225 through the cooling water supply pipe 210 to cool the fuel cell 100. The cooling water is warmed by recovering heat from the fuel cell 100 and discharged from the cooling water discharge pipe 215. The warmed cooling water is distributed and fed to the radiator pipe 220 and the bypass pipe 240 by the three-way valve 245. The cooling water that has flowed to the radiator pipe 220 is cooled by the radiator 230, but the cooling water that has flowed to the bypass pipe 240 is not cooled. The temperature of the cooling water in the fuel cell cooling circuit 200 is controlled by the distribution ratio of the cooling water to the radiator pipe 220 and the bypass pipe 240 by the three-way valve 245, the outside air temperature, and the air volume from the radiator fan 235. For example, immediately after the fuel cell 100 is started, the temperature of the cooling water in the fuel cell cooling circuit 200 can be rapidly increased by flowing most of the cooling water through the bypass pipe 240.

暖房用水回路300は、分岐管305と、三方弁340と、温水供給管310と、ウォーターポンプ325と、電熱ヒータ330と、ヒータコア320と、温水排出管315と、温水還流管335と、を備える。分岐管305は、燃料電池用冷却回路200の冷却水排出管215に接続されており、燃料電池100から排出される暖められた冷却水の一部を暖房用水回路300に分配する。三方弁340は、燃料電池用冷却回路200から暖房用水回路300への冷却水の流入を制御する。電熱ヒータ330は、暖房用水回路300を流れる冷却水を加熱する。ヒータコア320は、暖房用水回路300を流れる冷却水の熱を用いて空気を暖める。暖められた空気は、燃料電池車両10の車内に送られて車内の暖房に用いられる。温水排出管315は、ヒータコア320からの排水を燃料電池用冷却回路200に戻す。温水還流管335は、温水排出管315と、三方弁340との間を接続しており、ヒータコア320からの排水を、温水供給管310に戻す。電熱ヒータ330と、ヒータコア320との間には、温度センサ345が配置されている。   The heating water circuit 300 includes a branch pipe 305, a three-way valve 340, a hot water supply pipe 310, a water pump 325, an electric heater 330, a heater core 320, a hot water discharge pipe 315, and a hot water reflux pipe 335. . The branch pipe 305 is connected to the cooling water discharge pipe 215 of the fuel cell cooling circuit 200, and distributes a part of the warmed cooling water discharged from the fuel cell 100 to the heating water circuit 300. The three-way valve 340 controls the inflow of cooling water from the fuel cell cooling circuit 200 to the heating water circuit 300. The electric heater 330 heats the cooling water flowing through the heating water circuit 300. The heater core 320 warms the air using the heat of the cooling water flowing through the heating water circuit 300. The warmed air is sent into the fuel cell vehicle 10 and used for heating the vehicle. The hot water discharge pipe 315 returns the waste water from the heater core 320 to the fuel cell cooling circuit 200. The warm water reflux pipe 335 connects between the warm water discharge pipe 315 and the three-way valve 340, and returns the waste water from the heater core 320 to the warm water supply pipe 310. A temperature sensor 345 is disposed between the electric heater 330 and the heater core 320.

制御部400には、エアコン設定部410と、外気温センサ420と、車内温度センサ430と、が接続されている。制御部400は、エアコン設定部410の設定と、外気温と、車内温度と、燃料電池用冷却回路200の温水供給管310のウォーターポンプ225の上流部の水温(以下「ウォーターポンプ上流部水温T250」と呼ぶ。)と、燃料電池用冷却回路200の燃料電池100の出口における冷却水の温度(以下「冷却水出口水温T255」と呼ぶ。)と、暖房用水回路300のヒータコア320の入口における冷却水の温度(以下「ヒータコア入口水温T345」と呼ぶ。)と、に基づいて、三方弁245、340と、ウォーターポンプ225、325と、ラジエータファン235と、電熱ヒータ330の動作を制御する。なお、本実施形態では、ウォーターポンプ225、325や水素ポンプ580などの補機類の電源として、燃料電池100が使用される。エアコン設定部410には、暖房のスイッチと、冷房のスイッチと(あるいはエアコンのスイッチと)が設けられている。また、温度設定ボタンが設けられていても良い。   An air conditioner setting unit 410, an outside air temperature sensor 420, and an in-vehicle temperature sensor 430 are connected to the control unit 400. The control unit 400 sets the air conditioner setting unit 410, the outside air temperature, the vehicle interior temperature, and the water temperature upstream of the water pump 225 of the hot water supply pipe 310 of the fuel cell cooling circuit 200 (hereinafter, “water pump upstream water temperature T250”). ), The cooling water temperature at the outlet of the fuel cell 100 of the fuel cell cooling circuit 200 (hereinafter referred to as “cooling water outlet water temperature T255”), and the cooling at the inlet of the heater core 320 of the heating water circuit 300. Based on the water temperature (hereinafter referred to as “heater core inlet water temperature T345”), the operations of the three-way valves 245 and 340, the water pumps 225 and 325, the radiator fan 235, and the electric heater 330 are controlled. In the present embodiment, the fuel cell 100 is used as a power source for auxiliary equipment such as the water pumps 225 and 325 and the hydrogen pump 580. The air conditioner setting unit 410 includes a heating switch, a cooling switch (or an air conditioner switch). Further, a temperature setting button may be provided.

図2及び図3は、三方弁340の状態と冷却水の流れを示す説明図である。図2は、三方弁340が非連携モード状態のときの冷却水の流れを示す。本実施形態において、非連携モード状態とは、三方弁340の3つの弁体のうちの、分岐管305に接続された弁体が閉状態となり、温水供給管310に接続された弁体と温水還流管335に接続された弁体とが開状態となる状態を言う。非連携モード状態では、燃料電池用冷却回路200を流れる冷却水は、冷却水供給管210と、燃料電池100と、冷却水排出管215と、三方弁245と、ラジエータ管220(またはバイパス管240)と、ウォーターポンプ225を循環する。暖房用水回路300の冷却水は、温水供給管310と、ウォーターポンプ325と、電熱ヒータ330と、ヒータコア320と、温水排出管315と、温水還流管335と、三方弁340と、を循環する。非連携モード状態では、燃料電池用冷却回路200の冷却水排出管215から暖房用水回路300に冷却水が回流せず、暖房用水回路300から燃料電池用冷却回路200の冷却水排出管215へ冷却水が流出しない。燃料電池用冷却回路200と、暖房用水回路300とは、独立状態にあり、燃料電池用冷却回路200を流れる冷却水は、暖房用水回路300に回流しない。例えば、燃料電池100の始動直後のように燃料電池100の温度が低い場合には、燃料電池用冷却回路200中の冷却水の温度は低い。そのため、制御部400は、燃料電池用冷却回路200中の冷却水を暖房用水回路300に回流して暖房の熱源として使用するよりは、燃料電池用冷却回路200を流れる冷却水と、暖房用水回路300を流れる冷却水とを独立させ、電熱ヒータ330を用いて暖房用水回路300を流れる冷却水のみを加熱させる方が、効率が良い。   2 and 3 are explanatory diagrams showing the state of the three-way valve 340 and the flow of cooling water. FIG. 2 shows the flow of cooling water when the three-way valve 340 is in the non-cooperative mode. In the present embodiment, the non-cooperative mode state means that the valve body connected to the branch pipe 305 among the three valve bodies of the three-way valve 340 is closed, and the valve body connected to the hot water supply pipe 310 and the hot water A state in which the valve body connected to the reflux pipe 335 is in an open state. In the non-cooperation mode state, the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit 200 is the cooling water supply pipe 210, the fuel cell 100, the cooling water discharge pipe 215, the three-way valve 245, the radiator pipe 220 (or the bypass pipe 240). ) And the water pump 225 is circulated. The cooling water of the heating water circuit 300 circulates through the hot water supply pipe 310, the water pump 325, the electric heater 330, the heater core 320, the hot water discharge pipe 315, the hot water return pipe 335, and the three-way valve 340. In the non-cooperation mode state, the cooling water does not circulate from the cooling water discharge pipe 215 of the fuel cell cooling circuit 200 to the heating water circuit 300, and is cooled from the heating water circuit 300 to the cooling water discharge pipe 215 of the fuel cell cooling circuit 200. Water does not flow out. The fuel cell cooling circuit 200 and the heating water circuit 300 are in an independent state, and the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit 200 does not circulate to the heating water circuit 300. For example, when the temperature of the fuel cell 100 is low, such as immediately after the start of the fuel cell 100, the temperature of the cooling water in the fuel cell cooling circuit 200 is low. Therefore, the control unit 400 uses the cooling water flowing in the fuel cell cooling circuit 200 and the heating water circuit rather than circulating the cooling water in the fuel cell cooling circuit 200 to the heating water circuit 300 and using it as a heating heat source. It is more efficient to make the cooling water flowing through 300 independent and to heat only the cooling water flowing through the heating water circuit 300 using the electric heater 330.

図3は、三方弁340が連携モード状態のときの冷却水の流れを示す。連携モード状態には、部分連携モードと完全連携モードとがある。図3(a)は、部分連携モード状態を示し、図3(b)は、完全連携モードを示す。本実施形態において、部分連携モード状態とは、分岐管305に接続された弁体と、温水供給管310に接続された弁体と、温水還流管335に接続された弁体とのいずれもが開状態となる状態を言う。完全連携モードとは、分岐管305に接続された弁体と、温水供給管310に接続された弁体とが開状態となり、温水還流管335に接続された弁体が閉状態となる状態を言う。   FIG. 3 shows the flow of cooling water when the three-way valve 340 is in the cooperation mode state. The cooperation mode state includes a partial cooperation mode and a complete cooperation mode. 3A shows the partial cooperation mode state, and FIG. 3B shows the complete cooperation mode. In the present embodiment, the partial cooperation mode state refers to any of the valve body connected to the branch pipe 305, the valve body connected to the hot water supply pipe 310, and the valve body connected to the hot water reflux pipe 335. The state which becomes an open state. The complete cooperation mode is a state in which the valve body connected to the branch pipe 305 and the valve body connected to the hot water supply pipe 310 are opened, and the valve body connected to the hot water reflux pipe 335 is closed. say.

三方弁340が部分連携モード状態のとき場合、燃料電池100から排出された暖められた冷却水の一部が三方弁340を通って温水供給管310に回流される。また、温水排出管315を流れる冷却水の一部は、燃料電池用冷却回路200(図1)の冷却水排出管215に流され、残部は温水還流管335、三方弁340を通って、温水供給管310に還流される。   When the three-way valve 340 is in the partial cooperation mode, a part of the warmed cooling water discharged from the fuel cell 100 is circulated to the hot water supply pipe 310 through the three-way valve 340. Further, a part of the cooling water flowing through the hot water discharge pipe 315 flows into the cooling water discharge pipe 215 of the fuel cell cooling circuit 200 (FIG. 1), and the remaining part passes through the hot water reflux pipe 335 and the three-way valve 340, It is refluxed to the supply pipe 310.

完全連携モードでは、燃料電池100から排出された暖められた冷却水の一部が三方弁340を通って温水供給管310に供給される点は部分連携モードと共通するが、温水排出管315を流れる冷却水の全量は、燃料電池用冷却回路200の冷却水排出管215に流される。   In the full cooperation mode, the point that the part of the warmed cooling water discharged from the fuel cell 100 is supplied to the hot water supply pipe 310 through the three-way valve 340 is common to the partial cooperation mode. The total amount of the flowing cooling water is supplied to the cooling water discharge pipe 215 of the fuel cell cooling circuit 200.

制御部400は、上述したように、三方弁340のモード状態の制御により、燃料電池用冷却回路200から暖房用水回路300への冷却水及び熱の移動を制御する。連携モードでは、燃料電池100の廃熱を車内の暖房に用いることができる。なお、部分連携モードと完全連携モードは、いずれか一方のみが採用される形態であってもよい。   As described above, the control unit 400 controls the movement of cooling water and heat from the fuel cell cooling circuit 200 to the heating water circuit 300 by controlling the mode state of the three-way valve 340. In the cooperation mode, the waste heat of the fuel cell 100 can be used for heating in the vehicle. Note that only one of the partial cooperation mode and the complete cooperation mode may be adopted.

図4は、空調ダクト350の構成を示す説明図である。空調ダクト350は、車内空気取入部355と、外気取入部360と、車内循環・外気導入切換ドア365と、加熱流路370と、非加熱流路375と、仕切板380と、エアミックスドア385と、車内吹出部390と、を備える。加熱流路370には、ヒータコア320(図1)が配置されている。車内循環・外気導入切換ドア365は、エアコン設定部410(図1)の設定により、空調ダクト350に、車内空気取入部355から空気を取り入れるか、外気取入部360から空気を取り入れるか、を切り換える。仕切板380は、加熱流路370と、非加熱流路375と、を分離する。エアミックスドア385は、取り入れた空気を、加熱流路370と、非加熱流路375に分配する。加熱流路370に分配された空気は、ヒータコア320により暖められるが、非加熱流路375に分配された空気は暖められない。加熱流路370と、非加熱流路375に分配された空気は、車内吹出部390より、車内に吹き出される。制御部400(図1)は、エアコン設定部410(図1)の設定と、車内の温度と、暖房用水回路300中の冷却水の温度(ヒータコア入口水温T345)、に基づいて、エアミックスドア385における加熱流路370と、非加熱流路375とへの空気の分配割合を制御し、車内へ吹き出す空気の温度を制御し、車内温度を制御する。例えば、ヒータコア入口水温T345が高い場合には、ヒータコア320の温度も高いため、制御部400は、エアミックスドア385の開度を変更して加熱流路370を流れる空気の量を減少させることにより、車内温度が上がりすぎないようにする。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the air conditioning duct 350. The air conditioning duct 350 includes an in-vehicle air intake unit 355, an outside air intake unit 360, an in-vehicle circulation / outside air introduction switching door 365, a heating channel 370, a non-heating channel 375, a partition plate 380, and an air mix door 385. And an in-car blowing part 390. A heater core 320 (FIG. 1) is disposed in the heating channel 370. The in-vehicle circulation / outside air introduction switching door 365 switches between taking in air from the in-vehicle air intake unit 355 or taking in air from the outside air intake unit 360 into the air-conditioning duct 350 according to the setting of the air conditioner setting unit 410 (FIG. 1). . The partition plate 380 separates the heating channel 370 and the non-heating channel 375. The air mix door 385 distributes the taken-in air to the heating channel 370 and the non-heating channel 375. The air distributed to the heating channel 370 is warmed by the heater core 320, but the air distributed to the non-heating channel 375 is not warmed. The air distributed to the heating channel 370 and the non-heating channel 375 is blown into the vehicle from the vehicle blowing unit 390. The control unit 400 (FIG. 1) is based on the setting of the air conditioner setting unit 410 (FIG. 1), the temperature in the vehicle, and the temperature of the cooling water in the heating water circuit 300 (heater core inlet water temperature T345). The distribution ratio of the air to the heating flow path 370 and the non-heating flow path 375 in 385 is controlled, the temperature of the air blown out into the vehicle is controlled, and the vehicle interior temperature is controlled. For example, when the heater core inlet water temperature T345 is high, the temperature of the heater core 320 is also high, so the control unit 400 changes the opening of the air mix door 385 to reduce the amount of air flowing through the heating flow path 370. Make sure that the temperature inside the vehicle does not rise too much.

図5は、本願発明における一実施形態の制御フローチャートの一例である。なお、このフローチャートが実行されるのは、冬場などの気温の低い時期である。ステップS100では、乗員(人)より燃料電池車両10の始動スイッチが入れられると、制御部400は、燃料電池100を始動する。ステップS110では、制御部400は、燃料電池100を通常運転(低効率運転でない運転)し、三方弁340の動作モードを非連携モードとする。燃料電池100を早く暖めるには、制御部は、三方弁340の動作モードを非連携モードとした方が好ましく、燃費の観点から、制御部400は燃料電池100を通常運転した方が好ましい。   FIG. 5 is an example of a control flowchart according to an embodiment of the present invention. Note that this flowchart is executed when the temperature is low, such as in winter. In step S100, when the start switch of the fuel cell vehicle 10 is turned on by an occupant (person), the control unit 400 starts the fuel cell 100. In step S110, the control unit 400 operates the fuel cell 100 normally (operation that is not low-efficiency operation), and sets the operation mode of the three-way valve 340 to the non-cooperation mode. In order to warm up the fuel cell 100 quickly, the control unit preferably sets the operation mode of the three-way valve 340 to the non-cooperation mode. From the viewpoint of fuel efficiency, the control unit 400 preferably operates the fuel cell 100 normally.

ステップS120において、乗員から暖房のスイッチがオンされたことを検知すると、制御部400は処理をステップS130に移行し、電熱ヒータ300をオンする。   In step S120, when it is detected that the heating switch is turned on by the occupant, control unit 400 shifts the processing to step S130 and turns on electric heater 300.

ステップS140では、制御部400は、燃料電池140の温度が所定の判定値以上となったか、否か、を判断する。例えば、制御部400は、ウォーターポンプ上流部水温T250と、冷却水出口水温T255と、ウォーターポンプ225の回転数(冷却水供給量)と、を用いて、燃料電池100の温度を算出する。制御部400は、燃料電池100の温度が所定の判定値以上となった場合に、処理をステップS150に移行する。燃料電池100が凍結状態になっている場合を考慮し、燃料電池100のすべてのセルが解凍してから、後述する低効率運転をさせることとしたものである。例えば、制御部400は、燃料電池100の端部のセルの温度を温度センサ110で測定し、が0℃以上となったときに、燃料電池100のすべてのセルが解凍したと判断しても良い。なお、燃料電池100の中央部近傍のセルの温度を測定しても良い。燃料電池100は、燃料電池の運転による熱によって解凍されてもよく、図示しない燃料電池用ヒータによって過熱されることにより解凍されてもよい。   In step S140, the control unit 400 determines whether or not the temperature of the fuel cell 140 is equal to or higher than a predetermined determination value. For example, the control unit 400 calculates the temperature of the fuel cell 100 using the water pump upstream water temperature T250, the cooling water outlet water temperature T255, and the rotation speed (cooling water supply amount) of the water pump 225. When the temperature of the fuel cell 100 is equal to or higher than a predetermined determination value, the control unit 400 proceeds to step S150. Considering the case where the fuel cell 100 is in a frozen state, after all the cells of the fuel cell 100 are thawed, the low-efficiency operation described later is performed. For example, the control unit 400 measures the temperature of the cell at the end of the fuel cell 100 with the temperature sensor 110 and determines that all the cells of the fuel cell 100 have been thawed when the temperature becomes 0 ° C. or higher. good. Note that the temperature of the cell near the center of the fuel cell 100 may be measured. The fuel cell 100 may be thawed by heat from the operation of the fuel cell, or may be thawed by being overheated by a fuel cell heater (not shown).

ステップS150では、制御部400は、燃料電池100が所定の判定値以上の出力を出力可能か、否か、を判断する。制御部400は、燃料電池100が判定値以上の出力が可能となった場合に、処理をステップS160に移行する。燃料電池100が判定値以上の出力を発生できるときには、制御部400は、燃料電池100に対して後述する低効率運転を実行させて、燃料電池100を暖めるようにした。例えば、この所定の出力は、通常の走行に必要な出力であっても良く、例えば、60kW、70kWであってもよい。制御部400は、燃料電池100が判定値以上の出力を出力可能か、否かを、燃料電池100の温度を用いて判断しても良い。燃料電池100の温度が30℃〜40℃以上であれば、判定値以上の出力を出力可能と判断できる。   In step S150, the control unit 400 determines whether or not the fuel cell 100 can output an output equal to or higher than a predetermined determination value. When the fuel cell 100 can output more than the determination value, the control unit 400 proceeds to step S160. When the fuel cell 100 can generate an output that is equal to or higher than the determination value, the control unit 400 causes the fuel cell 100 to perform a low-efficiency operation described later to warm the fuel cell 100. For example, the predetermined output may be an output necessary for normal traveling, and may be 60 kW or 70 kW, for example. The control unit 400 may determine whether or not the fuel cell 100 can output an output equal to or higher than a determination value using the temperature of the fuel cell 100. If the temperature of the fuel cell 100 is 30 ° C. to 40 ° C. or higher, it can be determined that an output higher than the determination value can be output.

ステップS160では、制御部400は、三方弁340を連携モードとし、燃料電池100を低効率運転させる。この結果、冷却水出口水温T255と、ヒータコア入口水温T345とは、同じように温度が上昇し、冷却水出口水温T255と、ヒータコア入口水温T345との温度差を少なくすることが、可能となる。   In step S160, the control unit 400 sets the three-way valve 340 to the cooperation mode, and causes the fuel cell 100 to operate with low efficiency. As a result, the cooling water outlet water temperature T255 and the heater core inlet water temperature T345 increase in temperature in the same manner, and the temperature difference between the cooling water outlet water temperature T255 and the heater core inlet water temperature T345 can be reduced.

図6は、燃料電池の通常運転時のIV特性と低効率運転時のIV特性とを示す説明図である。燃料電池100の電圧は、電流密度(電流)がゼロのとき最も高く(OCV(Open Circuit Voltage))、電流密度(電流)が増加するにつれて低くなる。ここで、燃料ガス(水素)、酸化ガス(空気)の供給量を維持したまま、電流を増大させると、燃料電池100の電圧は急激に下がり、動作点は、図6の点P1に移動する。このとき、燃料電池100は発熱し、この熱によって燃料電池100の温度が高くなる。燃料電池100の化学反応により生じるエネルギーは、電気エネルギーと熱エネルギーとに分配される。制御部400が、酸化ガスの供給量を維持したまま、電流を増大させる制御を行うと、電気エネルギーの割合が低くなり、熱エネルギーの割合が高くなる。燃料電池車両10は、電気エネルギーを用いて動作するので、電気エネルギーの割合を低め、熱エネルギーの割合を高めることは、燃料電池車両10(あるいは燃料電池100)の効率を低くする(低効率にする)ことに相当する。本実施形態では、通常の運転よりも、電気エネルギーの割合を低め、熱エネルギーの割合を高める運転を、「低効率運転」と呼ぶ。低効率運転では、熱エネルギーの割合が高くなるので、燃料電池100の発熱量が増大し、燃料電池用冷却回路200中の冷却水及び暖房用水回路300中の冷却水の温度が上昇する。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing IV characteristics during normal operation and IV characteristics during low-efficiency operation of the fuel cell. The voltage of the fuel cell 100 is highest when the current density (current) is zero (OCV (Open Circuit Voltage)) and decreases as the current density (current) increases. Here, if the current is increased while the supply amounts of the fuel gas (hydrogen) and the oxidizing gas (air) are maintained, the voltage of the fuel cell 100 rapidly decreases and the operating point moves to a point P1 in FIG. . At this time, the fuel cell 100 generates heat, and this heat increases the temperature of the fuel cell 100. The energy generated by the chemical reaction of the fuel cell 100 is divided into electric energy and thermal energy. When the control unit 400 performs control to increase the current while maintaining the supply amount of the oxidizing gas, the ratio of electrical energy decreases and the ratio of thermal energy increases. Since the fuel cell vehicle 10 operates using electric energy, reducing the ratio of electric energy and increasing the ratio of thermal energy lowers the efficiency of the fuel cell vehicle 10 (or the fuel cell 100) (lower efficiency). Is equivalent to) In the present embodiment, an operation in which the ratio of electrical energy is reduced and the ratio of thermal energy is increased as compared with a normal operation is referred to as “low efficiency operation”. In the low-efficiency operation, since the ratio of thermal energy increases, the amount of heat generated by the fuel cell 100 increases, and the temperature of the cooling water in the fuel cell cooling circuit 200 and the temperature of the cooling water in the heating water circuit 300 increases.

図6において、制御部400は、水素ポンプ580をより強く駆動して水素ポンプ580の損失(補機損失)を増大させてもよい。このとき水素ポンプ580の消費電流の増加に伴って燃料電池100の電流量も増加するため、動作点が点P1から点P2に移動する。なお、還流させる水素が増加することにより、燃料電池100の化学反応により生じるエネルギーが増加し、熱エネルギーが増加する効果もある。その結果、燃料電池100の温度が高くなって、冷却水の温度を早く上昇させる。   In FIG. 6, the control unit 400 may increase the loss (auxiliary loss) of the hydrogen pump 580 by driving the hydrogen pump 580 more strongly. At this time, as the current consumption of the hydrogen pump 580 increases, the amount of current of the fuel cell 100 also increases, so that the operating point moves from the point P1 to the point P2. In addition, when the hydrogen to be recirculated increases, the energy generated by the chemical reaction of the fuel cell 100 increases, and there is an effect that the thermal energy increases. As a result, the temperature of the fuel cell 100 is increased, and the temperature of the cooling water is increased quickly.

図6において、制御部400は、ウォーターポンプ225をより強く駆動してウォーターポンプ225の損失(補機損失)を増大させてもよい。このときウォーターポンプ225の消費電流の増加に伴って、燃料電池100の電流量も増加するため、動作点が点P2から点P3に移動する。なお、ウォーターポンプ225は動作すると発熱し、ウォーターポンプ225自身は冷却水と接しているため、ウォーターポンプ225に生じた熱を、冷却水に直接移動させることが出来る、という効果もある。その結果、冷却水の温度を早く上昇させることが可能となる。なお、水素ポンプ580とウォーターポンプ225は、どちらを先により強く動作させても良い。   In FIG. 6, the control unit 400 may drive the water pump 225 more strongly to increase the loss of the water pump 225 (auxiliary machine loss). At this time, as the current consumption of the water pump 225 increases, the amount of current of the fuel cell 100 also increases, so that the operating point moves from the point P2 to the point P3. In addition, since the water pump 225 generates heat when operating, and the water pump 225 itself is in contact with the cooling water, there is an effect that heat generated in the water pump 225 can be directly transferred to the cooling water. As a result, the temperature of the cooling water can be increased quickly. Note that either the hydrogen pump 580 or the water pump 225 may be operated more strongly first.

図5のステップS170では、制御部400は、車内吹出部390から暖かい空気を吹き出させる。ステップS180では、制御部400は、冷却水出口温度T245が所定の判定値以上となったか、否かを判断する。冷却水出口温度T245が所定の判定値以上となった場合には、制御部400は、処理をステップS190に移行し、燃料電池100の低効率運転を停止する。燃料電池100が暖まれば、低効率運転により大きな熱を発生させなくてもよい。例えば、この判定値は、例えば50℃であってもよい。この処理では、制御部400は、温度センサ110を用いて燃料電池100温度を測定して判断しても良い。   In step S <b> 170 of FIG. 5, the control unit 400 causes warm air to be blown out from the in-vehicle blowing unit 390. In step S180, control unit 400 determines whether or not cooling water outlet temperature T245 is equal to or higher than a predetermined determination value. When the cooling water outlet temperature T245 becomes equal to or higher than the predetermined determination value, the control unit 400 shifts the process to step S190 and stops the low-efficiency operation of the fuel cell 100. If the fuel cell 100 is warmed up, it is not necessary to generate a large amount of heat by low-efficiency operation. For example, this determination value may be 50 ° C., for example. In this process, the control unit 400 may measure the temperature of the fuel cell 100 using the temperature sensor 110 and make a determination.

図7は、比較例における冷却水出口温度T245と、ヒータコア入口温度T345と、車内吹出部390から吹き出される空気の温度T390(以下「吹き出し温度T390」と呼ぶ。)と、を示す説明図である。比較例では、ヒータコア入口温度T345と、吹き出し温度T390とは、別個に温度上昇するため、両方とも温度上昇するが、その上昇速度は異なっている。比較例では、ヒータコア入口温度T345の方が温度の上昇速度が大きい。ヒータコア入口温度T345が所定の温度に達すると上昇し始め、その後は、ヒータコア入口温度T345とほぼ同じような速度で温度上昇する。ここで、三方弁340が連携モードになると、燃料電池用冷却回路200を流れる温度の高い冷却水が暖房用水回路300中に供給されるため、ヒータコア入口温度T345が急に上昇する。その結果、吹き出し温度T390も急に上昇し、乗員に不快感を与える。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the cooling water outlet temperature T245, the heater core inlet temperature T345, and the temperature T390 of the air blown out from the in-vehicle blowing section 390 (hereinafter referred to as “blowing temperature T390”) in the comparative example. is there. In the comparative example, the heater core inlet temperature T345 and the blowout temperature T390 rise in temperature separately, so both rise in temperature, but the rate of rise is different. In the comparative example, the heater core inlet temperature T345 has a higher temperature increase rate. When the heater core inlet temperature T345 reaches a predetermined temperature, it starts to rise, and thereafter, the temperature rises at substantially the same speed as the heater core inlet temperature T345. Here, when the three-way valve 340 enters the cooperation mode, the high-temperature cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit 200 is supplied into the heating water circuit 300, so that the heater core inlet temperature T345 rapidly increases. As a result, the blowing temperature T390 suddenly rises, causing discomfort to the occupant.

図8は、本実施形態における冷却水出口温度T245と、ヒータコア入口温度T345と、吹き出し温度T390と、を示す説明図である。本実施形態では、三方弁340が連携モードであるので、燃料電池用冷却回路200を流れる冷却水は、と暖房用水回路300に供給される。その結果、冷却水出口温度T245と、ヒータコア入口温度T345とは、ほぼ同じような速度で温度上昇する。ここで、吹き出し温度T390は、ヒータコア入口温度T345が所定の温度に達すると上昇し始め、その後は、ヒータコア入口温度T345とほぼ同じような速度で温度上昇する。本実施形態では、冷却水出口温度T245と、ヒータコア入口温度T345がともに温度が低い状態から三方弁340が連携モードであり、ヒータコア入口温度T345は、冷却水出口温度T245と、ほぼ同じような速度で温度上昇する。そのため、ヒータコア入口温度T345が急に上昇することは無い。これに対し、比較例では、ヒータコア入口温度T345と、吹き出し温度T390とは、別個に温度上昇するため、三方弁340が非連携モードから連携モードに移行するときにおける、冷却水出口温度T245と、ヒータコア入口温度T345との間の温度差が比較的大きい。そのため、三方弁340が連携モードに移行したときに、燃料電池用冷却回路200を流れる暖かい冷却水が暖房用水回路300に供給されることにより、ヒータコア入口温度T345が大きく変動し、吹き出し温度T390も大きく変動する。その結果、乗員に不快感を与える。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing the cooling water outlet temperature T245, the heater core inlet temperature T345, and the blowing temperature T390 in the present embodiment. In the present embodiment, since the three-way valve 340 is in the cooperation mode, the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit 200 is supplied to the heating water circuit 300. As a result, the cooling water outlet temperature T245 and the heater core inlet temperature T345 increase in temperature at substantially the same rate. Here, the blow-out temperature T390 starts to rise when the heater core inlet temperature T345 reaches a predetermined temperature, and thereafter rises at substantially the same speed as the heater core inlet temperature T345. In this embodiment, since the cooling water outlet temperature T245 and the heater core inlet temperature T345 are both in a low temperature state, the three-way valve 340 is in the cooperation mode, and the heater core inlet temperature T345 has a speed substantially the same as the cooling water outlet temperature T245. The temperature rises. Therefore, the heater core inlet temperature T345 does not increase suddenly. On the other hand, in the comparative example, since the heater core inlet temperature T345 and the blowout temperature T390 rise separately, the cooling water outlet temperature T245 when the three-way valve 340 shifts from the non-cooperation mode to the cooperation mode, The temperature difference from the heater core inlet temperature T345 is relatively large. Therefore, when the three-way valve 340 shifts to the cooperation mode, the warm cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit 200 is supplied to the heating water circuit 300, so that the heater core inlet temperature T345 greatly fluctuates and the blowing temperature T390 is also It fluctuates greatly. As a result, the passenger is uncomfortable.

本実施形態では、燃料電池100は低効率運転され、比較例では、燃料電池100は低効率運転されない。その結果、比較例よりも本実施形態の方が、燃料電池100の発熱が大きく、比較例よりも本実施形態の方が、冷却水出口水温T255が早く上昇する。また、本実施形態では三方弁340が連携モードとされているので、ヒータコア入口水温T345は、冷却水出口水温T255に連動して上昇する。これに対し、比較例では、暖房用水回路300の冷却水は電熱ヒータ330により温められるが、三方弁340は連携モードでないので、燃料電池100の熱を暖房用水回路300の冷却水に伝えることが出来ない。そのため、ヒータコア入口水温T345は、ゆっくりとしか上昇しない。仮に、燃料電池100の熱を暖房用水回路300の冷却水に伝えることが出来たとしても、燃料電池100は効率運転されるので発熱が小さいため、ヒータコア入口水温T345は、ゆっくりとしか上昇しない。   In the present embodiment, the fuel cell 100 is operated with low efficiency, and in the comparative example, the fuel cell 100 is not operated with low efficiency. As a result, the fuel cell 100 generates more heat in the present embodiment than in the comparative example, and the coolant outlet water temperature T255 increases faster in the present embodiment than in the comparative example. In the present embodiment, since the three-way valve 340 is set to the cooperation mode, the heater core inlet water temperature T345 rises in conjunction with the cooling water outlet water temperature T255. On the other hand, in the comparative example, the cooling water of the heating water circuit 300 is heated by the electric heater 330, but the three-way valve 340 is not in the cooperation mode, so that the heat of the fuel cell 100 can be transmitted to the cooling water of the heating water circuit 300. I can't. Therefore, the heater core inlet water temperature T345 rises only slowly. Even if the heat of the fuel cell 100 can be transferred to the cooling water of the heating water circuit 300, since the fuel cell 100 is operated efficiently and generates little heat, the heater core inlet water temperature T345 only rises slowly.

本実施形態では、本実施形態では三方弁340を用いたが、三方弁340の代わりに、燃料電池用冷却回路200と暖房用水回路300との間に、他の種類の弁(例えば、開閉弁や流調弁)を設け、温水還流管335を備えない構成であってもよい。この場合にも、開閉弁(流調弁)の動作状態は、非連携モードと連携モード(完全連携モード)のいずれかとなる。   In the present embodiment, the three-way valve 340 is used in the present embodiment. However, instead of the three-way valve 340, another type of valve (for example, an on-off valve) is provided between the fuel cell cooling circuit 200 and the heating water circuit 300. Or a flow control valve) and a configuration without the hot water reflux pipe 335 may be used. Also in this case, the operating state of the on-off valve (flow control valve) is either the non-cooperation mode or the cooperation mode (complete cooperation mode).

本実施形態では、ステップS140、150において、燃料電池100の温度や出力の判断を行っているが、これらの判断は無くてもよい。これらの判定を行わない場合、燃料電池の始動直後から、暖房のスイッチのオンに応じて三方弁340は連携モードとなり、燃料電池100は、低効率運転される。   In this embodiment, the temperature and output of the fuel cell 100 are determined in steps S140 and S150. However, these determinations may be omitted. When these determinations are not performed, immediately after the start of the fuel cell, the three-way valve 340 is in the cooperation mode in response to the heating switch being turned on, and the fuel cell 100 is operated at a low efficiency.

上記実施形態では、制御部400は、燃料電池100の始動時から三方弁340を連携モードとしているが、例えば、車内吹出部390から温風を吹き出させる前に、三方弁340を連携モードとしてもよい。車内吹出部390からの温風の吹き出し後に、三方弁340を非連携モードから連携モードに変えると、ヒータコア入口水温T345が大きく変動し、吹き出し温度T390も大きく変動する。制御部400が、先に、三方弁340を非連携モードから連携モードに変えていれば、ヒータコア入口水温T345が大きく変動しても、車内吹出部390からの温風が吹き出されていない。その結果、車内吹出部390からの温風が吹き出された後、吹き出し温度T390が大きく変動することは無い。   In the above-described embodiment, the control unit 400 sets the three-way valve 340 in the cooperation mode from the start of the fuel cell 100. However, for example, before the warm air is blown from the in-vehicle blowing unit 390, the three-way valve 340 may be set in the cooperation mode. Good. When the three-way valve 340 is changed from the non-cooperation mode to the cooperation mode after the hot air is blown out from the in-car blowing unit 390, the heater core inlet water temperature T345 greatly fluctuates, and the blowout temperature T390 also fluctuates greatly. If the control unit 400 has previously changed the three-way valve 340 from the non-cooperation mode to the cooperation mode, even if the heater core inlet water temperature T345 fluctuates greatly, the warm air from the in-vehicle outlet 390 is not blown out. As a result, the blowing temperature T390 does not fluctuate greatly after the warm air from the in-vehicle blowing unit 390 is blown out.

以上、いくつかの実施形態に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。   The embodiments of the present invention have been described above based on some embodiments. However, the embodiments of the present invention described above are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

10…燃料電池車両
100…燃料電池
110…温度センサ
200…燃料電池用冷却回路
210…冷却水供給管
215…冷却水排出管
220…ラジエータ管
225…ウォーターポンプ
230…ラジエータ
235…ラジエータファン
240…バイパス管
245…三方弁
250…温度センサ
300…暖房用水回路(空調用冷却水回路)
305…分岐管
310…温水供給管
315…温水排出管
320…ヒータコア
325…ウォーターポンプ
330…電熱ヒータ
335…温水還流管
340…三方弁
345…温度センサ
350…空調ダクト
355…車内空気取入部
360…外気取入部
365…外気導入切換ドア
370…加熱流路
375…非加熱流路
380…仕切板
385…エアミックスドア
390…車内吹出部
400…制御部(ECU)
410…エアコン設定部
420…外気温センサ
430…車内温度センサ
500…燃料ガス回路
510…燃料ガスタンク
520…燃料ガス供給管
530…開閉バルブ
540…レギュレータ
550…燃料ガス排気管
560…燃料ガス排気管
570…燃料ガス還流管
580…水素ポンプ
590…排気バルブ
600…酸化ガス回路
610…コンプレッサ
620…酸化ガス供給管
630…酸化ガス排気管
640…加湿装置
650…背圧弁
T255…冷却水出口水温
T345…ヒータコア入口水温
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell vehicle 100 ... Fuel cell 110 ... Temperature sensor 200 ... Cooling circuit for fuel cells 210 ... Cooling water supply pipe 215 ... Cooling water discharge pipe 220 ... Radiator pipe 225 ... Water pump 230 ... Radiator 235 ... Radiator fan 240 ... Bypass Pipe 245 ... Three-way valve 250 ... Temperature sensor 300 ... Water circuit for heating (cooling water circuit for air conditioning)
305 ... Branch pipe 310 ... Warm water supply pipe 315 ... Warm water discharge pipe 320 ... Heater core 325 ... Water pump 330 ... Electric heater 335 ... Warm water return pipe 340 ... Three-way valve 345 ... Temperature sensor 350 ... Air conditioning duct 355 ... Car air intake section 360 ... Outside air intake part 365 ... Outside air introduction switching door 370 ... Heating flow path 375 ... Non-heating flow path 380 ... Partition plate 385 ... Air mix door 390 ... Car interior blowing part 400 ... Control part (ECU)
410: Air conditioner setting unit 420 ... Outside air temperature sensor 430 ... Inside temperature sensor 500 ... Fuel gas circuit 510 ... Fuel gas tank 520 ... Fuel gas supply pipe 530 ... Open / close valve 540 ... Regulator 550 ... Fuel gas exhaust pipe 560 ... Fuel gas exhaust pipe 570 ... fuel gas recirculation pipe 580 ... hydrogen pump 590 ... exhaust valve 600 ... oxidizing gas circuit 610 ... compressor 620 ... oxidizing gas supply pipe 630 ... oxidizing gas exhaust pipe 640 ... humidifier 650 ... back pressure valve T255 ... cooling water outlet water temperature T345 ... heater core Inlet water temperature

Claims (6)

燃料電池車両であって、
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する燃料電池用冷却回路と、
前記燃料電池車両の車内を暖房するために用いられる暖房用水回路と、
前記燃料電池用冷却回路から前記暖房用水回路への冷却水の供給の制御を行う弁と、
前記燃料電池車両の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の始動直後から、暖房のスイッチのオンに応じて、前記燃料電池が非凍結状態であれば前記冷却水の温度によらず前記弁を開けて前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させる動作を開始する、燃料電池車両。
A fuel cell vehicle,
A fuel cell;
A fuel cell cooling circuit for cooling the fuel cell;
A heating water circuit used to heat the interior of the fuel cell vehicle;
A valve for controlling the supply of cooling water from the fuel cell cooling circuit to the heating water circuit;
A control unit for controlling the operation of the fuel cell vehicle;
With
When the fuel cell is in an unfrozen state, the control unit opens the valve regardless of the temperature of the cooling water immediately after the start of the fuel cell, according to the heating switch being turned on. A fuel cell vehicle that starts an operation of circulating cooling water flowing through the circuit to the heating water circuit.
請求項1に記載の燃料電池車両において、
前記制御部は、前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させるときに、前記燃料電池の効率を、前記燃料電池車両の通常運転時における効率よりも低くする低効率運転を実行する、燃料電池車両。
The fuel cell vehicle according to claim 1,
The control unit is configured to reduce the efficiency of the fuel cell to be lower than the efficiency during normal operation of the fuel cell vehicle when circulating the cooling water flowing through the cooling circuit for the fuel cell to the heating water circuit. Run the fuel cell vehicle.
請求項2に記載の燃料電池車両において、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス回路と、
前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス回路と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池に供給される燃料ガスと酸化ガスの量を維持したまま前記燃料電池の電流を増大することによって前記低効率運転を実行する、燃料電池車両。
The fuel cell vehicle according to claim 2, wherein
A fuel gas circuit for supplying fuel gas to the fuel cell;
An oxidizing gas circuit for supplying an oxidizing gas to the fuel cell;
With
The said control part is a fuel cell vehicle which performs the said low efficiency driving | operation by increasing the electric current of the said fuel cell, maintaining the quantity of the fuel gas and oxidizing gas which are supplied to the said fuel cell.
冷却水を流して燃料電池からの熱を回収する燃料電池用冷却回路と、前記燃料電池用冷却回路と接続されて前記熱を燃料電池車両の車内の空調における暖房に用いるための暖房用水回路と、前記燃料電池用冷却回路から前記暖房用水回路への前記冷却水の供給の制御を行う弁と、を備える燃料電池車両の制御方法であって、
前記燃料電池の始動直後から、暖房のスイッチのオンに応じて、前記燃料電池が非凍結状態であれば前記冷却水の温度によらず前記弁を開けて前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させる動作が開始される、燃料電池車両の制御方法。
A cooling circuit for a fuel cell that collects heat from the fuel cell by flowing cooling water, and a heating water circuit that is connected to the cooling circuit for the fuel cell and uses the heat for heating in the air conditioning of the interior of the fuel cell vehicle. A control method for a fuel cell vehicle comprising: a valve that controls supply of the cooling water from the fuel cell cooling circuit to the heating water circuit,
Immediately after starting the fuel cell, in response to turning on the heating switch, if the fuel cell is in an unfrozen state, the cooling water flows through the fuel cell cooling circuit by opening the valve regardless of the temperature of the cooling water. A control method for a fuel cell vehicle, in which an operation for circulating the water in the heating water circuit is started.
請求項に記載の燃料電池車両の制御方法において、
前記燃料電池用冷却回路を流れる冷却水を前記暖房用水回路に回流させるときに、前記燃料電池の効率を、前記燃料電池車両の通常運転時における効率よりも低くする低効率運転が実行される、燃料電池車両の制御方法。
In the control method of the fuel cell vehicle according to claim 4 ,
When the cooling water flowing through the fuel cell cooling circuit is circulated to the heating water circuit, a low-efficiency operation is performed in which the efficiency of the fuel cell is lower than that during normal operation of the fuel cell vehicle. Fuel cell vehicle control method.
請求項に記載の燃料電池車両の制御方法において、
前記燃料電池に供給される燃料ガスと酸化ガスの量を維持したまま前記燃料電池の電流を増大することによって前記低効率運転が実行される、燃料電池車両の制御方法。
In the control method of the fuel cell vehicle according to claim 5 ,
A control method for a fuel cell vehicle, wherein the low-efficiency operation is executed by increasing the current of the fuel cell while maintaining the amounts of fuel gas and oxidizing gas supplied to the fuel cell.
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