JP2006310073A - 燃料電池システムおよび燃料電池の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温環境下において燃料電池内部に流す冷却液の流量を制限した場合であっても、燃料電池内部に生じる温度分布のばらつきを抑制し、燃料電池の性能向上を図る。
【解決手段】 燃料電池の動作温度Ｔ２が所定の温度αよりも低い場合において、冷却液ポンプを駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させることにより、燃料電池内に単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を低減する。このとき、冷却液が燃料電池１０に流入する流入口側における第１の温度Ｔ１と、冷却液が燃料電池から排出される排出口側における第２の温度Ｔ２との温度差ΔＴに応じて、冷却液ポンプ２０の駆動時間を調整する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電気化学反応によって発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料電池を冷却する技術に関する。

近年、車両などの移動体に搭載される電力源として燃料電池が注目されている。移動体に搭載される燃料電池は、その使用場所が多様であるため、様々な環境下において良好に作動することが望まれている。

例えば、燃料電池を寒冷地で使用する場合には、燃料電池の内部温度が０℃以下になる場合がある。そうすると、燃料電池内に存在する水分や電気化学反応に伴い生成される水が凍結してしまい、発電効率が低下するなどの様々な不都合が生じる場合がある。そこで、特許文献１に記載の技術では、燃料電池内部の温度が所定の温度以下であれば、燃料電池内を流れる冷却液の流量を制限することにより、燃料電池内の温度が低下しすぎることを抑制している。

特開２００３−３６８７４号公報 特開平１０−３４０７３４号公報

しかし、燃料電池は単セルを複数積層したスタック構造を有することが一般的であり、全ての単セルで均一に電気化学反応が進行するとは限らない。そのため、冷却液の流量を抑制すれば、燃料電池内部の温度分布にばらつきが生じ、局所的に高温になる部位が発生するおそれがあった。

このような状況に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、低温環境下において燃料電池内部に流す冷却液の流量を制限した場合であっても、燃料電池内に生じる温度分布のばらつきを抑制し、燃料電池の性能向上を図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明の燃料電池システムを次のように構成した。すなわち、
電気化学反応によって発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池を冷却する冷却液を、前記燃料電池内に供給する冷却液ポンプと、
前記冷却液が前記燃料電池内に流入する流入口側の第１の温度を検出する第１の温度センサと、
前記冷却液が前記燃料電池内から排出される排出口側の第２の温度を検出する第２の温度センサと、
前記第２の温度センサによって検出した前記第２の温度が、所定の温度よりも低い場合において、前記冷却液ポンプを駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させることにより、前記燃料電池内に単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を、前記第２の温度が前記所定の温度以上の場合に供給される供給量よりも低減する冷却制御部と
を備えており、
前記冷却制御部は、前記冷却液ポンプを駆動させた後、前記第２の温度センサによって前記第２の温度を検出するとともに、前記第１の温度センサによって前記第１の温度を検出し、該第２の温度と第１の温度との温度差に応じて、次回の冷却液ポンプの駆動時間を調整することを要旨とする。

本発明の燃料電池システムでは、燃料電池の動作温度が所定の温度よりも低い場合において、冷却液の供給量を低減する。このような構成によれば、燃料電池が通常の運転温度まで至らない比較的低温状態にある場合に、燃料電池内に供給する冷却液の供給量を低減して、燃料電池の内部温度が低下しすぎないようすることができる。また、冷却液の供給量を低減した際に、燃料電池内で局所的に高温になる部分が発生したとしても、第２の温度と第１の温度との温度差に応じて単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を調整できるため、燃料電池内の温度分布を平均化することができる。この結果、電解質膜等の劣化を抑え、燃料電池の性能を向上させることができる。

また、本発明の燃料電池システムでは、一旦、冷却液ポンプを駆動させて燃料電池内の温度分布の平均化を図った後に、第２の温度と第１の温度とを検出し、その温度差に応じて、次回の冷却液ポンプの駆動時間を調整する。従って、第２の温度と第１の温度とを常に監視する必要がなく、燃料電池システムが燃料電池の温度管理に要する処理負担を軽減することができる。また、本発明では、冷却液ポンプの駆動時間を増減させることで、燃料電池内に供給する冷却液の供給量を調整するため、冷却の程度を容易に調整することができる。また、冷却液ポンプの定格としてゼロよりも大きい最低流量が存在する場合であっても、本発明では、冷却液ポンプを駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させるため、単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を、この最低流量以下に調整することができる。なお、冷却制御部は、駆動時間ではなく、非駆動時間を調整することで、冷却液ポンプの動作を制御するものとしてもよい。

本発明の燃料電池システムにおいて、
前記冷却制御部は、前記温度差と所定の基準値とを比較して、前記温度差が前記基準値よりも大きければ、前記駆動時間を、前記温度差が前記基準値よりも小さい場合における駆動時間よりも長くするものとしてもよい。

このような構成であれば、単純な演算によって容易に冷却液ポンプの駆動時間を調整することができる。

また、本発明の燃料電池システムにおいて、
前記冷却制御部は、前記第２の温度検出部によって検出した前記第２の温度が、氷点以下である場合に、前記冷却液ポンプを停止させる手段を備えるものとしてもよい。

このような構成であれば、０℃以下の低温な環境において燃料電池が始動された場合に、電気化学反応によって生じた熱が、燃料電池内から外部に流出することを抑制できる。そのため、速やかに燃料電池の運転温度を発電に適した温度まで昇温させることができる。

また、本発明の燃料電池システムにおいて、
更に、前記燃料電池から排出された前記冷却液を外気との熱交換によって冷却するラジエータと、
前記ラジエータと前記冷却液ポンプと前記燃料電池とを環状に接続し、内部に前記冷却液が流れる冷却液循環流路と、
前記燃料電池から排出された冷却液を、前記ラジエータをバイパスさせて前記冷却液ポンプの上流側に流すバイパス流路と、
前記第２の温度が前記所定の温度よりも低い場合には、前記冷却液を前記バイパス流路側に流し、前記第２の温度が前記所定の温度よりも高い場合には、前記冷却液を前記ラジエータ側に流す手段と
を備えるものとしてもよい。

このような構成であれば、第２の温度が所定の温度よりも低ければ、冷却液をラジエータではなくバイパス流路に流すことができるので、燃料電池の動作温度を速やかに昇温させることができる。また、第２の温度が所定の温度よりも高ければ、冷却液をラジエータに流すことができるので、燃料電池の動作温度が上昇しすぎることを抑制することができる。冷却液をバイパス流路に流すかラジエータに流すかを切り換える手段としては、例えば、三方弁を用いることができる。

なお、本発明は、上述した燃料電池システムとしての構成以外にも、次のような方法の発明としても構成することができる。すなわち、
電気化学反応によって発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、冷却液ポンプによって冷却液を前記燃料電池内に供給することで、前記燃料電池の冷却を行う冷却方法であって、
前記冷却液が前記燃料電池内から排出される排出口側の温度が、所定の温度よりも低い場合において、前記冷却液ポンプを駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させることにより、前記燃料電池内に単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を、前記第２の温度が前記所定の温度以上の場合に供給される供給量よりも低減し、
該供給量の低減を行う場合には、前記冷却液ポンプを駆動させた後に、前記冷却液が前記燃料電池内に流入する流入口側の第１の温度を検出するとともに、前記冷却液が前記燃料電池内から排出される排出口側の第２の温度を検出し、該第２の温度と第１の温度との温度差に応じて、次回の冷却液ポンプの駆動時間を調整する
冷却方法である。

以下、上述した本発明の作用・効果を一層明らかにするため、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．燃料電池システムの構成：
Ｂ．冷却処理：
Ｃ．効果：
Ｄ．変形例：

Ａ．燃料電池システムの構成：
図１は、実施例としての燃料電池システム１００の構成を示す説明図である。図示するように本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、冷却液ポンプ２０と、三方弁３０と、冷却ファン４１を備えたラジエータ４０と、制御コンピュータ５０とを備えている。本実施例の燃料電池システム１００は、車両に搭載され、車軸駆動用の電動モータを動作させる電力源として用いられる。

燃料電池１０は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セル（図示せず）を複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜を挟んで水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とを配置した構成となっている。各々の単セルのアノード側に水素ガスを供給し、カソード側に酸素を含有する空気を供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。アノードには、例えば、水素タンクから水素ガスを供給することができ、カソードには、ブロアによって空気を供給することができる。

燃料電池１０には、冷却液循環路６０を介して、ラジエータ４０が接続されている。冷却液循環路６０内やラジエータ４０内には、不凍性の冷却液が満たされている。冷却液循環路６０には、燃料電池１０とラジエータ４０との間に、冷却液ポンプ２０が設けられており、制御コンピュータ５０は、この冷却液ポンプ２０を駆動することで、冷却液を燃料電池１０内部に通過させつつ冷却液循環路６０内を循環させることができる。ラジエータ４０は、燃料電池１０内部で発生した熱により昇温された冷却液を外気との熱交換によって冷却する。

冷却液ポンプ２０は、制御コンピュータ５０による制御に基づき、駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させることにより、燃料電池１０内に供給する冷却液の供給量を調整する。すなわち、冷却液ポンプ２０の定格としてゼロよりも大きい最低流量が存在する場合であっても、駆動時間と非駆動時間の比率（デューティ比）を制御することで、燃料電池１０に供給する単位時間当たりの冷却液の流量を、その最低流量以下に調整することができる。

図２は、冷却液ポンプ２０をデューティ制御することによる効果を示す説明図である。図には、冷却液ポンプ２０に印加する電圧とそれによって流れる冷却液の流量との関係を示している。一般的に、冷却液ポンプ２０は、ある一定の電圧Ｖ１が印加されると、図中の実線のグラフで示すように、最低流量Ｆ１が流れはじめ、それ以上の電圧が印加されれば、その電圧に応じた流量が流れる特性を有している。しかし、冷却液ポンプ２０をデューティ制御すれば、破線のグラフに示すように、単位時間当たりに流れる流量を、最低流量Ｆ１以下の流量に調整することが可能になる。例えば、冷却液ポンプ２０に対して、電圧０と電圧Ｖ１とを同時間ずつ交互に印加すれば、図中の「＋」マークに示すように、単位時間当たりに、最低流量Ｆ１の半分の流量を流すことが可能になる。

説明を図１に戻す。冷却液循環路６０中の冷却液ポンプ２０とラジエータ４０との間には、三方弁３０が設けられている。この三方弁３０には、燃料電池１０の下流側の冷却液循環路６０から分岐したバイパス流路６５が接続されている。制御コンピュータ５０は、三方弁３０を制御することで、バイパス流路６５側と冷却液ポンプ２０側とを連通させつつラジエータ４０からの冷却液の流入を遮断する状態と、ラジエータ４０側と冷却液ポンプ２０側とを連通させつつバイパス流路６５からの冷却液の流入を遮断する状態とに切り換えることができる。以下では、便宜的に、前者の状態を「冷却モード」といい、後者の状態を「昇温モード」というものとする。三方弁３０を冷却モードとすれば、ラジエータ４０による外気との熱交換により、燃料電池１０に供給する冷却液の温度を下げ、結果的に、燃料電池１０を冷却することができる。一方、昇温モードに切り換えれば、冷却液がラジエータ４０を通らず、バイパス流路６５を通って循環することになる。そのため、燃料電池１０内を冷却液が循環することで燃料電池１０内部の温度分布を平均化することができる。また、冷却液は冷却されないまま燃料電池１０に供給されることになるので、電気化学反応に伴う熱の発生により、低温状態の燃料電池１０を速やかに昇温することができる。

燃料電池１０に冷却液循環路６０が接続される入口側と出口側には、入口温度センサ７１と出口温度センサ７２とが備えられている。入口温度センサ７１は、燃料電池１０に流入する直前の冷却液の温度を検出することができる。一方、出口温度センサ７２は、燃料電池１０から排出された直後の冷却液の温度を検出することができる。燃料電池１０から排出された直後の冷却液の温度には、燃料電池の内部温度が反映されているため、出口温度センサ７２によって検出された温度は、燃料電池内部の温度であるとみなすことができる。

制御コンピュータ５０は、燃料電池１０を冷却するための制御を行うとともに、燃料電池システム１００の動作全般を制御する。制御コンピュータ５０は、ＣＰＵ５１とＲＡＭ５２とＲＯＭ５３と各種入出力ポートとを備えている。ＲＯＭ５３には、燃料電池システム１００を制御するためのプログラムが記録されている。ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５２を動作領域として用いつつ、ＲＯＭ５３に記録されたプログラムを実行することで燃料電池システム１００を制御する。制御コンピュータ５０には、入出力ポートを介して、冷却液ポンプ２０や、三方弁３０、冷却ファン４１、入口温度センサ７１、出口温度センサ７２等が接続されている。

Ｂ．冷却処理：
図３は、燃料電池１０の冷却を行う冷却処理ルーチンのフローチャートである。この冷却処理ルーチンは、燃料電池システム１００の動作中、制御コンピュータ５０によって繰り返し実行される。本実施例では、５秒毎に１回実行されるものとする。以下、この冷却処理ルーチンについて、図４を交えて説明する。図４は、燃料電池１０の温度変化の一例を示す説明図である。

この冷却処理が実行されると、まず、制御コンピュータ５０は、出口温度センサ７２を用いて、燃料電池１０から排出された冷却液の温度Ｔ２を検出する（ステップＳ１００）。こうして検出された温度Ｔ２は、燃料電池１０内部の動作温度を表している。そして、この温度Ｔ２が０℃（氷点）よりも高いか否かを判断する（ステップＳ１１０）。この判断の結果、温度Ｔ２が０℃よりも高ければ（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、次のステップＳ１３０へ処理を進める。一方、図４の時間０から時間ｓ１までに示す期間のように、温度Ｔ２が０℃以下であれば（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、燃料電池１０を昇温させるために、冷却液ポンプ２０を停止させて（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。冷却液ポンプ２０が停止されれば、燃料電池１０内部の電気化学反応によって発生した熱が、冷却液によって外部に運ばれることが抑制されるため、燃料電池１０の動作温度は速やかに上昇することになる。なお、冷却液ポンプ２０が停止された場合には、燃料電池１０からは冷却液が排出されなくなるため、燃料電池１０と出口温度センサ７２との距離が離れていれば、次回以降の冷却処理実行時において、温度Ｔ２を検出したとしても、温度Ｔ２に燃料電池１０の動作温度が十分反映されていない場合がある。そのため、上記ステップＳ１００において、冷却液ポンプ２０が停止しているか否かを判定し、冷却液ポンプ２０が停止していれば、これを所定の時間駆動し、その後、温度Ｔ２を検出するものとしてもよい。こうすることで、燃料電池１０の動作温度を精度良く検出することができる。

上記ステップＳ１１０によって、温度Ｔ２が０℃よりも高いと判断されれば（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御コンピュータ５０は、更に、この温度Ｔ２が所定の温度αよりも低いか否かを判断する（ステップＳ１３０）。この温度αは、冷却液を常時循環させても燃料電池１０の温度が低下しすぎない温度として、実験や、燃料電池１０の体積、熱容量などに基づいて設定された温度である。この温度αは、例えば、３０〜４０℃の範囲で設定することができる。上記ステップＳ１３０において、図４の時間ｓ３以降に示すように、温度Ｔ２が、温度αよりも高ければ（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、制御コンピュータ５０は、三方弁３０を冷却モードに設定することにより、ラジエータ４０と冷却液ポンプ２０とを連通させる（ステップＳ１４０）。そして、冷却ファン４１を駆動させるとともに冷却液ポンプ２０を常時運転させ（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。こうすることにより、燃料電池１０の動作温度が高温になりすぎることを抑制できる。

上記ステップＳ１３０において、図４の時間ｓ１から時間ｓ３までの期間に示すように、温度Ｔ２が温度αよりも低いと判断されれば（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、制御コンピュータ５０は、まだ、十分に燃料電池１０の動作温度が上昇していないと判断し、三方弁３０を昇温モードに設定することにより、バイパス流路６５と冷却液ポンプ２０とを連通させ（ステップＳ１６０）、冷却液ポンプ２０をｔ秒間駆動する（ステップＳ１７０）。こうすることで、冷却液がラジエータ４０を通過せず、バイパス流路６５を通過することになるので、燃料電池１０内の温度分布を平均化させつつ昇温させることができる。冷却液ポンプ２０を駆動する時間ｔは、後述するステップＳ２００またはＳ２１０でその時間が設定される。初期値としては、例えば、２秒とすることができる。上述したように、本ルーチンは５秒ごとに実行されるものとしたため、時間ｔを２秒とすれば、残りの３秒間は、冷却液は燃料電池１０内を循環しないことになる。

冷却液ポンプ２０をｔ秒間駆動すると、その後、制御コンピュータ５０は、入口温度センサ７１によって温度Ｔ１を検出し、出口温度センサ７２によって温度Ｔ２を検出する（ステップＳ１８０）。そして、温度Ｔ２と温度Ｔ１との温度差ΔＴ（＝｜Ｔ２−Ｔ１｜）を算出し、この温度差ΔＴが標準的な温度差である基準値βよりも低いか否かを判断する（ステップＳ１９０）。基準値βは、様々な環境下において燃料電池１０を稼働させて、温度Ｔ２と温度Ｔ１の温度差の平均を取ることで、実験的に求めることができる。また、燃料電池１０内での電気化学反応によって通常生じる熱量に基づき設定するものとしてもよい。この基準値βは、例えば、１５〜２０℃の範囲で設定することができる。

上記ステップＳ１９０において、温度差ΔＴが基準値βよりも小さいと判断されれば（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、制御コンピュータ５０は、燃料電池内の温度分布が充分に平均化されていると判断して、冷却液ポンプ２０の駆動時間ｔを、ｔ１（例えば、１秒）に設定する（ステップＳ２００）。一方、図４の時間ｓ２に示すように、温度差ΔＴが基準値βよりも大きければ（ステップＳ１９０：Ｎｏ）、制御コンピュータ５０は、燃料電池内の温度分布が不均一な状態であると判断して、冷却液ポンプ２０の駆動時間ｔを、ｔ１よりも長いｔ２（例えば、２秒）に設定し（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。本ルーチンは燃料電池システム１００の動作中、繰り返して実行されるため、次回実行される上記ステップＳ１７０によって、ここで設定した時間分、冷却液ポンプ２０が駆動されることになる。冷却液ポンプ２０の駆動時間ｔ１は、燃料電池１０の動作温度の上昇をなるべく妨げずに温度分布を平均化できる駆動時間を実験的に求めて設定することができる。一方、駆動時間ｔ２は、燃料電池１０の動作温度の上昇をなるべく妨げずに温度差ΔＴを基準値β以下に抑えることのできる駆動時間を実験的に求めて設定することができる。なお、この駆動時間ｔ１，ｔ２は、本ルーチンの実行間隔である５秒よりも短い時間であるものとする。５秒よりも長ければ、冷却液ポンプ２０が常時駆動されることになり、燃料電池１０の動作温度を低下させすぎることになるおそれがあるからである。また、この駆動時間ｔ１，ｔ２と非駆動時間（５秒とｔ１，ｔ２の差）によって冷却液ポンプ２０を駆動するデューティ比が決まり、このデューティ比と冷却液ポンプ２０の定格流量とから単位時間当たりに燃料電池１０に供給される冷却液の流量が決まるが、この流量は、冷却液ポンプ２０の定格流量の下限値よりも低い値であるものとする。供給する流量が定格内で調整可能であれば、冷却液ポンプ２０をデューティ制御する必要がないからである。

Ｃ．効果：
以上のように構成された本実施例の燃料電池システム１００によれば、燃料電池内部の温度Ｔ２が０℃以下の場合には、冷却液ポンプ２０を停止するため、低温環境下においてシステムが起動された場合等に、燃料電池の動作温度を直ちに昇温させることができる。

また、本実施例では、温度Ｔ２が０℃よりも高い場合でも所定の温度αよりも低ければ、充分に燃料電池１０が昇温されていないと判断し、冷却液ポンプ２０を間欠的に駆動することで、冷却液の供給量を制限する。従って、速やかに、燃料電池１０の動作温度を昇温させることができる。更に、本実施例では、冷却液の供給量を制限している場合であっても、燃料電池１０に流入する冷却液の入り口温度と出口温度の温度差に応じて、冷却液ポンプ２０を駆動する時間を調整する。そのため、冷却液の供給量を制限している間に、燃料電池内部に局所的に高温になる部分が発生すること等を抑制することができ、電解質膜等の劣化を抑えることができる。その結果、発電性能を向上させることができる。

また、本実施例によれば、冷却液ポンプ２０を駆動した結果生じた温度差ΔＴに応じて、次に冷却液ポンプ２０を駆動する時間ｔを設定する。従って、常時、温度差を監視する必要がなく、制御コンピュータ５０にかかる処理負担を軽減することができる。また、冷却液ポンプ２０の定格流量に下限値が存在する場合であっても、冷却液ポンプ２０を駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させるため、単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を、この下限値以下の流量に調整することができる。

Ｄ．変形例：
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。

例えば、上記冷却処理ルーチンのステップＳ１９０〜Ｓ２１０では、温度差ΔＴと基準値βとを比較して冷却液ポンプ２０を駆動する時間を設定するものとしたが、基準値βではなく、所定のテーブルやマップを参照することで、温度差ΔＴに応じた駆動時間を設定するものとしてもよい。

図５は、駆動時間を設定するためのマップの一例を示す説明図である。図示するように、このマップでは、温度差ΔＴが大きくなるにつれ、駆動時間を長くするようにしている。制御コンピュータ５０は、このようなマップを用いることにより、駆動時間の調整をきめ細かく行うことが可能になる。

また、上記実施例では、冷却処理ルーチンのステップＳ１３０で燃料電池内の温度（Ｔ２）がα以上であれば、三方弁３０を冷却モードに設定して（ステップＳ１４０）、ポンプを常時運転することで（ステップＳ１５０）、ラジエータ４０を用いた冷却を行うものとした。これに対して、温度Ｔ２が温度αを超えた場合の制御を、より詳細に行うようにしてもよい。例えば、燃料電池内部の温度Ｔ２がα以上であっても、６５℃に到達するまでは、三方弁３０は昇温モードのままにすることで、バイパス流路６５によって冷却液を循環させる。そして、６５℃を超えたときに、はじめて、冷却モードに切り換え、ラジエータ４０を使った冷却を始めるものとすることができる。こうすることによって、燃料電池１０の動作温度が、発電に最も適した温度（通常、６５℃〜８０℃）に上昇することを促進させることができる。

更に、温度Ｔ２が６５℃を超えた場合に、ラジエータ４０を用いた冷却を開始したとしても、７５℃を超えるまでは、冷却ファン４１を駆動させず、７５℃を超えたときに、はじめて冷却ファン４１を駆動するものとしてもよい。このような詳細な制御を行うことにより、燃料電池１０の動作温度を精度良く調整することが可能になる。

また、上記実施例では、温度Ｔ２が０℃以下の場合には、一律に冷却液ポンプ２０を停止するものとしたが、温度Ｔ２が０℃以下の場合にも、温度差ΔＴを算出して、この温度差に基づく制御を行うものとしてもよい。

また、上記実施例では、冷却液循環路６０に、入口温度センサ７１と出口温度センサ７２とを設けるものとしたが、これらのセンサは、それぞれ、燃料電池１０の筐体の冷却液入り口付近および出口付近に設けるものとしてもよい。こうすることにより、燃料電池１０の動作温度を直接的に測定することができる。また、入口温度センサ７１に替えて、温度差センサを用いるものとしてもよい。

また、上記実施例では、出口温度センサ７２で検出された温度Ｔ２の値をそのまま燃料電池内部の温度であるとみなすものとしたが、この温度Ｔ２に、所定の補正値（例えば、５℃）を加えた温度を燃料電池内部の温度であるとみなすものとしてもよい。冷却液の温度が、燃料電池内部の温度を１００％反映しているとは限らないためである。この補正値は、燃料電池内部の温度を実際に測定し、この測定温度と温度Ｔ２との差を実験的に求めることで設定することができる。

燃料電池システムの構成を示す説明図である。 冷却液ポンプをデューティ制御することによる効果を示す説明図である。 冷却処理ルーチンのフローチャートである。 燃料電池の温度変化の一例を示す説明図である。 駆動時間を設定するためのマップの一例を示す説明図である。

符号の説明

１０...燃料電池
２０...冷却液ポンプ
３０...三方弁
４０...ラジエータ
４１...冷却ファン
５０...制御コンピュータ
５１...ＣＰＵ
５２...ＲＡＭ
５３...ＲＯＭ
６０...冷却液循環路
６５...バイパス流路
７１...入口温度センサ
７２...出口温度センサ
１００...燃料電池システム

Claims (5)

1. 電気化学反応によって発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムであって、
   前記燃料電池を冷却する冷却液を、前記燃料電池内に供給する冷却液ポンプと、
   前記冷却液が前記燃料電池内に流入する流入口側の第１の温度を検出する第１の温度センサと、
   前記冷却液が前記燃料電池内から排出される排出口側の第２の温度を検出する第２の温度センサと、
   前記第２の温度センサによって検出した前記第２の温度が、所定の温度よりも低い場合において、前記冷却液ポンプを駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させることにより、前記燃料電池内に単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を、前記第２の温度が前記所定の温度以上の場合に供給される供給量よりも低減する冷却制御部と
   を備えており、
   前記冷却制御部は、前記冷却液ポンプを駆動させた後、前記第２の温度センサによって前記第２の温度を検出するとともに、前記第１の温度センサによって前記第１の温度を検出し、該第２の温度と第１の温度との温度差に応じて、次回の冷却液ポンプの駆動時間を調整する
   燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記冷却制御部は、前記温度差と所定の基準値とを比較して、前記温度差が前記基準値よりも大きければ、前記駆動時間を、前記温度差が前記基準値よりも小さい場合における駆動時間よりも長くする
   燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
   前記冷却制御部は、前記第２の温度検出部によって検出した前記第２の温度が、氷点以下である場合に、前記冷却液ポンプを停止させる手段を備える
   燃料電池システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
   更に、前記燃料電池から排出された前記冷却液を外気との熱交換によって冷却するラジエータと、
   前記ラジエータと前記冷却液ポンプと前記燃料電池とを環状に接続し、内部に前記冷却液が流れる冷却液循環流路と、
   前記燃料電池から排出された冷却液を、前記ラジエータをバイパスさせて前記冷却液ポンプの上流側に流すバイパス流路と、
   前記第２の温度が前記所定の温度よりも低い場合には、前記冷却液を前記バイパス流路側に流し、前記第２の温度が前記所定の温度よりも高い場合には、前記冷却液を前記ラジエータ側に流す手段と
   を備える燃料電池システム。
5. 電気化学反応によって発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、冷却液ポンプによって冷却液を前記燃料電池内に供給することで、前記燃料電池の冷却を行う冷却方法であって、
   前記冷却液が前記燃料電池内から排出される排出口側の温度が、所定の温度よりも低い場合において、前記冷却液ポンプを駆動状態と非駆動状態とに交互に切り換えて動作させることにより、前記燃料電池内に単位時間当たりに供給する冷却液の供給量を、前記第２の温度が前記所定の温度以上の場合に供給される供給量よりも低減し、
   該供給量の低減を行う場合には、前記冷却液ポンプを駆動させた後に、前記冷却液が前記燃料電池内に流入する流入口側の第１の温度を検出するとともに、前記冷却液が前記燃料電池内から排出される排出口側の第２の温度を検出し、該第２の温度と第１の温度との温度差に応じて、次回の冷却液ポンプの駆動時間を調整する
   冷却方法。

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