JP6788228B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池車両に関する。

燃料電池が発生させる電力を用いて走行する燃料電池車両の開発が進められている。燃料電池は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受け、電気化学反応を生じさせることによって電力を発生させる。燃料電池が発生させた電力はモータの駆動に用いられ、走行用のトルクに変換される。

燃料電池車両や、所謂ハイブリッド自動車では、車両の減速時の車輪の回動を用いてモータを駆動させ、電力を発生させることが一般的となっている。当該電力は「回生電力」等と称される。回生電力は車両に搭載された二次電池に蓄えられるとともに、適宜放出され、モータや燃料電池の補機類の駆動に用いられる。このように車両の減速時の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより、エネルギ効率を高めることが可能になる。

特許文献１には、燃料電池に冷却水を供給する燃料電池車両が開示されている。冷却水によって燃料電池を冷却し、その温度を適切な値に維持することにより、燃料電池は安定的に発電を行うことが可能となる。冷却水を供給するポンプの回転数は、制御装置によって制御される。

二次電池は、充電率が高い値となっている場合などは、モータが発生させた回生電力を蓄えることができない。このため、車両の減速時に余剰電力が発生する場合がある。特許文献１記載の制御装置は、上述したポンプの回転数を制御することにより、当該ポンプに余剰電力を消費させている。

特開２００２−２０３５８３号公報

特許文献１記載の燃料電池車両では、ポンプの回転数制御に伴って冷却水の流量や圧力が上昇すると、当該冷却水の供給を受ける機器に負荷がかかる。つまり、ポンプから燃料電池に冷却水を流す冷却回路や、当該冷却回路に設けられるラジエータに大きな圧力が印加される。このため、機器の損傷を招いたり、高圧に耐え得る堅牢な構成とすることによって製造コストの増大を招いたりするという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成ながらも、余剰電力を消費することが可能な燃料電池車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池車両は、燃料ガスを用いて電力を発生させる燃料電池と、燃料電池車両の車輪から入力されるトルクを用いて回生電力を発生させる発電機と、燃料電池が発生させた電力と、回生電力と、を蓄える蓄電池と、燃料電池を介して循環するように冷却水を流す冷却回路と、冷却回路に設けられ、冷却水を冷却するラジエータと、ラジエータよりも上流側に設けられた分岐部と、ラジエータよりも下流側に設けられた合流部と、に接続され、ラジエータを迂回するように冷却水を流すバイパス回路と、合流部よりも下流側に設けられ、回生電力を用いて冷却水を圧送するように駆動するポンプと、分岐部に設けられたバルブであって、冷却回路のうち分岐部からラジエータに冷却水を供給する部分と連通する第１連通口と、バイパス回路と連通する第２連通口と、を有し、第１連通口の開度及び第２連通口の開度を調整可能なバルブと、ポンプ及びバルブを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、蓄電池の状態に基づいて決定される充電許容電力よりも回生電力が大きく、且つ、燃料電池が発電していない場合は、回生電力が充電許容電力以下である場合よりも駆動速度が大きくなるようにポンプを制御する。また、制御装置は、第１連通口を閉止するとともに、燃料電池が発電している場合よりも第２連通口の開度を小さくするようにバルブを制御する。

上記構成によれば、制御装置は、充電許容電力よりも回生電力が大きく、且つ、燃料電池が発電していない場合に、ポンプとバルブを適切に制御することにより、ポンプに余剰電力を消費させる。

ここで、「充電許容電力」とは、蓄電池の状態に基づいて決定されるものである。蓄電池の状態として、例えば、蓄電池の充電率や、蓄電池の温度、蓄電池の電圧が挙げられる。充電許容電力は、その状態において蓄電池が蓄えることが可能な電力に設定することができる。

制御装置は、まず、回生電力が充電許容電力以下である場合よりも駆動速度が大きくなるようにポンプを制御する。ポンプの駆動速度を大きくすることにより、余剰電力をポンプに消費させることができる。

また、制御装置は、第１連通口を閉止する。第１連通口は、冷却回路のうち分岐部からラジエータに冷却水を供給する部分と連通している。したがって、第１連通口を閉止することにより、ポンプが圧送する冷却水はラジエータに供給されなくなるため、冷却水によるラジエータの損傷を防止することができる。

さらに、制御装置は、燃料電池が発電している場合よりも第２連通口の開度を小さくする。第２連通口は、バイパス回路と連通している。したがって、第２連通口の開度を小さくすることにより、ポンプからバイパス回路に供給される冷却水が第２連通口を通過する際の圧力損失が、燃料電池が発電している場合よりも増大する。この結果、余剰電力を消費するためにポンプの駆動速度を増加させた場合でも、冷却水による冷却回路の損傷を抑制することが可能になる。

本発明によれば、簡易な構成ながらも、余剰電力を消費することが可能な燃料電池車両を提供することができる。

実施形態に係る燃料電池車両を示すブロック図である。 図１のバルブを示す模式図である。 図１の制御装置が実行する冷却制御を示すフローチャートである。 図１のバルブを示す模式図である。 図１のポンプ及び冷却回路の特性を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照しながら、実施形態に係る燃料電池車両１の構成について説明する。図１は、燃料電池車両１を示すブロック図である。燃料電池車両１は、ＦＣＨＶ（Fuel Cell Hybrid Vehicle）とも称され、燃料電池システム１０を搭載している。

燃料電池システム１０は、燃料電池車両１に搭載される電源システムである。燃料電池システム１０は、燃料電池（ＦＣ）２０と、酸化ガス供給系３０と、燃料ガス供給系４０と、電力系５０と、冷却系６０と、制御装置７０と、を備えている。

燃料電池２０は、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて電力を発生させる発電装置である。燃料電池２０は、不図示の複数の単セルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックを有している。燃料電池２０は、アノードにおいて（１）式の酸化反応が生じさせ、カソードにおいて（２）式の還元反応が生じさせる。燃料電池２０は、全体として（３）式の電気化学反応を生じさせる。

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

燃料電池２０には、電圧センサ７１、電流センサ７２、セル電圧センサ７３が取り付けられている。電圧センサ７１は、燃料電池２０の出力電圧を検出する。電流センサ７２は、燃料電池２０の出力電流を検出する。セル電圧センサ７３は、燃料電池２０の単セルの電圧を検知する。

酸化ガス供給系３０は、酸化ガスとして空気を燃料電池２０に供給する機器である。酸化ガス供給系３０は、酸化ガス通路３４と、酸化オフガス通路３６と、を有している。酸化ガス通路３４は、燃料電池２０のカソードに供給される酸化ガスを流す。酸化オフガス通路３６は、燃料電池２０から排出される酸化オフガスを流す。

酸化ガス通路３４には、エアコンプレッサ３２と、加湿器３３と、絞り弁３５と、が設けられている。エアコンプレッサ３２は、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込む。加湿器３３は、燃料電池２０のカソードに供給される酸化ガスを加湿する。絞り弁３５は、カソードに供給される酸化ガスの流量を調整する。

酸化オフガス通路３６には、背圧調整弁３７と、加湿器３３と、が設けられている。背圧調整弁３７は、酸化オフガス通路３６を流れる酸化オフガスの圧力を調整する。酸化オフガス通路３６を流れる酸化オフガスは、加湿器３３を通過する際に、含有している水分を酸化ガスに供給する。

燃料ガス供給系４０は、燃料ガスとして水素ガスを燃料電池２０に供給する機器である。燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス通路４５と、循環通路４６と、循環ポンプ４７と、排気排水通路４８と、を有している。

燃料ガス供給源４１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁４２を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス通路４５に燃料ガスが供給される。燃料ガス通路４５は、燃料ガス供給源４１から燃料電池２０のアノードに燃料ガスを流す。燃料ガスは、レギュレータ４３やインジェクタ４４により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧された後に燃料電池２０に供給される。尚、燃料ガス供給源４１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。

レギュレータ４３は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。

インジェクタ４４は、電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ４４は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備える。また、インジェクタ４４は、気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。インジェクタ４４は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動し、当該弁体を弁座から離隔させることにより、ガス流量やガス圧を調整する。

循環通路４６は、燃料電池２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路４５に帰還させる。循環ポンプ４７は、循環通路４６内の燃料オフガスを燃料ガス通路４５に圧送する。排気排水通路４８は、循環通路４６に分岐接続されている。

排気排水通路４８には、排気排水弁４９が設けられている。排気排水弁４９は、制御装置７０から受信する制御信号によって作動することにより、循環通路４６内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁４９の開弁により、循環通路４６内の燃料オフガス中の不純物の濃度を下げ、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。

排気排水弁４９を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路３６を流れる酸化オフガスと混合され、不図示の希釈器によって希釈される。循環ポンプ４７は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池２０に供給する。

電力系５０は、電力の充放電を制御する機器である。電力系５０は、コンバータ（ＦＤＣ）５１ａ、コンバータ（ＢＤＣ）５１ｂ、二次電池（ＢＡＴ）５２、トラクションインバータ（ＩＮＶ）５３、モータジェネレータ（ＭＧ）５４、及び補機類５５を備えている。コンバータ５１ａは、燃料電池２０の出力電圧を制御する役割を担っている。

コンバータ５１ａは、一次側（つまり、燃料電池２０側）に入力された出力電圧を、一次側と異なる電圧値に変換（昇圧または降圧）して二次側（つまり、トラクションインバータ５３側）に出力する。コンバータ５１ａは、逆に、二次側に入力された電圧を、二次側と異なる電圧に変換して一次側に出力することもできる。

コンバータ５１ｂは、トラクションインバータ５３の入力電圧を制御する役割を担っており、例えばコンバータ５１ａと同様の回路構成を有している。なお、コンバータ５１ｂの回路構成は、上記に限る趣旨ではなく、トラクションインバータ５３の入力電圧の制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。

二次電池５２は、蓄電池の一例である。二次電池５２は、電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギの貯蔵源、燃料電池車両１の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギバッファとして機能する。二次電池５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池等が好適である。

トラクションインバータ５３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータである。トラクションインバータ５３は、制御装置７０から受信する制御信号に基づいて、燃料電池２０又は二次電池５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータジェネレータ５４のトルクを制御する。

モータジェネレータ５４は、発電機の一例である。モータジェネレータ５４は、車輪５６Ｌ、５６Ｒを駆動させるトルクを発生するとともに、車輪５６Ｌ、５６Ｒから入力されるトルクを用いて回生電力［Ｗ］を発生させることができる。

補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類の総称である。

冷却系６０は、冷却水によって燃料電池２０を冷却する機器である。冷却系６０は、冷却回路６１と、バイパス回路６２と、ポンプ６５と、ラジエータ６６と、バルブ８と、温度センサ７４と、を有している。温度センサ７４は、燃料電池２０の温度を検知する機器である。

冷却回路６１は、燃料電池２０を介して循環するように冷却水を流す。ラジエータ６６は、この冷却回路６１に設けられ、冷却水と外気との間で熱交換を行わせることによって当該冷却水を冷却する。バイパス回路６２は、ラジエータ６６よりも上流側に設けられた分岐部６１ａと、ラジエータ６６よりも下流側に設けられた合流部６１ｂと、に接続され、ラジエータ６６を迂回するように冷却水を流す。冷却回路６１のうち、分岐部６１ａからラジエータ６６を介して合流部６１ｂに冷却水を流す部分を「ラジエータ側回路６３」という。

ポンプ６５は、冷却水を圧送する流体機器である。ポンプ６５は、合流部６１ｂよりも下流側の冷却回路６１に設けられている。ポンプ６５の内部には不図示の回転翼が設けられており、ポンプ６５は、当該回転翼を回動させることによって冷却水を吐出する（以下、このポンプ６５の駆動態様を「ポンプ６５の回転駆動」という。また、回転翼の回転速度を「ポンプ６５の回転速度」という。）。ポンプ６５が吐出する冷却水の単位時間当たりの流量（以下「ポンプ６５の吐出流量」という。）は、ポンプ６５の回転速度とともに大きくなる。

バルブ８は、冷却水の供給先を切り替える三方弁であり、分岐部６１ａに設けられている。バルブ８は、後述する構成により、矢印Ｆ１で示されるように燃料電池２０から排出される冷却水を、矢印Ｆ２及び矢印Ｆ３で示される方向の少なくとも一方に供給するように切り替えられる。

制御装置７０は、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系３０、燃料ガス供給系４０、電力系５０及び冷却系６０を制御する。制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インタフェース等を備えるコンピュータシステムである。例えば、制御装置７０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどに基づいてシステム全体の要求電力を求める。

システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には補機類５５で消費される電力、車両走行に必要な装置（例えば、変速機、車輪制御装置、操舵装置及び懸架装置）で消費される電力、乗員空間内に設けられる装置（例えば、空調装置、照明器具及びオーディオ）で消費される電力などが含まれる。

そして、制御装置７０は、燃料電池２０と二次電池５２とのそれぞれの出力電力の分配を決定し、発電指令値を演算するとともに、燃料電池２０の発電量が要求発電量を満たすように、酸化ガス供給系３０及び燃料ガス供給系４０を制御する。更に制御装置７０は、コンバータ５１ａなどを制御して、燃料電池２０の動作点を制御する。制御装置７０は、アクセル開度に応じた目標車速が得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ５３に出力し、モータジェネレータ５４の出力トルク及び回転速度を制御する。

制御装置７０は、機能部として、充電率算出部７０ａと、充電許容電力算出部７０ｂと、ポンプ制御部７０ｃと、バルブ制御部７０ｄと、を有している。尚、各機能部は、制御装置７０が有する機能の一部であり、必ずしも図１に示される制御ブロックのように分割されている必要はない。すなわち、実際のアナログ回路やモジュールは、図１に示される複数の制御ブロックの働きをするものとして構成されていてもよいし、更に細分化されていてもよい。制御装置７０の実際の構成は、後述する処理を実行できるように構成されていれば、当業者が適宜変更できる。

充電率算出部７０ａは、二次電池５２の充電率を算出する機能部である。充電率算出部７０ａは、電力系５０と通信を行うことによって二次電池５２に関する所定の情報を取得するとともに、当該情報に基づいて二次電池５２の充電率を所定タイミングで算出する。

充電許容電力算出部７０ｂは、二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］を算出する機能部である。充電許容電力［Ｗ］は、ある状態における二次電池５２が蓄えることが可能な電力である。充電許容電力算出部７０ｂは、充電率算出部７０ａによって算出された二次電池５２の充電率や、二次電池５２の温度等に基づいて充電許容電力［Ｗ］を算出する。

ポンプ制御部７０ｃは、制御信号を生成してポンプ６５に送信し、ポンプ６５を回転駆動させる機能部である。ポンプ６５の回転速度は、ポンプ制御部７０ｃが生成する制御信号に基づいて決定される。

バルブ制御部７０ｄは、制御信号を生成してバルブ８に送信し、後述するバルブ８内の弁体８２（図２参照）を回動させ、第１開口８２１及び第２開口８２２の位置を変化させる機能部である。第１開口８２１及び第２開口８２２の位置は、バルブ制御部７０ｄが生成する制御信号に基づいて決定される。

次に、図２を参照しながら、バルブ８について説明する。図２は、バルブ８を示す模式図であり、その内部を示す断面図である。バルブ８の本体８１の内部には、導入路８１０と、第１連通路８１１と、第２連通路８１２と、が形成され、弁体８２が配置されている。

導入路８１０は、本体８１の略中央部に形成され、略円柱形状を呈する流路である。導入路８１０には、燃料電池２０から延びる冷却回路６１（図１参照）の端部が配置されている。これにより、矢印Ｆ１（図１参照）で示されるように燃料電池２０から排出される冷却水は、導入路８１０に導入される。

第１連通路８１１及び第２連通路８１２は、いずれも、本体８１のうち導入路８１０よりも外方寄りの位置に形成された流路である。第１連通路８１１は、その一端である第１連通口８１１ａにおいて導入路８１０と連通している。第２連通路８１２は、その一端である第２連通口８１２ａにおいて導入路８１０と連通している。第１連通路８１１及び第２連通路８１２は、導入路８１０から本体８１の外方に向かって延びるように形成されている。第１連通路８１１はラジエータ側回路６３と連通し、第２連通路８１２はバイパス回路６２と連通している。

弁体８２は、略円筒形状を呈しており、導入路８１０に配置されている。弁体８２には、その内外を連通させる第１開口８２１及び第２開口８２２が形成されている。第１開口８２１と第２開口８２２とは、矢印Ｒで示される方向（つまり、弁体８２の周方向）に互いに離間している。

弁体８２は、制御装置７０からの制御信号に基づき、矢印Ｒで示される方向に回動可能に配置されている。弁体８２が回動して第１開口８２１及び第２開口８２２の位置を変化させることにより、第１連通路８１１や第２連通路８１２を開放したり、閉止したりすることができる。詳細には、弁体８２が回動して第１開口８２１を第１連通口８１１ａと重畳する位置に配置することにより、第１連通口８１１ａを開放し、導入路８１０と第１連通路８１１とを連通させることができる。また、弁体８２が回動して第２開口８２２を第２連通口８１２ａと重畳する位置に配置することにより、第２連通口８１２ａを開放し、導入路８１０と第２連通路８１２とを連通させることができる。これにより、図１に示されるように、燃料電池２０から矢印Ｆ１で示されるように供給される冷却水を、矢印Ｆ２で示されるようにラジエータ側回路６３に供給したり、矢印Ｆ３で示されるようにバイパス回路６２に供給したりすることができる。

また、弁体８２は、第１開口８２１と第１連通口８１１ａとが重畳する面積を調整することにより、第１連通口８１１ａの開度を調整することができる。同様に、弁体８２は、第２開口８２２と第２連通口８１２ａとが重畳する面積を調整することにより、第２連通口８１２ａの開度を調整することができる。バルブ８は、第１連通口８１１ａ及び第２連通口８１２ａの開度を調整することにより、ラジエータ側回路６３及びバイパス回路６２への冷却水の分配比を調整することができる。

次に、図２から図４を参照しながら、制御装置７０が実行する冷却制御について説明する。図３は、制御装置７０が実行する冷却制御を示すフローチャートである。図４は、バルブ８を示す模式図である。制御装置７０は、冷却系６０に対して冷却制御を実行する。

制御装置７０は、ステップＳ１で、モータジェネレータ５４が回生電力［Ｗ］を発生させているか否かを判定する。モータジェネレータ５４が回生電力［Ｗ］を発生させていないと判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、バルブ調整部７０ｃは、ステップＳ４の処理に進む。

次に、制御装置７０は、ステップＳ４で、回転速度Ｎ１でポンプ６５を回転駆動させる。さらに、制御装置７０は、次のステップＳ５で、第１連通口８１１ａの開度がＤ１となり、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１となるように、バルブ８を制御する。

回転速度Ｎ１及び開度Ｄ１，Ｄ２１は、温度センサ７４が検知する燃料電池２０の温度に基づき、燃料電池２０に供給される冷却水の流量や温度が適切な値となるように決定される。このときバルブ８の弁体８２は、図２に示されるように配置され、燃料電池２０から排出された冷却水の少なくとも一部がラジエータ側回路６３に供給され、ラジエータ６６によって冷却される。これにより、燃料電池２０の温度は、電気化学反応に伴って反応熱が発生しても、適切な値に維持される。

一方、ステップＳ１で、モータジェネレータ５４が回生電力［Ｗ］を発生させていると判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御装置７０は、ステップＳ２の処理に進む。

次に、制御装置７０は、ステップＳ２で、モータジェネレータ５４が発生させている回生電力［Ｗ］が二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］よりも大きいか否かを判定する。回生電力［Ｗ］が充電許容電力［Ｗ］以下である場合、二次電池５２は当該回生電力を蓄えることが可能であり、燃料電池システム１０において余剰電力は発生しない。したがって、モータジェネレータ５４が発生させている回生電力［Ｗ］が二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］以下であると判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）、制御装置７０は前述したステップＳ４，５の処理を実行する。

一方、ステップＳ２で、モータジェネレータ５４が発生させている回生電力［Ｗ］が二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］よりも大きいと判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ））、つまり、燃料電池システム１０において余剰電力が発生している場合、制御装置７０は、ステップＳ３の処理に進む。

次に、制御装置７０は、ステップＳ３で、燃料電池２０が発電中であるか否かを判定する。燃料電池２０が発電中である場合、電気化学反応に伴う反応熱が発生しているため、冷却水を供給して燃料電池２０を冷却する必要がある。したがって、燃料電池２０が発電中である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御装置７０は前述したステップＳ４，５の処理を実行する。

一方、ステップＳ３で、燃料電池２０が発電中ではないと判定した場合場合（Ｓ３：ＮＯ）、制御装置７０は、ステップＳ６の処理に進む。

次に、制御装置７０は、ステップＳ６で、回転速度Ｎ２でポンプ６５を回転駆動させる。 回転速度Ｎ２は、前述した回転速度Ｎ１よりも大きい。したがって、ステップＳ６の処理においてポンプ６５が消費する電力は、ステップ４の処理においてポンプ６５が消費する電力よりも大きくなる。これにより、燃料電池システム１０において発生した余剰電力は、ポンプ６５によって消費される。

ここで、ポンプ６５の回転速度Ｎ２は、燃料電池システム１０において発生した余剰電力の大きさに基づいて決定してもよい。例えば、当該余剰電力が大きいほど、回転速度Ｎ２が大きくなるように設定してもよい。これにより、ポンプ６５において消費される電力は、余剰電力とともに大きくなる。

さらに、制御装置７０は、次のステップＳ７で、第１連通口８１１ａの開度が０となり、第２連通口８１２ａの開度がＤ２２となるように、バルブ８を制御する。開度０とは、第１連通口８１１ａが閉止されていることを意味する。また、開度Ｄ２２は、前述した開度Ｄ２１よりも小さい値である。バルブ８は、例えば図４に示されるように、第１連通口８１１ａが弁体８２の外側面によって閉止され、第２連通口８１２ａが開放された状態となる。これにより、燃料電池２０から排出された冷却水は、ラジエータ側回路６３に供給されることなく、すべてバイパス回路６２を介して循環する。

ここで、第２連通口８１２ａの開度Ｄ２２は、燃料電池システム１０において発生した余剰電力の大きさに基づいて決定してもよい。例えば、当該余剰電力が大きいほど、開度Ｄ２２が小さくなるように設定してもよい。これにより、冷却回路６１における冷却水の圧力損失は、余剰電力とともに増大する。

次に、ポンプ６５の吐出流量の変化について、図５を参照しながら説明する。図６は、ポンプ６５及び冷却回路６１の特性を示すグラフである。

ポンプ６５の吐出流量と揚程とは、ポンプ６５が回転速度Ｎ１で回転駆動している場合は特性曲線Ｐ１に示される関係となり、ポンプ６５が回転速度Ｎ２で回転駆動している場合は特性曲線Ｐ２に示される関係となる。また、冷却回路６１における冷却水の流量と圧力損失とは、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１である場合は特性曲線Ｃ１に示される関係となり、第２連通口８１２ａの開度がＤ２２である場合は特性曲線Ｃ２に示される関係となる。

ポンプ６５の吐出流量は、ポンプ６５の特性曲線と、冷却回路６１の特性曲線と、の交点に基づいて決定される。例えば、ポンプ６５回転速度Ｎ１で回転駆動しており、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１である場合は、特性曲線Ｐ１と特性曲線Ｃ１との交点より、ポンプ６５の吐出流量はＱ１となる。

ここで、ポンプ６５の回転速度がＮ１からＮ２に増加した場合を考える。このとき、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１のままであると、ポンプ６５の吐出流量はＱ１からＱ２に増加する。このようにポンプ６５の吐出流量が増加すると、冷却水の圧力が上昇し、冷却回路６１や燃料電池２０に大きな圧力が印加され、それらの損傷を招くおそれがある。

しかしながら、第２連通口８１２ａの開度をＤ２１からＤ２２に小さくすると、ポンプ６５の吐出流量をＱ１に維持したまま、ポンプ６５の回転速度を増加させることができる。つまり、冷却回路６１や燃料電池２０にかかる負荷が増大させることなく、ポンプ６５が消費するポンプ６５が消費する電力を増加させることができる。

以上の説明のように、燃料電池車両１の構成によれば、制御装置７０は、充電許容電力［Ｗ］よりも回生電力［Ｗ］が大きく、且つ、燃料電池２０が発電していない場合に、ポンプ６５とバルブ８を適切に制御することにより、ポンプ６５に余剰電力を消費させる。

制御装置７０は、まず、回生電力［Ｗ］が充電許容電力［Ｗ］以下である場合よりも回転速度が大きくなるようにポンプ６５を制御する。ポンプ６５の回転速度を大きくすることにより、余剰電力をポンプ６５に消費させることができる。

また、制御装置７０は、第１連通口８１１ａを閉止する。第１連通口８１１ａは、冷却６１回路のうち分岐部６１ａからラジエータ６６に冷却水を供給するラジエータ側回路６３と連通している。したがって、第１連通口８１１ａを閉止することにより、ポンプ６５が圧送する冷却水はラジエータ６６に供給されなくなるため、冷却水によるラジエータ６の損傷を防止することができる。

さらに、制御装置７０は、燃料電池２０が発電している場合よりも第２連通口８１２ａの開度を小さくする。第２連通口８１２ａは、バイパス回路６２と連通している。したがって、第２連通口８１２ａの開度を小さくすることにより、ポンプ６５からバイパス回路６２に供給される冷却水が第２連通口８１２ａを通過する際の圧力損失が、燃料電池２０が発電している場合よりも増大する。この結果、余剰電力を消費するためにポンプ６５の回転速度を増加させた場合でも、冷却水による冷却回路６１の損傷を抑制することが可能になる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。

１：燃料電池車両
２０：燃料電池
５２：二次電池（蓄電池）
５４：モータジェネレータ（発電機）
５５ 補機類
５６Ｌ，５６Ｒ：車輪
６１：冷却回路
６１ａ：分岐部
６１ｂ：合流部
６２：バイパス回路
６５：ポンプ
６６：ラジエータ
７０：制御装置
８：バルブ
８１１ａ：第１連通口
８１２ａ：第２連通口

Claims (1)

1. 燃料電池車両であって、
   燃料ガスを用いて電力を発生させる燃料電池と、
   前記燃料電池車両の車輪から入力されるトルクを用いて回生電力を発生させる発電機と、
   前記燃料電池が発生させた電力と、前記回生電力と、を蓄える蓄電池と、
   前記燃料電池を介して循環するように冷却水を流す冷却回路と、
   前記冷却回路に設けられ、冷却水を冷却するラジエータと、
   前記ラジエータよりも上流側に設けられた分岐部と、前記ラジエータよりも下流側に設けられた合流部と、に接続され、前記ラジエータを迂回するように冷却水を流すバイパス回路と、
   前記合流部よりも下流側に設けられ、前記回生電力を用いて冷却水を圧送するように駆動するポンプと、
   前記分岐部に設けられたバルブであって、前記冷却回路のうち前記分岐部から前記ラジエータに冷却水を供給する部分と連通する第１連通口と、前記バイパス回路と連通する第２連通口と、を有し、前記第１連通口の開度及び前記第２連通口の開度を調整可能な前記バルブと、
   前記ポンプ及び前記バルブを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記蓄電池の状態に基づいて決定される充電許容電力よりも前記回生電力が大きく、且つ、前記燃料電池が発電してない場合は、
   前記回生電力が前記充電許容電力以下である場合よりも駆動速度が大きくなるように前記ポンプを制御し、
   前記第１連通口を閉止するとともに、前記燃料電池が発電している場合よりも前記第２連通口の開度を小さくするように前記バルブを制御する、燃料電池車両。

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