燃料電池搭載車両の冷却システム、冷却制御方法
【課題】車両の運転の状況に応じて、好適な冷却を行える燃料電池搭載車両の冷却システムの提供。
【解決手段】車両の冷却システム１０では、車速風の上流側のエアコン用ラジエータ４２と、下流側の燃料電池用ラジエータ６２とが、車速風の流路において重なるように配置されている。この冷却システム１０の制御コンピュータ８０は、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であるか否かを判断する。その結果、所定値ＴＨ以上であれば、ラジエータ搭載可変制御として、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニット４２ａの設置位置、あるいは、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置位置を車両上面方向に移動させて、エアコン用ラジエータ４２により高温化することなく、また、風速を低下させることなく燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風を増加させる。
【解決手段】車両の冷却システム１０では、車速風の上流側のエアコン用ラジエータ４２と、下流側の燃料電池用ラジエータ６２とが、車速風の流路において重なるように配置されている。この冷却システム１０の制御コンピュータ８０は、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であるか否かを判断する。その結果、所定値ＴＨ以上であれば、ラジエータ搭載可変制御として、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニット４２ａの設置位置、あるいは、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置位置を車両上面方向に移動させて、エアコン用ラジエータ４２により高温化することなく、また、風速を低下させることなく燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載した車両の冷却技術に関し、詳しくは、複数の熱交換器を備えた冷却システムの冷却制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載した車両では、燃料電池スタック内に冷媒を循環させて燃料電池反応の発熱を吸収し、その熱を燃料電池用ラジエータで放熱することで、燃料電池の適正な運転温度が確保される。また、こうした燃料電池搭載車両には、燃料電池用ラジエータの他に、燃料電池以外の駆動系機器の冷却を行うＥＶ系ラジエータや、エアコン用ラジエータ等が設置される。これらのラジエータは、一般的に、燃料電池搭載車両冷却システムとして集約して構成され、車両の走行や冷却ファンにより発生する冷却風と熱交換させることで、ラジエータ内を通過する冷媒を冷却する。
【０００３】
こうした燃料電池搭載車両においては、内燃機関を動力源とする車両と比べて、排気による放熱量が極めて小さいため、燃料電池用ラジエータの負荷が大きくなる。そこで、上述のラジエータ群は、燃料電池用ラジエータで効率的な熱交換が可能となるような配置が検討される。このような配置の検討がなされた燃料電池搭載車両として、例えば、下記特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１６３９８号公報
【０００５】
この特許文献１では、車両前方から流入する冷却風の上流側に配置されたエアコン用ラジエータの高温部が、車両前方から見た正面視にて、下流側に配置された燃料電池用ラジエータと重ならないように、エアコン用ラジエータと燃料電池用ラジエータとを互いに部分的にオフセットさせている。この結果、下流側の燃料電池用ラジエータが、冷却風上流側のエアコン用ラジエータの高温部の影響を受けることがなく、冷却効率の低下を抑制することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなラジエータの配置では、エアコン用ラジエータと燃料電池用ラジエータとの重なりの部分を大きく（オフセット部分を小さく）とれば、上流側のエアコン用ラジエータの影響により、下流側の燃料電池用ラジエータに当たる冷却風が高温化すると共に、風速が低下してしまい、運転の状況によっては、十分な冷却効率が得られない場合が発生することがあった。一方、上述の重なり部分を小さく（オフセット部分を大きく）とれば、スペースの制約から互いのラジエータ面積が小さくなり、同様に、運転の状況によっては、十分な冷却効率が得られない場合が発生することがあった。
【０００７】
このような問題は、エアコン用ラジエータと燃料電池用ラジエータとの間での問題に限らず、複数のラジエータを備えた冷却システムに共通する問題であった。上述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、車両の運転の状況に応じて、好適な冷却を行える燃料電池搭載車両の冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の冷却システムは、
燃料電池を搭載した車両の冷却システムであって、
前記車両の走行及び／または前記車両が備える所定の機械装置の駆動により発生する冷却風の流れ方向に、該冷却風の流路において少なくとも一部の重なり部が生じるように配置され、前記冷却風と熱交換を行う複数の熱交換器と、
前記車両の運転の状況に応じて、前記重なり部の大きさが変化するように、前記複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を移動させるアクチュエータと
を備えたことを要旨とする。
【０００９】
かかる構成の冷却システムは、車両の運転状況に応じて、複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を、冷却風の流路における重なり部の大きさが変化するように移動させる。したがって、冷却風の下流側に位置する熱交換器に当たる冷却風の温度や風速を調整して、車両の運転状況に応じて、好適な冷却を行うことができる。
【００１０】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、複数の熱交換器のひとつは、冷却風の下流側に配置され、車両を駆動させる所定の装置を冷却するための冷媒を冷却する駆動系熱交換器であり、複数の熱交換器の他のひとつは、冷却風の上流側に設置され、車両が備える車内空調システムの冷媒を冷却する空調用熱交換器としてもよい。
【００１１】
このような構成とすれば、空調用熱交換器よりも下流側に配置される駆動系熱交換器を優先して熱交換を行うので、空調よりも車両の走行性を優先した好適な冷却を行うことができる。
【００１２】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、駆動系熱交換器の少なくともひとつは、燃料電池を冷却するための冷媒を冷却する熱交換器としてもよい。
【００１３】
このような構成とすれば、燃料電池搭載車両の冷却システムにおいて負荷の大きい、燃料電池用の熱交換器を優先して熱交換を行うので、安定的な走行のための好適な冷却を行うことができる。
【００１４】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、アクチュエータが移動させる熱交換器は、空調用熱交換器としてもよい。
【００１５】
このような構成とすれば、空気用熱交換器を移動させることで、冷却風の下流側に設置される駆動系熱交換器に当たる冷却風の温度や風速を調節するので、駆動系熱交換器を常に冷却風の流路との関係で冷却効率の良い位置に配置し、好適な冷却を行うことができる。
【００１６】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、空調用熱交換器は、直列または並列に接続される複数の熱交換ユニットを備え、アクチュエータは、複数の熱交換ユニットの設置位置の少なくとも一部を移動するものとしてもよい。
【００１７】
このような構成とすれば、空調用熱交換器の配置の自由度が向上するので、効率的な配置が行える。したがって、各熱交換器の面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００１８】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、アクチュエータは、複数の熱交換ユニットの少なくとも一部を、所定方向にスライドさせて、該所定方向に寄せるものとしてもよい。
【００１９】
このような構成とすれば、スライド移動により熱交換ユニットを移動させるので、熱交換ユニットの配置のコンパクト化が可能となる。したがって、各熱交換器の面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００２０】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、アクチュエータが、重なり部が少なくなる所定の位置まで空調用熱交換器の設置位置を移動させた場合であって、駆動系熱交換器の能力が不足した所定の状況に達したときには、車内空調システムは、該空調システムの出力を低下させるものとしてもよい。
【００２１】
このような構成とすれば、空調用熱交換器を移動させても駆動系熱交換器の能力が不足している場合には、空調システムの出力を低下させるので、車両の走行に不可欠な駆動系機器を優先して好適な冷却を行うことができる。
【００２２】
なお、本発明の燃料電池を搭載した車両の冷却システムは、燃料電池を搭載した車両が備える冷却装置の冷却制御方法としても構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
Ａ．実施例：
本発明の実施例について以下に説明する。
Ａ−１．冷却システム１０の概略構成：
図１は、本発明の実施例としての燃料電池搭載車両の冷却システム１０の概略構成を示す説明図である。冷却システム１０は、エアコンシステム２０、燃料電池システム３０、エアコン冷却系統４０、燃料電池冷却系統６０、冷却ファン７０、制御コンピュータ８０を備えている。
【００２４】
エアコンシステム２０は、車室内の空調管理を行うヒートポンプ式の空調ユニットであり、蒸発器、コンプレッサ等を備えている。なお、後述するエアコン冷却系統４０は、エアコンシステム２０の構成要素の一部であるが、本願においては、説明の便から、エアコン冷却系統４０を別途取り出して説明する。
【００２５】
燃料電池システム３０は、燃料電池の電気化学反応により発電を行うための発電システムであり、燃料電池スタック３２のほか、図示しない燃料ガス供給系、酸化ガス供給系等を備えている。ここで発電した電力は車両の動力源等に利用される。本実施例においては、燃料電池スタック３２は、固体高分子形燃料電池を採用したが、他の形式であってもよい。なお、後述する燃料電池冷却系統６０は、燃料電池システム３０の構成要素の一部であるが、本願においては、説明の便から、燃料電池冷却系統６０を別途取り出して説明する。
【００２６】
エアコン冷却系統４０は、エアコン用ラジエータ４２、コンプレッサ４６、配管４８、エアコン用ラジエータ移動システム５０を備えている。エアコン用ラジエータ４２は、エアコンシステム２０から配管４８を介してエアコン用ラジエータ４２に導かれた高温の冷媒を、冷却風としての、車両の走行により生じる車速風との間で熱交換させる凝縮器であり、３つの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃが並列的に接続されて構成されている。なお、本実施例においては、冷媒には二酸化炭素を用いているが、炭化水素系など各種冷媒が利用可能である。コンプレッサ４６は、冷媒を圧縮することにより高温化して、エアコン用ラジエータ４２に供給するコンプレッサである。エアコン用ラジエータ移動システム５０は、エアコン用ラジエータ４２の設置位置を、車両の運転状況に応じて移動させるための機構である。これらの機器で構成されるエアコン冷却系統４０の詳細については、図２を用いて後述する。
【００２７】
燃料電池冷却系統６０は、燃料電池用ラジエータ６２、冷却水循環ポンプ６４、配管６６を備えている。燃料電池用ラジエータ６２は、燃料電池スタック３２との間を冷却水循環ポンプ６４及び配管６６を介して循環させる冷媒を、車速風との間で熱交換させるための熱交換器であり、燃料電池反応により発生する熱を吸収して、燃料電池スタック３２の温度を好適に調節する。この燃料電池用ラジエータ６２は、上述のエアコン用ラジエータ４２よりも車速風の下流側に設置されている。なお、本実施例においては、冷媒としてエチレングリコールを含む不凍液を用いたが、他の不凍液や純水、それらに防錆添加剤、イオン交換樹脂を添加したもの、空気など種々の冷媒を用いてもよい。
【００２８】
冷却ファン７０は、車両の走行速度が遅く、エアコン用ラジエータ４２や燃料電池用ラジエータ６２での熱交換に十分な車速風が発生しないときなどに、補助的に冷却風を発生させるための吸気ファンである。
【００２９】
制御コンピュータ８０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、エアコンシステム２０や燃料電池システム３０が備える各種センサからの信号を受けて、エアコンシステム２０、燃料電池システム３０、エアコン用ラジエータ移動システム５０を始めとする冷却システム１０の運転全体を制御する。なお、本実施例においては、制御コンピュータ８０が冷却システム１０を構成する全てのシステム及び装置を制御するものとしたが、一部を分散制御してもかまわない。
【００３０】
Ａ−２．エアコン冷却系統４０の詳細構成：
次に、エアコン冷却系統４０の詳細構成について図２を用いて説明する。本実施例のエアコン冷却系統４０を構成するエアコン用ラジエータ４２は、同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃで構成される。これらの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃは、車両上面から見ると、図２（ｂ）に示すように、車速風の流路においてそれぞれが重なるように、車速風の流れ方向に並べられて構成されている。一方、このエアコン用ラジエータ４２を車両側面から見ると、図２（ａ）に示すように、各熱交換ユニットは、車速風の流路において重なる部分がないように上下にオフセットさせて配置されている。
【００３１】
これらの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃは、フレキシブル構造の配管４８ａ〜４８ｆによって並列的に接続されている。すなわち、配管４８ａから熱交換ユニット４２ｃに供給されたエアコン用冷媒は、配管４８ｂ及び４８ｃを介して、並列的に熱交換ユニット４２ｂ及び４２ａにも供給される。そして、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの各々に供給された冷媒は、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃのそれぞれが備える熱交換部（フィンチューブ）を通過して車速風と熱交換を行い、冷却される。そして、熱交換ユニット４２ｃで冷却された冷媒は、配管４８ｄを介して熱交換ユニット４２ｂで冷却された冷媒と合流し、さらに、配管４８ｅを介して熱交換ユニット４２ａで冷却された冷媒と合流して、配管４８ｆに排出される。このように、複数の熱交換ユニットを並列に接続することで、直列的に接続する場合と比べて、１つの系列におけるエアコン用冷媒の流路抵抗を小さくできるとともに、車速風との温度差を大きくとれる箇所が増えるので、効率的な熱交換を行うことができる。ただし、これらの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃは直列的に接続してもかまわない。
【００３２】
また、熱交換ユニット４２ａ及び４２ｂは、エアコン用ラジエータ移動システム５０を備えている。このエアコン用ラジエータ移動システム５０は、エアコン用ラジエータ４２と嵌合するガイドレール５２ａ〜５２ｈ、アクチュエータとしての電動機５６ａ、５６ｂ、電動機５６ａ，５６ｂによりプーリを介して駆動する駆動ベルト５４ａ，５４ｂ、駆動ベルトとエアコン用ラジエータ４２を連結するブラケット５８ａ，５８ｂから構成される。
【００３３】
このシステムでは、電動機５６ａの駆動により駆動ベルト５４ａを回転させることで、駆動ベルト５４ａとブラケット５８ａにより連結された熱交換ユニット４２ａを、上下方向に設置されたガイドレール５２ａ〜５２ｄに沿って、上方向へ移動させることができる。熱交換ユニット４２ｂについても、同様の機構で、上方向へ移動させることができる。なお、エアコン用ラジエータ移動システム５０は、上述の態様に限らず、種々の移動機構を用いることができる。
【００３４】
また、こうした熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃよりも車速風の下流側には、車速風の流路において熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃと重なるように、燃料電池用ラジエータ６２が配置されている。この燃料電池用ラジエータ６２では、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃでの熱交換によって高温化され、風速を弱められた車速風と燃料電池用冷媒との熱交換が行われる。そして、燃料電池用ラジエータ６２を通過してさらに高温化された車速風は、車両の下部に導かれて車外へ排出される。なお、本実施例においては、車速風の流路において、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃと燃料電池用ラジエータ６２とが完全に重なるような大きさ及び位置関係であるが、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃ全体の大きさと燃料電池用ラジエータ６２の大きさは同一でなくてもよく、また、一部が重なっていることでもよい。
【００３５】
Ａ−３．冷却システム１０の制御：
次に、冷却システム１０の制御手順の一例について、図３のフローチャートを用いて説明する。この処理は、車両の運転状況に応じて、冷却システム１０において好適な冷却を行えるように制御する処理である。この処理では、まず、制御コンピュータ８０は、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１００）。その結果、所定値ＴＨ未満であれば（ステップＳ１００：ＮＯ）、燃料電池スタック３２の温度は適正な範囲にある、すなわち、車両の運転状況は良好であるということであり、冷却システム１０を更に制御する必要はなく、処理を終了する。
【００３６】
一方、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であれば（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃料電池スタック３２の温度は適正な範囲を超えているということである。したがって、燃料電池スタック３２の温度を適正な範囲に戻す必要があるため、制御コンピュータ８０は、ラジエータ搭載可変制御を行う（ステップＳ１１０）。
【００３７】
このラジエータ搭載可変制御については、図４を用いて説明する。この処理が開始されると、制御コンピュータ８０は、エアコン用ラジエータ移動システム５０に指示を送り、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニット４２ａの設置位置、あるいは、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置位置を車両上面方向に移動させる。このときの移動量は、上記ステップＳ１００の判断に用いられた燃料電池スタック３２の温度に応じて段階的に決定される。本実施例においては、これらの熱交換ユニットが車両上面方面に最大限移動したときの設置位置は、車両側面から見れば、図４（ａ）に示すとおり、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置高さが、熱交換ユニット４２ｃと同じ高さとなる位置である。なお、この状態を車両上面から見れば、図４（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に示した状態から変化していない。
【００３８】
このように、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置位置を移動させるのは、エアコン用ラジエータ４２により高温化することなく、また、風速を低下させることなく燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風を増加させることにより、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率を向上させるためである。
【００３９】
なお、上記の例では、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂは、上記ステップＳ１００において燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であると判断されると、図４（ａ）に示した位置まで移動するものとしたが、図示した位置は例示に過ぎない。例えば、車両のスペース条件によっては、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃを図４（ａ）に図示した状態よりも上部まで移動させることとしてもよい。また、上述のように、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの移動は、燃料電池スタック３２の温度に応じた段階的な移動に限らず、所定値ＴＨを超えれば、設定された最上部の位置まで移動するものとしてもよい。
【００４０】
また、本実施例においては、上述の通り、熱交換ユニット４２ａ及び４２ｂの設置位置を車両上部に移動させるものとしている。このような態様としているのは、車速風の流れが、上述の通り、燃料電池用ラジエータ６２を通過して車両の下部に導かれるために、燃料電池用ラジエータ６２の下部に、エアコン用ラジエータ４２の影響を受けない車速風の風道を確保した方が、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率をより向上できるからである。したがって、例えば、車速風の流れが、車両の下部への流れと車両のフード側への流れとの２方向あるような場合には、熱交換ユニット４２ａの設置位置を車両上部方向に移動させるとともに、熱交換ユニット４２ｃの設置位置を車両下部方向に移動させて、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃを車両中央部に寄せ、燃料電池用ラジエータ６２の上部と下部にエアコン用ラジエータ４２の影響を受けない風道を確保することとしてもよい。つまり、どの熱交換ユニットがどの方向に移動するのかは、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率をより向上させるために、車速風の風道を妨げない方向を考慮して決定することが望ましい。
【００４１】
そして、ラジエータ搭載可変制御を行うと、制御コンピュータ８０は、再度、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２０）。その結果、所定値ＴＨ未満であれば（ステップＳ１２０：ＮＯ）、燃料電池スタック３２の温度は、上記ステップＳ１１０に基づく燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率の向上により、適正な範囲に戻ったということであり、冷却システム１０を更に制御する必要はなく、処理を終了する。
【００４２】
一方、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であれば（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、燃料電池スタック３２の温度は適正な範囲を未だ超えているということである。そこで、制御コンピュータ８０は、冷却制御が最大限行われているか否かを判断する（ステップＳ１３０）。本実施例において、上述の冷却制御が最大限行われているか否かの判断基準は、上記ステップＳ１１０において、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの位置が、設定された最上部の位置まで移動しているか否かである。
【００４３】
その結果、冷却制御が最大限行われていなければ（ステップ１３０：ＮＯ）、制御コンピュータ８０は、処理を上記ステップＳ１１０に戻す。すなわち、上記ステップＳ１２０の判断に用いた燃料電池スタック３２の温度を考慮して、再度、ラジエータ搭載可変制御を行い、燃料電池スタック３２の温度を低下させる。
【００４４】
一方、冷却制御が最大限行われていれば（ステップ１３０：ＹＥＳ）、これ以上、燃料電池スタック３２の温度を低下させるラジエータ搭載可変制御はできないということである。そこで、制御コンピュータ８０は、さらなる温度低下手段として、エアコンシステム２０の出力をゼロにする（ステップＳ１４０）。このように、エアコンシステム２０の出力をゼロにするのは、燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風の温度がエアコン用ラジエータ４２により高温化することを抑制することにより、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率を向上させるためである。以上により、冷却システム制御は完了する。なお、このステップＳ１４０においては、出力をゼロにすることに限らず、上記ステップＳ１２０の判断に用いた燃料電池スタック３２の温度に応じて、出力をカットすることでもよい。
【００４５】
なお、本実施例においては、上記ステップＳ１００及びＳ１２０において、燃料電池スタック３２の温度を判断基準として、冷却システム制御を行ったが、これに限られるものではない。例えば、ＥＶ系ラジエータの温度が所定値以上に上昇していないかといった判断で行う構成、燃料電池スタック３２のＩ−Ｖ特性が所定値以下に低下していないかといった判断で行う構成、アクセルを踏んでも出力が出ない状態にないかといった判断で行う構成、あるいは、これらの組合せなど、冷却システム１０を構成する、駆動系装置を冷却するための熱交換器の能力が不足した状況であることを示す種々の基準を用いる構成とすることができる。
【００４６】
また、本実施例においては、ラジエータ搭載可変制御のみで燃料電池スタック３２の温度を低下させる例を示したが、これに限られるものではなく、種々の冷却制御方法と組み合わせてもよい。例えば、上記ステップ１１０において、ラジエータ搭載可変制御と併せて、冷却水循環ポンプ６４及び冷却ファン７０の出力制御を行うこととし、上記ステップＳ１３０においては、冷却制御が最大限行われているか否かの判断基準として、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの位置に加え、冷却水循環ポンプ６４及び冷却ファン７０の出力を加えてもよい。こうすれば、エアコンシステム２０の出力を極力低下させないで、冷却制御を行うことができる。
【００４７】
かかる構成の冷却システム１０は、車両の運転状況に応じて、車速風上流側に配置されたエアコン用ラジエータ４２の設置位置を移動させることで、エアコン用ラジエータ４２により高温化することなく、また、風速を低下させることなく燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風を増加させることができる。したがって、燃料電池用ラジエータ６２において、車両の運転状況に応じた好適な冷却が行える。
【００４８】
また、かかる構成の冷却システム１０は、エアコン用ラジエータ４２を複数の熱交換ユニットから構成しているため、単一の熱交換ユニットで構成する場合と比べて、配置の自由度が向上し、効率的な配置が可能となる。したがって、各ラジエータの面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００４９】
また、かかる構成の冷却システム１０は、スライド移動により少ないデッドスペースでエアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニットを移動させるので、熱交換ユニットをコンパクトに配置することができる。したがって、各ラジエータの面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００５０】
また、かかる構成の冷却システム１０は、エアコン用ラジエータ４２を車速風の上流側に、燃料電池用ラジエータ６２を下流側に設置し、エアコン用ラジエータ４２を車両の状況に応じて移動させるので、下流側の燃料電池用ラジエータ６２の冷却を優先、すなわち空調よりも走行性を優先した好適な冷却を行うことができる。このように、冷却を優先するラジエータほど、車速風の下流側に設置することが望ましい。
【００５１】
また、かかる構成の冷却システム１０は、燃料電池用ラジエータ６２を固定し、エアコン用ラジエータ４２を移動させるので、燃料電池用ラジエータ６２を常に車速風の流路との関係で冷却効率の良い位置に配置し、好適な冷却を行うことができる。
【００５２】
また、かかる構成の冷却システム１０は、エアコン用ラジエータ４２を移動させても、燃料電池用ラジエータ６２など、駆動系の装置を冷却するための熱交換器の能力が不足する場合には、エアコンシステム２０の出力を低下させるので、車両の走行に不可欠な駆動系機器を優先して好適な冷却を行うことができる。
【００５３】
Ｂ．変形例：
次に、本発明のいくつかの変形例について例示する。
Ｂ−１．変形例１：
変形例１としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図５に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ｄ〜４２ｆが、車速風の流路において重なる部分がないようにオフセットさせて配置されている（図５（ｂ）において、熱交換ユニット４２ｄ及び４２ｅは図中の一点鎖線部）。
【００５４】
この熱交換ユニット４２ｄ〜４２ｆでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｄ及び４２ｅが、図５（ｂ）に示すように（熱交換ユニット４２ｄ及び４２ｅは実線部）、車速風の流路において熱交換ユニット４２ｆと重なる位置まで右方向に移動する。
【００５５】
このように、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニットの移動は、実施例で示した車両の上下方向の移動に限らず、車両の左右方向であってもよい。あるいは、斜め方向や、上下方向と左右方向の両方に移動できるものであってもよい。
【００５６】
Ｂ−２．変形例２：
変形例２としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図６に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する、同じ大きさの４つの熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋと、これらの熱交換ユニットの２つ分に相当する大きさの熱交換ユニット４２ｇとが、車速風の流路において重なる部分がないようにオフセットさせて配置されている（図６（ｂ）において、熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋは図中の一点鎖線部）。
【００５７】
この熱交換ユニット４２ｇ〜４２ｋでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｈ及び４２ｉが車両左側方向に移動するとともに、熱交換ユニット４２ｊ及び４２ｋが右側方向に移動して、熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋを車両中央部に寄せ、図６（ｂ）に示すように（熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋは実線部）、車速風の流路において車速風上流側に配置された熱交換ユニット４２ｇと重なる位置まで移動する。
【００５８】
このように、エアコン用ラジエータ４２は、実施例で示した３つの熱交換ユニットによる構成に限らず、単数を含む任意のユニット数で構成すればよい。また、エアコン用ラジエータ４２を複数の熱交換ユニットで構成する場合、各熱交換ユニットは、実施例で示したような互いが同じ大きさのものに限らず、本例で示したように、大きさが異なるものを含んでもよい。もとより、全ての熱交換ユニットが互いに異なる大きさであってもよい。
【００５９】
Ｂ−３．変形例３：
変形例３としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図７に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの２つの熱交換ユニット４２ｍ及び４２ｎが、車速風の流路において重なる部分がないように、車両の左右方向に並んで配置されている（図中の一点鎖線部）。
【００６０】
この熱交換ユニット４２ｍ，４２ｎでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｍ及び４２ｎが、図７（ｂ）に示すように（図中の実線部）、熱交換ユニット４２ｍ，４２ｎと燃料電池用ラジエータ６２とが車速風の流路において重ならないように、曲線的に車両側面側に移動する。
【００６１】
このように、エアコン用ラジエータ４２の移動は、車両の上下方向または左右方向の面的な移動に限らない。曲線的なレール機構などを用いて、車両の前後方向も含めて立体的に移動するものとしてもよい。
【００６２】
Ｂ−４．変形例４：
変形例４としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図８に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ｏ〜４２ｑが、車速風の流路において重なる部分がないように車両の左右方向に並んで配置されている（図中の一点鎖線部）。
【００６３】
この熱交換ユニット４２ｏ〜４２ｑでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｏ〜４２ｑが、図８（ｂ）に示すように（図中の実線部）、車両上面から見て熱交換ユニットの短辺の中点を軸として同一方向に回転移動する。このように、エアコン用ラジエータ４２の移動は、実施例に示したような直線的な移動に限らず、回転シャフトなどを用いて回転移動するものであってもよい。
【００６４】
Ｂ−５．変形例５：
変形例５としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図９に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ｒ〜４２ｔが、車速風の流路において、重なる部分がないように車両の左右方向に並んで配置されている（図９（ｂ）において、熱交換ユニット４２ｒ，４２ｔは図中の一点鎖線部）。
【００６５】
この熱交換ユニット４２ｒ〜４２ｔでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｒ及び４２ｔが、図９（ｂ）に示すように（図中の実線部）、車両上面から見て車両の内部方向に折りたたみ移動する。このように、エアコン用ラジエータ４２の移動は、実施例に示したような直線的な移動に限らず、ヒンジ機構などを用いて折りたたみ移動するものであってもよい。
【００６６】
このように、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニットの数、配置、移動形態等は、種々の態様を設定可能である。これらの態様は、車両のスペース条件や、求められる燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率などに応じて、適宜設定すればよい。
【００６７】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本実施例では、燃料電池スタック３２の温度が所定値以上となるなど、駆動系装置を冷却するための熱交換器の能力が不足した状況となった場合に、エアコン用ラジエータ４２を移動させるものとしたが、このような態様に限られるものではない。例えば、エアコンシステム２０の不使用時には、エアコン用ラジエータ４２を移動させるなど、種々の車両の運転の状況に応じてエアコン用ラジエータ４２の位置を変化させてもよい。また、本実施例においては、エアコン用ラジエータ４２を移動させて冷却制御を行ったが、このような態様に限らず、燃料電池用ラジエータ６２を移動させたり、これらの両方を移動させたりしてもよい。もとより、本発明の冷却システムは、エアコン冷却系統４０と燃料電池冷却系統６０との組合せに限らず、車両に搭載する種々のラジエータの組合せについて適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池搭載車両の冷却システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】エアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図３】冷却システム１０の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】ラジエータ搭載可変制御についての説明図である。
【図５】変形例１としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図６】変形例２としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図７】変形例３としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図８】変形例４としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図９】変形例５としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０...冷却システム
２０...エアコンシステム
３０...燃料電池システム
３２...燃料電池スタック
４０...エアコン冷却系統
４２...エアコン用ラジエータ
４２ａ〜４２ｔ...熱交換ユニット
４６...コンプレッサ
４８...配管
４８ａ〜４８ｆ...配管
５０...エアコン用ラジエータ移動システム
５２ａ〜５２ｈ...ガイドレール
５４ａ，５４ｂ...駆動ベルト
５６ａ，５６ｂ...電動機
５８ａ，５８ｂ...ブラケット
６０...燃料電池冷却系統
６２...燃料電池用ラジエータ
６４...冷却水循環ポンプ
６６...配管
７０...冷却ファン
８０...制御コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載した車両の冷却技術に関し、詳しくは、複数の熱交換器を備えた冷却システムの冷却制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載した車両では、燃料電池スタック内に冷媒を循環させて燃料電池反応の発熱を吸収し、その熱を燃料電池用ラジエータで放熱することで、燃料電池の適正な運転温度が確保される。また、こうした燃料電池搭載車両には、燃料電池用ラジエータの他に、燃料電池以外の駆動系機器の冷却を行うＥＶ系ラジエータや、エアコン用ラジエータ等が設置される。これらのラジエータは、一般的に、燃料電池搭載車両冷却システムとして集約して構成され、車両の走行や冷却ファンにより発生する冷却風と熱交換させることで、ラジエータ内を通過する冷媒を冷却する。
【０００３】
こうした燃料電池搭載車両においては、内燃機関を動力源とする車両と比べて、排気による放熱量が極めて小さいため、燃料電池用ラジエータの負荷が大きくなる。そこで、上述のラジエータ群は、燃料電池用ラジエータで効率的な熱交換が可能となるような配置が検討される。このような配置の検討がなされた燃料電池搭載車両として、例えば、下記特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１６３９８号公報
【０００５】
この特許文献１では、車両前方から流入する冷却風の上流側に配置されたエアコン用ラジエータの高温部が、車両前方から見た正面視にて、下流側に配置された燃料電池用ラジエータと重ならないように、エアコン用ラジエータと燃料電池用ラジエータとを互いに部分的にオフセットさせている。この結果、下流側の燃料電池用ラジエータが、冷却風上流側のエアコン用ラジエータの高温部の影響を受けることがなく、冷却効率の低下を抑制することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなラジエータの配置では、エアコン用ラジエータと燃料電池用ラジエータとの重なりの部分を大きく（オフセット部分を小さく）とれば、上流側のエアコン用ラジエータの影響により、下流側の燃料電池用ラジエータに当たる冷却風が高温化すると共に、風速が低下してしまい、運転の状況によっては、十分な冷却効率が得られない場合が発生することがあった。一方、上述の重なり部分を小さく（オフセット部分を大きく）とれば、スペースの制約から互いのラジエータ面積が小さくなり、同様に、運転の状況によっては、十分な冷却効率が得られない場合が発生することがあった。
【０００７】
このような問題は、エアコン用ラジエータと燃料電池用ラジエータとの間での問題に限らず、複数のラジエータを備えた冷却システムに共通する問題であった。上述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、車両の運転の状況に応じて、好適な冷却を行える燃料電池搭載車両の冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の冷却システムは、
燃料電池を搭載した車両の冷却システムであって、
前記車両の走行及び／または前記車両が備える所定の機械装置の駆動により発生する冷却風の流れ方向に、該冷却風の流路において少なくとも一部の重なり部が生じるように配置され、前記冷却風と熱交換を行う複数の熱交換器と、
前記車両の運転の状況に応じて、前記重なり部の大きさが変化するように、前記複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を移動させるアクチュエータと
を備えたことを要旨とする。
【０００９】
かかる構成の冷却システムは、車両の運転状況に応じて、複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を、冷却風の流路における重なり部の大きさが変化するように移動させる。したがって、冷却風の下流側に位置する熱交換器に当たる冷却風の温度や風速を調整して、車両の運転状況に応じて、好適な冷却を行うことができる。
【００１０】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、複数の熱交換器のひとつは、冷却風の下流側に配置され、車両を駆動させる所定の装置を冷却するための冷媒を冷却する駆動系熱交換器であり、複数の熱交換器の他のひとつは、冷却風の上流側に設置され、車両が備える車内空調システムの冷媒を冷却する空調用熱交換器としてもよい。
【００１１】
このような構成とすれば、空調用熱交換器よりも下流側に配置される駆動系熱交換器を優先して熱交換を行うので、空調よりも車両の走行性を優先した好適な冷却を行うことができる。
【００１２】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、駆動系熱交換器の少なくともひとつは、燃料電池を冷却するための冷媒を冷却する熱交換器としてもよい。
【００１３】
このような構成とすれば、燃料電池搭載車両の冷却システムにおいて負荷の大きい、燃料電池用の熱交換器を優先して熱交換を行うので、安定的な走行のための好適な冷却を行うことができる。
【００１４】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、アクチュエータが移動させる熱交換器は、空調用熱交換器としてもよい。
【００１５】
このような構成とすれば、空気用熱交換器を移動させることで、冷却風の下流側に設置される駆動系熱交換器に当たる冷却風の温度や風速を調節するので、駆動系熱交換器を常に冷却風の流路との関係で冷却効率の良い位置に配置し、好適な冷却を行うことができる。
【００１６】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、空調用熱交換器は、直列または並列に接続される複数の熱交換ユニットを備え、アクチュエータは、複数の熱交換ユニットの設置位置の少なくとも一部を移動するものとしてもよい。
【００１７】
このような構成とすれば、空調用熱交換器の配置の自由度が向上するので、効率的な配置が行える。したがって、各熱交換器の面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００１８】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、アクチュエータは、複数の熱交換ユニットの少なくとも一部を、所定方向にスライドさせて、該所定方向に寄せるものとしてもよい。
【００１９】
このような構成とすれば、スライド移動により熱交換ユニットを移動させるので、熱交換ユニットの配置のコンパクト化が可能となる。したがって、各熱交換器の面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００２０】
また、かかる構成の冷却システムにおいて、アクチュエータが、重なり部が少なくなる所定の位置まで空調用熱交換器の設置位置を移動させた場合であって、駆動系熱交換器の能力が不足した所定の状況に達したときには、車内空調システムは、該空調システムの出力を低下させるものとしてもよい。
【００２１】
このような構成とすれば、空調用熱交換器を移動させても駆動系熱交換器の能力が不足している場合には、空調システムの出力を低下させるので、車両の走行に不可欠な駆動系機器を優先して好適な冷却を行うことができる。
【００２２】
なお、本発明の燃料電池を搭載した車両の冷却システムは、燃料電池を搭載した車両が備える冷却装置の冷却制御方法としても構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
Ａ．実施例：
本発明の実施例について以下に説明する。
Ａ−１．冷却システム１０の概略構成：
図１は、本発明の実施例としての燃料電池搭載車両の冷却システム１０の概略構成を示す説明図である。冷却システム１０は、エアコンシステム２０、燃料電池システム３０、エアコン冷却系統４０、燃料電池冷却系統６０、冷却ファン７０、制御コンピュータ８０を備えている。
【００２４】
エアコンシステム２０は、車室内の空調管理を行うヒートポンプ式の空調ユニットであり、蒸発器、コンプレッサ等を備えている。なお、後述するエアコン冷却系統４０は、エアコンシステム２０の構成要素の一部であるが、本願においては、説明の便から、エアコン冷却系統４０を別途取り出して説明する。
【００２５】
燃料電池システム３０は、燃料電池の電気化学反応により発電を行うための発電システムであり、燃料電池スタック３２のほか、図示しない燃料ガス供給系、酸化ガス供給系等を備えている。ここで発電した電力は車両の動力源等に利用される。本実施例においては、燃料電池スタック３２は、固体高分子形燃料電池を採用したが、他の形式であってもよい。なお、後述する燃料電池冷却系統６０は、燃料電池システム３０の構成要素の一部であるが、本願においては、説明の便から、燃料電池冷却系統６０を別途取り出して説明する。
【００２６】
エアコン冷却系統４０は、エアコン用ラジエータ４２、コンプレッサ４６、配管４８、エアコン用ラジエータ移動システム５０を備えている。エアコン用ラジエータ４２は、エアコンシステム２０から配管４８を介してエアコン用ラジエータ４２に導かれた高温の冷媒を、冷却風としての、車両の走行により生じる車速風との間で熱交換させる凝縮器であり、３つの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃが並列的に接続されて構成されている。なお、本実施例においては、冷媒には二酸化炭素を用いているが、炭化水素系など各種冷媒が利用可能である。コンプレッサ４６は、冷媒を圧縮することにより高温化して、エアコン用ラジエータ４２に供給するコンプレッサである。エアコン用ラジエータ移動システム５０は、エアコン用ラジエータ４２の設置位置を、車両の運転状況に応じて移動させるための機構である。これらの機器で構成されるエアコン冷却系統４０の詳細については、図２を用いて後述する。
【００２７】
燃料電池冷却系統６０は、燃料電池用ラジエータ６２、冷却水循環ポンプ６４、配管６６を備えている。燃料電池用ラジエータ６２は、燃料電池スタック３２との間を冷却水循環ポンプ６４及び配管６６を介して循環させる冷媒を、車速風との間で熱交換させるための熱交換器であり、燃料電池反応により発生する熱を吸収して、燃料電池スタック３２の温度を好適に調節する。この燃料電池用ラジエータ６２は、上述のエアコン用ラジエータ４２よりも車速風の下流側に設置されている。なお、本実施例においては、冷媒としてエチレングリコールを含む不凍液を用いたが、他の不凍液や純水、それらに防錆添加剤、イオン交換樹脂を添加したもの、空気など種々の冷媒を用いてもよい。
【００２８】
冷却ファン７０は、車両の走行速度が遅く、エアコン用ラジエータ４２や燃料電池用ラジエータ６２での熱交換に十分な車速風が発生しないときなどに、補助的に冷却風を発生させるための吸気ファンである。
【００２９】
制御コンピュータ８０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、エアコンシステム２０や燃料電池システム３０が備える各種センサからの信号を受けて、エアコンシステム２０、燃料電池システム３０、エアコン用ラジエータ移動システム５０を始めとする冷却システム１０の運転全体を制御する。なお、本実施例においては、制御コンピュータ８０が冷却システム１０を構成する全てのシステム及び装置を制御するものとしたが、一部を分散制御してもかまわない。
【００３０】
Ａ−２．エアコン冷却系統４０の詳細構成：
次に、エアコン冷却系統４０の詳細構成について図２を用いて説明する。本実施例のエアコン冷却系統４０を構成するエアコン用ラジエータ４２は、同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃで構成される。これらの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃは、車両上面から見ると、図２（ｂ）に示すように、車速風の流路においてそれぞれが重なるように、車速風の流れ方向に並べられて構成されている。一方、このエアコン用ラジエータ４２を車両側面から見ると、図２（ａ）に示すように、各熱交換ユニットは、車速風の流路において重なる部分がないように上下にオフセットさせて配置されている。
【００３１】
これらの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃは、フレキシブル構造の配管４８ａ〜４８ｆによって並列的に接続されている。すなわち、配管４８ａから熱交換ユニット４２ｃに供給されたエアコン用冷媒は、配管４８ｂ及び４８ｃを介して、並列的に熱交換ユニット４２ｂ及び４２ａにも供給される。そして、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの各々に供給された冷媒は、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃのそれぞれが備える熱交換部（フィンチューブ）を通過して車速風と熱交換を行い、冷却される。そして、熱交換ユニット４２ｃで冷却された冷媒は、配管４８ｄを介して熱交換ユニット４２ｂで冷却された冷媒と合流し、さらに、配管４８ｅを介して熱交換ユニット４２ａで冷却された冷媒と合流して、配管４８ｆに排出される。このように、複数の熱交換ユニットを並列に接続することで、直列的に接続する場合と比べて、１つの系列におけるエアコン用冷媒の流路抵抗を小さくできるとともに、車速風との温度差を大きくとれる箇所が増えるので、効率的な熱交換を行うことができる。ただし、これらの熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃは直列的に接続してもかまわない。
【００３２】
また、熱交換ユニット４２ａ及び４２ｂは、エアコン用ラジエータ移動システム５０を備えている。このエアコン用ラジエータ移動システム５０は、エアコン用ラジエータ４２と嵌合するガイドレール５２ａ〜５２ｈ、アクチュエータとしての電動機５６ａ、５６ｂ、電動機５６ａ，５６ｂによりプーリを介して駆動する駆動ベルト５４ａ，５４ｂ、駆動ベルトとエアコン用ラジエータ４２を連結するブラケット５８ａ，５８ｂから構成される。
【００３３】
このシステムでは、電動機５６ａの駆動により駆動ベルト５４ａを回転させることで、駆動ベルト５４ａとブラケット５８ａにより連結された熱交換ユニット４２ａを、上下方向に設置されたガイドレール５２ａ〜５２ｄに沿って、上方向へ移動させることができる。熱交換ユニット４２ｂについても、同様の機構で、上方向へ移動させることができる。なお、エアコン用ラジエータ移動システム５０は、上述の態様に限らず、種々の移動機構を用いることができる。
【００３４】
また、こうした熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃよりも車速風の下流側には、車速風の流路において熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃと重なるように、燃料電池用ラジエータ６２が配置されている。この燃料電池用ラジエータ６２では、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃでの熱交換によって高温化され、風速を弱められた車速風と燃料電池用冷媒との熱交換が行われる。そして、燃料電池用ラジエータ６２を通過してさらに高温化された車速風は、車両の下部に導かれて車外へ排出される。なお、本実施例においては、車速風の流路において、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃと燃料電池用ラジエータ６２とが完全に重なるような大きさ及び位置関係であるが、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃ全体の大きさと燃料電池用ラジエータ６２の大きさは同一でなくてもよく、また、一部が重なっていることでもよい。
【００３５】
Ａ−３．冷却システム１０の制御：
次に、冷却システム１０の制御手順の一例について、図３のフローチャートを用いて説明する。この処理は、車両の運転状況に応じて、冷却システム１０において好適な冷却を行えるように制御する処理である。この処理では、まず、制御コンピュータ８０は、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１００）。その結果、所定値ＴＨ未満であれば（ステップＳ１００：ＮＯ）、燃料電池スタック３２の温度は適正な範囲にある、すなわち、車両の運転状況は良好であるということであり、冷却システム１０を更に制御する必要はなく、処理を終了する。
【００３６】
一方、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であれば（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃料電池スタック３２の温度は適正な範囲を超えているということである。したがって、燃料電池スタック３２の温度を適正な範囲に戻す必要があるため、制御コンピュータ８０は、ラジエータ搭載可変制御を行う（ステップＳ１１０）。
【００３７】
このラジエータ搭載可変制御については、図４を用いて説明する。この処理が開始されると、制御コンピュータ８０は、エアコン用ラジエータ移動システム５０に指示を送り、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニット４２ａの設置位置、あるいは、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置位置を車両上面方向に移動させる。このときの移動量は、上記ステップＳ１００の判断に用いられた燃料電池スタック３２の温度に応じて段階的に決定される。本実施例においては、これらの熱交換ユニットが車両上面方面に最大限移動したときの設置位置は、車両側面から見れば、図４（ａ）に示すとおり、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置高さが、熱交換ユニット４２ｃと同じ高さとなる位置である。なお、この状態を車両上面から見れば、図４（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に示した状態から変化していない。
【００３８】
このように、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂの設置位置を移動させるのは、エアコン用ラジエータ４２により高温化することなく、また、風速を低下させることなく燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風を増加させることにより、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率を向上させるためである。
【００３９】
なお、上記の例では、熱交換ユニット４２ａ及び熱交換ユニット４２ｂは、上記ステップＳ１００において燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であると判断されると、図４（ａ）に示した位置まで移動するものとしたが、図示した位置は例示に過ぎない。例えば、車両のスペース条件によっては、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃを図４（ａ）に図示した状態よりも上部まで移動させることとしてもよい。また、上述のように、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの移動は、燃料電池スタック３２の温度に応じた段階的な移動に限らず、所定値ＴＨを超えれば、設定された最上部の位置まで移動するものとしてもよい。
【００４０】
また、本実施例においては、上述の通り、熱交換ユニット４２ａ及び４２ｂの設置位置を車両上部に移動させるものとしている。このような態様としているのは、車速風の流れが、上述の通り、燃料電池用ラジエータ６２を通過して車両の下部に導かれるために、燃料電池用ラジエータ６２の下部に、エアコン用ラジエータ４２の影響を受けない車速風の風道を確保した方が、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率をより向上できるからである。したがって、例えば、車速風の流れが、車両の下部への流れと車両のフード側への流れとの２方向あるような場合には、熱交換ユニット４２ａの設置位置を車両上部方向に移動させるとともに、熱交換ユニット４２ｃの設置位置を車両下部方向に移動させて、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃを車両中央部に寄せ、燃料電池用ラジエータ６２の上部と下部にエアコン用ラジエータ４２の影響を受けない風道を確保することとしてもよい。つまり、どの熱交換ユニットがどの方向に移動するのかは、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率をより向上させるために、車速風の風道を妨げない方向を考慮して決定することが望ましい。
【００４１】
そして、ラジエータ搭載可変制御を行うと、制御コンピュータ８０は、再度、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２０）。その結果、所定値ＴＨ未満であれば（ステップＳ１２０：ＮＯ）、燃料電池スタック３２の温度は、上記ステップＳ１１０に基づく燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率の向上により、適正な範囲に戻ったということであり、冷却システム１０を更に制御する必要はなく、処理を終了する。
【００４２】
一方、燃料電池スタック３２の温度が所定値ＴＨ以上であれば（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、燃料電池スタック３２の温度は適正な範囲を未だ超えているということである。そこで、制御コンピュータ８０は、冷却制御が最大限行われているか否かを判断する（ステップＳ１３０）。本実施例において、上述の冷却制御が最大限行われているか否かの判断基準は、上記ステップＳ１１０において、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの位置が、設定された最上部の位置まで移動しているか否かである。
【００４３】
その結果、冷却制御が最大限行われていなければ（ステップ１３０：ＮＯ）、制御コンピュータ８０は、処理を上記ステップＳ１１０に戻す。すなわち、上記ステップＳ１２０の判断に用いた燃料電池スタック３２の温度を考慮して、再度、ラジエータ搭載可変制御を行い、燃料電池スタック３２の温度を低下させる。
【００４４】
一方、冷却制御が最大限行われていれば（ステップ１３０：ＹＥＳ）、これ以上、燃料電池スタック３２の温度を低下させるラジエータ搭載可変制御はできないということである。そこで、制御コンピュータ８０は、さらなる温度低下手段として、エアコンシステム２０の出力をゼロにする（ステップＳ１４０）。このように、エアコンシステム２０の出力をゼロにするのは、燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風の温度がエアコン用ラジエータ４２により高温化することを抑制することにより、燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率を向上させるためである。以上により、冷却システム制御は完了する。なお、このステップＳ１４０においては、出力をゼロにすることに限らず、上記ステップＳ１２０の判断に用いた燃料電池スタック３２の温度に応じて、出力をカットすることでもよい。
【００４５】
なお、本実施例においては、上記ステップＳ１００及びＳ１２０において、燃料電池スタック３２の温度を判断基準として、冷却システム制御を行ったが、これに限られるものではない。例えば、ＥＶ系ラジエータの温度が所定値以上に上昇していないかといった判断で行う構成、燃料電池スタック３２のＩ−Ｖ特性が所定値以下に低下していないかといった判断で行う構成、アクセルを踏んでも出力が出ない状態にないかといった判断で行う構成、あるいは、これらの組合せなど、冷却システム１０を構成する、駆動系装置を冷却するための熱交換器の能力が不足した状況であることを示す種々の基準を用いる構成とすることができる。
【００４６】
また、本実施例においては、ラジエータ搭載可変制御のみで燃料電池スタック３２の温度を低下させる例を示したが、これに限られるものではなく、種々の冷却制御方法と組み合わせてもよい。例えば、上記ステップ１１０において、ラジエータ搭載可変制御と併せて、冷却水循環ポンプ６４及び冷却ファン７０の出力制御を行うこととし、上記ステップＳ１３０においては、冷却制御が最大限行われているか否かの判断基準として、熱交換ユニット４２ａ〜４２ｃの位置に加え、冷却水循環ポンプ６４及び冷却ファン７０の出力を加えてもよい。こうすれば、エアコンシステム２０の出力を極力低下させないで、冷却制御を行うことができる。
【００４７】
かかる構成の冷却システム１０は、車両の運転状況に応じて、車速風上流側に配置されたエアコン用ラジエータ４２の設置位置を移動させることで、エアコン用ラジエータ４２により高温化することなく、また、風速を低下させることなく燃料電池用ラジエータ６２に導かれる車速風を増加させることができる。したがって、燃料電池用ラジエータ６２において、車両の運転状況に応じた好適な冷却が行える。
【００４８】
また、かかる構成の冷却システム１０は、エアコン用ラジエータ４２を複数の熱交換ユニットから構成しているため、単一の熱交換ユニットで構成する場合と比べて、配置の自由度が向上し、効率的な配置が可能となる。したがって、各ラジエータの面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００４９】
また、かかる構成の冷却システム１０は、スライド移動により少ないデッドスペースでエアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニットを移動させるので、熱交換ユニットをコンパクトに配置することができる。したがって、各ラジエータの面積を十分に確保し、適切な冷却を行うことができる。
【００５０】
また、かかる構成の冷却システム１０は、エアコン用ラジエータ４２を車速風の上流側に、燃料電池用ラジエータ６２を下流側に設置し、エアコン用ラジエータ４２を車両の状況に応じて移動させるので、下流側の燃料電池用ラジエータ６２の冷却を優先、すなわち空調よりも走行性を優先した好適な冷却を行うことができる。このように、冷却を優先するラジエータほど、車速風の下流側に設置することが望ましい。
【００５１】
また、かかる構成の冷却システム１０は、燃料電池用ラジエータ６２を固定し、エアコン用ラジエータ４２を移動させるので、燃料電池用ラジエータ６２を常に車速風の流路との関係で冷却効率の良い位置に配置し、好適な冷却を行うことができる。
【００５２】
また、かかる構成の冷却システム１０は、エアコン用ラジエータ４２を移動させても、燃料電池用ラジエータ６２など、駆動系の装置を冷却するための熱交換器の能力が不足する場合には、エアコンシステム２０の出力を低下させるので、車両の走行に不可欠な駆動系機器を優先して好適な冷却を行うことができる。
【００５３】
Ｂ．変形例：
次に、本発明のいくつかの変形例について例示する。
Ｂ−１．変形例１：
変形例１としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図５に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ｄ〜４２ｆが、車速風の流路において重なる部分がないようにオフセットさせて配置されている（図５（ｂ）において、熱交換ユニット４２ｄ及び４２ｅは図中の一点鎖線部）。
【００５４】
この熱交換ユニット４２ｄ〜４２ｆでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｄ及び４２ｅが、図５（ｂ）に示すように（熱交換ユニット４２ｄ及び４２ｅは実線部）、車速風の流路において熱交換ユニット４２ｆと重なる位置まで右方向に移動する。
【００５５】
このように、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニットの移動は、実施例で示した車両の上下方向の移動に限らず、車両の左右方向であってもよい。あるいは、斜め方向や、上下方向と左右方向の両方に移動できるものであってもよい。
【００５６】
Ｂ−２．変形例２：
変形例２としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図６に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する、同じ大きさの４つの熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋと、これらの熱交換ユニットの２つ分に相当する大きさの熱交換ユニット４２ｇとが、車速風の流路において重なる部分がないようにオフセットさせて配置されている（図６（ｂ）において、熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋは図中の一点鎖線部）。
【００５７】
この熱交換ユニット４２ｇ〜４２ｋでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｈ及び４２ｉが車両左側方向に移動するとともに、熱交換ユニット４２ｊ及び４２ｋが右側方向に移動して、熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋを車両中央部に寄せ、図６（ｂ）に示すように（熱交換ユニット４２ｈ〜４２ｋは実線部）、車速風の流路において車速風上流側に配置された熱交換ユニット４２ｇと重なる位置まで移動する。
【００５８】
このように、エアコン用ラジエータ４２は、実施例で示した３つの熱交換ユニットによる構成に限らず、単数を含む任意のユニット数で構成すればよい。また、エアコン用ラジエータ４２を複数の熱交換ユニットで構成する場合、各熱交換ユニットは、実施例で示したような互いが同じ大きさのものに限らず、本例で示したように、大きさが異なるものを含んでもよい。もとより、全ての熱交換ユニットが互いに異なる大きさであってもよい。
【００５９】
Ｂ−３．変形例３：
変形例３としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図７に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの２つの熱交換ユニット４２ｍ及び４２ｎが、車速風の流路において重なる部分がないように、車両の左右方向に並んで配置されている（図中の一点鎖線部）。
【００６０】
この熱交換ユニット４２ｍ，４２ｎでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｍ及び４２ｎが、図７（ｂ）に示すように（図中の実線部）、熱交換ユニット４２ｍ，４２ｎと燃料電池用ラジエータ６２とが車速風の流路において重ならないように、曲線的に車両側面側に移動する。
【００６１】
このように、エアコン用ラジエータ４２の移動は、車両の上下方向または左右方向の面的な移動に限らない。曲線的なレール機構などを用いて、車両の前後方向も含めて立体的に移動するものとしてもよい。
【００６２】
Ｂ−４．変形例４：
変形例４としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図８に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ｏ〜４２ｑが、車速風の流路において重なる部分がないように車両の左右方向に並んで配置されている（図中の一点鎖線部）。
【００６３】
この熱交換ユニット４２ｏ〜４２ｑでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｏ〜４２ｑが、図８（ｂ）に示すように（図中の実線部）、車両上面から見て熱交換ユニットの短辺の中点を軸として同一方向に回転移動する。このように、エアコン用ラジエータ４２の移動は、実施例に示したような直線的な移動に限らず、回転シャフトなどを用いて回転移動するものであってもよい。
【００６４】
Ｂ−５．変形例５：
変形例５としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成について図９に示す。この例では、エアコン用ラジエータ４２を構成する同じ大きさの３つの熱交換ユニット４２ｒ〜４２ｔが、車速風の流路において、重なる部分がないように車両の左右方向に並んで配置されている（図９（ｂ）において、熱交換ユニット４２ｒ，４２ｔは図中の一点鎖線部）。
【００６５】
この熱交換ユニット４２ｒ〜４２ｔでは、上記ステップＳ１１０のラジエータ搭載可変制御において、熱交換ユニット４２ｒ及び４２ｔが、図９（ｂ）に示すように（図中の実線部）、車両上面から見て車両の内部方向に折りたたみ移動する。このように、エアコン用ラジエータ４２の移動は、実施例に示したような直線的な移動に限らず、ヒンジ機構などを用いて折りたたみ移動するものであってもよい。
【００６６】
このように、エアコン用ラジエータ４２を構成する熱交換ユニットの数、配置、移動形態等は、種々の態様を設定可能である。これらの態様は、車両のスペース条件や、求められる燃料電池用ラジエータ６２の冷却効率などに応じて、適宜設定すればよい。
【００６７】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本実施例では、燃料電池スタック３２の温度が所定値以上となるなど、駆動系装置を冷却するための熱交換器の能力が不足した状況となった場合に、エアコン用ラジエータ４２を移動させるものとしたが、このような態様に限られるものではない。例えば、エアコンシステム２０の不使用時には、エアコン用ラジエータ４２を移動させるなど、種々の車両の運転の状況に応じてエアコン用ラジエータ４２の位置を変化させてもよい。また、本実施例においては、エアコン用ラジエータ４２を移動させて冷却制御を行ったが、このような態様に限らず、燃料電池用ラジエータ６２を移動させたり、これらの両方を移動させたりしてもよい。もとより、本発明の冷却システムは、エアコン冷却系統４０と燃料電池冷却系統６０との組合せに限らず、車両に搭載する種々のラジエータの組合せについて適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池搭載車両の冷却システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】エアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図３】冷却システム１０の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】ラジエータ搭載可変制御についての説明図である。
【図５】変形例１としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図６】変形例２としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図７】変形例３としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図８】変形例４としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【図９】変形例５としてのエアコン用ラジエータ４２の詳細構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０...冷却システム
２０...エアコンシステム
３０...燃料電池システム
３２...燃料電池スタック
４０...エアコン冷却系統
４２...エアコン用ラジエータ
４２ａ〜４２ｔ...熱交換ユニット
４６...コンプレッサ
４８...配管
４８ａ〜４８ｆ...配管
５０...エアコン用ラジエータ移動システム
５２ａ〜５２ｈ...ガイドレール
５４ａ，５４ｂ...駆動ベルト
５６ａ，５６ｂ...電動機
５８ａ，５８ｂ...ブラケット
６０...燃料電池冷却系統
６２...燃料電池用ラジエータ
６４...冷却水循環ポンプ
６６...配管
７０...冷却ファン
８０...制御コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を搭載した車両の冷却システムであって、
前記車両の走行及び／または前記車両が備える所定の機械装置の駆動により発生する冷却風の流れ方向に、該冷却風の流路において少なくとも一部の重なり部が生じるように配置され、前記冷却風と熱交換を行う複数の熱交換器と、
前記車両の運転の状況に応じて、前記重なり部の大きさが変化するように、前記複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を移動させるアクチュエータと
を備えた冷却システム。
【請求項２】
請求項１記載の冷却システムであって、
前記複数の熱交換器のひとつは、前記冷却風の下流側に配置され、前記車両を駆動させる所定の装置を冷却するための冷媒を冷却する駆動系熱交換器であり、
前記複数の熱交換器の他のひとつは、前記冷却風の上流側に設置され、前記車両が備える車内空調システムの冷媒を冷却する空調用熱交換器である
冷却システム。
【請求項３】
請求項２記載の冷却システムであって、
前記駆動系熱交換器の少なくともひとつは、前記燃料電池を冷却するための冷媒を冷却する熱交換器である
冷却システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の冷却システムであって、
前記アクチュエータが移動させる熱交換器は、前記空調用熱交換器である
冷却システム。
【請求項５】
請求項４記載の冷却システムであって、
前記空調用熱交換器は、直列または並列に接続される複数の熱交換ユニットを備え、
前記アクチュエータは、前記複数の熱交換ユニットの設置位置の少なくとも一部を移動する
冷却システム。
【請求項６】
請求項５記載の冷却システムであって、
前記アクチュエータは、前記複数の熱交換ユニットの少なくとも一部を、所定方向にスライドさせて、該所定方向に寄せる
冷却システム。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれか記載の冷却システムであって、
前記アクチュエータが、前記重なり部が少なくなる所定の位置まで前記空調用熱交換器の設置位置を移動させた場合であって、前記駆動系熱交換器の能力が不足した所定の状況に達したときには、前記車内空調システムは、該空調システムの出力を低下させる
冷却システム。
【請求項８】
燃料電池を搭載した車両が備える冷却装置の冷却制御方法であって、
前記車両の走行及び／または前記車両が備える所定の機械装置の駆動により発生する冷却風の流れ方向に、該冷却風の上流側からの正面視にて少なくとも一部の重なり部が生じるように配置され、前記冷却風と熱交換を行う複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を、前記車両の運転の状況に応じて、前記重なり部の大きさが変化するように移動させる
冷却制御方法。
【請求項１】
燃料電池を搭載した車両の冷却システムであって、
前記車両の走行及び／または前記車両が備える所定の機械装置の駆動により発生する冷却風の流れ方向に、該冷却風の流路において少なくとも一部の重なり部が生じるように配置され、前記冷却風と熱交換を行う複数の熱交換器と、
前記車両の運転の状況に応じて、前記重なり部の大きさが変化するように、前記複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を移動させるアクチュエータと
を備えた冷却システム。
【請求項２】
請求項１記載の冷却システムであって、
前記複数の熱交換器のひとつは、前記冷却風の下流側に配置され、前記車両を駆動させる所定の装置を冷却するための冷媒を冷却する駆動系熱交換器であり、
前記複数の熱交換器の他のひとつは、前記冷却風の上流側に設置され、前記車両が備える車内空調システムの冷媒を冷却する空調用熱交換器である
冷却システム。
【請求項３】
請求項２記載の冷却システムであって、
前記駆動系熱交換器の少なくともひとつは、前記燃料電池を冷却するための冷媒を冷却する熱交換器である
冷却システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の冷却システムであって、
前記アクチュエータが移動させる熱交換器は、前記空調用熱交換器である
冷却システム。
【請求項５】
請求項４記載の冷却システムであって、
前記空調用熱交換器は、直列または並列に接続される複数の熱交換ユニットを備え、
前記アクチュエータは、前記複数の熱交換ユニットの設置位置の少なくとも一部を移動する
冷却システム。
【請求項６】
請求項５記載の冷却システムであって、
前記アクチュエータは、前記複数の熱交換ユニットの少なくとも一部を、所定方向にスライドさせて、該所定方向に寄せる
冷却システム。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれか記載の冷却システムであって、
前記アクチュエータが、前記重なり部が少なくなる所定の位置まで前記空調用熱交換器の設置位置を移動させた場合であって、前記駆動系熱交換器の能力が不足した所定の状況に達したときには、前記車内空調システムは、該空調システムの出力を低下させる
冷却システム。
【請求項８】
燃料電池を搭載した車両が備える冷却装置の冷却制御方法であって、
前記車両の走行及び／または前記車両が備える所定の機械装置の駆動により発生する冷却風の流れ方向に、該冷却風の上流側からの正面視にて少なくとも一部の重なり部が生じるように配置され、前記冷却風と熱交換を行う複数の熱交換器の設置位置の少なくとも一部を、前記車両の運転の状況に応じて、前記重なり部の大きさが変化するように移動させる
冷却制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２０７５６９（Ｐ２００８−２０７５６９Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４３２１４（Ｐ２００７−４３２１４）
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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