JP2005150019A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液流量や燃料電池発熱量が変化した場合においても、燃料電池温度の一時的な変更を防止し、燃料電池の発電効率の低下を抑える。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池を冷却する為の冷却液を冷却する冷却液冷却手段と、冷却系を制御するコントローラ７とを有する。コントローラ７は、燃料電池の温度に基づいて冷却液冷却手段に必要な冷却能力を算出する冷却能力算出手段２７と、燃料電池の発熱量に基づいて燃料電池に供給する目標冷却液流量を算出する目標冷却液流量算出手段２２と、目標冷却液流量及び燃料電池の発熱量の少なくとも一方に基づいて、燃料電池の温度が所定範囲内に抑えられるように必要な冷却能力を補正する冷却能力補正手段２３とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池の温度が燃料電池の運転に適した所定温度となるように冷却液の温度を制御する冷却装置を有する燃料電池システムに関する。

燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池には、運転に適した所定温度があり、燃料電池の温度をこの所定温度に保つことで燃料電池は効率の良い発電を行うことができる。例えば、特許文献１では、燃料電池の温度が燃料電池の運転に適した所定温度となるように冷却装置で冷却液の温度を制御し、かつ燃料電池内に入る冷却液の温度と燃料電池から出る冷却液の温度との差を、冷却液の流量を増やすことで所定温度差以下になるように小さくし、燃料電池全体が所定温度となるように制御している。また、消費電力を抑えるために、燃料電池内に入る冷却液の温度と燃料電池から出る冷却液の温度との差に基づいて冷却液の流量を減らす。
特開平１０−３４０７３４号公報

しかしながら、冷却液の流量を増やすと図９に示すように燃料電池へ入る冷却液の温度は上がり、燃料電池から出る冷却液の温度は下がる。また、燃料電池の発熱量が増えると図１０に示すように燃料電池へ入る冷却液の温度及び燃料電池から出る冷却液の温度はそれぞれ上がる。

従来、燃料電池の温度は、実際の温度と目標とする所定温度との差に基づいて、所定範囲内に収まるように制御される。しかし、冷却液の流量や燃料電池の発熱量が変化すると一時的に燃料電池の温度と目標とする所定値とに差が生じてしまい、燃料電池の効率が下がってしまう。

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、冷却液の流量や燃料電池の発熱量が変化した場合においても、燃料電池の温度の一時的な変更を防止し、燃料電池の発電効率の低下を抑えることができる燃料電池システムを提供することである。

本発明の特徴は、燃料電池と、この燃料電池を冷却する為の冷却液を冷却する冷却液冷却手段と、燃料電池の温度に基づいて冷却液冷却手段に必要な冷却能力を算出する冷却能力算出手段と、燃料電池の発熱量に基づいて燃料電池に供給する目標冷却液流量を算出する目標冷却液流量算出手段と、目標冷却液流量及び燃料電池の発熱量の少なくとも一方に基づいて、燃料電池の温度が所定範囲内に抑えられるように必要な冷却能力を補正する冷却能力補正手段とを有する燃料電池システムであることを要旨とする。

本発明によれば、冷却液の流量や燃料電池の発熱量が変化した場合においても、燃料電池の温度の一時的な変更を防止し、燃料電池の発電効率の低下を抑えることができる燃料電池システムを提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池（以後、「燃料電池スタック」という）４と、燃料電池スタック４を冷却する為の冷却液を冷却する冷却液冷却手段（例えば、ラジエータ１及びラジエータファン２）と、燃料電池スタック４に関する温度を計測する温度計測手段５、６と、冷却液を燃料電池スタック４及びラジエータ１の間で流通させる冷却液供給ポンプ３と、燃料電池スタック４の発電量を計測する発電量センサ８と、燃料電池の冷却系を制御するコントローラ７とを有する。

燃料電池スタック（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、「ＦＣ」と略す）４は、陽極（アノード）側に少なくとも水素を含有する燃料ガスの供給を受け、陰極（カソード）側に少なくとも酸素を含有する酸化剤ガスの供給を受け、電気化学反応によって起電力を得る装置であり、燃料ガス及び酸化剤ガスが有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。燃料が有する化学エネルギの内で電気エネルギとして取り出されなかった残りのエネルギは、熱として外部に放出される。従って、燃料電池システムにおいては、燃料電池４の運転中に生じた熱を冷却液が取り除き、燃料電池スタック４の運転温度を所定の温度範囲に保つ。

燃料電池は、通常、単セルを複数積層したスタック構造を有する「燃料電池スタック」４を構成している。このスタック構造内に所定の形状の流路を形成し、この流路内に冷却液を流通させることによって、電気化学反応の進行と共に生じる熱を冷却液によって取り除く。

燃料電池スタック４内を通過して昇温した冷却液は、ラジエータ１及びラジエータファン２からなる冷却液冷却手段（熱交換部）において冷却され、冷却された冷却液は再び燃料電池スタック４内の上記流路に供給される。このように冷却液を燃料電池スタック４及び熱交換部の間の循環路で循環させることによって、燃料電池スタック４内の温度が上昇しすぎてしまうのを防ぐ。ラジエータファン２が回転することでラジエータ１へ風を送り、ラジエータ１が冷却液を冷却する能力（以後、「冷却能力」という）を変化させる。

発電量センサ８は、燃料電池スタック４の発電量の一例として燃料電池スタック４が生成する電流Ｉ及び電圧Ｖを測定する。

温度計測手段５、６には、燃料電池スタック４に関する温度の一例として燃料電池スタック４へ入る冷却液の入口温度Ｔ_inを検出する入口冷却液温度検出手段（入口温度センサ）５、及び燃料電池スタック４に関する温度の他の例として燃料電池スタック４から出る冷却液の出口温度Ｔ_outを検出する出口冷却液温度検出手段（出口温度センサ）６が含まれる。温度計測手段としては、入口温度センサ５或いは出口温度センサ６の何れか一方、または入口温度センサ５及び出口温度センサ６の双方を用いることができる。以後、温度計測手段として入口温度センサ５を例にとり説明する。

コントローラ７は、発電量センサ８が測定した燃料電池スタック４の電流Ｉ及び電圧Ｖ、入口温度センサ５が検出した入口温度Ｔ_in、及び出口温度センサ６が検出した出口温度Ｔ_outを受信し、冷却液冷却手段（熱交換部）１、２の冷却能力Ｃ及び冷却液供給ポンプ３の冷却液の流量Ｑを制御する。冷却液冷却手段（熱交換部）１、２の冷却能力Ｃとは、具体的にはラジエータファン２の回転速度を示す。コントローラ７はラジエータファン２へ予めラジエータファン２の回転数に対して決められているデューティー比となるようなＰＷＭ信号の指令値を出力する。同様に、コントローラ７は、冷却液供給ポンプ３へ予め冷却液の流量に対して決められているデューティー比となるようなＰＷＭ信号の指令値を出力する。コントローラ７は、特に限定されないが、ここでは、Ｉ／Ｏインタフェース、プログラムＲＯＭ、ワークＲＡＭ及びＣＰＵを備えたマイクロプロセッサで構成されている。このように、コントローラ７は、発電量、入口温度Ｔ_in、或いは出口温度Ｔ_outに基づいて、燃料電池スタック４の運転温度を所定の温度以下に保つようにラジエータファン２の回転速度を制御する。

なお、図１に示す燃料電池システムにおいて、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電池スタック４へ供給するガス供給系統については図示を省略している。

図２に示すように、コントローラ７は、入口温度センサ５が計測した冷却液の入口温度Ｔ_inを検出する入口温度検出手段２５と、入口温度と目標温度との差に基づいてラジエータ１に必要な冷却能力Ｃ_tを算出する冷却能力算出手段２７と、燃料電池スタック４の電流Ｉ及び電圧Ｖから燃料電池スタック４の発熱量Ｗを算出する発熱量算出手段２１と、発熱量Ｗに基づいて燃料電池スタック４に供給する目標冷却液流量Ｑ_t,nを算出する目標冷却液流量算出手段２２と、目標冷却液流量Ｑ_t,n及び発熱量Ｗの少なくとも一方に基づいて、冷却液の温度が所定範囲内に抑えられるように必要な冷却能力Ｃ_tを補正する冷却能力補正手段２３と、目標冷却液流量算出手段２２で算出した目標冷却液流量Ｑ_t,nに基づいて、目標冷却能力Ｃ_tarに対して行う一次遅れ処理とむだ時間処理に用いる、時定数τ及びむだ時間ｔを算出する時定数・むだ時間算出手段２４と、冷却能力補正手段２３で算出された目標冷却能力Ｃ_tarと時定数・むだ時間算出手段２４で算出された時定数τとむだ時間ｔを用いてラジエータファン２への駆動信号を生成する冷却能力制御手段２６とを有する。

発熱量算出手段２１は、燃料電池スタック４の発電量センサ８の検出値すなわち電流Ｉ及び電圧Ｖを読み取り、（１）式にしたがって発熱量Ｗ[kw]を算出する。ここで、△Ｈは水素１molが燃料電池反応した場合のエンタルピ変化[kJ/mol]を示し、Ｆはファラデー定数[C/mol]を示し、Ｉは燃料電池単セルを流れる電流[A]を示し、ｖは燃料電池単セルの電圧[V]を示し、Ｎは燃料電池スタックのセル数を示す。

Ｗ＝(−(△Ｈ/２Ｆ)−ｖ)・Ｉ・Ｎ ・・・（１）

目標冷却液流量算出手段２２は、データテーブルを用いて、発熱量算出手段２１で算出した発熱量Ｗに基づいて目標冷却液流量Ｑ_t,nを算出する。データテーブルについては図４を参照して後述する。

入口温度検出手段２５は、入口温度センサ５の検出値（入口温度Ｔ_in）[℃]を読み取る。

冷却能力算出手段２７は、入口温度センサ５の入口温度Ｔ_in[℃]と目標入口温度Ｔ_tar[℃]との温度誤差△Ｔを算出する。ここで「目標入口温度」とは、冷却液循環路の燃料電池スタック４入口付近での冷却液の温度であって、燃料電池スタック４の発電効率が最も高くなる温度である。すなわち、冷却能力算出手段２７は、（２）式にしたがって、温度誤差△Ｔを算出する。

△Ｔ＝Ｔ_in−Ｔ_tar ・・・（２）

更に、冷却能力算出手段２７は、温度誤差△Ｔが小さくなるようにＰＩ制御を行い、必要な冷却能力Ｃ_t[kw]を算出する。

冷却能力補正手段２３は、データテーブルを用いて、目標冷却液流量Ｑ_t,nに基づいて冷却能力補正量△Ｃを算出し、必要な冷却能力Ｃ_tに冷却能力補正量△Ｃを加えて目標冷却能力Ｃ_tarを算出する。すなわち、冷却能力補正手段２３は、（３）式にしたがって、目標冷却能力Ｃ_tarを算出する。データテーブルについては図５を参照して後述する。

Ｃ_tar＝Ｃ_t＋△Ｃ ・・・（３）

時定数・むだ時間算出手段２４は、目標冷却液流量算出手段２２で算出した目標冷却液流量Ｑ_t,nから一制御周期前の目標冷却液流量Ｑ_t,n-1を減算して目標冷却液流量変化△Ｑを算出する。そして、データテーブルを用いて、目標冷却液流量変化△Ｑから目標冷却能力Ｑ_t,nに対して行う一次遅れ処理に用いる時定数τ[msec]を求める。データテーブルについては図６を参照して後述する。

更に、時定数・むだ時間算出手段２４は、データテーブルを用いて、目標冷却液流量Ｑ_t,nから目標冷却能力Ｃ_tarに対して行うむだ時間処理に用いるむだ時間ｔを算出する。データテーブルについては図７を参照して後述する。

冷却能力制御手段２６は、一次遅れ処理手段と、むだ時間処理手段とを有する。

一次遅れ処理手段は、冷却液の流量変化或いは燃料電池スタック４の発熱量変化の少なくとも一方による燃料電池スタック４の温度変化の時定数τを用いて、目標冷却能力Ｃ_tarに対して一次遅れ処理を行う。

むだ時間処理手段は、冷却液の流量変化或いは燃料電池スタック４の発熱量変化の少なくとも一方によって、燃料電池スタック４の温度が変化するまでの時間を第１のむだ時間とし、目標冷却能力Ｃ_tarの変化によって、燃料電池スタック４の温度が変化するまでの時間を第２のむだ時間とした場合に、第１のむだ時間から第２のむだ時間を減算した第３のむだ時間ｔ[msec]だけ目標冷却能力Ｃ_tarに対してむだ時間処理を行う。

冷却能力制御手段２６は、目標冷却能力Ｃ_tarに対して一次遅れ処理及びむだ時間処理を施すことにより、最終的な目標冷却能力Ｃ_finalを算出する。そして、冷却能力制御手段２６は、データテーブルを用いて、最終的な目標冷却能力Ｃ_finalからラジエータファンの回転数Ｎ_rad [rpm]を求める。データテーブルについては図８を参照して後述する。このようにして、冷却能力制御手段２６は、冷却能力補正手段２３で算出された目標冷却能力Ｃ_tarと時定数・むだ時間算出手段２４で算出された時定数τとむだ時間ｔを用いて、ラジエータファンの回転数Ｎ_rad [rpm]を示すラジエータファン２への駆動信号を生成する。

次に、図３を参照して、図１及び図２に示した実施の形態に係わる燃料電池システムの燃料電池冷却液流量制御方法を説明する。なお、以下に示す一連の処理動作は、マイクロプロセッサ等を利用したコントローラ７の制御周期（例えば、１０[msec]）毎に実行される。

（イ）先ずステップＳ３１において、発電量センサ８は、燃料電池スタック４の発電量[kw]（電流Ｉ及び電圧Ｖ）を検出する。そして、発熱量算出手段２１は、燃料電池スタック４の発電量[kw]から発熱量Ｗを（１）式を用いて算出する。

（ロ）ステップＳ３２において、目標冷却液流量算出手段２２は、発熱量Ｗに基づいて、例えば図４のようなデータテーブルを用いることで目標冷却液流量Ｑ_t,n[L/min]を算出する。ここで、図４に示すテーブルデータは、発熱量Ｗが大きいほど目標冷却液流量Ｑ_t,nが増加するような傾向となるように定める。値の設定は実機を用いた実験によって定めることができる。

（ハ）ステップＳ３３において、入口温度センサ８が冷却液の入口温度Ｔ_in[℃]を検出する。

（ニ）ステップＳ３４において、冷却能力算出手段２７が、ステップＳ３３で検出した入口温度Ｔ_in[℃]から目標入口温度Ｔ_tar [℃]を減算して温度誤差△Ｔ[℃]を算出する。

（ホ）ステップＳ３５において、冷却能力算出手段２７は、ステップＳ３４で算出した温度誤差△Ｔが小さくなるようにＰＩ制御を行い、必要な冷却能力Ｃ_t[kw]を算出する。

（へ）ステップＳ３６において、冷却能力補正手段２３は、例えば図５に示すデータテーブルを用いて、ステップＳ３２で算出した目標冷却液流量Ｑ_t,nに基づいて冷却能力補正量△Ｃ[kw]を算出する。ここで、図５に示すテーブルデータは、目標冷却液流量Ｑ_t,nが大きいほど冷却能力補正量△Ｃが増加するような傾向となるように定める。冷却能力補正量△Ｃの設定は実機を用いた実験によって定めることができる。

（ト）ステップＳ３７において、冷却能力補正手段２３は、（３）式にしたがって、ステップＳ３５で算出した必要な冷却能力Ｃ_tに冷却能力補正量△Ｃを加算して目標冷却能力Ｃ_tar[kw]を算出する。

（チ）ステップＳ３８において、時定数・むだ時間算出手段２４は、ステップＳ３２で算出した目標冷却液流量Ｑ_t,nから一制御周期前の目標冷却液流量Ｑ_t,n-1を減算して目標冷却液流量変化△Ｑ[L/min]を算出する。

（リ）ステップＳ３９において、時定数・むだ時間算出手段２４は、例えば図６に示すデータテーブルを用いて、目標冷却液流量変化△Ｑから目標冷却能力Ｑ_t,nに対して行う一次遅れ処理に用いる時定数τ[msec]を求める。図６に示すデータテーブルは、目標冷却液流量変化△Ｑが大きいほど時定数τが小さくなるように定める。値の設定は実機を用いた実験によって定めることができる。

（ヌ）ステップＳ４０において、時定数・むだ時間算出手段２４は、例えば図７に示すデータテーブルを用いて、目標冷却液流量Ｑ_t,nから目標冷却能力Ｃ_tarに対して行うむだ時間処理に用いるむだ時間（第３のむだ時間）ｔ[msec]を算出する。燃料電池スタック４へ入る冷却液の入口温度Ｔ_inを制御している場合は燃料電池スタック４の発熱量変化によって温度が変化した冷却液がラジエータ１に入るまでの移動時間がむだ時間（第３のむだ時間）ｔとなる。燃料電池入口冷却能力補正が燃料電池スタック４の温度変化に間に合わない場合は図７に示すテーブルデータをゼロとし、直ちに補正が開始できるようにする。ここで、図７に示すテーブルデータは、目標冷却液流量Ｑ_t,n[L/min]が大きいほどむだ時間（第３のむだ時間）ｔが小さくなるように定める。値の設定は実機を用いた実験によって定めることができる。

（ル）ステップＳ４１において、冷却能力制御手段２６は、目標冷却能力Ｃ_tarに対して時定数τを用いた一次遅れ処理及び第３のむだ時間ｔだけのむだ時間処理を施すことにより、最終的な目標冷却能力Ｃ_finalを算出する。

（ヲ）ステップＳ４２において、冷却能力制御手段２６は、例えば図８に示すデータテーブルを用いて、最終的な目標冷却能力Ｃ_finalからラジエータファンの回転数Ｎ_rad [rpm]を求める。ここで、図８に示すテーブルデータは、最終的な目標冷却能力Ｃ_final[kw]が大きいほどラジエータファン２の回転数Ｎ_rad[rpm]が大きくなるように定める。値の設定は実機を用いた実験によって定めることができる。最後に、ステップＳ４３において、コントローラ７は、ラジエータファン２を回転数Ｎ_rad [rpm]で回転させるようにラジエータファン２に指令値を出力する。以上の手順を経て、冷却液の流量及び冷却能力が制御される。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムによれば、目標冷却液流量Ｑ_t,nあるいは燃料電池スタック４の発熱量Ｗの少なくともいずれ一方に基づいて、入口温度Ｔ_inが所定範囲内に抑えられるように、冷却能力補正手段２３が必要な冷却能力Ｃ_tを補正する。したがって、冷却液の流量Ｑや燃料電池の発熱量Ｗが変化した場合においても、燃料電池スタック４の温度の一時的な変更を防止し、燃料電池スタック４の発電効率の低下を抑えることができる。

上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

実施の形態では冷却液の流量Ｑに基づいて冷却能力Ｃを補正し、燃料電池スタック４へ入る冷却液の入口温度Ｔ_inを制御した場合について説明したが、燃料電池の発熱量Ｗに基づいて冷却能力を補正して入口温度Ｔ_inを制御してもよい。この場合、図３のステップＳ３６において、燃料電池の発熱量Ｗに基づいて冷却能力補正量△Ｃを決めることで実現できる。

また、冷却液の流量に基づいて冷却能力を補正して燃料電池スタック４の入口温度を制御する場合は、目標冷却液流量Ｑ_t,nを燃料電池の発熱量Ｗに基づいて決めない場合でも実現できる。

また、入口温度Ｔ_inを制御する代わりに、燃料電池スタック４から出る冷却液の出口温度Ｔ_outを制御しても構わない。この場合、冷却液流量の増加による出口温度Ｔ_outの下降量から燃料電池スタック４の発熱量Ｗが増えることによる出口温度Ｔ_outの上昇量を減算した値が正なら冷却能力の補正量を減らし、負なら冷却能力補正量を増やすようにすることで実現することができる。

また、実施の形態では燃料電池スタック４の発熱量Ｗと冷却液の流量Ｑに基づいて冷却能力Ｃを補正し、入口温度Ｔ_inを制御しているが、燃料電池スタック４の発熱量Ｗに相関の有る値、例えば発電量（電圧Ｖ及び電流Ｉ）を用いても良い。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

以上説明したように、請求項１及び２の発明によれば、冷却液の流量Ｑあるいは燃料電池の発熱量Ｗの少なくともいずれ一方に基づいて、燃料電池に関する温度（例えばＴ_in、Ｔ_out）が所定範囲内に抑えられるように冷却能力Ｃを補正するので、冷却液の流量Ｑや燃料電池の発熱量Ｗが変化した場合にでも、燃料電池に関する温度を所望とする所定範囲内に保つことができる。これによって、燃料電池の発電効率を高くすることができる。

また、請求項３の発明によれば、冷却液の入口温度Ｔ_inが所定範囲内となるように、単位時間当たりの冷却液流量が大きいほど、冷却能力補正量を大きくすること、燃料電池へ入る冷却液の入口温度Ｔ_inが所定範囲内となるように、燃料電池の発熱量Ｗが大きいほど、冷却能力補正量を大きくすること、の少なくともいずれか一方を行うので、冷却液流量の変化や燃料電池の発熱量Ｗの変化に合わせて冷却能力を変化させることができ、冷却液の入口温度Ｔ_inを所望とする所定範囲内に保つことができる。これによって、燃料電池の発電効率を高くすることができる。

また、請求項４の発明によれば、冷却液の出口温度Ｔ_outが所定範囲内となるように、単位時間当たりの冷却液流量が大きいほど、冷却能力補正量△Ｃを小さくすること、出口温度Ｔ_outが所定範囲内となるように、燃料電池の発熱量Ｗが大きいほど、冷却能力補正量△Ｃを大きくすること、の少なくともいずれか一方を行うので、冷却液流量の変化や燃料電池の発熱量Ｗの変化に合わせて冷却能力を変化させることができ、冷却液の出口温度Ｔ_outを所望とする所定範囲内に保つことができる。これによって、燃料電池の発電効率を高くすることができる。

また、請求項５の発明によれば、冷却液の流量変化あるいは燃料電池の発熱量Ｗ変化の少なくともいずれか一方による燃料電池の温度変化の時定数τを用いて、冷却能力の補正に対して一次遅れ処理を行うことと、冷却液の流量変化あるいは燃料電池の発熱量Ｗ変化の少なくともいずれか一方によって、燃料電池の温度が変化するまでのむだ時間を第１のむだ時間とし、冷却能力変化によって、燃料電池の温度が変化するまでのむだ時間を第２のむだ時間とした場合に、第１のむだ時間から第２のむだ時間を減算して算出される第３のむだ時間ｔだけ冷却能力の補正に対してむだ時間処理を行うので、燃料電池システムの温度変化の動特性を考慮することができる。これにより正確に燃料電池温度を所定値に近づけることができ、燃料電池の発電効率を高くすることができる。

また、請求項６の発明によれば、冷却液の流量変化あるいは燃料電池の発熱量Ｗ変化の少なくともいずれか一方が大きいほど冷却能力の補正に対して行う一次遅れ処理の時定数τを大きくするので、燃料電池システムの温度変化の動特性が変化して時定数τが変化した場合にでも、より正確に燃料電池温度を所定値に近づけることができ、燃料電池の発電効率を高くすることができる。

また、請求項７の発明によれば、第３のむだ時間ｔが負である場合、直ちに冷却能力の補正を行うので、冷却能力の補正が間に合わない場合においても、可能な限り燃料電池温度を所定値に近づけることができ、燃料電池の発電効率を高くすることができる。

本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。 図１に示したコントローラを示すブロック図である。 図１及び図２に示した燃料電池システムの燃料電池冷却液流量制御方法を示すフローチャートである。 図３のステップＳ３２において燃料電池の発熱量から目標冷却液流量を求めるために使用するテーブルデータを示すグラフである。 図３のステップＳ３６において目標冷却液流量から冷却能力補正量を求めるために使用するテーブルデータを示すグラフである。 図３のステップＳ３９において目標冷却液流量変化から時定数を求めるために使用するテーブルデータを示すグラフである。 図３のステップＳ４０において目標冷却液流量からむだ時間を求めるために使用するテーブルデータを示すグラフである。 図３のステップＳ４２において最終的な目標冷却能力からラジエータファンの回転数を求めるために使用するテーブルデータを示すグラフである。 冷却液の流量を増やした時の冷却液温度変化を示すグラフである。 燃料電池の発熱量を増やした時の冷却液温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１ ラジエータ
２ ラジエータファン
３ 冷却液供給ポンプ
４ 燃料電池スタック
５ 入口温度センサ
６ 出口温度センサ
７ コントローラ
８ 発電量センサ
２１ 発熱量算出手段
２２ 目標冷却液流量算出手段
２３ 冷却能力補正手段
２４ 時定数・むだ時間算出手段
２５ 入口温度検出手段
２６ 冷却能力制御手段
２７ 冷却能力算出手段
Ｃ_t 必要な冷却能力
Ｃ_tar 目標冷却能力
Ｃ_final 最終的な目標冷却能力
Ｔ_in 入口温度
Ｔ_out 出口温度
Ｑ_t,n 目標冷却液流量
Ｎ_rad ラジエータファンの回転数
τ 時定数
ｔ 第３のむだ時間（むだ時間）

Claims (7)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池を冷却する為の冷却液を冷却する冷却液冷却手段と、
   前記燃料電池の温度に基づいて前記冷却液冷却手段に必要な冷却能力を算出する冷却能力算出手段と、
   前記燃料電池の発熱量に基づいて前記燃料電池に供給する目標冷却液流量を算出する目標冷却液流量算出手段と、
   前記目標冷却液流量及び前記発熱量の少なくとも一方に基づいて、前記燃料電池の温度が所定範囲内に抑えられるように、前記必要な冷却能力を補正する冷却能力補正手段
   とを有することを特徴とした燃料電池システム。
2. 前記冷却能力補正手段は、前記目標冷却液流量及び前記発熱量の少なくとも一方に基づいて、冷却能力補正量を算出し、前記必要な冷却能力に前記冷却能力補正量を加算して目標冷却能力を算出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池の温度として前記燃料電池へ入る前記冷却液の入口温度を検出する入口冷却液温度検出手段を更に有し、
   前記冷却能力補正手段は、前記入口温度が所定範囲内に抑えられるように、前記目標冷却液流量が大きくなるにつれて前記冷却能力補正量を大きくするか、或いは前記発熱量が大きくなるにつれて前記冷却能力補正量を大きくすることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池の温度として前記燃料電池から出る前記冷却液の出口温度を検出する出口冷却液温度検出手段を更に有し、
   前記冷却能力補正手段は、前記出口温度が所定範囲内に抑えられるように、前記目標冷却液流量が大きくなるにつれて前記冷却能力補正量を小さくするか、或いは前記発熱量が大きくなるにつれて前記冷却能力補正量を大きくすることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
5. 前記冷却液の流量変化或いは前記燃料電池の発熱量変化の少なくとも一方による前記燃料電池の温度変化の時定数を用いて、前記目標冷却能力に対して一次遅れ処理を行う一次遅れ処理手段と、
   前記冷却液の流量変化或いは前記燃料電池の発熱量変化の少なくとも一方によって前記燃料電池の温度が変化するまでの時間を第１のむだ時間とし、前記目標冷却能力の変化によって前記燃料電池の温度が変化するまでの時間を第２のむだ時間とした場合、前記第１のむだ時間から前記第２のむだ時間を減算した第３のむだ時間だけ前記目標冷却能力に対してむだ時間処理を行うむだ時間処理手段
   とを更に有することを特徴とした請求項２乃至４何れか１項記載の燃料電池システム。
6. 前記冷却液の流量変化或いは前記燃料電池の発熱量変化の少なくとも一方が大きいほど、前記時定数は大きくなることを特徴とした請求項５記載の燃料電池システム。
7. 前記冷却能力補正手段は、前記第３のむだ時間が負である場合、直ちに前記冷却能力の補正を行うことを特徴とした請求項５記載の燃料電池システム。

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