JP2003007324A

JP2003007324A - 燃料電池の冷却装置

Info

Publication number: JP2003007324A
Application number: JP2001187958A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ushio; 健牛尾; Mitsuharu Imazeki; 光晴今関; Yoshiro Shimoyama; 義郎下山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池の冷却装置の小型化を図る。【解決手段】燃料電池の冷却装置は、水素ガスと酸化
剤ガスを反応ガスとして発電する燃料電池１１と、燃料
電池１１に酸化剤ガスを供給する電気モータ駆動のエア
ーコンプレッサ２１と、燃料電池１１を冷却する冷却液
が循環する冷却液回路５２に設けられたラジエータ５１
と、エアーコンプレッサ２１を駆動する電気モータ４３
によって駆動される油圧ポンプ５６と、油圧ポンプ５６
で昇圧した油圧によって駆動される油圧モータ５５と、
油圧モータ５５により駆動されてラジエータ５１に送風
する冷却ファン５４と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池の冷却
装置に関し、特に、放熱器に送風する冷却ファンの駆動
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、自動車においては、冷却用ラ
ジエータの冷却性能を向上させるために、ラジエータ通
過風量を増加させるためのファン（ラジエータファン）
を備えており、パワープラントによる直接駆動あるいは
電気モータにより駆動させている。燃料電池自動車にお
いても良好な発電状態を保持するために燃料電池を冷却
する必要があり、燃料電池に冷却液を循環させラジエー
タで放熱する冷却システムを採用する場合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体高
分子電解質膜型の燃料電池を用いた燃料電池自動車で
は、燃料電池冷却後の冷却液温度が、一般の内燃機関冷
却後の冷却液温度よりも低く、したがって、外気温度と
の温度差が小さいため、ラジエータの冷却能力が低くな
る。特に、登坂などの低車速で高負荷な条件下ではラジ
エータにおいて冷却に必要な通過風量が得にくくなり、
ラジエータに必要とされる冷却能力を確保するのが困難
になり、ラジエータファンによる通過風量の増量が必要
になる。

【０００４】ここで、燃料電池自動車の場合には、ラジ
エータファンをパワープラントすなわち走行用モータで
直接駆動するのは困難であるため、従来は、専用の電気
モータによりラジエータファンを駆動していた。ところ
が、このラジエータファン駆動用の電気モータは結構大
型になるため、燃料電池自動車にこの電気モータを搭載
するとなると、搭載スペースを確保するのが困難であっ
た。さらに、この電気モータ駆動用の電源装置等も新た
に必要となるため、装置の小型化やパワープラントルー
ム内スペースの有効利用を図る上で不利であった。

【０００５】そこで、この発明は、冷却ファンを油圧駆
動とし、その油圧源となる油圧ポンプの駆動モータを燃
料電池への酸化剤ガス供給用コンプレッサの駆動モータ
で兼用することにより、装置の小型化を図ることができ
る燃料電池の冷却装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、水素ガスと酸化剤ガス
を反応ガスとして発電する燃料電池（例えば、後述する
実施の形態における燃料電池１１）と、前記燃料電池に
酸化剤ガスを供給する電気モータ駆動のコンプレッサ
（例えば、後述する実施の形態におけるエアーコンプレ
ッサ２１）と、前記燃料電池を冷却する冷却液が循環す
る冷却液回路（例えば、後述する実施の形態における冷
却液回路５２）に設けられた放熱器（例えば、後述する
実施の形態におけるラジエータ５１）と、前記コンプレ
ッサの電気モータ（例えば、後述する実施の形態におけ
る電気モータ４３）によって駆動される油圧ポンプ（例
えば、後述する実施の形態における油圧ポンプ５６，７
０）と、前記油圧ポンプで昇圧した油圧によって駆動さ
れる油圧モータ（例えば、後述する実施の形態における
油圧モータ５５）と、前記油圧モータにより駆動されて
前記放熱器に送風する冷却ファン（例えば、後述する実
施の形態における冷却ファン５４）と、を備えることを
特徴とする燃料電池の冷却装置である。このように構成
することにより、コンプレッサ駆動用の電気モータが油
圧ポンプ駆動用モータを兼ねているので、コンプレッサ
の電気モータで油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプで
昇圧した油圧により油圧モータを駆動して、放熱器の冷
却ファンを駆動することが可能になる。同じ出力の場
合、油圧ポンプおよび油圧モータは電気モータよりも小
型である。

【０００７】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載の発明において、前記油圧ポンプから前記油圧モータ
に供給される油量を前記燃料電池の運転状態に応じて制
御する供給油量制御手段（例えば、後述する実施の形態
における流量制御弁５９，可変流量型油圧ポンプ７０）
を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の
冷却装置。このように構成することにより、燃料電池の
運転状態に応じて冷却ファンの送風量を制御することが
可能となり、その結果、燃料電池の運転状態に応じて必
要とされる放熱器の冷却能力を得ることが可能になる。

【０００８】請求項３に記載した発明は、請求項２に記
載の発明において、前記供給油量制御手段は、前記油圧
ポンプから前記油圧モータへの油圧伝達経路（例えば、
後述する実施の形態における油圧回路５７）中に設けら
れた流量制御弁（例えば、後述する実施の形態における
流量制御弁５９）で構成されていることを特徴とする。
このように構成することにより、燃料電池の運転状態に
応じて流量制御弁を制御して冷却ファンの送風量を制御
することが可能となる。

【０００９】請求項４に記載した発明は、請求項２に記
載の発明において、前記油圧ポンプは可変流量型油圧ポ
ンプ（例えば、後述する実施の形態における可変流量型
油圧ポンプ７０）で構成されており、この油圧ポンプが
前記供給油量制御手段を兼ねることを特徴とする。この
ように構成することにより、燃料電池の運転状態に応じ
て油圧ポンプの油量を制御して冷却ファンの送風量を制
御することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る燃料電池の
冷却装置の実施の形態を図１から図４の図面を参照して
説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、燃料電
池自動車に搭載される燃料電池の冷却装置に適用した態
様である。

【００１１】図１は燃料電池自動車の概略構成図であ
る。この燃料電池自動車１は、燃料電池１１と、蓄電装
置、例えばキャパシタ１２とから構成されたハイブリッ
ド型の電源装置を備えており、これらの電源装置から電
力が供給される走行用モータ１３の駆動力は、オートマ
チックトランスミッション或いはマニュアルトランスミ
ッションよりなるトランスミッションＴ／Ｍを介して駆
動輪Ｗに伝達される。また、燃料電池自動車１の減速時
に駆動輪Ｗ側から走行用モータ１３側に駆動力が伝達さ
れると、走行用モータ１３は発電機として機能していわ
ゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気
エネルギーとして回収する。

【００１２】燃料電池１１は、例えば固体ポリマーイオ
ン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカ
ソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積
層して構成されたスタックからなり、燃料ガスとして水
素ガスが供給される水素極と、酸化剤ガスとして酸素を
含む空気が供給される空気極と、冷却液が供給される冷
却通路とを備えている。そして、アノードで触媒反応に
より発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過
してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学
反応を起こして発電するようになっている。また、この
発電に伴う発熱により燃料電池１１が設定温度以上に昇
温しないように、前記冷却通路を流れる冷却液で熱を奪
い冷却するようになっている。

【００１３】燃料電池１１の空気極には、酸化剤供給部
をなすエアーコンプレッサ２１から空気が供給される空
気供給口１１ａと、空気極内の空気等を外部に排出する
ための空気排出口１１ｂが設けられている。一方、水素
極には、燃料供給部をなす水素タンク３１から水素ガス
が供給される水素供給口１１ｃと、水素極内の水素ガス
等を外部に排出するための水素排出口１１ｄが設けられ
ている。

【００１４】エアーコンプレッサ２１は、例えば自動車
の外部から空気を取り込んで断熱圧縮して、この空気
を、反応ガスとして燃料電池１１の空気極側に供給する
と共に、圧力信号として後述する燃料供給制御弁３２お
よびエゼクタバイパス制御弁３５に供給する。

【００１５】エアーコンプレッサ２１にて圧縮昇温され
た空気は、冷却器２２に供給可能とされており、例えば
燃料電池１１の運転状態に応じて、冷却器２２にて所定
温度まで冷却された空気は、カソード加湿器２４および
燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５
に供給される。また、エアーコンプレッサ２１と、カソ
ード加湿器２４および燃料供給制御弁３２およびエゼク
タバイパス制御弁３５とを接続する流路には、冷却器２
２および、例えば冷却器２２の下流側に設けられた冷却
器バイパス制御弁２３を迂回する冷却器バイパス流路２
２ａが設けられている。すなわち、燃料電池１１の運転
状態に応じて、冷却器バイパス制御弁２３を閉弁するこ
とによって、エアーコンプレッサ２１にて圧縮昇温され
た空気を、冷却すること無しに燃料電池１１および燃料
供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５へ供
給することができるようにされている。

【００１６】カソード加湿器２４は、例えば中空糸膜等
の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空
気排出口１１ｂから排出される排出空気を、反応ガスと
して供給される空気に対する加湿ガスとして利用してい
る。すなわち、水透過膜を介して空気と排出空気とを接
触させると、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）
は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として空気に供
給される。そして、加湿された空気は燃料電池１１に供
給され、燃料電池１１の固体分子電解質膜のイオン導電
性が所定の状態に確保されている。

【００１７】なお、後述するように、燃料電池１１の空
気排出口１１ｂから排出された排出空気は、順次、アノ
ード加湿器３７、カソード加湿器２４へ加湿ガスとして
供給され、カソード加湿器２４から排出された排出空気
は背圧制御弁２５を介して自動車外部に排出されるよう
になっている。背圧制御弁２５は、燃料電池１１の運転
状態に応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御され
ており、ＥＣＵ４４から入力される制御信号に応じた弁
開度に設定されることで、燃料電池１１内に反応ガスと
して供給される空気の圧力（空気供給圧）が所定の圧力
となるように制御される。

【００１８】燃料電池１１に対する燃料ガスとしての水
素ガスは、例えば高圧の水素タンク３１から燃料供給制
御弁３２へ供給される。燃料供給制御弁３２は、例えば
空気式の比例圧力制御弁をなし、エアーコンプレッサ２
１から供給される空気の圧力を信号圧として、燃料供給
制御弁３２を通過した水素ガスが燃料供給制御弁３２の
出口で有する圧力が、信号圧に応じた所定範囲の圧力と
なるように制御する。

【００１９】燃料供給制御弁３２を通過した水素ガスは
熱交換器３３に供給されている。この熱交換器３３にお
いて、燃料電池１１の運転状態に応じて、例えば冷却材
との熱交換反応等によって所定の温度に設定された水素
ガスは、順次、エゼクタ３４あるいはエゼクタバイパス
制御弁３５、アノード加湿器３６を介して水素供給口１
１ｃから燃料電池１１の水素極に供給される。さらに、
燃料電池１１の水素排出口１１ｄから排出された未反応
の排出ガスは、貯溜タンク３７を通じてエゼクタ３４へ
と導入されており、熱交換器３３から供給された水素ガ
スと、燃料電池１１から排出された排出ガスとが混合さ
れて燃料電池１１に再び供給されている。

【００２０】エゼクタ３４は、内部を流通する高速の水
素ガス流の近傍に発生する負圧によって、副流とされる
燃料電池１１からの排出ガスを吸い込み、この排出ガス
を熱交換器３３を介して供給される水素ガスと混合して
燃料電池１１へ再度供給することで、燃料電池１１から
排出された排出ガスを循環させている。

【００２１】また、熱交換器３３とアノード加湿器３６
とを接続する流路には、エゼクタ３４を迂回するエゼク
タバイパス流路３４ａが設けられている。ここで、エゼ
クタバイパス流路３４ａには、例えば空気式の比例圧力
制御弁をなすエゼクタバイパス制御弁３５がエゼクタ３
４に対して並列配置されており、エアーコンプレッサ２
１から供給される空気の圧力を信号圧として、エゼクタ
バイパス制御弁３５を通過した水素ガスのエゼクタバイ
パス制御弁３５出口での圧力つまり燃料供給圧が、信号
圧に応じた所定範囲の圧力となるように制御する。

【００２２】すなわち、酸化剤ガスとしての空気の圧力
を基準圧力として、燃料供給制御弁３２およびエゼクタ
バイパス制御弁３５での圧力流量制御によって、エゼク
タ３４を通過する水素ガスの圧力流量特性が所定の状態
となるように制御され、燃料電池１１の固体高分子電解
質膜に対する酸化剤ガスの圧力（空気供給圧）と、燃料
ガスの圧力（燃料供給圧）との差、つまり燃料極と空気
極との極間差圧が所定圧力差の範囲内になるように設定
されている。

【００２３】アノード加湿器３６は、例えば中空糸膜等
の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空
気排出口１１ｂから排出される排出空気を、水素ガスに
対する加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過
膜を介して水素ガスと排出空気とを接触させると、排出
空気に含まれる水分（特に、水蒸気）は水透過膜の膜穴
を透過した後に水蒸気として水素ガスに供給される。そ
して、加湿された水素ガスは燃料電池１１に供給され、
燃料電池１１の固体分子電解質膜のイオン導電性が所定
の状態に確保されている。

【００２４】貯溜タンク３７は、燃料電池１１の水素排
出口１１ｄから排出された排出ガスに対して気液分離を
行い、排出ガス中に含まれる液体状の水分を分離して貯
溜する。排出制御弁３８は、燃料電池１１の運転状態に
応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御されてお
り、例えば貯溜タンク３７にて分離された排出ガス中の
過剰な水分（主に液体水）等を自動車外部に排出する。

【００２５】燃料電池１１から取り出される発電電流は
電流制御器４１に入力されており、この電流制御器４１
には蓄電装置をなす、例えば電気二重層コンデンサや電
解コンデンサ等からなるキャパシタ１２が接続されてい
る。そして、燃料電池１１とキャパシタ１２は、電流制
御器４１および出力制御器４２を介して、電気的負荷で
ある走行用モータ１３、および、エアーコンプレッサ２
１を駆動する電気モータ（以下、モータと略す）４３等
に対して並列に接続されている。

【００２６】電流制御器４１は、例えばＤＣ−ＤＣチョ
ッパ等を備えて構成されており、ＥＣＵ４４から出力さ
れる目標発電電流ＩＦＣつまり燃料電池１１に対する発
電指令に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電
電流の電流値を制御する。

【００２７】出力制御器４２は、例えばＩＧＢＴ等のス
イッチング素子から構成された走行用モータ１３用のＰ
ＷＭインバータおよびエアーコンプレッサ駆動用モータ
４３用のＰＷＭインバータを備えており、ＥＣＵ４４か
ら出力される走行用モータ１３に対するトルク指令やエ
アーコンプレッサ２１に対する回転数指令等に基づき、
電流制御器４１を介して燃料電池１１およびキャパシタ
１２から出力される直流電力を３相交流電力に変換し
て、走行用モータ１３およびエアーコンプレッサ２１を
駆動するモータ４３へ供給する。なお、走行用モータ１
３およびモータ４３は、例えば界磁として永久磁石を利
用する永久磁石式の３相交流同期モータとされており、
出力制御器４２から供給される３相交流電力により駆動
制御される。

【００２８】ＥＣＵ４４は、例えば、蓄電装置をなすキ
ャパシタ１２から出力される出力電流および端子電圧お
よび温度の信号に基づいてキャパシタ１２の残容量を算
出し、走行用モータ１３やモータ４３等の負荷への電力
供給を制御する。さらに、ＥＣＵ４４は、出力制御器４
２に具備された走行用モータ１３用のＰＷＭインバータ
の電力変換動作を制御しており、例えば走行用モータ１
３に対しては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み
操作量等を検知するアクセル開度センサ１４で検知した
アクセル開度ＡＣの信号に基づいてトルク指令を算出す
る。そして、このトルク指令を出力制御器４２に入力す
ることで、トルク指令に応じたパルス幅変調信号が走行
用モータ１３用のＰＷＭインバータに入力され、要求さ
れるトルクを発生させるための各相電流が走行用モータ
１３の各相へと出力される。

【００２９】また、ＥＣＵ４４は、アクセル開度ＡＣの
信号に基づいて、電流制御器４１にて燃料電池１１から
取り出す発電電流に対する目標発電電流ＩＦＣを算出し
て電流制御器４１に入力する。ＥＣＵ４４は、この目標
発電電流ＩＦＣに応じて、反応ガスの流量に関する要求
値として、例えばエアーコンプレッサ２１の回転数Ｎを
算出し、反応ガスの圧力に関する要求値として、例えば
背圧制御弁２５の弁開度θを算出する。そして、この回
転数Ｎの指令が出力制御器４２に入力されることで、回
転数Ｎに応じたパルス幅変調信号がエアーコンプレッサ
駆動用のモータ４３用のＰＷＭインバータに入力され、
要求される回転数Ｎを発生させるための各相電流がモー
タ４３の各相へと出力される。また、算出された弁開度
θが背圧制御弁２５に入力されることで、背圧制御弁２
５の弁開度が制御される。そして、反応ガスの流量およ
び圧力に対する各要求値と、実際に燃料電池１１に供給
される反応ガスの流量および圧力との各偏差がゼロとな
るように、フィードバック制御を行う。

【００３０】また、ＥＣＵ４４には、アクセル開度セン
サ１４から出力される例えば運転者によるアクセルペダ
ルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度ＡＣの検出
信号と、例えばエアーコンプレッサ２１から供給される
空気の流量（質量流量）を検出する流量センサ４６から
出力される流量検出値ＱＮの信号と、例えば燃料電池１
１の空気極側に供給される空気の圧力を検出する圧力セ
ンサ４７から出力される圧力検出値ＰＮの信号とが入力
される。なお、流量センサ４６は、エアーコンプレッサ
２１の空気排出口２１ａ近傍に設けられ、圧力センサ４
７は、燃料電池１１の空気供給口１１ａ近傍に設けられ
ている。

【００３１】次に、この発明の特徴部である燃料電池の
冷却装置について説明する。燃料電池１１を冷却するた
めの冷却液は、ウォーターポンプＷＰによって昇圧され
て燃料電池１１に供給され、燃料電池１１内の冷却通路
を通る際に燃料電池１１から熱を奪って燃料電池１１を
冷却し、これにより熱せられた冷却液はラジエータ（放
熱器）５１に送られ、ラジエータ５１で放熱することに
より冷却液は冷却され、再びウォーターポンプＷＰに戻
るようになっている。すなわち、冷却液は、ウォーター
ポンプＷＰと燃料電池１１とラジエータ５１とを閉回路
に接続する冷却液回路５２を循環するようになってい
る。

【００３２】また、この冷却液回路５２はラジエータ５
１をバイパスするバイパス通路５３を備えており、ラジ
エータ５１およびウォーターポンプＷＰを接続する流路
とバイパス通路５３との連結部にはサーモスタットバル
ブ６１が設けられている。このサーモスタットバルブ６
１は、冷却液をラジエータ５１に通して循環するか通さ
ずに循環するかを切り換える切り換え弁であり、冷却液
温度が所定の設定温度Ｔ０以下のためラジエータ５１に
通す必要がないときにはラジエータ５１側を遮断してバ
イパス通路５３とウォーターポンプＷＰとを接続し、冷
却液温度が前記設定温度Ｔ０を越えているためラジエー
タ５１に通して空冷する必要があるときにはバイパス通
路５３側を遮断してラジエータ５１とウォーターポンプ
ＷＰとを接続する。

【００３３】ラジエータ５１は、図２に示すように、燃
料電池自動車１のパワープラントルームＲの前部に配置
されており、燃料電池自動車１の走行時にパワープラン
トルームＲ内に流入する空気流に放熱するようになって
いる。そして、登坂などの低車速で高負荷な条件下で通
過風量が得にくい場合にもラジエータ５１に必要とされ
る冷却能力を確保するために、パワープラントルームＲ
内においてラジエータ５１の直ぐ後方に冷却ファン５４
が装備されている。

【００３４】冷却ファン５４は油圧モータ５５によって
回転駆動され、油圧モータ５５は油圧ポンプ５６によっ
て昇圧された油圧によって回転駆動される。この油圧ポ
ンプ５６はエアーコンプレッサ２１を駆動するモータ４
３によって駆動されるようになっている。つまり、モー
タ４３はエアーコンプレッサ２１の駆動モータと油圧ポ
ンプ５６の駆動モータを兼用している。ところで、前述
したようにエアーコンプレッサ２１を駆動するモータ４
３の回転数Ｎは燃料電池１１の目標発電電流ＩＦＣに応
じて制御されるようになっており、したがって、油圧ポ
ンプ５６の回転数もこれに同期して制御されることとな
る。しかしながら、冷却ファン５４を駆動する油圧モー
タ５５の回転数は、ラジエータ５１に要求される放熱能
力（換言すれば、要求される送風量）に応じて制御する
必要がある。そこで、この実施の形態では、油圧モータ
５５に供給される油量を制御する手段が設けられてい
る。以下、これについて詳述する。

【００３５】油圧モータ５５と油圧ポンプ５６との間で
オイルを循環させる油圧回路（油圧伝達経路）５７は、
油圧モータ５５をバイパスするオイルバイパス通路５８
を備えており、オイルバイパス通路５８には流量制御弁
（供給油量制御手段）５９が設けられている。この流量
制御弁５９は、その開度調整によって油圧モータ５５に
供給される油量（供給油量）を制御し、これにより冷却
ファン５４の回転数を制御し、結果的に冷却ファン５４
によるラジエータ５１への風量を制御する。すなわち、
流量制御弁５９を全閉にすると油圧モータ５５への供給
油量は最大となり、冷却ファン５４の送風量が最大とな
る。これに対して流量制御弁５９を開いた場合には、そ
の開度が大きくなるにしたがって油圧モータ５５への供
給油量が漸次減少するので、冷却ファン５４の送風量が
漸次減少する。

【００３６】なお、この実施の形態では、ラジエータ５
１出口の冷却液温度に基づきマップを参照して流量制御
弁５９の開度制御を行っている。そのために、冷却液回
路５２におけるラジエータ５１の出口に温度センサ６０
が設けられている。ここで、燃料電池１１における発熱
量は燃料電池１１の出力（発電電流）に相関があり、燃
料電池１１の出力が大きいほど発熱量は大となる。した
がって、燃料電池１１の出力が大きいほど燃料電池１１
を通過した冷却液の温度は高くなり、その結果、ラジエ
ータ５１の冷却能力が同じ場合にはラジエータ５１の出
口における冷却液温度も高くなる。

【００３７】図３は流量制御弁５９の開度制御用マップ
の一例である。このマップを用いた制御では、ラジエー
タ５１出口での冷却液温度が下限温度Ｔ１以下のときに
は、冷却ファン５４による風量増大が不要であるので、
流量制御弁５９を全開に制御し、冷却ファン５４を停止
させる。ラジエータ５１出口での冷却液温度が下限温度
Ｔ１を越えると流量制御弁５９の開度が閉弁する方向に
制御され、冷却液温度の上昇にしたがって開度を小さく
するように制御される。これにより、冷却液温度が下限
温度Ｔ１を越えると冷却ファン５４が回転し始め、冷却
液温度の上昇にしたがって冷却ファン５４の回転数が上
昇し、冷却ファン５４の送風量が増大しラジエータ５１
における通過風量が増大して、ラジエータ５１の冷却能
力が増大する。そして、ラジエータ５１出口での冷却液
温度が上限温度Ｔ２を越えると流量制御弁５９は全閉に
制御され、冷却ファン５４の送風量が最大となって、ラ
ジエータ５１の冷却能力は最大になる。このように冷却
液温度に応じて流量制御弁５９の弁開度を制御するとい
うことは、燃料電池１１の運転状態に応じて、油圧ポン
プ５６から油圧モータ５５に供給される油量を制御する
ことになる。

【００３８】なお、ラジエータ５１に冷却液が流れてい
ないときに冷却ファン５４を運転しても無駄であるの
で、このときには冷却ファン５４を停止させる。そのた
めに、サーモスタットバルブ６１の前記設定温度Ｔ０
は、下限温度Ｔ１よりも小さく設定しておく。

【００３９】この実施の形態の燃料電池の冷却装置で
は、エアーコンプレッサ２１駆動用のモータ４３で油圧
ポンプ５６を駆動し、この油圧ポンプ５６で昇圧した油
圧により油圧モータ５５を駆動して、ラジエータ５１の
冷却ファン５４を駆動しているので、冷却ファン５４を
駆動するための専用の電気モータおよびそのための電源
装置等が不要になる。そして、油圧モータ５５は同出力
の電気モータに比べると小型であるので、冷却装置の小
型化を図ることができ、専有スペースが小さくて済む。
したがって、パワープラントルームＲ内のスペースを有
効利用することができる。

【００４０】また、油圧回路５７に流量制御弁５９を設
け、この流量制御弁５９の開度をラジエータ５１出口の
冷却液温度に応じて開度制御し、冷却ファン５４の送風
量を制御しているので、燃料電池１１の運転状態に応じ
て必要とされるラジエータ５１の冷却能力を得ることが
でき、燃料電池１１を所定の温度範囲に確実に制御する
ことができる。

【００４１】前述した実施の形態では、流量制御弁５９
の開度制御によって油圧モータ５５への供給油量を制御
し、冷却ファン５４の送風量を制御したが、油圧ポンプ
５６を可変流量型油圧ポンプで構成し、油圧ポンプ５６
の送油量を制御することによって直接的に油圧モータへ
の供給油量を制御し、冷却ファン５４の送風量を制御し
てもよい。可変流量型油圧ポンプを用いた場合には、オ
イルバイパス通路５８および流量制御弁５９はなくても
よい。

【００４２】図４は可変流量型油圧ポンプの一例を示す
概略構成図である。この可変流量型油圧ポンプ（以下、
油圧ポンプと略す）７０はボディ７１に複数組のシリン
ダ７２とピストン７３を備え、各ピストン７３はピスト
ンロッド７４を介して傾斜板７５に回動可能に連結され
ている。傾斜板７５は回転不能であり、傾斜板７５の中
央を傾転中心にして全方位的に傾転可能に設置されてい
る。

【００４３】この傾斜板７５は、その裏面側に配置され
た回転傾斜板７６によって傾転せしめられるようになっ
ている。回転傾斜板７６は、エアーコンプレッサ２１の
モータ４３によって回転駆動される駆動シャフト７７の
先端に連結されており、駆動シャフト７７によって回転
駆動される。この回転傾斜板７６は駆動シャフト７７に
対する傾斜角度を変更できるように駆動シャフト７７に
回動可能に連結されている。また、回転傾斜板７６の裏
面側からはロッド７８が延びており、このロッド７８の
先端は傾斜角度調整板７９に常時当接するようになって
いて、傾斜角度調整板７９はアクチュエータ８０によっ
てシリンダ７２に対して接近離間する方向に移動可能に
設置されている。

【００４４】この油圧ポンプ７０においては、駆動シャ
フト７７が回転すると、回転傾斜板７６がロッド７８の
先端を傾斜角度調整板７９に接触させながら一定の傾斜
角度を保ちつつ回転し、この回転傾斜板７６の動きに合
わせて傾斜板７５が傾転する。その結果、各ピストンロ
ッド７４がシリンダ７２に接近離間する方向に往復動す
るようになり、各ピストン７３がシリンダ７２内を往復
動し、油圧回路５７を介してシリンダ７２内に流入する
作動油を加圧して油圧モータ５５に圧送する。

【００４５】そして、アクチュエータ８０によって傾斜
角度調整板７９をシリンダ７２に接近する方向へ移動さ
せると、回転傾斜板７６の傾斜角度が大きくなり、その
結果、ピストン７３のストロークが大きくなって油圧モ
ータ５５への供給油量が多くなり、冷却ファン５４の回
転数が大きくなって、送風量が多くなる。逆に、アクチ
ュエータ８０によって傾斜角度調整板７９をシリンダ７
２から離間する方向へ移動させると、回転傾斜板７６の
傾斜角度が小さくなり、その結果、ピストン７３のスト
ロークが小さくなって油圧モータ５５への供給油量が少
なくなり、冷却ファン５４の回転数が小さくなって、送
風量が少なくなる。すなわち、この油圧ポンプ７０を用
いた場合には、アクチュエータ８０を制御することによ
りピストン７３のストロークを制御して油圧モータ５５
への供給油量を制御することができ、ラジエータ５１へ
の送風量を制御することができる。

【００４６】したがって、この油圧ポンプ７０を用い
て、例えば前述の流量制御弁４９の場合と同様に、ラジ
エータ５１出口の冷却液温度に応じてアクチュエータ８
０を制御して油圧モータ５５への供給油量を制御する
と、燃料電池１１の運転状態に応じて冷却ファン５４の
送風量を制御することができ、燃料電池１１の運転状態
に応じて必要とされるラジエータ５１の冷却能力を得る
ことができる。なお、この場合には、ラジエータ５１出
口の冷却液温度が高いほどピストン７３のストロークが
大きくなるようにアクチュエータ８０を制御する。した
がって、この可変流量型油圧ポンプ７０はその内部に供
給油量制御手段を内蔵しており、可変流量型油圧ポンプ
７０が供給油量制御手段を兼ねていると言える。なお、
可変流量型油圧ポンプは前記構成のものに限られるもの
ではなく、送油量を所望に変更することができるもので
あれば、種々の構造のものが採用可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明するように、請求項１に記載し
た発明によれば、コンプレッサ駆動用の電気モータが油
圧ポンプ駆動用モータを兼ねているので、コンプレッサ
の電気モータで油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプで
昇圧した油圧により油圧モータを駆動して、放熱器の冷
却ファンを駆動することが可能になり、したがって、冷
却ファン駆動専用の電気モータが不要で、小型の油圧モ
ータがあれば足りるので、装置の小型化を図ることがで
き、専有スペースが小さくて済むという優れた効果が奏
される。

【００４８】請求項２に記載した発明によれば、燃料電
池の運転状態に応じて冷却ファンの送風量を制御するこ
とが可能となり、その結果、燃料電池の運転状態に応じ
て必要とされる放熱器の冷却能力を得ることが可能にな
るので、燃料電池を運転に好適な温度に管理することが
できるという効果がある。

【００４９】請求項３に記載した発明によれば、燃料電
池の運転状態に応じて流量制御弁を制御して冷却ファン
の送風量を制御することが可能になり、放熱器の冷却能
力の制御が容易にできる。

【００５０】請求項４に記載した発明によれば、燃料電
池の運転状態に応じて油圧ポンプの油量を制御して冷却
ファンの送風量を制御することが可能になり、放熱器の
冷却能力の制御が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る第１の実施の形態における燃
料電池の冷却装置を備えた燃料電池自動車の構成図であ
る。

【図２】前記冷却装置の主要構成のパワープラントル
ーム内における概略配置図である。

【図３】第１の実施の形態における流量制御弁の開度
制御用マップの一例である。

【図４】第２の実施の形態における燃料電池の冷却装
置で使用される可変流量型油圧ポンプの概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１１燃料電池２１エアーコンプレッサ４３電気モータ５１ラジエータ（放熱器）５２冷却液回路５４冷却ファン５５油圧モータ５６油圧ポンプ５７油圧回路（油圧伝達経路）５９流量制御弁（供給油量制御手段）７０可変流量型油圧ポンプ（油圧ポンプ，供給油量制
御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下山義郎埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 3D035 AA03 5H026 AA06 5H027 AA06 BA13 CC06 KK52 MM01 5H115 PA08 PA15 PG04 PI18 QE19 SE06 TO05 TU11 UI29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素ガスと酸化剤ガスを反応ガスとして
発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する電気モータ駆動の
コンプレッサと、前記燃料電池を冷却する冷却液が循環する冷却液回路に
設けられた放熱器と、前記コンプレッサの電気モータによって駆動される油圧
ポンプと、前記油圧ポンプで昇圧した油圧によって駆動される油圧
モータと、前記油圧モータにより駆動されて前記放熱器に送風する
冷却ファンと、を備えることを特徴とする燃料電池の冷
却装置。
【請求項２】前記油圧ポンプから前記油圧モータに供
給される油量を前記燃料電池の運転状態に応じて制御す
る供給油量制御手段を備えることを特徴とする請求項１
に記載の燃料電池の冷却装置。
【請求項３】前記供給油量制御手段は、前記油圧ポン
プから前記油圧モータへの油圧伝達経路中に設けられた
流量制御弁で構成されていることを特徴とする請求項２
に記載の燃料電池の冷却装置。
【請求項４】前記油圧ポンプは可変流量型油圧ポンプ
で構成されており、この油圧ポンプが前記供給油量制御
手段を兼ねることを特徴とする請求項２に記載の燃料電
池の冷却装置。