JP2003168462A

JP2003168462A - 燃料電池冷却システムおよび電気自動車

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Publication number: JP2003168462A
Application number: JP2001367054A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Kudo; 工藤　　弘康; Kazumichi Ochi; 和通越智; Jun Hoshi; 潤星; Itsusaku Yamada; 逸作山田; Toshiyuki Kondo; 俊行近藤
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-13
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP3912087B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池の冷却システムにおいて、簡易な構
成により消費電力を増大させることなく、人体への通電
を防止する。【解決手段】熱媒体経路１１における燃料電池１０の
上流側の任意の箇所に第１の絶縁バルブ１６を設け、熱
媒体経路１１における燃料電池１０の下流側の任意の箇
所に第２の絶縁バルブ１７を設け、第１、第２の絶縁バ
ルブ１６、１７は、熱媒体経路を閉塞することにより、
熱媒体経路を電気的に遮断することができるように構成
する。絶縁バルブ１６、１７は、熱媒体に接触する部位
が絶縁材料（例えば樹脂）から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池を冷却す
る冷却システムに関し、特に燃料電池冷却システムの感
電防止構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は発電に伴い熱を発生する。こ
のため、燃料電池システムでは、燃料電池に冷却水を循
環させて、燃料電池の熱をラジエータにて外部に放出
し、燃料電池の温度を一定に保つために冷却システムが
設けられている。また、燃料電池は発電に伴い電位が発
生するので、燃料電池内部を循環する冷却水が導電性で
ある場合（例えばエチレングリコール等の不凍液）に
は、冷却水が帯電してしまう。このため、冷却水経路に
おいて、電荷が冷却水を通じ人体への通電が起こるとい
った問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するために、冷却水を導電性のエチレングリコールから
非イオン水（純水）に変更する、あるいは冷却システム
上で燃料電池を電気的に孤立させるといった感電対策が
行われている。具体的には、冷却システムを燃料電池側
とラジエータ側に２つの冷却経路を設けた２段構成と
し、燃料電池側に非イオン水を使用することで通電量を
なくす構成が考えられる。

【０００４】しかし、この場合には、純水の純度維持の
ためにイオン交換樹脂等が必要となり、システムの大型
化、メンテナンス等で不利となる。また、純水を用いる
場合には氷点下で凍結が起こるため、燃料電池の不作動
や膨張に伴うシステム破壊といった問題が発生する。

【０００５】また、燃料電池側に絶縁性のある熱媒体
（オイル、パラフルオロカーボン等）を使用することが
考えられるが、オイルを用いた場合には、エチレングリ
コールに比べて粘性が高いことや熱伝導率が低いことか
ら、圧力損失の増加、燃料電池発電部と冷却液との温度
差が広がる。このため、熱媒体流量の増加を招き、熱媒
体循環ポンプの消費電力が大幅に増加するという問題が
ある。

【０００６】さらに、冷却経路を２段構成にした場合に
は、熱媒体循環ポンプが２つ必要となるため、冷却シス
テムにて使用される補機類の消費電力の増加する。この
ため、燃料電池の出力のうち走行に使用できる割合が低
下するという問題がある。

【０００７】本発明は、上記点に鑑み、燃料電池の冷却
システムにおいて、簡易な構成により消費電力を増大さ
せることなく、人体への通電を防止することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、燃料電池（１０）に循
環する熱媒体が通過する熱媒体経路（１１）と、熱媒体
経路（１１）に設けられた放熱器（１３）とを備え、熱
媒体経路（１１）は、任意の箇所で電気的に遮断可能に
構成されていることを特徴としている。

【０００９】これにより、冷却水が帯電することで燃料
電池（１０）、冷却水経路（１１）、ボディ（アース）
および高電圧系から構成される電気回路は電気的に遮断
され、燃料電池の冷却システムで人体に通電が起こるこ
とを防止できる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、熱媒体
経路（１１）における燃料電池（１０）の上流側の任意
の箇所に第１の絶縁バルブ（１６）が設けられ、熱媒体
経路（１１）における燃料電池（１０）の下流側の任意
の箇所に第２の絶縁バルブ（１７）が設けられ、第１、
第２の絶縁バルブ（１６、１７）は、熱媒体経路を閉塞
することにより、熱媒体経路を電気的に遮断することが
できるように構成されていることを特徴としている。

【００１１】このような絶縁バルブ（１６、１７）を用
いることにより、熱媒体経路を電気的に遮断することが
可能となる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明では、熱媒体
経路（１１）における第１の絶縁バルブ（１６）と第２
の絶縁バルブ（１７）の間は、人体と電気的に遮断され
ていることを特徴としている。

【００１３】これにより、燃料電池（１０）と第１、第
２の絶縁バルブ（１６、１７）との間で感電が発生する
ことを防止できる。例えば、人体と接触しない部位に配
置するか、絶縁材料で覆うことにより、第１の絶縁バル
ブ（１６）と第２の絶縁バルブ（１７）の間を、人体と
電気的に遮断することができる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明のように、第
１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）は、少なくとも熱
媒体に接触する部位が絶縁材料から構成することがで
き、請求項５に記載の発明のように、絶縁材料として樹
脂材料を用いることができる。

【００１５】また、請求項６に記載の発明では、第１の
絶縁バルブ（１６）は、熱媒体経路（１１）における燃
料電池（１０）の熱媒体流入部近傍に設けられ、第２の
絶縁バルブ（１７）は、熱媒体経路（１１）における燃
料電池（１０）の熱媒体流出部近傍に配置されているこ
とを特徴としている。

【００１６】これにより、システム全体の体格を小さく
することができる。

【００１７】また、請求項７に記載の発明では、熱媒体
経路（１１）には、放熱器（１５）と並列的に、熱媒体
を放熱器（１３）をバイパスさせるバイパス経路（１
５）が設けられており、第１、第２の絶縁バルブ（１
６、１７）の少なくとも一方は、熱媒体経路（１１）と
バイパス経路（１５）との接続部に配置されているとと
もに、熱媒体が放熱器（１３）とバイパス経路（１５）
とに流れる割合を調整可能に構成されていることを特徴
としている。

【００１８】これにより、絶縁バルブに絶縁以外の機能
として、流量制御機能を持たせることができる。

【００１９】また、請求項８に記載の発明では、熱媒体
経路（１１）に、燃料電池（１０）と並列的に第２の放
熱器（２０）が設けられ、第２の放熱器は、第１、第２
の絶縁バルブ（１６、１７）が熱媒体経路（１１）を閉
塞した際に燃料電池（１０）を循環する熱媒体が循環可
能な位置に配置されていることを特徴としている。

【００２０】これにより、絶縁バルブ（１６、１７）に
より熱媒体経路を閉塞している場合でも、燃料電池（１
０）を冷却することが可能となり、燃料電池（１０）を
発電効率の高い所定温度に調整することができる。

【００２１】また、請求項９に記載の発明では、第２の
放熱器（２０）は、人体と電気的に遮断されていること
を特徴としている。これにより、第２の放熱器（２０）
より感電することを防止できる。

【００２２】また、請求項１０に記載の発明では、熱媒
体経路（１１）には、熱媒体を第２の放熱器（２０）を
バイパスさせる第２のバイパス経路（２３）と、熱媒体
が第２の放熱器（２０）と第２のバイパス経路（２３）
とに流れる割合を調整する流量制御バルブ（２４）とを
備えることを特徴としている。

【００２３】これにより、絶縁バルブ（１６、１７）に
より熱媒体経路を閉塞している場合でも、燃料電池（１
０）の冷却量を調整することが可能となり、燃料電池
（１０）を発電効率の高い所定温度に調整することがで
きる。

【００２４】また、請求項１１に記載の発明では、第
１、第２の閉塞バルブ（１６、１７）を閉塞した際に、
熱媒体が燃料電池（１０）を循環可能な閉ループが形成
され、閉ループの任意の箇所に、熱媒体を加熱する加熱
手段（２５）が設けられていることを特徴としている。

【００２５】これにより、低温環境下において、燃料電
池（１０）の温度上昇を促進することができ、発電効率
を向上させることができる。

【００２６】また、請求項１２に記載の発明では、請求
項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池冷却シ
ステムを搭載し、燃料電池を駆動源とする電気自動車で
あって、走行停止時に熱媒体経路（１１）を電気的に遮
断することを特徴としている。

【００２７】これにより、走行停止時に人体への通電が
発生することを防止できる。また、走行時には、絶縁バ
ルブ（１６、１７）を開放することにより、放熱器（１
３）にて燃料電池の冷却が可能となる。

【００２８】また、請求項１３に記載の発明では、請求
項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池冷却シ
ステムを搭載し、燃料電池を駆動源とする電気自動車で
あって、衝突を検出する衝突検出センサを備え、衝突検
出センサにより衝突が検出された場合には、熱媒体経路
（１１）を電気的に遮断することを特徴としている。

【００２９】これにより、車両が衝突した際に、熱媒体
漏れおよび熱媒体を経由して発生する感電を防止するこ
とができる。

【００３０】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００３１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
適用した第１実施形態を図１に基づいて説明する。本実
施形態は、本発明の冷却システムを備えた燃料電池シス
テムを電気自動車に適用したものである。図１は、本第
１実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示してい
る。本第１実施形態の燃料電池システムには、図１に示
す燃料電池１０、冷却システム１１〜１７、制御部１０
０が設けられ、さらに図示しない空気供給装置、水素供
給装置、インバータ、２次電池等が設けられている。

【００３２】燃料電池（ＦＣスタック）１０は、水素と
酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するもので
ある。本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分
子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となる単セ
ルが複数積層されて構成されている。燃料電池１０で
は、水素および空気（酸素）が供給されることにより、
以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネル
ギが発生する。（水素極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （酸素極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ燃料電池１０は、図示しないインバータや２次電池等の
電気機器に電力を供給するように構成されている。イン
バータは、燃料電池１０から供給された直流電流を交流
電流に変換して図示しない走行用モータに供給してモー
タを駆動する。

【００３３】燃料電池１０の酸素極（正極）側には空気
供給装置（例えばコンプレッサ）から空気（酸素）が供
給され、水素極（負極）側には水素供給装置（例えば水
素改質装置）より水素が供給されるように構成されてい
る。

【００３４】燃料電池１０は、所定温度（７０〜８０
℃）にて作動させたときに発電効率が最もよくなる。こ
のため、燃料電池システムには、燃料電池１０を所定温
度に保持するために、冷却システム１１〜１７が設けら
れている。

【００３５】燃料電池１０には冷却水経路（熱媒体経
路）１１が接続されており、冷却水（熱媒体）が冷却水
経路１１を介して燃料電池１０に循環する。冷却水経路
１１には、冷却水を循環させるための循環ポンプ１２が
設けられている。冷却水としては、一般的な不凍液（本
第１実施形態ではエチレングリコール）を用いることが
できる。エチレングリコールは導電性であるため、燃料
電池１０の発電に伴い帯電する。このように冷却水が帯
電した場合には、燃料電池１０と冷却水経路１１とから
電気回路が形成されたのと同様の状態となる。

【００３６】冷却水経路１１には、ラジエータ（放熱
器）１３が設けられている。燃料電池１０の熱は、冷却
水を介してラジエータ１３にて外部に放出される。ラジ
エータ１３には、ラジエータファン１４が設けられてい
る。また、冷却水経路１１には、冷却水をラジエータ１
３をバイパスさせるためのバイパス経路１５が設けられ
ている。循環ポンプ１２による冷却水循環流量、ラジエ
ータファン１４の回転数をそれぞれ制御することによ
り、冷却水の冷却量を制御することができる。

【００３７】冷却水経路１１には、２つの絶縁バルブ１
６、１７が設けられ、それぞれ燃料電池１０の上流側お
よび下流側に配置されている。絶縁バルブ１６、１７
は、絶縁性を有し、冷却水の流路を遮断して内部の液の
漏れ量を充分小さくすることができればよい。なお、絶
縁バルブ１６、１７は、冷却水経路１１の任意の箇所に
配置することができる。

【００３８】本第１実施形態では、絶縁バルブ１６、１
７は、ハウジングや弁体等を樹脂材料で形成した絶縁構
造のバルブを用いている。また、電磁式バルブを採用
し、開閉応答性を確保している。なお、絶縁バルブ１
６、１７は、少なくとも冷却水に接触する部位が絶縁材
料にて構成されていればよい。

【００３９】このような構成の絶縁バルブ１６、１７を
閉じることで、冷却水経路１１では冷却水の流れが遮断
されるとともに、バルブ１６、１７の上流側と下流側は
電気的に遮断される。これにより、燃料電池１０と冷却
水経路１１とから形成される電気回路が絶縁バルブ１
６、１７で遮断される。

【００４０】２つの絶縁バルブ１６、１７を閉塞した状
態でも、２つの絶縁バルブ１６、１７に挟まれた位置に
ある冷却水経路１１および燃料電池１０に人が接触した
場合には、人体への通電が起こる。このため、冷却水経
路１１における燃料電池１０と２つの絶縁バルブ１６、
１７との間と、バイパス経路１５は、人体と電気的に遮
断された状態で配置している。例えば、これらの部位を
車両空間内における人が触れることのできない位置に配
置するか、あるいは、これらの部位全体を絶縁材料（例
えば樹脂材料）で覆うことで人体との接触を回避するこ
とができ、人体と電気的に遮断することができる。

【００４１】また、本第１実施形態の燃料電池システム
では、各種制御を行う制御部１００が設けられている。
制御部１００は、循環ポンプ１２、ラジエータファン１
４、絶縁バルブ１６、１７に制御信号を出力するように
構成されている。

【００４２】次に、燃料電池システムの作動について説
明する。以下の制御は所定間隔で繰り返し行われる。

【００４３】まず、燃料電池システムを搭載している車
両が停止中か否かを判定する。これは、例えば燃料電池
１０がアイドリング状態が、車速が０ｋｍ／ｈであるこ
とによって判定できる。停車中には、人が車体に触れる
ことで、感電しやすい状況にあるといえる。そこで、車
両が停止中である場合には、燃料電池１０の発電状態を
検出する。燃料電池１０が発電状態である場合には、絶
縁バルブ１６、１７を閉塞する。

【００４４】絶縁バルブ１６、１７を閉塞することで、
冷却水は燃料電池１０とバイパス経路１５を循環し、小
さな冷却水閉回路が形成される。このとき、冷却水はラ
ジエータ１３に循環しなくなるが、車両停止時には燃料
電池１０の発熱量は小さいため、燃料電池１０の冷却に
対して影響は小さいと考えられる。

【００４５】冷却水経路１１における絶縁バルブ１６、
１７の上流側と下流側は電気的に遮断されるので、２つ
の絶縁バルブ１６、１７に挟まれた燃料電池１０は電気
的に孤立する。従って、冷却水経路１１に帯電した冷却
水が流れることで燃料電池１０と冷却水経路１１とから
形成される電気回路は、絶縁バルブ１６、１７にて遮断
されることになる。これにより、燃料電池の冷却システ
ムで人体に通電が起こることを防止できる。

【００４６】車両が走行状態になった場合には、絶縁バ
ルブ１６、１７を開放する。これにより、冷却水がラジ
エータ１３に流れ、燃料電池１０で発生した熱を大気に
放出することができ、燃料電池１０を冷却することがで
きる。

【００４７】以上のように、冷却水経路１１に絶縁バル
ブ１６、１７を設けるという簡易な構成により、消費動
力を増大させることもなく、燃料電池の冷却システムで
人体に通電が起こることを防止できる。

【００４８】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について図２に基づいて説明する。本第２実施形態
は、上記第１実施形態に比較して、絶縁バルブの位置が
異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分につ
いては同一の符号を付して説明を省略する。

【００４９】図２は、本第２実施形態の燃料電池冷却シ
ステムの構成を示している。図２に示すように、本第２
実施形態の絶縁バルブ１６、１７は、冷却水経路１１に
おける燃料電池１０の冷却水入口近傍および冷却水出口
近傍に設けられている。

【００５０】このような構成により、絶縁バルブ１６、
１７で挟まれる部位を極力小さくすることができ、人体
との電気的な遮断が必要な部位を小さくすることができ
る。これにより、絶縁に必要なカバー等を減らすことが
可能となり、システム全体の体格を小さくすることがで
きる。

【００５１】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態について図３に基づいて説明する。本第３実施形態
は、上記第１実施形態に比較して、絶縁バルブの構成が
異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分につ
いては同一の符号を付して説明を省略する。

【００５２】図３は、本第３実施形態の燃料電池冷却シ
ステムの構成を示している。図３に示すように、第１の
絶縁バルブ１６は冷却水経路１１とバイパス経路１５と
の接続点に配置されている。絶縁バルブは、冷却水経路
１１とバイパス経路１５の２つの接続点の少なくとも一
方に設けられていればよく、双方に設けてもよい。

【００５３】第１の絶縁バルブ１６は三方切替弁であ
り、開度を調整することにより、バイパス経路１５に流
れる冷却水の割合を制御できる。また、冷却水経路１１
におけるラジエータ１３の下流側と燃料電池１０の下流
側に、冷却水温度を検出するための温度センサ１８、１
９が設けられている。

【００５４】本第３実施形態の冷却システムでは、燃料
電池１０の温度を所定温度に制御するために、温度セン
サ１８、１９により検出した水温に基づいて、第１の絶
縁バルブ１６の開度を決定する。これにより、ラジエー
タ１３を通過した冷却水とバイパス経路１５を通過した
冷却水の混合割合を制御して、燃料電池１０の温度を微
調整することができる。

【００５５】以上のように、絶縁バルブに流量制御機能
を持たせ、ラジエータ１３およびバイパス経路１５に流
れる冷却水の割合を制御することができる。

【００５６】（第４実施形態）次に、本発明の第４実施
形態について図４に基づいて説明する。本第４実施形態
は、上記第１実施形態に比較して、サブラジエータを設
けた点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の
部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【００５７】燃料電池１０は、アイドリング程度の発電
でも熱を発生するため、この熱を廃棄することが望まし
い。そこで、本第４実施形態では、絶縁バルブを閉塞し
ている場合でも燃料電池１０を冷却できるように、ラジ
エータ１３とは別にサブラジエータを設けている。

【００５８】図４は、本第４実施形態の燃料電池冷却シ
ステムの構成を示している。図４に示すように、本第４
実施形態の冷却水経路１１にはサブラジエータ（放熱
器）２０が接続されている。サブラジエータ２０は、燃
料電池１０と並列に配置されており、ラジエータファン
２１を備えている。冷却水経路１１とサブラジエータ２
１の２つの接続点には、それぞれ絶縁バルブ１６、１７
が設けられている。絶縁バルブ１６、１７は、弁開度の
調整可能な三方弁として構成されている。

【００５９】サブラジエータ２０は、２つの絶縁バルブ
１６、１７で挟まれた燃料電池１０側の他の部位と同様
に、人が接触できない部位に配置されるか、絶縁材料
（例えば樹脂材料）で覆われることにより、人体から絶
縁された状態で配置される。また、サブラジエータ２０
は、アイドリング時の燃料電池１０を冷却できればよい
ので、主たるラジエータ１３に比較して小型のものでよ
い。

【００６０】また、燃料電池１０の上流側と下流側に、
冷却水温度を検出するための温度センサ２２、１９が設
けられている。上流側温度センサ２２では、燃料電池１
０に流入する冷却水温度を検出する。下流側温度センサ
１９では、燃料電池１０から流出した冷却水温度を検出
することで、燃料電池温度を間接的に検出する。

【００６１】次に、本第４実施形態の燃料電池システム
の作動を説明する。

【００６２】まず、車両が停止中であって、燃料電池１
０が発電である場合には、絶縁バルブ１６、１７を閉塞
する。次に、温度センサ１９により燃料電池１０を通過
した冷却水の温度を検出する。この冷却水温度が所定温
度を超えている場合には、ラジエータファン２１を作動
させる。循環ポンプ１２による冷却水循環量およびラジ
エータファン２１の回転数を調整することにより、冷却
水温度を調整でき、燃料電池１０の温度を調整すること
ができる。

【００６３】以上のように、サブラジエータ２０を設け
ることで、絶縁バルブ１６、１７を閉塞している場合で
も、燃料電池１０を冷却することが可能となり、燃料電
池１０を発電効率の高い所定温度に調整することができ
る。

【００６４】（第５実施形態）次に、本発明の第５実施
形態について図５、図６に基づいて説明する。本第５実
施形態は、上記第４実施形態に比較してサブラジエータ
をバイパスするバイパス経路を設けた点が異なるもので
ある。上記第４実施形態と同様の部分については同一の
符号を付して説明を省略する。

【００６５】図５は、本第５実施形態の燃料電池冷却シ
ステムの構成を示している。図５に示すように、冷却水
経路１１には、冷却水をサブラジエータ２０をバイパス
させるバイパス経路２３が設けられている。また、冷却
水経路１１とバイパス経路２３との接続点には、流量調
整バルブ２４が設けられている。流量調整バルブ２４に
より、サブラジエータ２０とバイパス通路２３に流れる
冷却水の割合を調整することができる。

【００６６】次に、本第５実施形態の燃料電池システム
の作動を図６に基づいて説明する。図６は、本第５実施
形態の燃料電池の作動を示すフローチャートである。

【００６７】まず、車両が停止中であって、燃料電池１
０が発電である場合には、絶縁バルブ１６、１７を閉塞
する（ステップＳ１０、１１）。次に、温度センサ１９
により燃料電池１０を通過した冷却水の温度を検出する
（ステップＳ１２）。この冷却水温度が所定温度を超え
ている場合には、燃料電池１０の冷却制御を行う（ステ
ップＳ１３）。

【００６８】燃料電池１０を所定温度（７０〜８０℃程
度）に制御するために、温度センサ１９で検出した水温
に基づいて、燃料電池１０の流入する冷却水の目標水温
を算出する。次に、冷却水目標温度を達成できるよう
に、冷却水循環量、ラジエータファン回転数に加え、サ
ブラジエータ２０とバイパス通路２３に流れる冷却水の
割合を調整することで、燃料電池１０の温度を調整する
（ステップＳ１４）。これにより、冷却水がサブラジエ
ータ２０にて冷却され（ステップＳ１５）、燃料電池１
０の温度を所定温度に調整することができる。

【００６９】また、温度センサ２２により検出したサブ
ラジエータ２０を通過した冷却水とバイパス経路２３を
通過した冷却水とが混合された水温と、目標水温との誤
差を算出し、この誤差に基づいてフィードバック制御を
行うように構成することができる。これにより、燃料電
池１０の温度を効率のよい発電を行うことのできる所定
温度に早期に収束させることができる。

【００７０】また、温度センサ１９にて検出した冷却水
温度が所定温度（７０〜８０℃）に比較して充分低い場
合には、すべての冷却水がバイパス経路２３側に流れる
ように流路調整バルブ２４を調整することができる。こ
れにより、燃料電池１０温度を早期に昇温させることが
でき、発電効率を向上させることができる。

【００７１】（第６実施形態）次に、本発明の第６実施
形態について図７に基づいて説明する。本第６実施形態
は、上記第５実施形態に比較してヒータが設けられてい
る点が異なるものである。上記第５実施形態と同様の部
分については同一の符号を付して説明を省略する。

【００７２】図７は、本第６実施形態の燃料電池冷却シ
ステムの構成を示している。図７に示すように、本第６
実施形態のバイパス経路２３には、冷却水を加熱するた
めのヒータ（加熱手段）２５が設けられている。ヒータ
２５として、例えば電気式ヒータあるいは燃焼式ヒータ
を用いることができる。なお、ヒータ２５は、絶縁バル
ブ１６、１７が冷却水経路１１を遮断している際に、燃
料電池１０を通過した冷却水が循環することができる閉
ループのいずれの箇所に配置してもよい。

【００７３】このような構成により、低温環境下（例え
ば−３０〜０℃）において、ヒータ２５の必要熱量を算
出し、ヒータ２５により冷却水を加熱することで、燃料
電池１０の温度上昇を促進することができ、発電効率を
向上させることができる。

【００７４】ヒータ２５の必要熱量は、温度センサ１
８、１９、２２により検出した水温と目標水温（例えば
５℃、もしくは最適温度である７０〜８０℃）との差、
冷却水や燃料電池１０の熱容量を用いて算出することが
できる。

【００７５】（他の実施形態）なお、上記各実施形態で
は、車両停止時に絶縁バルブ１６、１７を閉塞するよう
に構成したが、これに限らず、車両走行中に絶縁バルブ
１６、１７を閉塞するように構成してもよい。

【００７６】また、上記実施形態では、絶縁バルブ１
６、１７を樹脂から構成したが、これに限らず、例えば
セラミック等で構成してもよい。

【００７７】また、車両衝突を検出できる衝突検知セン
サ（例えばエアバッグセンサ）を用い、衝突を検出した
場合に、絶縁バルブ１６、１７を閉塞するとともに循環
ポンプ１２による冷却水の循環を停止させるように構成
することができる。これにより、冷却水漏れおよび冷却
水を経由して発生する感電を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の燃料電池冷却システムの構成を
示す概念図である。

【図２】第２実施形態の燃料電池冷却システムの構成を
示す概念図である。

【図３】第３実施形態の燃料電池冷却システムの構成を
示す概念図である。

【図４】第４実施形態の燃料電池冷却システムの構成を
示す概念図である。

【図５】第５実施形態の燃料電池冷却システムの構成を
示す概念図である。

【図６】第５実施形態の燃料電池冷却システムの作動を
示すフローチャートである。

【図７】第６実施形態の燃料電池冷却システムの構成を
示す概念図である。

【符号の説明】

１０…燃料電池、１１…冷却水経路、１２…循環ポン
プ、１３…ラジエータ、１４…ラジエータファン、１５
…バイパス経路、１６、１７…絶縁バルブ、１８、１
９、２２…温度センサ、２０…サブラジエータ、２１…
ラジエータファン、２５…ヒータ、１００…制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ (72)発明者越智和通愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者星潤愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山田逸作愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者近藤俊行愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H027 AA02 CC06 MM01 5H115 PA08 PC06 PG04 PI14 PI16 PI18 PI29 PU08 PV09 QE02 QE03 QE12 SE06 TB01 TI10 TO05 TO30 TR19 TR20 TU12 TW10 TZ02 UI30 UI35 UI36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池（１０）に循環する熱媒体が通
過する熱媒体経路（１１）と、前記熱媒体経路（１１）に設けられた放熱器（１３）と
を備え、前記熱媒体経路（１１）は、任意の箇所で電気的に遮断
可能に構成されていることを特徴とする燃料電池冷却シ
ステム。
【請求項２】前記熱媒体経路（１１）における前記燃
料電池（１０）の上流側の任意の箇所に第１の絶縁バル
ブ（１６）が設けられ、前記熱媒体経路（１１）におけ
る前記燃料電池（１０）の下流側の任意の箇所に第２の
絶縁バルブ（１７）が設けられ、前記第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）は、前記熱
媒体経路を閉塞することにより、前記熱媒体経路を電気
的に遮断することができるように構成されていることを
特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項３】前記熱媒体経路（１１）における第１の
絶縁バルブ（１６）と第２の絶縁バルブ（１７）の間
は、人体と電気的に遮断されていることを特徴とする請
求項２に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項４】前記第１、第２の絶縁バルブ（１６、１
７）は、少なくとも前記熱媒体に接触する部位が絶縁材
料から構成されていることを特徴とする請求項２または
請求項３に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項５】前記絶縁材料は樹脂材料であることを特
徴とする請求項４に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項６】前記第１の絶縁バルブ（１６）は、前記
熱媒体経路（１１）における前記燃料電池（１０）の熱
媒体流入部近傍に設けられ、前記第２の絶縁バルブ（１
７）は、前記熱媒体経路（１１）における前記燃料電池
（１０）の熱媒体流出部近傍に配置されていることを特
徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の燃料
電池冷却システム。
【請求項７】前記熱媒体経路（１１）には、前記放熱
器（１３）と並列的に、前記熱媒体を前記放熱器（１
３）をバイパスさせるバイパス経路（１５）が設けられ
ており、前記第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）の少なくと
も一方は、前記熱媒体経路（１１）と前記バイパス経路
（１５）との接続部に配置されているとともに、前記熱
媒体が前記放熱器（１３）と前記バイパス経路（１５）
とに流れる割合を調整可能に構成されていることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電
池冷却システム。
【請求項８】前記熱媒体経路（１１）に、前記燃料電
池（１０）と並列的に第２の放熱器（２０）が設けら
れ、前記第２の放熱器は、前記第１、第２の絶縁バルブ（１
６、１７）が前記熱媒体経路（１１）を閉塞した際に前
記燃料電池（１０）を循環する前記熱媒体が循環可能な
位置に配置されていることを特徴とする請求項２ないし
５のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システム。
【請求項９】前記第２の放熱器（２０）は、人体と電
気的に遮断されていることを特徴とする請求項８に記載
の燃料電池冷却システム。
【請求項１０】前記熱媒体経路（１１）には、前記熱
媒体を前記第２の放熱器（２０）をバイパスさせる第２
のバイパス経路（２３）と、前記熱媒体が前記第２の放熱器（２０）と前記第２のバ
イパス経路（２３）とに流れる割合を調整する流量制御
バルブ（２４）とを備えることを特徴とする請求項７に
記載の燃料電池冷却システム。
【請求項１１】前記第１、第２の閉塞バルブ（１６、
１７）を閉塞した際に、前記熱媒体が前記燃料電池（１
０）を循環可能な閉ループが形成され、前記閉ループの任意の箇所に、前記熱媒体を加熱する加
熱手段（２５）が設けられていることを特徴とする請求
項２ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池冷却シ
ステム。
【請求項１２】請求項１ないし１１のいずれか１つに
記載の燃料電池冷却システムを搭載し、前記燃料電池を
駆動源とする電気自動車であって、走行停止時に前記熱媒体経路（１１）を電気的に遮断す
ることを特徴とする電気自動車。
【請求項１３】請求項１ないし１１のいずれか１つに
記載の燃料電池冷却システムを搭載し、前記燃料電池を
駆動源とする電気自動車であって、衝突を検出する衝突検出センサを備え、前記衝突検出センサにより衝突が検出された場合には、
前記熱媒体経路（１１）を電気的に遮断することを特徴
とする電気自動車。