特開 2022-111688 燃料電池ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022111688

(43)【公開日】2022-08-01

(54)【発明の名称】燃料電池ユニット

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20220725BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20220725BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20220725BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20220725BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20220725BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20220725BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20220725BHJP

   H01M 10/633 20140101ALI20220725BHJP

   H01M 10/6566 20140101ALI20220725BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20220725BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20220725BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

H01M8/00 A

H01M8/0432

H01M8/04701

H01M8/2475

H01M8/04 Z

H01M10/613

H01M10/6563

H01M10/633

H01M10/6566

H01M10/625

H01M2/10 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021007277

(22)【出願日】2021-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓也

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031HH06

5H031KK08

5H040AA28

5H040AS07

5H040AT06

5H040AY06

5H040GG06

5H040NN03

5H126FF10

5H126JJ08

5H127AB04

5H127AB29

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA59

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB37

5H127CC07

5H127DB74

5H127DB95

5H127DB99

5H127DC79

5H127DC96

5H127EE29

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で二次電池を暖めることができる燃料電池ユニットを提供すること。
【解決手段】燃料電池ユニット１０の制御装置２３は、二次電池温度検出部２５から取得される二次電池温度が第１閾値より低く、かつ媒体温度検出部２４から取得される冷却水温度が第２閾値より低い第１条件の場合は、ファン１８を停止させる制御を行う第１昇温モードを実行する。制御装置２３は、二次電池温度検出部２５から取得される二次電池温度が第１閾値より低く、かつ媒体温度検出部２４から取得される冷却水温度が第２閾値以上の第２条件の場合は、第１通気口２１を開状態とする制御と、ファン１８を駆動させる制御とを行う第２昇温モードを実行する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
前記燃料電池の一方側に配置された二次電池と、
前記燃料電池の他方側に配置され、かつ外気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換媒体を前記燃料電池と前記熱交換器との間で循環させる循環流路と、
前記熱交換器と前記燃料電池との間に配置され、前記熱交換器に送風するファンと、
前記二次電池、前記燃料電池、前記熱交換器、前記循環流路、及び前記ファンを収容する筐体と、
前記燃料電池から前記熱交換器に流れる前記熱交換媒体の温度を検出する媒体温度検出部と、
前記二次電池の温度を検出する二次電池温度検出部と、
前記筐体の内外を連通させる開状態、又は前記筐体の内外の連通を遮断する閉状態を取ることができる通気口であって、前記燃料電池の前記熱交換器側において、前記ファンの駆動に伴って前記開状態の前記通気口から前記ファンに向かう送風経路を形成する位置に配置される前記通気口と、
前記ファンを駆動又は停止させる制御、及び前記通気口を前記開状態又は前記閉状態とする制御を行う制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記二次電池温度検出部から取得される前記二次電池の温度が第１閾値より低く、かつ前記媒体温度検出部から取得される前記熱交換媒体の温度が第２閾値より低い第１条件の場合は、前記ファンを停止させる制御を行う第１昇温モードを実行し、
前記二次電池温度検出部から取得される前記二次電池の温度が前記第１閾値より低く、かつ前記媒体温度検出部から取得される前記熱交換媒体の温度が前記第２閾値以上の第２条件の場合は、前記通気口を前記開状態とする制御と、前記ファンを駆動させる制御とを行う第２昇温モードを実行することを特徴とする燃料電池ユニット。

【請求項2】

前記通気口を第１通気口として備え、かつ前記筐体の内外を連通させる開状態、又は前記筐体の内外の連通を遮断する閉状態を取ることができる第２通気口をさらに備え、
前記第２通気口は、前記開状態において前記ファンの駆動に伴って前記開状態の前記第２通気口から前記ファンに向かう前記送風経路を前記二次電池に沿って形成する位置に配置され、
前記制御装置は、前記二次電池温度検出部から取得される前記二次電池の温度が前記第１閾値以上のとき、前記第１通気口を前記閉状態とする制御と、前記第２通気口を前記開状態とする制御と、前記ファンを駆動させる制御とを実行し、
前記第１条件及び前記第２条件では、前記第２通気口を前記閉状態とする制御を行う請求項１に記載の燃料電池ユニット。

【請求項3】

前記筐体の内部に補機用二次電池を備え、当該補機用二次電池は、前記二次電池に隣り合って配置されている請求項１又は請求項２に記載の燃料電池ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池を搭載した燃料電池車には、燃料電池に加えて二次電池も搭載した燃料電池ユニットを備えるものがある。燃料電池ユニットを備える燃料電池車は、燃料電池の出力の過不足に対応して二次電池を充放電する。

【0003】

また、燃料電池ユニットは、燃料電池と熱交換器との間で熱交換媒体を循環させる循環流路を備える。燃料電池ユニットでは、循環流路で熱交換媒体を循環させ、熱交換器で冷却された熱交換媒体を燃料電池に流すことにより燃料電池を冷却している。

【0004】

また、二次電池の温度が低下すると、二次電池の充放電性能が低下する。そこで、燃料電池と熱交換された熱交換媒体を二次電池に流すことにより、燃料電池との熱交換により温度上昇した熱交換媒体により二次電池を暖め、二次電池の性能低下を抑制している（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

特許文献１の燃料電池車の冷却システムにおいて、循環流路には、熱交換器をバイパスさせるバイパス流路が接続されている。また、燃料電池車の冷却システムにおいて、循環流路における熱交換器の上流側において、循環流路とバイパス流路との接続箇所には切換弁が設けられている。そして、二次電池の温度が低下した場合、燃料電池との熱交換後の熱交換媒体としての冷媒がバイパス流路へ流れるように切換弁が切り換えられ、熱交換後の冷媒により二次電池が暖められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－７９６５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１において、冷媒を循環流路から二次電池に向かわせるためには、循環流路にバイパス流路を接続し、そのバイパス流路を二次電池の内部に配置する必要があり、しかも循環流路とバイパス流路との接続箇所に切換弁を設ける必要がある。したがって、二次電池を暖めるための特許文献１の冷却システムは構造が複雑化している。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記問題点を解決するための燃料電池ユニットは、燃料電池と、前記燃料電池の一方側に配置された二次電池と、前記燃料電池の他方側に配置され、かつ外気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換媒体を前記燃料電池と前記熱交換器との間で循環させる循環流路と、前記熱交換器と前記燃料電池との間に配置され、前記熱交換器に送風するファンと、前記二次電池、前記燃料電池、前記熱交換器、前記循環流路、及び前記ファンを収容する筐体と、前記燃料電池から前記熱交換器に流れる前記熱交換媒体の温度を検出する媒体温度検出部と、前記二次電池の温度を検出する二次電池温度検出部と、前記筐体の内外を連通させる開状態、又は前記筐体の内外の連通を遮断する閉状態を取ることができる通気口であって、前記燃料電池の前記熱交換器側において、前記ファンの駆動に伴って前記開状態の前記通気口から前記ファンに向かう送風経路を形成する位置に配置される前記通気口と、前記ファンを駆動又は停止させる制御、及び前記通気口を前記開状態又は前記閉状態とする制御を行う制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記二次電池温度検出部から取得される前記二次電池の温度が第１閾値より低く、かつ前記媒体温度検出部から取得される前記熱交換媒体の温度が第２閾値より低い第１条件の場合は、前記ファンを停止させる制御を行う第１昇温モードを実行し、前記二次電池温度検出部から取得される前記二次電池の温度が前記第１閾値より低く、かつ前記媒体温度検出部から取得される前記熱交換媒体の温度が前記第２閾値以上の第２条件の場合は、前記通気口を前記開状態とする制御と、前記ファンを駆動させる制御とを行う第２昇温モードを実行することを要旨とする。

【0009】

これによれば、第１条件ではファンの送風による熱交換媒体の冷却が必要ないため、制御装置によって第１昇温モードが実行されても筐体内には通気口からファンに向かう送風経路が形成されず、筐体内には強制対流が発生しない。このため、強制対流による二次電池の冷却がない状態で、燃料電池の発電に伴って発生する熱が二次電池に及び、二次電池を暖めることができる。

【0010】

第２条件ではファンの送風による熱交換媒体の冷却が必要になる。このため、制御装置によって第２昇温モードが実行されると、通気口からファンに向かう送風経路が形成され、筐体内に強制対流が発生するが、通気口の位置設定により、送風経路は二次電池から外れた位置に形成される。よって、筐体内における二次電池の周囲に強制対流が発生せず、強制対流を原因とした二次電池の冷却が抑制された状態で、燃料電池の発電に伴って発生する熱が二次電池に及び、二次電池を暖めることができる。つまり、冷却された熱交換媒体によって燃料電池を冷却する一方で、二次電池を燃料電池の熱を利用して暖めることができる。

【0011】

したがって、通気口の位置設定と、既存の構成であるファンの駆動及び停止の制御と、通気口の開閉の制御とを条件に応じて行うことで二次電池を暖めることができる。よって、二次電池を暖めるために、循環流路からバイパス流路を分岐させて二次電池に及ぶように取り回したり、バイパス流路と循環流路との接続箇所に切換弁を設置したりする場合と比べると、簡易な構成で二次電池を暖めることができる。

【0012】

燃料電池ユニットについて、前記通気口を第１通気口として備え、かつ前記筐体の内外を連通させる開状態、又は前記筐体の内外の連通を遮断する閉状態を取ることができる第２通気口をさらに備え、前記第２通気口は、前記開状態において前記ファンの駆動に伴って前記開状態の前記第２通気口から前記ファンに向かう前記送風経路を前記二次電池に沿って形成する位置に配置され、前記制御装置は、前記二次電池温度検出部から取得される前記二次電池の温度が前記第１閾値以上のとき、前記第１通気口を前記閉状態とする制御と、前記第２通気口を前記開状態とする制御と、前記ファンを駆動させる制御とを実行し、前記第１条件及び前記第２条件では、前記第２通気口を前記閉状態とする制御を行ってもよい。

【0013】

これによれば、二次電池の温度が第１閾値以上のときは、制御装置によってファンが駆動され、第２通気口からファンに向かう送風経路が形成される。すると、筐体内において二次電池の周囲には強制対流が発生し、二次電池を冷却できるとともに、熱交換媒体が冷却される。また、二次電池の温度が第１閾値より低くなり、制御装置によって第１昇温モード及び第２昇温モードが実行されるとき、第２通気口は閉状態とされる。これにより、制御装置によって第１昇温モード及び第２昇温モードのいずれが実行されても、第２通気口から筐体内への空気の流れがなくなり、強制対流による二次電池の冷却を抑制できる。

【0014】

燃料電池ユニットについて、前記筐体の内部に補機用二次電池を備え、当該補機用二次電池は、前記二次電池に隣り合って配置されていてもよい。
これによれば、制御装置によって第１昇温モード及び第２昇温モードが実行されるときは二次電池の温度が第１閾値より低く、その二次電池に隣り合う補機用二次電池の温度も低い。このため、制御装置によって第１昇温モード又は第２昇温モードが実行されると、二次電池が暖められるのに併せて補機用二次電池も暖められ、補機用二次電池の性能低下が抑制される。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、簡易な構成で二次電池を暖めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】通常モードの燃料電池ユニットを模式的に示す図。

【図2】第１昇温モードの燃料電池ユニットを模式的に示す図。

【図3】第２昇温モードの燃料電池ユニットを模式的に示す図。

【図4】制御装置が行う制御を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、燃料電池ユニットを具体化した一実施形態を図１～図４にしたがって説明する。
図１に示すように、燃料電池ユニット１０は、図示しない産業車両に搭載される。燃料電池ユニット１０は、筐体１１を備える。筐体１１は、底板１１ａと、天板１１ｂと、底板１１ａの周縁と天板１１ｂの周縁とを繋ぐ筒状の周壁１１ｃと、を有する。燃料電池ユニット１０が水平面上に置かれているものとして重力の方向をＺ軸で示し、水平面に沿う方向をＸ軸とＹ軸で示す。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する。以下の説明では、Ｚ軸と平行な方向を鉛直方向Ｚともいい、Ｘ軸と平行な方向を水平方向Ｘともいう。筐体１１において、底板１１ａと天板１１ｂとは鉛直方向Ｚに対向する。周壁１１ｃは、水平方向Ｘに対向する第１側壁１１ｄと第２側壁１１ｅを有する。

【0018】

燃料電池ユニット１０は、燃料電池１２と、二次電池１３と、補機用二次電池１４と、補機１５と、を備える。燃料電池１２、二次電池１３、補機用二次電池１４、及び補機１５は筐体１１に収容されている。二次電池１３と燃料電池１２は、水平方向Ｘに隣り合うように筐体１１内に配置されている。燃料電池１２は、水平方向Ｘにおいて二次電池１３よりも第２側壁１１ｅ寄りに配置されている。燃料電池１２は、第２側壁１１ｅに近接して配置されている。二次電池１３は、水平方向Ｘにおいて燃料電池１２よりも第１側壁１１ｄ寄りに配置されている。二次電池１３は、第１側壁１１ｄ寄りに配置されている。

【0019】

補機１５は、補機用二次電池１４に対して鉛直方向Ｚに隣り合うように筐体１１内に配置されている。補機用二次電池１４は、二次電池１３に対して鉛直方向Ｚに隣り合うように筐体１１内に配置されている。なお、二次電池１３と、補機１５と、補機用二次電池１４の鉛直方向Ｚへの並び順は適宜変更してもよい。

【0020】

燃料電池１２は、産業車両に搭載される負荷に供給する電力を発電する。燃料電池１２は、複数の燃料電池セルをスタック化したものである。燃料電池セルは、固体分子型燃料電池である。燃料電池１２は、燃料ガスと、酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う。燃料電池１２では、水素ガスを燃料ガス、空気中の酸素を酸化剤ガスとして発電が行われる。燃料電池１２の発電効率には温度依存性があり、燃料電池１２の発電効率を高めるための動作温度範囲が存在する。

【0021】

二次電池１３にはリチウムイオン電池が採用される。二次電池１３の充放電には温度依存性があり、二次電池１３の充放電効率を高めるための動作温度範囲が存在する。二次電池１３の動作温度範囲では、二次電池１３の温度が下がると二次電池１３の内部抵抗が上昇し、電池容量が低下する。逆に、二次電池１３の動作温度範囲では、二次電池１３の温度が上がると電池容量が上昇する。ただし、二次電池１３は、高温状態が継続されると劣化が早まり、電池容量が低下する。また、二次電池１３に蓄電された電力は、燃料電池１２の発電初期に、当該燃料電池１２の発電量が不足したときに負荷を駆動させるための電力としても使用される。

【0022】

補機１５は、例えば、燃料電池１２と図示しない水素タンクとを接続する水素供給管を開閉する電磁弁、燃料電池１２に酸素を含む空気を供給する電動圧縮機が挙げられる。補機用二次電池１４に蓄電された電力は、補機１５に供給される。

【0023】

燃料電池ユニット１０は、外気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器１６と、熱交換媒体を燃料電池１２と熱交換器１６との間で循環させる循環流路１７と、熱交換器１６に送風するファン１８と、を有する。熱交換媒体としては冷却水が用いられる。

【0024】

熱交換器１６は、筐体１１の第２側壁１１ｅに配置されている。二次電池１３と熱交換器１６は、水平方向Ｘに燃料電池１２を挟んで配置されている。二次電池１３は、燃料電池１２の一方側に配置され、熱交換器１６は、燃料電池１２の他方側に配置されている。ファン１８は、水平方向Ｘにおいて熱交換器１６よりも燃料電池１２側に配置されている。ファン１８は、水平方向Ｘにおける熱交換器１６と燃料電池１２の間に配置されている。ファン１８には、後に詳述する制御装置２３が信号接続されている。制御装置２３は、ファン１８を駆動又は停止させる制御を行う。

【0025】

循環流路１７は、燃料電池１２と熱交換器１６との間で冷却水を循環させる。循環流路１７は、往路１７ａと、復路１７ｂと、図示しないポンプと、燃料電池１２内及び熱交換器１６内に取り回された図示しない熱交換流路と、を有する。往路１７ａは、熱交換器１６から燃料電池１２に向けて冷却水を流すための流路である。復路１７ｂは、燃料電池１２から熱交換器１６に向けて冷却水を流すための流路である。ポンプは、循環流路１７で冷却水を循環させる。

【0026】

往路１７ａを通って燃料電池１２内の熱交換流路に流れ込んだ冷却水は、燃料電池１２で発生した熱を吸収して燃料電池１２を冷却する。復路１７ｂを通って熱交換器１６内の熱交換流路に流れ込んだ冷却水は、外気と熱交換されて冷却される。制御装置２３によってファン１８が駆動されることにより、熱交換器１６に向けて送風される。ファン１８による送風により、熱交換器１６内の熱交換流路での冷却水の冷却効率が高められる。

【0027】

上述したように、燃料電池１２には、燃料電池１２の発電効率を高めるための動作温度範囲が設定されている。復路１７ｂを流れる冷却水の温度は、燃料電池１２を冷却した後の冷却水の温度であり、燃料電池１２の温度の影響を受けている。このため、復路１７ｂを流れる冷却水の温度が燃料電池１２の動作温度範囲を越えないようにすることで、燃料電池１２の温度を動作温度範囲に維持している。なお、以下の説明において、復路１７ｂを流れる冷却水の温度を冷却水温度Ｔｆと記載する。

【0028】

燃料電池ユニット１０は、筐体１１に配置される第１通気口２１と、第２通気口２２とを有する。第１通気口２１は、筐体１１の底板１１ａに配置されている。第１通気口２１は、鉛直方向Ｚにおいてファン１８の下側に配置されている。第１通気口２１は、鉛直方向Ｚにおいて燃料電池１２の下側には配置されていない。また、第１通気口２１は、水平方向Ｘにおいて燃料電池１２の熱交換器１６側に配置されている。

【0029】

第１通気口２１は、第１開閉扉２１ａを有する。第１通気口２１は、第１開閉扉２１ａを開いて筐体１１の内外を連通させる開状態、又は第１開閉扉２１ａを閉じて筐体１１の内外の連通を遮断する閉状態を取ることができる。第１開閉扉２１ａには、制御装置２３が信号接続されている。制御装置２３は、第１開閉扉２１ａを開状態又は閉状態とする制御を行う。

【0030】

第２通気口２２は、筐体１１の第１側壁１１ｄに配置されている。第２通気口２２は、水平方向Ｘにおいて、二次電池１３、補機用二次電池１４及び補機１５に対向して配置されている。また、第２通気口２２は、水平方向Ｘにおいて燃料電池１２よりも二次電池１３側に配置されている。

【0031】

第２通気口２２は、第２開閉扉２２ａを有する。第２通気口２２は、第２開閉扉２２ａを開いて筐体１１の内外を連通させる開状態、又は第２開閉扉２２ａを閉じて筐体１１の内外の連通を遮断する閉状態を取ることができる。第２開閉扉２２ａには、制御装置２３が信号接続されている。制御装置２３は、第２開閉扉２２ａを開状態又は閉状態とする制御を行う。

【0032】

燃料電池ユニット１０は、復路１７ｂに配置された媒体温度検出部２４を備える。媒体温度検出部２４は、循環流路１７での冷却水の循環方向における燃料電池１２よりも下流、かつ熱交換器１６よりも上流に位置する復路１７ｂでの冷却水温度Ｔｆを検出する。つまり、媒体温度検出部２４は、循環流路１７において燃料電池１２から熱交換器１６へ流れる冷却水の温度を検出する。媒体温度検出部２４は、検出した冷却水温度Ｔｆに応じた信号を制御装置２３に出力する。

【0033】

燃料電池ユニット１０は、二次電池１３の温度を検出する二次電池温度検出部２５を有する。なお、以下の説明において、二次電池１３の温度を二次電池温度Ｔｂと記載する。二次電池温度検出部２５は、検出した二次電池温度Ｔｂに応じた信号を制御装置２３に出力する。二次電池温度検出部２５は、例えば、二次電池１３の外面温度を二次電池温度Ｔｂとして検出する。

【0034】

上記の制御装置２３は、プロセッサと、記憶部と、を備える。プロセッサとしては、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、又はDSP（Digital Signal Processor）が用いられる。記憶部は、RAM（Random Access Memory）及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置２３は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置２３は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

【0035】

制御装置２３は、媒体温度検出部２４によって検出された冷却水温度Ｔｆを取得する。制御装置２３は、二次電池温度検出部２５によって検出された二次電池温度Ｔｂを取得する。

【0036】

制御装置２３は、媒体温度検出部２４から取得した冷却水温度Ｔｆと、二次電池温度検出部２５から取得した二次電池温度Ｔｂに応じて、ファン１８の駆動又は停止の制御を行う。また、制御装置２３は、媒体温度検出部２４から取得した冷却水温度Ｔｆと、二次電池温度検出部２５から取得した二次電池温度Ｔｂに応じて、第１通気口２１及び第２通気口２２を開状態又は閉状態とする制御を行う。

【0037】

制御装置２３は、燃料電池ユニット１０が起動すると、媒体温度検出部２４から冷却水温度Ｔｆを取得し、二次電池温度検出部２５から二次電池温度Ｔｂを取得する。
制御装置２３は、取得した二次電池温度Ｔｂを第１閾値Ｔ１と比較する。上述したように、高温による二次電池１３の劣化を抑制するため、二次電池１３は高温状態に維持されないようにすることが必要である。二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１より低くなるように二次電池１３を冷却することで、二次電池１３の劣化を抑制できる。第１閾値Ｔ１は、二次電池１３の劣化を促進させるとして設定された温度である。このため、二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１以上になったときは、二次電池１３を強制冷却する必要がある。

【0038】

制御装置２３は、取得した冷却水温度Ｔｆを第２閾値Ｔ２と比較する。上述したように、燃料電池１２には、燃料電池１２の発電効率を高めるための動作温度範囲が設定されている。冷却水温度Ｔｆは、燃料電池１２を冷却した後の冷却水の温度であり、燃料電池１２の温度を反映している。冷却水温度Ｔｆが燃料電池１２の動作温度範囲の高温側の上限を越えないように燃料電池１２を冷却することで、燃料電池１２を動作温度範囲に維持できる。第２閾値Ｔ２は、燃料電池１２の温度を動作温度範囲に維持するために必要な冷却水の温度である。このため、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上になったときは、燃料電池１２を強制冷却する必要がある。

【0039】

燃料電池ユニット１０の動作時、燃料電池１２の各燃料電池セルでの発電により、燃料電池１２は発熱する。燃料電池１２からの輻射熱及び対流熱によって筐体１１内の温度が上昇し、輻射熱及び対流熱を受けて二次電池１３、補機用二次電池１４、及び補機１５の温度も上昇する。

【0040】

燃料電池ユニット１０の動作時、二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１以上であり、かつ冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上となることがある。この二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１以上、かつ冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上となることを「通常条件」とする。

【0041】

通常条件が成立すると、制御装置２３は、第２通気口２２を開状態とする制御と、ファン１８を駆動させる制御とを行う。また、制御装置２３は、第１通気口２１は閉状態とする制御を行う。

【0042】

すると、第２通気口２２からファン１８に向かう風の流れが形成される。以下の説明において、第２通気口２２からファン１８に向かう風の経路を通常送風経路Ｋ１と記載する。通常送風経路Ｋ１は、第２通気口２２からファン１８に向けてほぼ直線状に延びる。

【0043】

通常送風経路Ｋ１を流れる風は二次電池１３、補機用二次電池１４及び燃料電池１２に当たって熱交換器１６に向けて流れ込む。第２通気口２２は、通常送風経路Ｋ１上に燃料電池１２、補機用二次電池１４及び二次電池１３が位置するように筐体１１に配置される。水平方向Ｘに並ぶ二次電池１３、補機用二次電池１４、及び燃料電池１２のうちの二次電池１３及び補機用二次電池１４に対し第２通気口２２が対向するように、第２通気口２２が筐体１１に配置されている。ファン１８による送風により、燃料電池１２、補機用二次電池１４及び二次電池１３が強制冷却される。また、ファン１８による送風により、熱交換器１６に向けて風が流れ込み、熱交換器１６において冷却水が強制冷却される。

【0044】

燃料電池ユニット１０の周囲温度が低温の条件下において、停止していた産業車両が走行を開始した直後は、燃料電池ユニット１０の起動直後でもある。この燃料電池ユニット１０の起動直後、燃料電池１２の温度は比較的低く、動作温度範囲の中でも低い温度にある。このため、燃料電池ユニット１０の周囲温度が低温の条件下において、燃料電池ユニット１０の起動直後は、燃料電池１２の温度を速やかに上昇させることが好ましい。また、二次電池１３においても、二次電池１３の温度が動作温度範囲の中で比較的低いときは電池容量が低下するため、燃料電池ユニット１０の起動直後は、二次電池１３の温度を速やかに上昇させるのが好ましい。

【0045】

燃料電池ユニット１０の起動直後、二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１より低く、かつ冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２より低くなる状況が発生する。この二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１より低く、かつ冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２より低くなることを「第１条件」とする。

【0046】

第１条件が成立すると、制御装置２３は、図２に示すように、第１通気口２１を閉状態とする制御と、ファン１８を停止させる制御とを行う。また、第１条件が成立すると、制御装置２３は、第２通気口２２を閉状態とする制御を行う。このとき、第１通気口２１及び第２通気口２２のいずれからも筐体１１内からの排気が行われない。

【0047】

熱交換器１６に向けたファン１８による送風が行われず、冷却水の強制冷却は行われない。また、燃料電池１２及び二次電池１３に沿った風の流れも発生せず、燃料電池１２及び二次電池１３の強制冷却は行われない。したがって、筐体１１内には、ファン１８による送風に伴う強制対流が発生せず、二次電池１３の周囲にも強制対流は発生しない。このとき、筐体１１内において、二次電池１３及び補機用二次電池１４は、燃料電池１２からの輻射熱及び対流熱によって暖められ、二次電池１３及び補機用二次電池１４の温度が上昇する。以下、第１条件が成立し、制御装置２３が第１通気口２１を閉状態とする制御と、ファン１８を停止させる制御とを行うモードを第１昇温モードとする。

【0048】

燃料電池ユニット１０の周囲温度が低温の条件下において、産業車両の低速走行時、燃料電池１２の発電力のみで負荷を駆動させ、二次電池１３からの出力を必要としない場合がある。この場合は、燃料電池１２の発電に伴い冷却水温度Ｔｆも上昇するが、二次電池温度Ｔｂは上昇しにくい。二次電池温度Ｔｂが下がると電池容量が低下するため、二次電池温度Ｔｂを上昇させるのが好ましい。

【0049】

燃料電池ユニット１０の周囲温度が低温の条件下での燃料電池ユニット１０の動作時、二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１より低く、かつ冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上になる状況が発生する。この二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１より低く、かつ冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上になること「第２条件」とする。

【0050】

第２条件が成立すると、制御装置２３は、第１通気口２１を開状態とする制御と、ファン１８を駆動させる制御とを行う。すると、図３に示すように、第１通気口２１からファン１８に向かう風の流れが形成される。以下の説明において、第１通気口２１からファン１８に向かう風の経路を昇温送風経路Ｋ２と記載する。昇温送風経路Ｋ２は、水平方向Ｘにおける燃料電池１２の熱交換器１６側に形成される。昇温送風経路Ｋ２を流れる風は、ほぼ全てが水平方向Ｘにおける燃料電池１２と熱交換器１６との間を通過し、熱交換器１６に向けて流れ込む。よって、ファン１８による送風により、熱交換器１６に向けて風が流れ込み、熱交換器１６において冷却水が強制冷却される。このため、往路１７ａから燃料電池１２に向かう冷却水の温度が低下し、燃料電池１２を冷却できる。

【0051】

第１通気口２１からファン１８に向かう昇温送風経路Ｋ２上には二次電池１３が介在していないため、昇温送風経路Ｋ２は二次電池１３から外れた位置に形成される。このため、昇温送風経路Ｋ２を流れる風による二次電池１３の強制冷却は行われない。筐体１１内において、二次電池１３及び補機用二次電池１４の周囲には、ファン１８による送風に伴う強制対流が発生しない。筐体１１内において、二次電池１３及び補機用二次電池１４は燃料電池１２からの輻射熱及び対流熱によって暖められ、二次電池１３及び補機用二次電池１４の温度が上昇する。

【0052】

以下、第２条件が成立し、制御装置２３が第１通気口２１を開状態とする制御と、ファン１８を駆動させる制御とを行うモードを第２昇温モードとする。
次に、制御装置２３が行う制御を図４のフローチャートを用いて説明する。

【0053】

産業車両が動作して燃料電池ユニット１０が動作しているものとする。このとき、燃料電池１２は発電し、負荷に電力供給されているものとする。また、循環流路１７において、図示しないポンプが駆動され、燃料電池１２と熱交換器１６との間で冷却水が循環しているものとする。制御装置２３は、媒体温度検出部２４から復路１７ｂでの冷却水温度Ｔｆを定期的に取得し、二次電池温度検出部２５から二次電池温度Ｔｂを定期的に取得している。制御装置２３は、二次電池温度Ｔｂ及び冷却水温度Ｔｆを取得した時点で、以下の処理を行っている。

【0054】

制御装置２３は、二次電池温度検出部２５から取得した二次電池温度Ｔｂを第１閾値Ｔ１より低いか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置２３は、二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１より低いと判定した場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２において、制御装置２３は、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２より低いか否かを判定する。

【0055】

制御装置２３は、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２より低いと判定した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、第１昇温モードを実行する（ステップＳ１３）。
すると、図２に示すように、燃料電池ユニット１０において、筐体１１内には、ファン１８による送風に伴う強制対流が発生せず、二次電池１３の周囲にも強制対流は発生しない。筐体１１内において、二次電池１３は、燃料電池１２からの輻射熱及び対流熱によって暖められ、二次電池１３の温度が上昇する。

【0056】

図４に示すように、ステップＳ１２において、制御装置２３は、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上と判定した場合（ステップＳ１２でＮＯ）、第２昇温モードを実行する（ステップＳ１４）。

【0057】

すると、図３に示すように、筐体１１内には昇温送風経路Ｋ２が形成され、ファン１８による送風により、熱交換器１６において冷却水が強制冷却される。このため、往路１７ａから燃料電池１２に向かう冷却水の温度が低下し、燃料電池１２を冷却できる。また、昇温送風経路Ｋ２は形成されるが、二次電池１３の周囲には、ファン１８による送風に伴う強制対流が発生しない。このため、筐体１１内において、二次電池１３は燃料電池１２からの輻射熱及び対流熱によって暖められ、二次電池１３の温度が上昇する。

【0058】

図４に示すように、ステップＳ１１において、制御装置２３は、二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１以上と判定した場合（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５において、制御装置２３は、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上か否かを判定する。制御装置２３は、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２以上と判定した場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、通常モードを実行する（ステップＳ１６）。

【0059】

すると、図１に示すように、筐体１１内には通常送風経路Ｋ１が形成され、ファン１８による送風により、燃料電池１２及び二次電池１３が強制冷却される。また、熱交換器１６において冷却水が強制冷却される。このため、往路１７ａから燃料電池１２に向かう冷却水の温度が低下し、燃料電池１２を冷却できる。

【0060】

ステップＳ１５において、制御装置２３は、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２より低いと判定した場合（ステップＳ１５でＮＯ）、制御装置２３は処理を終了する。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0061】

（１）第１条件が成立して制御装置２３によって第１昇温モードが実行されると、筐体１１内には強制対流が発生しない。このため、強制対流による二次電池１３の冷却がない状態で、燃料電池１２の発電に伴う熱が二次電池１３に及び、二次電池１３を暖めることができる。

【0062】

第２条件が成立して制御装置２３によって第２昇温モードが実行されると、筐体１１内に強制対流が発生するが、第１通気口２１の位置設定により、昇温送風経路Ｋ２は二次電池１３から外れた位置に形成される。よって、強制対流を原因とした二次電池１３の冷却が抑制された状態で、燃料電池１２の発電に伴う熱が二次電池に及び、二次電池１３を暖めることができる。つまり、冷却された冷却水によって燃料電池１２を冷却する一方で、二次電池１３を燃料電池１２の発熱を利用して暖めることができる。

【0063】

したがって、第１通気口２１の位置設定と、既存の構成であるファン１８の駆動及び停止の制御と、第１通気口２１の開閉の制御とを、条件に応じて行うことで二次電池１３を暖めることができる。よって、二次電池１３を暖めるために、循環流路１７からバイパス流路を分岐させて二次電池１３に及ぶように取り回したり、バイパス流路と循環流路１７との接続箇所に切換弁を設置したりする場合と比べると、簡易な構成で二次電池１３を暖めることができる。

【0064】

（２）通常条件が成立して制御装置２３によって通常モードが実行されると、第２通気口２２が開状態とされて筐体１１内において二次電池１３の周囲には強制対流が発生し、二次電池１３を冷却できる。このため、二次電池温度Ｔｂが過度に上昇することを抑制して、二次電池１３の充放電性能が低下することを抑制できる。

【0065】

（３）制御装置２３によって第１昇温モード及び第２昇温モードが実行されるとき、第２通気口２２は閉状態とされる。これにより、制御装置２３によって第１昇温モード及び第２昇温モードのいずれが実行されても、第２通気口２２から筐体１１内への空気の流れがなくなり、強制対流による二次電池１３の冷却を抑制できる。このため、通常モードを実行するために筐体１１に第２通気口２２を配置しても、この第２通気口２２が第１昇温モード及び第２昇温モードで二次電池１３を暖める妨げになることなく、二次電池１３を暖めることができる。

【0066】

（４）制御装置２３によって第１昇温モード及び第２昇温モードが実行されるときは二次電池１３の温度が低く、その二次電池１３に隣り合う補機用二次電池１４の温度も低い。このため、制御装置２３によって第１昇温モード又は第２昇温モードが実行されると、二次電池１３が暖められるのに併せて補機用二次電池１４も暖められ、補機用二次電池１４の性能低下が抑制される。

【0067】

（５）制御装置２３によって第１昇温モードが実行されるとき、第１通気口２１及び第２通気口２２が閉状態とされる。このため、第１通気口２１及び第２通気口２２から筐体１１内への空気の流れがなくなり、強制対流による二次電池１３の冷却を抑制できる。

【0068】

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 補機用二次電池１４は無くてもよい。

【0069】

○ 補機用二次電池１４は、二次電池１３に隣り合っていなくてもよい。
○ 第２通気口２２は無くてもよい。この場合、通常条件が成立すると、制御装置２３は第２昇温モードを通常モードとして実行する。

【0070】

○ 第１昇温モードを実行するとき、制御装置２３は、第１通気口２１及び第２通気口２２の少なくとも一方を開状態とする制御を行ってもよい。第１昇温モードでは、ファン１８は駆動されないため、筐体１１内に強制対流が発生しない。よって、強制対流による二次電池１３の冷却がない状態で、燃料電池１２の発電に伴う熱が二次電池１３に及び、二次電池１３を暖めることができる。

【0071】

○ 筐体１１における第１通気口２１の位置は、燃料電池１２の熱交換器１６側であって、ファン１８による送風によって二次電池１３の周囲に強制対流が発生しない位置であれば変更してもよい。例えば、第１通気口２１は、筐体１１の天板１１ｂに配置されていたり、周壁１１ｃに配置されていてもよい。また、第１通気口２１は、鉛直方向Ｚにおいて燃料電池１２の下側に配置されていてもよい。

【0072】

○ 二次電池温度検出部２５は、筐体１１内における二次電池１３の周囲温度を検出してもよい。この場合、制御装置２３は、二次電池温度検出部２５から取得した、二次電池１３の周囲温度を補正して二次電池温度Ｔｂとしてもよい。

【0073】

○ 二次電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔ１以上であれば、冷却水温度Ｔｆが第２閾値Ｔ２より低くても、制御装置２３は通常モードを実行してもよい。
○ 熱交換媒体は、冷却水以外にもガス冷媒であってもよい。

【0074】

○ 二次電池１３は、リチウムイオン電池であったが、ニッケル水素電池等の他の二次電池であってもよい。
上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。

【0075】

（イ）前記通気口は開閉扉を有する。
（ロ）前記媒体温度検出部は前記循環流路に配置されている。

【符号の説明】

【0076】

Ｋ１…通常送風経路、Ｋ２…昇温送風経路、１０…燃料電池ユニット、１１…筐体、１２…燃料電池、１３…二次電池、１４…補機用二次電池、１６…熱交換器、１７…循環流路、１８…ファン、２１…第１通気口、２２…第２通気口、２３…制御装置、２４…媒体温度検出部、２５…二次電池温度検出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】