JP2009170378A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、冷却系の異常を判定する技術を提供する。
【解決手段】燃料電池システムであって、冷媒を燃料電池内部に循環させるための冷媒ポンプを有する冷却系と、冷媒ポンプの消費電力を検出する消費電力検出部と、冷媒ポンプの回転数と、冷媒の圧損と、に基づいて前記冷媒ポンプの消費電力を推定する消費電力推定部と、消費電力検出部によって検出される、冷媒ポンプの消費電力の検出値と、消費電力推定部によって推定される冷媒ポンプの消費電力の推定値と、に基づいて、冷却系の異常を判定する判定部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池システムに関する。

従来、燃料電池システムは、燃料電池の内部温度を一定に保つための冷却系を備えている。冷却系は、冷媒ポンプと、ラジエータと、冷媒を循環させるための配管と、燃料電池の入口、出口付近の冷媒温度を測定する温度センサと、を備える。そして、燃料電池出口の冷媒温度を、燃料電池の内部温度とみなして、燃料電池出口の冷媒温度に基づいて、冷媒ポンプや、ラジエータファンを制御して、燃料電池の内部温度を一定に保っている。

しかしながら、例えば、冷媒ポンプが故障して、冷媒が燃料電池に供給されない場合には、燃料電池の内部温度が上昇するが、燃料電池出口の冷媒温度は上昇しない。すなわち、燃料電池出口の冷媒温度が、燃料電池の内部温度を表さない場合がある。そのため、燃料電池の温度上昇を検知することができず、燃料電池が高温により故障するおそれがある。

その問題に対して、燃料電池の温度を直接測定することが考えられるが、燃料電池スタックの各単セルに温度センサを埋め込むことは困難であり、また、コストがかかるという問題がある。そこで、冷媒流量および冷媒圧力に基づいて、冷媒ポンプの故障等の冷却系の異常を判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−１８４４３５号公報 特開平１０−０９２４５２号公報 特開２００５−１２２９５９号公報

しかしながら、上記のように、冷媒流量を計測するための流量計と、冷媒圧力を計測するための圧力計を追加すると、コストがかかるという問題がある。そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、冷却系の異常を判定する、他の技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 燃料電池システムであって、
冷媒を燃料電池内部に循環させるための冷媒ポンプを有する冷却系と、
前記冷媒ポンプの消費電力を検出する消費電力検出部と、
前記冷媒ポンプの回転数と、前記冷媒の圧損と、に基づいて前記冷媒ポンプの消費電力を推定する消費電力推定部と、
前記消費電力検出部によって検出される、前記冷媒ポンプの消費電力の検出値と、前記消費電力推定部によって推定される前記冷媒ポンプの消費電力の推定値と、に基づいて、前記冷却系の異常を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。

例えば、配管がつぶれるという冷却系の異常があった場合に、配管のつぶれによりキャビテーションが生じて冷媒の流量が少なくなると、冷媒ポンプが空回りして、冷媒ポンプにおける消費電力が、流量が正常の場合に対して小さくなる。そのため、適用例１の燃料電池システムによれば、冷媒ポンプの消費電力の実測値と推定値とを比較して、有意な違いがある場合に、容易に冷却系の異常を判定することができる。

冷媒ポンプの実際の消費電力は、例えば、冷媒ポンプに電力を供給するバッテリの電流、電圧から算出してもよいし、電力測定器等によって、測定してもよい。

［適用例２］ 適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却系は、
前記冷媒を冷却するためのラジエータを通過させる冷却配管と、
前記冷媒を、前記ラジエータを通過させない非冷却配管と、
前記燃料電池から排出される前記冷媒を、前記冷却配管と、前記非冷却配管に、分配する第１の配管と、
前記冷却配管内を流通する前記冷媒と、前記非冷却配管内を流通する前記冷媒を合流させて、前記燃料電池に供給する第２の配管と、
前記冷却配管と前記非冷却配管とへの前記冷媒の配分を決定する調整バルブと、
を備え、
前記消費電力推定部は、
前記冷媒の温度と、前記冷媒ポンプの回転数と、前記調整バルブのバルブ開度と、から前記消費電力を推定することを特徴とする燃料電池システム。

冷媒温度と、冷媒ポンプの回転数と、調整バルブのバルブ開度は、通常、冷媒の温度および流量を管理する場合に、測定しているため、適用例２のようにすると、冷却系の異常を判定するために、新たに機器を追加する必要がないため、好適である。

［適用例３］ 適用例１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記判定部は、
前記検出値と、前記推定値との差に基づいて、前記冷却系の異常を判定することを特徴とする燃料電池システム。

このようにすると、冷媒ポンプにおける消費電力の検出値と推定値とから容易に冷却系の異常を判定することができる。また、検出値が推定値よりも大きくなるような冷却系の異常も、検出値が推定値よりも小さくなるような冷却系の異常も、容易に判定することができる。例えば、冷却水の流量が多い場合には、検出値が推定値よりも大きくなる。冷媒の消費電力が大きくなると、燃費が悪くなるため、このようにして、容易に冷却系の異常を知ることにより、燃費の悪化を早期に抑制することができるようになる。

［適用例４］ 適用例１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記判定部は、
前記推定値が前記検出値よりも大きく、かつその差が所定値以上の場合に、前記冷却系に異常ありと判定することを特徴とする燃料電池システム。

このようにすると、容易に冷媒の流量不足を判定することができ、燃料電池が高温により故障するのを、抑制することができる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。

Ａ．第１の実施例：
Ａ１．実施例の構成：
図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池システム１０００の構成を示す説明図である。本実施例において、燃料電池システム１０００は、車両に搭載されている。本実施例の燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００と、燃料ガスとしての水素を給排する水素給排系２００と、酸化剤ガスとしての空気を給排する空気給排系３００と、燃料電池スタック１００を冷却する冷却系４００と、燃料電池システム１０００を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）５００と、を主に備える。

燃料電池スタック１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池であり、燃料ガスとしての純水素と、酸化剤ガスとしての空気中の酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。燃料電池スタック１００は、単セル（図示しない）を、セパレータ（図示しない）を介在させて複数積層して成るスタック構造を成し、その積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

水素給排系２００では、高圧水素が貯蔵された水素タンク（図示しない）から、配管２０２を介して、燃料電池スタック１００のアノードに水素が供給され、アノードにおいて電気化学反応に用いられた後、アノード排ガスは、配管２０４を介して大気中に排出される。また、配管２０４から分岐して循環配管２０６が設けられ、配管２０４には、バルブ２０８が設けられている。バルブ２０８が閉弁されると、アノード排ガスは、循環配管２０６を介して配管２０２に戻されて、アノード排ガス中の水素が再利用される。バルブ２０８が開弁されると、アノード排ガスは、配管２０４を介して大気中に排出される。

空気給排系３００では、コンプレッサ（図示しない）によって圧縮された圧縮空気が、配管３０２を介して、燃料電池スタック１００のカソードに供給される。カソードおいて電気化学反応に用いられた後、カソード排ガスは配管３０４を介して、大気中に放出される。

冷却系４００は、ウォーターポンプ４１０と、モータ４１２と、インバータ４１４と、バッテリ４１８と、供給配管４０２と、排出配管４０４と、冷却配管４０６と、ラジエータ４２２と、非冷却配管４０８と、調整バルブ４２０と、入口温度センサ４２６と、出口温度センサ４２８と、を主に備える。冷却水は、ウォーターポンプ４１０によって、供給配管４０２を流れ、燃料電池スタック１００内を循環して燃料電池スタック１００を冷却した後、排出配管４０４、非冷却配管４０８および冷却配管４０６を通って、所定の温度に調整されて（後に詳述する）、再び、燃料電池スタック１００に供給される。本実施例におけるウォーターポンプ４１０が、請求項における冷媒ポンプに、冷却水が、請求項における冷媒に、それぞれ相当する。また、本実施例における供給配管４０２が、請求項における第２の配管に、排出配管４０４が、請求項における第１の配管に、それぞれ相当する。

ウォーターポンプ４１０は、冷却水を、冷却系４００の配管４０２、４０４、４０６、４０８、および燃料電池スタック１００内の冷却水流路（図示しない）を通って循環させるためのポンプである。ウォーターポンプ４１０は、電動ウォーターポンプであり、バッテリ４１８から電力の供給を受けて駆動される。後述するＥＣＵ５００が、出口温度センサ４２８の検出値に基づいて、ウォーターポンプ４１０の回転数を決定し、インバータ４１４を制御することにより、モータ４１２の回転速度、トルクを制御して、ウォーターポンプ４１０の回転数を制御している。ウォーターポンプ４１０は、内部に回転検出器（図示しない）を備えており、ウォーターポンプ４１０の駆動中は、回転検出器によってウォーターポンプ４１０の回転数を測定して、ＥＣＵ５００に送信している。

調整バルブ４２０は、電動ロータリーバルブであり、後述するＥＣＵ５００が、出口温度センサ４２８の検出値に基づいて、調整バルブ４２０のバルブ開度を決定し、調整バルブ４２０を制御する。調整バルブ４２０は、バルブ開度を、０〜１００％の間で調整できる。バルブ開度０％では、非冷却配管４０８と供給配管４０２の間が１００％開かれて、非冷却配管４０８と供給配管４０２とが繋がれ、冷却配管４０６と供給配管４０２の間が遮断される。このとき、燃料電池スタック１００内を循環した後の冷却水は、排出配管４０４、非冷却配管４０８、供給配管４０２を通って、再び、燃料電池スタック１００に供給される。冷却水は、ラジエータ４２２を通過しないため、冷却水の温度低下が、抑制される。

一方、バルブ開度１００％では、冷却配管４０６と供給配管４０２の間が１００％開かれて、冷却配管４０６と供給配管４０２繋がれ、非冷却配管４０８と供給配管４０２の間が遮断される。このとき、燃料電池スタック１００内を循環した後の冷却水は、排出配管４０４、冷却配管４０６、供給配管４０２を通って、再び、燃料電池スタック１００に供給される。冷却水は、冷却配管４０６中に設けられているラジエータ４２２を流通する際に、冷却される。なお、ファン４２４は、出口温度センサ４２８の検出値に基づいて、ＥＣＵ５００により、運転、停止を制御される。

バルブ開度が０〜１００％の間の場合は、冷却配管４０６と、非冷却配管４０８の開度がそれぞれ調整されて、冷却配管４０６と非冷却配管４０８との両方に、冷却水が流れ、燃料電池スタック１００に供給される冷却水の温度が目標温度になるように設定される。

例えば、燃料電池スタック１００の起動時等、燃料電池スタック１００の内部温度が低い場合には、ＥＣＵ５００は、調整バルブ４２０のバルブ開度を０％に調整して、冷却水が冷却配管４０６を通らず、非冷却配管４０８を通るようにする。そうすると、温まった冷却水（温水）が、燃料電池スタック１００に供給されるため、燃料電池スタック１００が温められる。

一方、燃料電池スタック１００の内部温度が高い場合には、ＥＣＵ５００は、調整バルブ４２０のバルブ開度を１００％に調整して、冷却水が、非冷却配管４０８を通らず、冷却配管４０６を通るようにする。そうすると、燃料電池スタック１００の熱を吸収して温められた冷却水が、ラジエータ４２２にて冷却され、冷却された冷却水が、燃料電池スタック１００に供給されるため、燃料電池スタック１００が冷却される。

また、冷却水の出口温度によっては、ＥＣＵ５００は、調整バルブ４２０のバルブ開度を０〜１００％の間に調整して冷却配管４０６と非冷却配管４０８との両方に、冷却水が流れるようにして、燃料電池スタック１００に供給される冷却水の温度を目標温度に設定する。

ＥＣＵ５００は、入出力ポート５１０と、ＣＰＵ５２０と、メモリ５３０と、を主に備える。メモリ５３０には、マップ５３２、および流量異常判定プログラム５３４が、予め記録されている。マップ５３２は、入口温度センサ４２６による冷却水温度、ウォーターポンプ４１０の備える回転検出器（図示しない）が検出するウォーターポンプ４１０の回転数、調整バルブ４２０の備える位置検出器（図示しない）が検出するバルブ開度と、ウォーターポンプ４１０における消費電力との関係を示すものである。マップ５３２は、予め、上記の冷却水温、ウォーターポンプ４１０の回転数、バルブ開度に応じたウォーターポンプ４１０における消費電力を測定して、作成される。ウォーターポンプ４１０における消費電力は、バッテリ４１８からインバータ４１４に供給される電流と電圧を測定することにより求めることができる。

ＣＰＵ５２０は、メモリ５３０に記録されている流量異常判定プログラム５３４を実行することにより、請求項における判定部、消費電力推定部、消費電力検出部として機能する。ＣＰＵ５２０は、入出力ポート５１０を介して取得した、冷却水の入口温度、ウォーターポンプ４１０の回転数、調整バルブ４２０のバルブ開度に基づいて、メモリ５３０に記憶されているマップ５３２を参照して、ウォーターポンプ４１０の消費電力を推定し、後述するように、冷却水の流量の異常を判定する。

入出力ポート５１０は、上記のとおり、ウォーターポンプ４１０からの回転数信号、バッテリ４１８からの電圧、電流信号、調整バルブ４２０からの開度信号、入口温度センサ４２６からの温度信号、出口温度センサ４２８からの温度信号を受付けたり、インバータ４１４の制御信号、調整バルブ４２０の制御信号を出力したりする。また、ＣＰＵ５２０において冷却水の流量異常と判定された場合に、冷却系の異常を知らせる冷却水ワーニングランプ６００の点灯指示を出力する。冷却水ワーニングランプ６００は、例えば、車両前方に設けられている計器パネルに表示される。

なお、ＥＣＵ５００は、例えば、燃料電池システム１０００や２次バッテリ（図示しない）をコントロールするＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：パワーコントロールユニット）(図示しない)に含まれる。

Ａ２．ウォーターポンプにおける消費電力について：
本実施例における冷却系の異常を判定する動作を説明するに先立って、ウォーターポンプ４１０における消費電力について、説明する。ウォーターポンプ４１０の回転数は、上記の通り、出口温度センサ４２８の検出値によって、ＥＣＵ５００で決定され、制御される。調整バルブ４２０のバルブ開度は、出口温度センサ４２８の検出値に基づいて定められ、調整バルブ４２０のバルブ開度によって、冷却水の入口温度が決まってくる。

冷却水の粘度は、冷却水の温度により変化する。冷却水の温度が低いと、冷却水の粘度が高くなる。冷却水の粘度が高くなると、配管内の冷却水の圧損が大きくなる。また、調整バルブ４２０の開度によって、冷却水の圧損が異なる。ウォーターポンプ４１０の消費電力は、（冷却水の流量）×（ウォーターポンプ４１０における昇圧）によって求められる。冷却水系に異常がない場合には、ウォーターポンプ４１０の回転数に応じて、冷却水の流量が変化する。したがって、冷却水系に異常がない場合には、例えば、冷却水の出口温度（燃料電池スタック１００の内部温度を示す）に基づいて、ウォーターポンプ４１０の回転数が一義的に決まるものとすると、回転数が一定の場合に（すなわち、冷却水の流量が一定）、冷却水の粘度が高くなったり、調整バルブ４２０の開度によって、冷却水の圧損が大きくなれば、ウォーターポンプ４１０における昇圧が大きくなるため、ウォーターポンプ４１０における消費電力は、大きくなる。したがって、冷却水入口温度、ポンプ回転数、バルブ開度と、ウォーターポンプ４１０における消費電力との間には、所定の関係が成立する。

そのため、予め、冷却水入口温度、ポンプ回転数、バルブ開度と、ウォーターポンプ４１０における消費電力との間の関係を調べておき、マップとしてメモリ５３０に記憶させておけば、冷却水入口温度、ポンプ回転数、バルブ開度から、ウォーターポンプ４１０における消費電力を推定することができる。一方、ウォーターポンプ４１０における実際の消費電力（ポンプ実電力）は、バッテリ４１８からインバータ４１４に供給される電流と電圧から求めることができる。

例えば、冷却系４００の配管のいずれかにつぶれが生じ、冷却水中に気泡が発生すると（以下、キャビテーションともいう。）、冷却水がほとんど流れなくなるため、ウォーターポンプ４１０が空回りする。冷却水が流れなくなると、燃料電池スタック１００を充分に冷却することができないため、燃料電池スタック１００の温度が上昇する。しかしながら、冷却水が流れないため、その温度上昇は、冷却水の出口温度には反映されない。そのため、冷却水の出口温度は、キャビテーションが生じる前の温度とほとんど同じであり、ウォーターポンプ４１０の回転数は、キャビテーションが生じる前とほとんど同じである。

また、調整バルブ４２０のバルブ開度は、冷却水の出口温度に基づいて調整されるため、上記したように、冷却水の出口温度がキャビテーションの生じる前とほぼ同じだとすると、バルブ開度はキャビテーションが生じる前と同じである。また、冷却水が流れないため、配管内には、冷却水が滞留しており、冷却水の入口温度も、キャビテーションが生じる前と変わらない。そうすると、ウォーターポンプ４１０における消費電力を、マップから推定した推定電力の値は、キャビテーションが生じる前と変わらない。

一方、キャビテーションが生じた後は、上記したように、冷却水がほとんど流れず、ウォーターポンプ４１０が空回りする。上記したように、ウォーターポンプ４１０の消費電力は、（冷却水の流量）×（ウォーターポンプ４１０における昇圧）によって求められるため、冷却水の流量が少なくなると、ウォーターポンプ４１０における消費実電力（ポンプ実電力）は、推定電力よりも小さくなる。

また、ウォーターポンプ４１０が故障すると、ポンプが回転しなくなったり、ウォーターポンプ４１０が所定の回転数で回転しているにもかかわらず、冷却水が送り出されない場合がある。例えば、ウォーターポンプ４１０が所定の回転数で回転しているにもかかわらず、冷却水が送り出されておらず、冷却水の流量が少ない場合には、上記のキャビテーションが生じている場合と同様に、冷却水温度およびバルブ開度はウォーターポンプ４１０が故障する前と変わらないため、ポンプ推定電力は、ウォーターポンプ４１０が故障する前と変わらない。一方、ポンプ実電力は、上記したように、冷却水の流量が少なくなるため、ポンプ推定電力よりも小さくなる。

このように、配管、ウォーターポンプ４１０、調整バルブ４２０等の冷却系に異常が生じて、冷却水の流量が少なくなると、ウォーターポンプ４１０において消費される実電力が推定電力より小さくなる。

Ａ３．実施例の動作：
図２は、燃料電池システム１０００における冷却系の異常を判定する流れを示すフローチャートである。本実施例では、冷却系の異常として、冷却水の流量異常を判定している。本ルーチンは、燃料電池システム１０００の起動中、所定の間隔で、繰り返し実効される。まず、ＣＰＵ５２０は、入出力ポート５１０を介して、出口温度センサ４２８から冷却水温度、ウォーターポンプ４１０からポンプ回転数、調整バルブ４２０からバルブ開度、バッテリ４１８からインバータ４１４に供給される電流（以下、「供給電流」ともいう。）および電圧（以下、「供給電圧」ともいう。）を、それぞれ取得する（ステップＳ１０２）。ＣＰＵ５２０は、取得した冷却水温度、ポンプ回転数、バルブ開度に基づいて、メモリ５３０に記憶されているマップ５３２を参照して、ポンプ消費電力を推定する（ステップＳ１０４）。以下、推定されたポンプ消費電力を、ポンプ推定電力という。また、ＣＰＵ５２０は、取得した供給電流および供給電圧から、ウォーターポンプ４１０の実際の消費電力（以下、「ポンプ実電力」ともいう。）を算出する(ステップＳ１０５)。

続いて、ＣＰＵ５２０は、ポンプ推定電力からポンプ実電力を引いた値が所定値以上か否か判定する（ステップＳ１０６）。その値が所定値以上であれば（ステップＳ１０６において、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５２０は、冷却水の流量異常と判定する（ステップＳ１０８）。その値が所定値未満であれば（ステップＳ１０６において、Ｎｏ）、冷却水の流量は正常であると判定する。ステップＳ１０８において、ＣＰＵ５２０が冷却水の流量異常と判定した場合には、ＣＰＵ５２０は、入出力ポート５１０を介して、冷却水ワーニングランプ６００を点灯させて、本ルーチンを終了する。

Ａ４．実施例の効果：
本実施例の燃料電池システム１０００では、ポンプ実電力と、ウォーターポンプ４１０の回転数、調整バルブ４２０のバルブ開度、入口温度センサ４２６による冷却水温度とから推定されるポンプ推定電力と、を比較することによって、冷却水量の異常を判定している。上記したように、本実施例では、冷却系の異常として、冷却水量の異常を判定している。すなわち、ポンプ実電力とポンプ推定電力とを比較することにより、容易に冷却系の不具合を見つけることができる。したがって、冷却水が流れなくなることにより、燃料電池スタック１００の内部温度が上昇して、燃料電池スタック１００が故障することを抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池システム１０００では、燃料電池システム１０００に従来から設けられている出口温度センサ４２８や、ウォーターポンプ４１０の備える回転検出器、調整バルブ４２０の備える位置検出器等を用いて、その検出値からウォーターポンプ４１０における消費電力を推定しているため、冷却水の流量を測定するための流量計等の新たな機器を追加することなく、流量の異常を判定することができる。したがって、コストアップを抑制することができる。

また、例えば、燃料電池スタック１００の内部温度を直接測定する場合には、各単セルに温度センサを設ける必要があるため、費用がかかるが、本実施例の燃料電池システム１０００によれば、既存の検出器を用いて、冷却水の流量異常を判定することにより、燃料電池スタック１００の内部温度の上昇による故障を予防することができるため、燃料電池スタック１００の単セルの温度を、直接測定する場合に比べて、コストアップを抑制することができる。

Ｂ．第２の実施例：
第２の実施例の燃料電池システムは、ＣＰＵ５２０において実行される流量異常判定プログラムが異なるものの、その他の構成は第１の実施例の構成と同一であるため、第２の実施例の冷却システムの構成の説明を省略し、以下に、実施例の動作について説明する。なお、同一の構成については、第１の実施例と同一の符号を用いて説明する。

Ｂ１．実施例の動作：
図３は、燃料電池システム１０００における冷却系の異常を判定する流れを示すフローチャートである。本実施例でも、第１の実施例と同様に、冷却系の異常として、冷却水の流量異常を判定している。まず、ＣＰＵ５２０は、第１の実施例と同様に、入出力ポート５１０を介して、冷却水温度、ポンプ回転数、バルブ開度、供給電流、供給電圧を、それぞれ取得する（ステップＵ１０２）。続いて、ＣＰＵ５２０は、取得した冷却水温度が０℃以下か否か判定する（ステップＵ１０４）。冷却水温度が０℃以下の場合は、ＣＰＵ５２０は、本ルーチンを終了する。一方、冷却水温度が０℃より高い場合には、本ＣＰＵ５２０は、第１の実施例と同様に、取得した冷却水温度、ポンプ回転数、バルブ開度に基づいて、メモリ５３０に記憶されているマップ５３２を参照して、ポンプ消費電力を推定する（ステップＵ１０６）。また、ＣＰＵ５２０は、取得した供給電流および供給電圧から、ポンプ実電力を算出する(ステップＵ１０７)。

続いて、ＣＰＵ５２０は、ポンプ推定電力からポンプ実電力を引いた値が所定値以上か否か判定する（ステップＵ１０７）。その値が所定値以上であれば（ステップＵ１０８において、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５２０は、冷却水の流量異常と判定する（ステップＵ１１０）。その値が所定値未満であれば（ステップＵ１１２において、Ｎｏ）、冷却水の流量は正常であると判定する。ステップＳ１０８において、ＣＰＵ５２０が冷却水の流量異常と判定した場合には、ＣＰＵ５２０は、入出力ポート５１０を介して、冷却水ワーニングランプ６００を点灯させて、本ルーチンを終了する。

Ｂ２．実施例の効果：
本実施例における燃料電池システムでは、第１の実施例と異なり、冷却水温度が０℃以下の場合には、流量異常の判定を実施せず、本ルーチンを終了している。上記したように、冷却水の温度が低くなると、その粘度は大きくなるが、冷却水の温度が０℃以下になると、急激に粘度が大きくなる。したがって、例えば、冷却水の温度の検出に多少の誤差が生じたとすると、電力推定値が大きく異なる可能性が高い。また、冷却水温度が０℃以下になるようなときは、環境温度が低いため、燃料電池スタック１００の内部温度が上昇しにくいと考えられる。そのため、冷却水温度が０℃以下になるようなときは、燃料電池スタック１００が高温により故障するおそれが少ない。したがって、冷却水温度が０℃以下の場合に、流量異常の判定を行なわず、本ルーチンを終了しても、冷却水温度が０℃より高い場合に、第１の実施例と同様に、流量異常を判定することにより、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記実施例において、ウォーターポンプ４１０における消費電力を、冷却水温度、ポンプ回転数、バルブ開度、とから推定しているが、バルブ開度の代わりに、燃料電池スタック１００の入口と出口の圧力差を用いて、ウォーターポンプ４１０における消費電力を推定するようにしてもよい。このようにしても、冷却水の流量異常を判定することができるため、冷却系に異常が生じていることが分かる。

（２）また、上記した実施例では、ポンプ推定電力からポンプ実電力を引いた値が所定値より大きいか否かに基づいて、冷却水の流量異常を判定していたが、ポンプ推定電力とポンプ実電力との差（絶対値）が所定値よりも大きいか否かに基づいて、流量異常を判定するようにしてもよい。例えば、配管につぶれが生じている場合に、キャビテーションが起きていないとすると、冷却水は流れているが、圧損が大きくなるため、ポンプ実電力が、ポンプ推定電力よりも大きくなることがある。このような場合にも、冷却系の異常を判定することができる。

（３）上記実施例において、流量異常と判定した場合には、冷却水ワーニングランプ６００を点灯させているが、他の方法で冷却系の異常を知らせるようにしてもよい。例えば、車両の備える表示パネル（ナビゲーションシステム等に利用される）に、「冷却系の異常発生」等と表示させるようにしてもよいし、音声で知らせるようにしてもよい。また、それらを組み合わせても良い。

（４）上記実施例において、燃料電池システム１０００が、車両に搭載される場合を例に挙げて説明したが、例えば、定置型の燃料電池システムにおいても、同様に、冷却系の異常を判定することができる。

（５）上記実施例の燃料電池システム１０００において、固体高分子型燃料電池を用いているが、りん酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。

（６）上記実施例の燃料電池システム１０００では、ウォーターポンプ４１０における消費電力を、インバータ４１４に供給される電流と電圧から求めているが、電力測定器等を用いて、ウォーターポンプ４１０における消費電力を計測してもよい。

本発明の第１の実施例としての燃料電池システム１０００の構成を示す説明図である。 燃料電池システム１０００における冷却系の異常を判定する流れを示すフローチャートである。 燃料電池システム１０００における冷却系の異常を判定する流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１００…燃料電池スタック
２００…水素給排系
２０２、２０４…配管
２０６…循環配管
２０８…バルブ
３００…空気給排系
３０２、３０４…配管
４００…冷却系
４０２…供給配管
４０４…排出配管
４０６…冷却配管
４０８…非冷却配管
４１０…ウォーターポンプ
４１２…モータ
４１４…インバータ
４１８…バッテリ
４２０…調整バルブ
４２２…ラジエータ
４２４…ファン
４２６…入口温度センサ
４２８…出口温度センサ
５００…ＥＣＵ
５１０…入出力ポート
５２０…ＣＰＵ
５３０…メモリ
５３２…マップ
５３４…流量異常判定プログラム
６００…冷却水ワーニングランプ
１０００…燃料電池システム

Claims (4)

1. 燃料電池システムであって、
   冷媒を燃料電池内部に循環させるための冷媒ポンプを有する冷却系と、
   前記冷媒ポンプの消費電力を検出する消費電力検出部と、
   前記冷媒ポンプの回転数と、前記冷媒の圧損と、に基づいて前記冷媒ポンプの消費電力を推定する消費電力推定部と、
   前記消費電力検出部によって検出される、前記冷媒ポンプの消費電力の検出値と、前記消費電力推定部によって推定される前記冷媒ポンプの消費電力の推定値と、に基づいて、前記冷却系の異常を判定する判定部と、
   を備えることを特徴と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において、
   前記冷却系は、
   前記冷媒を冷却するためのラジエータを通過させる冷却配管と、
   前記冷媒を、前記ラジエータを通過させない非冷却配管と、
   前記燃料電池から排出される前記冷媒を、前記冷却配管と、前記非冷却配管に、分配する第１の配管と、
   前記冷却配管内を流通する前記冷媒と、前記非冷却配管内を流通する前記冷媒を合流させて、前記燃料電池に供給する第２の配管と、
   前記冷却配管と前記非冷却配管とへの前記冷媒の配分を決定する調整バルブと、
   を備え、
   前記消費電力推定部は、
   前記冷媒の温度と、前記冷媒ポンプの回転数と、前記調整バルブのバルブ開度と、から前記消費電力を推定することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記判定部は、
   前記検出値と、前記推定値との差に基づいて、前記冷却系の異常を判定することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記判定部は、
   前記推定値が前記検出値よりも大きく、かつその差が所定値以上の場合に、前記冷却系に異常ありと判定することを特徴とする燃料電池システム。

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