JP2011216446A - 燃料電池システムの外気温推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温を精度良く推定することができる燃料電池システムの外気温推定方法を提供する。
【解決手段】反応ガスを供給して発電を行う燃料電池と、冷媒を燃料電池に流通させて燃料電池の温度を調整する燃料電池温度調整手段と、燃料電池の入口側の冷媒温度を測定する入口温度センサ４６と、燃料電池の出口側の冷媒温度を測定する出口温度センサ４７と、車両の車速を検出する車速センサ４９と、外気温を推定する外気温推定部６６を有する制御装置４５と、を備えた燃料電池システムの外気温推定方法であって、制御装置では、入口側の冷媒温度と出口側の冷媒温度との温度差を検出する温度差検出工程と、燃料電池温度調整手段による冷媒の流量と温度差とから冷媒放熱量を推定する冷媒放熱量推定工程と、車速センサにより車速を検出する車速検出工程と、外気温推定部において車速と冷媒放熱量とから外気温を推定する外気温推定工程と、を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムの外気温推定方法に関するものである。

従来から、例えば車両に搭載される燃料電池として、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下、単位セルという。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタック（以下、燃料電池という。）としたものが知られている。燃料電池自動車では、この燃料電池にアノードガスおよびカソードガスからなる反応ガスを供給することにより発電させ、この電力により車輪の駆動軸を回転させるためのモータを駆動することができるように構成されている。

具体的には、上述した燃料電池におけるアノード電極とセパレータとの間にアノードガス（燃料ガス）として水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間にカソードガス（酸化剤ガス）として空気を供給する。これにより、アノード電極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透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。なお、この発電に伴って、燃料電池内部で水が生成される。

このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、例えば氷点下環境で使用される場合にいくつかの問題を抱えている。例えば、燃料電池システムの停止中に低温環境に曝されると、燃料電池を構成するＭＥＡの表面や内部において、残留した水分が凍結し、ＭＥＡの有効反応面積が狭くなるというおそれがある。このようにＭＥＡの有効反応面積が狭くなっている状態で、燃料電池のＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：開回路電圧）が所定のＯＣＶ以上となったことにより、燃料電池の発電を許可し、発電を開始させてしまうと、ＭＥＡにおいてガス欠状態となり、燃料電池の発電性能および安定性が低下するという問題がある。

そこで、水分が凍結して反応ガスの流路を塞いでしまうのを防止するために、水分を除去する掃気手段を備えた燃料電池システムが提案されている。ここで、従来の車両には、外気温度を検出可能な外気温センサを搭載したものが知られており（例えば、特許文献１参照）、該外気温センサの検出値に基づいて掃気手段の実行可否を判定するのが一般的であった。

特開２００８−１０１５５０号公報

ところで、特許文献１にも記載されている通り、外気温センサはオフセット異常などの故障が生じやすい。外気温センサがオフセット異常を生ずると、掃気手段の実行タイミングを誤り、反応ガスの流路において水分が凍結し、燃料電池の発電性能および安定性が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、外気温を精度良く推定することができる燃料電池システムの外気温推定方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、反応ガスを供給して発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１１）と、冷媒を前記燃料電池に流通させて該燃料電池の温度を調整する燃料電池温度調整手段と、前記燃料電池の入口側の冷媒温度を測定する入口温度センサ（例えば、実施形態における入口温度センサ４６）と、前記燃料電池の出口側の冷媒温度を測定する出口温度センサ（例えば、実施形態における出口温度センサ４７）と、車両の車速を検出する車速センサ（例えば、実施形態における車速センサ４９）と、外気温を推定する外気温推定部（例えば、実施形態における外気温推定部６６）を有する制御装置（例えば、実施形態における制御装置４５）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０）の外気温推定方法であって、前記制御装置では、前記入口側の冷媒温度と前記出口側の冷媒温度との温度差（例えば、実施形態における温度差Ｔ０）を検出する温度差検出工程と、前記燃料電池温度調整手段による前記冷媒の流量と前記温度差とから冷媒放熱量を推定する冷媒放熱量推定工程と、前記車速センサにより前記車速を検出する車速検出工程と、前記外気温推定部において前記車速と前記冷媒放熱量とから前記外気温を推定する外気温推定工程と、を実施することを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、反応ガスを供給して発電を行う燃料電池と、冷媒を前記燃料電池に流通させて該燃料電池の温度を調整する燃料電池温度調整手段と、前記燃料電池の入口側の冷媒温度を測定する入口温度センサと、前記燃料電池の出口側の冷媒温度を測定する出口温度センサと、車両の車速を検出する車速センサと、外気温を推定する外気温推定部を有する制御装置と、を備えた燃料電池システムの外気温推定方法であって、前記制御装置では、前記燃料電池の出力値から燃料電池発熱量を推定する燃料電池発熱量推定工程と、前記推定した燃料電池発熱量と、前記燃料電池温度調整手段による前記冷媒の流量と、前記入口側の冷媒温度、前記出口側の冷媒温度および前記入口側の冷媒温度と前記出口側の冷媒温度との温度差のうちいずれか一つの温度情報と、に基づいて冷媒放熱量を推定する冷媒放熱量推定工程と、前記車速センサにより前記車速を検出する車速検出工程と、前記外気温推定部において前記車速と前記冷媒放熱量とから前記外気温を推定する外気温推定工程と、を実施することを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記制御装置は、前記燃料電池システムが停止しているか否かを判定するシステム停止判定部（例えば、実施形態におけるシステム停止判定部６８）をさらに有し、前記システム停止判定部において前記燃料電池システムが停止していると判定した場合は、前記入口側の冷媒温度または前記出口側の冷媒温度の少なくともいずれか一方の現在温度（例えば、実施形態における温度Ｔ３７）を確認する温度確認工程と、前回の確認温度（例えば、実施形態における温度Ｔ３５）と前記現在温度との温度差を検出する時間経過温度差検出工程と、前回から現在までの経過時間を確認する経過時間確認工程と、前回と現在との前記温度差および前記経過時間から前記外気温を推定する外気温推定工程と、を実施することを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、冷媒を流通可能な燃料電池への入口側および出口側に接続された冷媒流路にそれぞれ入口温度センサおよび出口温度センサを設け、冷媒温度差と冷媒流量とから燃料電池の放熱量を推定し、該放熱量と車速とから外気温を推定するように構成した。つまり、外気温センサを設けることなく、外気温を推定することができるため、外気温センサの異常や故障を考慮する必要がなくなるとともに、外気温を精度良く推定することができる。結果として、燃料電池システムの掃気実行タイミングを適切に決定することができ、燃料電池が水分の凍結により破損してしまうのを防止することができる。

請求項２に記載した発明によれば、燃料電池の出力値から燃料電池の発熱量を推定し、冷媒を流通可能な燃料電池への入口側および出口側に接続された冷媒流路にそれぞれ入口温度センサおよび出口温度センサを設け、入口側または出口側の冷媒温度または入口側と出口側との冷媒温度差と、冷媒流量と、発熱量と、から燃料電池の放熱量を推定し、該放熱量と車速とから外気温を推定するように構成した。つまり、外気温センサを設けることなく、外気温を推定することができるため、外気温センサの異常や故障を考慮する必要がなくなるとともに、外気温を精度良く推定することができる。なお、燃料電池の発熱量を考慮することにより、より精度良く放熱量を推定することができる。結果として、燃料電池システムの掃気実行タイミングを適切に決定することができ、燃料電池が水分の凍結により破損してしまうのを防止することができる。

請求項３に記載した発明によれば、燃料電池システムの停止中であっても、入口温度センサまたは出口温度センサにおいて、前回確認した冷媒温度と今回確認した冷媒温度との温度差と、前回冷媒温度を確認した時点から今回冷媒温度を確認した時点までの経過時間と、を検出し、この温度差および経過時間に基づいて外気温を推定するように構成した。つまり、外気温センサを設けることなく、外気温を推定することができるため、外気温センサの異常や故障を考慮する必要がなくなるとともに、外気温を精度良く推定することができる。結果として、燃料電池システムの掃気実行タイミングを適切に決定することができ、燃料電池が水分の凍結により破損してしまうのを防止することができる。

本発明の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。 本発明の第１実施形態における制御装置の概略ブロック図である。 本発明の第１実施形態における燃料電池システムの外気温推定方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における冷媒の放熱量を推定する際に用いるグラフである。 本発明の第１実施形態における外気温を推定する際に用いるグラフである。 本発明の第２実施形態における制御装置の概略ブロック図である。 本発明の第２実施形態における燃料電池システムの外気温推定方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における冷媒の放熱量を推定する際に用いるグラフである。 本発明の第２実施形態における外気温を推定する際に用いるグラフである。 本発明の第２実施形態における冷媒の放熱量を推定する際に用いる別の態様のグラフである。 本発明の第３実施形態における制御装置の概略ブロック図である。 本発明の第３実施形態における燃料電池システムの外気温推定方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態における外気温を推定する際に用いるグラフである。

（第１実施形態）
次に、本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。

（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池１１は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。具体的に、燃料電池１１は、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位セルを構成し、この単位セルを複数積層したものである。また、燃料電池１１に形成されたアノードガス供給用連通孔１３（アノードガス流路２１の入口側）にはアノードガス供給配管２３が連結され、その上流端部には水素タンク３０が接続されている。また、燃料電池１１に形成されたカソードガス供給用連通孔１５（カソードガス流路２２の入口側）にはカソードガス供給配管２４が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ３３が接続されている。また、燃料電池１１に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（アノードガス流路２１の出口側）にはアノードオフガス排出配管３５が連結され、カソードオフガス排出用連通孔１６（カソードガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３８が連結されている。ここで、本実施形態では、アノードガス供給配管２３、アノードオフガス排出配管３５、カソードガス供給配管２４およびカソードオフガス排出配管３８が反応ガス流路２０を構成している。

また、水素タンク３０からアノードガス供給配管２３に供給された水素ガスは、レギュレータ（不図示）により減圧された後、エゼクタ２６を通り、燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給される。また、水素タンク３０の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁２５が設けられており、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。

また、アノードオフガス排出配管３５は、エゼクタ２６に接続され、燃料電池１１を通過し排出されたアノードオフガスを再度燃料電池１１のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管３５には、途中で３本の配管が分岐して設けられており、エア排出配管３２、ドレイン排出配管３６、およびパージガス排出配管３７が接続されている。エア排出配管３２、ドレイン排出配管３６およびパージガス排出配管３７は、それらの下流でともに希釈ボックス３１に接続されている。そして、エア排出配管３２には電磁駆動式のエア排出弁５６が設けられており、ドレイン排出配管３６には電磁駆動式のドレイン弁５１が設けられており、パージガス排出配管３７には電磁駆動式のパージ弁５２が設けられている。また、アノードオフガス排出配管３５とドレイン排出配管３６との分岐地点には気液分離器としてキャッチタンク５３が設けられている。

次に、空気（カソードガス）はエアコンプレッサ３３によって加圧され、カソードガス供給配管２４を通過した後、燃料電池１１のカソードガス流路２２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１１からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管３８に排出される。カソードオフガス排出配管３８は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管３８には背圧弁３４が設けられている。また、カソードガス供給配管２４とカソードオフガス排出配管３８との間には加湿器３９が架け渡して設けられている。加湿器３９によりカソードガスはカソードオフガスに含まれる水分の移動が行われ加湿されるようになっている。

また、エアコンプレッサ３３と燃料電池１１との間を繋ぐカソードガス供給配管２４において、配管が分岐され掃気ガス導入配管５４の一端が接続されている。掃気ガス導入配管５４は、アノードガス供給配管２３におけるエゼクタ２６と燃料電池１１との間に他端が接続されている。つまり、エアコンプレッサ３３にて加圧された空気を燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管５４には電磁駆動式の電磁弁５５が設けられており、エアコンプレッサ３３からの空気の供給を遮断できるように構成されている。

さらに、燃料電池１１の内部には、該燃料電池１１の温度を調整するために冷媒が流通する冷媒流通路（不図示）が形成されている。この冷媒流通路は燃料電池１１の外部に設けられた入口側冷媒流路４１および出口側冷媒流路４２で構成される冷媒流路４０に連結されている。また、冷媒流路４０には冷媒を循環させる循環ポンプ４３が設けられている。さらに、冷媒流路４０は、ラジエータ４４を通過するように構成されており、燃料電池１１内部で吸熱した熱を放熱することができるようになっている。そして、入口側冷媒流路４１には入口側の冷媒温度を検出可能な入口温度センサ４６が設けられており、出口側冷媒流路４２には出口側の冷媒温度を検出可能な出口温度センサ４７が設けられている。

さらにまた、燃料電池１１には発電電圧（出力）を検出可能な電圧センサ４８が設けられている。そして、車両の速度を検出可能な車速センサ４９が車両内の所望の位置に配置されている。

この入口温度センサ４６、出口温度センサ４７、電圧センサ４８、および車速センサ４９からの検出結果（センサ出力）は、制御装置（ＥＣＵ）４５へ伝達され、その検出結果に基づいて、燃料電池システム１０の掃気実行可否を判定するための外気温を推定する制御（後に詳述する。）を行うことができるように構成されている。

図２は制御装置４５の概略ブロック図である。図２に示すように、制御装置４５は、入口温度センサ４６により燃料電池１１内部へ流入する冷媒の入口温度Ｔ１を検出するとともに出口温度センサ４７により燃料電池１１内部から流出する冷媒の出口温度Ｔ２を検出する冷媒温度検出部６１と、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２との温度差Ｔ０を検出する温度差検出部６２と、循環ポンプ４３より冷媒流量（循環流量）を検出する冷媒流量検出部６３と、温度差Ｔ０および冷媒流量に基づいて冷媒の放熱量を推定する冷媒放熱量推定部６４と、車速センサ４９より車両の速度を検出する車速検出部６５と、推定された放熱量および車速に基づいて外気温を推定する外気温推定部６６と、を有している。

なお、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、電磁弁２５を制御して水素タンク３０から所定の状態量（流量、圧力）の水素ガスを燃料電池１１に供給することができるようになっている。また、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ３３を駆動して所定量の空気を燃料電池１１に供給するとともに、背圧弁３４を制御してカソードガス流路２２への空気の状態量（流量、圧力）を調整できるように構成されている。

（外気温推定方法）
次に、本実施形態における燃料電池システム１０の外気温推定方法について説明する。
図３は燃料電池システム１０の外気温推定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１１では、冷媒温度検出部６１において、入口温度センサ４６の検出値を読み取るとともに、出口温度センサ４７の検出値を読み取る。つまり、燃料電池１１へ流入する冷媒の入口温度Ｔ１および燃料電池１１から流出する冷媒の出口温度Ｔ２を読み取る。続いて、温度差検出部６２において、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２との温度差Ｔ０（＝Ｔ２−Ｔ１）を検出して（温度差検出工程）、ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、まず冷媒流量検出部６３において冷媒の循環流量（冷媒流量）を循環ポンプ４３より検出する。続いて、冷媒放熱量推定部６４において冷媒の温度差Ｔ０と冷媒流量とからラジエータ４４における冷媒の放熱量を推定し（冷媒放熱量推定工程）、ステップＳ１３へ進む。ここで、冷媒放熱量推定部６４には、図４に示すグラフが記憶されており、このグラフに冷媒の温度差Ｔ０および冷媒流量を当てはめることにより冷媒の放熱量を推定することができる。なお、冷媒の温度差Ｔ０が一定の場合は、冷媒流量が少ないときは放熱量は少なめになり、冷媒流量が多いときには放熱量は多めになるよう記憶されている。

ステップＳ１３では、まず車速検出部６５において、車速センサ４９の検出値を読み取る（車速検出工程）。続いて、外気温推定部６６において冷媒の放熱量および車速に基づいて外気温を推定し（外気温推定工程）、処理を終了する。ここで、外気温推定部６６には、図５に示すグラフが記憶されており、このグラフに、推定された放熱量および車速を当てはめることにより外気温を推定することができる。なお、冷媒の放熱量が一定の場合は、車速が遅い場合は外気温推定値は低くなり、車速が速い場合は外気温推定値は高くなるよう記憶されている。

本実施形態によれば、冷媒を流通可能な燃料電池１１への入口側および出口側に接続された冷媒流路４０にそれぞれ入口温度センサ４６および出口温度センサ４７を設け、冷媒温度差Ｔ０と冷媒流量とから燃料電池１１の放熱量を推定し、該放熱量と車速とから外気温を推定するように構成した。つまり、外気温センサを設けることなく、外気温を推定することができるため、外気温センサの異常や故障を考慮する必要がなくなるとともに、外気温を精度良く推定することができる。結果として、燃料電池システム１０の掃気実行タイミングを適切に決定することができ、燃料電池１１が水分の凍結により破損してしまうのを防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態を図６〜図１０に基づいて説明する。なお、本実施形態は第１実施形態と制御装置の構成が異なるのみであり、その他の構成は第１実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図６は制御装置４５の概略ブロック図である。図６に示すように、制御装置４５は、入口温度センサ４６により燃料電池１１内部へ流入する冷媒の入口温度Ｔ１を検出するとともに出口温度センサ４７により燃料電池１１内部から流出する冷媒の出口温度Ｔ２を検出する冷媒温度検出部６１と、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２との温度差Ｔ０を検出する温度差検出部６２と、循環ポンプ４３より冷媒流量（循環流量）を検出する冷媒流量検出部６３と、温度差Ｔ０および冷媒流量に基づいて冷媒の放熱量を推定する冷媒放熱量推定部６４と、車速センサ４９より車両の速度を検出する車速検出部６５と、推定された放熱量および車速に基づいて外気温を推定する外気温推定部６６と、燃料電池１１の出力値に基づいて燃料電池発熱量を推定する燃料電池発熱量推定部６７と、を有している。

（外気温推定方法）
次に、本実施形態における燃料電池システム１０の外気温推定方法について説明する。
図７は燃料電池システム１０の外気温推定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ２１では、燃料電池発熱量推定部６７において、燃料電池１１の出力値に基づいて燃料電池発熱量を推定し（燃料電池発熱量推定工程）、ステップＳ２２へ進む。なお、燃料電池１１の出力値は、電圧センサ４８の検出値を利用している。この電圧センサ４８の検出値と燃料電池１１の発熱量との関係（電圧検出値が大きいときは発熱量も大きく、電圧検出値が小さいときは発熱量も小さくなる傾向を有する）をあらかじめ実験により求めておき、例えばマップ値として記憶させておく。

ステップＳ２２では、まず冷媒温度検出部６１において、入口温度センサ４６の検出値を読み取るとともに、出口温度センサ４７の検出値を読み取る。つまり、燃料電池１１へ流入する冷媒の入口温度Ｔ１および燃料電池１１から流出する冷媒の出口温度Ｔ２を読み取る。続いて、温度差検出部６２において、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２との温度差Ｔ０（＝Ｔ２−Ｔ１）を検出する。さらに、冷媒流量検出部６３において冷媒の循環流量（冷媒流量）を循環ポンプ４３より検出する。そして、冷媒放熱量推定部６４において燃料電池発熱量、冷媒の温度差Ｔ０および冷媒流量から冷媒の放熱量を推定し（冷媒放熱量推定工程）、ステップＳ２３へ進む。ここで、冷媒放熱量推定部６４には、図８に示すグラフが記憶されており、燃料電池発熱量および冷媒流量に基づいてグラフの該当する線分が選択され、その線分と冷媒の温度差Ｔ０とから冷媒の放熱量を推定することができる。

ステップＳ２３では、まず車速検出部６５において、車速センサ４９の検出値を読み取る（車速検出工程）。続いて、外気温推定部６６において冷媒の放熱量および車速に基づいて外気温を推定し（外気温推定工程）、処理を終了する。ここで、外気温推定部６６には、図９に示すグラフが記憶されており、このグラフに、推定された放熱量および車速を当てはめることにより外気温を推定することができる。

なお、上記ステップＳ２２では、冷媒の温度差Ｔ０を検出した後、冷媒の放熱量を推定する場合の説明をしたが、入口温度センサ４６の検出値（入口温度Ｔ１）または出口温度センサ４７の検出値（出口温度Ｔ２）のいずれかに基づいて冷媒の放熱量を推定することもできる。この場合、冷媒放熱量推定部６４には、図１０に示すグラフが記憶されており、燃料電池発熱量および冷媒流量に基づいてグラフの該当する線分が選択され、その線分と冷媒の温度（入口温度Ｔ１または出口温度Ｔ２）とから冷媒の放熱量を推定することができる。

本実施形態によれば、燃料電池１１の出力値から燃料電池発熱量を推定し、冷媒を流通可能な燃料電池１１への入口側および出口側に接続された冷媒流路４０にそれぞれ入口温度センサ４６および出口温度センサ４７を設け、入口側または出口側の冷媒温度（Ｔ１またはＴ２）または入口側と出口側との冷媒温度差Ｔ０と、冷媒流量と、発熱量と、から燃料電池１１の放熱量を推定し、該放熱量と車速とから外気温を推定するように構成した。つまり、外気温センサを設けることなく、外気温を推定することができるため、外気温センサの異常や故障を考慮する必要がなくなるとともに、外気温を精度良く推定することができる。なお、燃料電池１１の発熱量を考慮することにより、より精度良く放熱量を推定することができる。結果として、燃料電池システム１０の掃気実行タイミングを適切に決定することができ、燃料電池１１が水分の凍結により破損してしまうのを防止することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態を図１１〜図１３に基づいて説明する。なお、本実施形態は第１実施形態と制御装置の構成が異なるのみであり、その他の構成は第１実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１１は制御装置４５の概略ブロック図である。図１１に示すように、制御装置４５は、入口温度センサ４６により燃料電池１１内部へ流入する冷媒の入口温度Ｔ１を検出するとともに出口温度センサ４７により燃料電池１１内部から流出する冷媒の出口温度Ｔ２を検出する冷媒温度検出部６１と、システム停止後に所定時間経過前後の入口温度Ｔ１または出口温度Ｔ２の温度差を検出する温度差検出部６２と、循環ポンプ４３より冷媒流量（循環流量）を検出する冷媒流量検出部６３と、温度差Ｔ０および冷媒流量に基づいて冷媒の放熱量を推定する冷媒放熱量推定部６４と、車速センサ４９より車両の速度を検出する車速検出部６５と、推定された放熱量および車速に基づいて外気温を推定する外気温推定部６６と、燃料電池システム１０が停止しているか否かを判定するシステム停止判定部６８と、単位時間当たりの冷媒温度差を検出する単位時間冷媒温度差検出部６９と、を有している。

（外気温推定方法）
次に、本実施形態における燃料電池システム１０の外気温推定方法について説明する。
図１２は燃料電池システム１０の外気温推定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ３１では、システム停止判定部６８において、燃料電池システム１０が停止しているか否かを判定し、システムが停止していない場合にはステップＳ３２へ進み、システムが停止している場合にはステップＳ３５へ進む。

ステップＳ３２〜ステップＳ３４は、第１実施形態の流れを同じである。
つまり、ステップＳ３２では、冷媒温度検出部６１において、入口温度センサ４６の検出値を読み取るとともに、出口温度センサ４７の検出値を読み取る。つまり、燃料電池１１へ流入する冷媒の入口温度Ｔ１および燃料電池１１から流出する冷媒の出口温度Ｔ２を読み取る。続いて、温度差検出部６２において、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２との温度差Ｔ０（＝Ｔ２−Ｔ１）を検出してステップＳ３３へ進む。

ステップＳ３３では、まず冷媒流量検出部６３において冷媒の循環流量（冷媒流量）を循環ポンプ４３より検出する。続いて、冷媒放熱量推定部６４において冷媒の温度差Ｔ０と冷媒流量とから冷媒の放熱量を推定し、ステップＳ３４へ進む。ここで、冷媒放熱量推定部６４には、図４に示すグラフが記憶されており、このグラフに冷媒の温度差Ｔ０および冷媒流量を当てはめることにより冷媒の放熱量を推定することができる。

ステップＳ３４では、まず車速検出部６５において、車速センサ４９の検出値を読み取る。続いて、外気温推定部６６において冷媒の放熱量および車速に基づいて外気温を推定し、処理を終了する。ここで、外気温推定部６６には、図５に示すグラフが記憶されており、このグラフに、推定された放熱量および車速を当てはめることにより外気温を推定することができる。

一方、ステップＳ３５では、燃料電池システム１０が停止している場合である。まず、入口温度センサ４６または出口温度センサ４７のいずれかの検出値（Ｔ３５）を読み取り（温度確認工程）、ステップＳ３６へ進む。つまり、入口温度Ｔ１または出口温度Ｔ２を検出する。

ステップＳ３６では、制御装置４５に設けられた図示しないタイマー（計時部）により所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過するまでステップＳ３６を繰り返し、所定時間経過（経過時間確認工程）したらステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３７では、ステップＳ３５で検出した箇所と同じ箇所の温度Ｔ３７（入口温度Ｔ１または出口温度Ｔ２）を検出し、ステップＳ３８へ進む。

ステップＳ３８では、温度差検出部６２において、ステップＳ３５で検出した温度Ｔ３５と、ステップＳ３７で検出した温度Ｔ３７との温度差（Ｔ３５−Ｔ３７）を検出（時間経過温度差検出工程）し、ステップＳ３９へ進む。

ステップＳ３９では、単位時間冷媒温度差検出部６９において、ステップＳ３８で検出した温度差とステップＳ３６で設定された所定時間とから単位時間当たりの冷媒温度差を求め、ステップＳ４０へ進む。

ステップＳ４０では、外気温推定部６６において、単位時間当たりの冷媒温度差に基づいて外気温を推定し（外気温推定工程）、処理を終了する。なお、外気温推定部６６には、図１３に示すグラフが記憶されており、単位時間当たりの冷媒温度差に基づいて外気温を推定することができる。

本実施形態によれば、燃料電池システム１０の停止中であっても、入口温度センサ４６または出口温度センサ４７において、前回確認した冷媒温度と今回確認した冷媒温度との温度差と、前回冷媒温度を確認した時点から今回冷媒温度を確認した時点までの経過時間と、を検出し、この温度差および経過時間に基づいて外気温を推定するように構成した。つまり、外気温センサを設けることなく、外気温を推定することができるため、外気温センサの異常や故障を考慮する必要がなくなるとともに、外気温を精度良く推定することができる。結果として、燃料電池システム１０の掃気実行タイミングを適切に決定することができ、燃料電池１１が水分の凍結により破損してしまうのを防止することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、第１実施形態においては、ステップＳ１３で個別に車速を検出する構成を説明したが、車速は冷媒の温度検出時（ステップＳ１１）と略同時に検出するように構成してもよい。

また、第３実施形態において、燃料電池システム１０のシステムが停止中でない場合は、第１実施形態と同じ流れにした場合の説明をしたが、第２実施形態と同じ流れにしてもよい。

１０…燃料電池システム １１…燃料電池 ４５…制御装置 ４６…入口温度センサ ４７…出口温度センサ ４９…車速センサ ６６…外気温推定部 ６８…システム停止判定部 Ｔ０…温度差 Ｔ３５…温度（前回の確認温度） Ｔ３７…温度（現在温度）

Claims (3)

1. 反応ガスを供給して発電を行う燃料電池と、
   冷媒を前記燃料電池に流通させて該燃料電池の温度を調整する燃料電池温度調整手段と、
   前記燃料電池の入口側の冷媒温度を測定する入口温度センサと、
   前記燃料電池の出口側の冷媒温度を測定する出口温度センサと、
   車両の車速を検出する車速センサと、
   外気温を推定する外気温推定部を有する制御装置と、を備えた燃料電池システムの外気温推定方法であって、
   前記制御装置では、
   前記入口側の冷媒温度と前記出口側の冷媒温度との温度差を検出する温度差検出工程と、
   前記燃料電池温度調整手段による前記冷媒の流量と前記温度差とから冷媒放熱量を推定する冷媒放熱量推定工程と、
   前記車速センサにより前記車速を検出する車速検出工程と、
   前記外気温推定部において前記車速と前記冷媒放熱量とから前記外気温を推定する外気温推定工程と、を実施することを特徴とする燃料電池システムの外気温推定方法。
2. 反応ガスを供給して発電を行う燃料電池と、
   冷媒を前記燃料電池に流通させて該燃料電池の温度を調整する燃料電池温度調整手段と、
   前記燃料電池の入口側の冷媒温度を測定する入口温度センサと、
   前記燃料電池の出口側の冷媒温度を測定する出口温度センサと、
   車両の車速を検出する車速センサと、
   外気温を推定する外気温推定部を有する制御装置と、を備えた燃料電池システムの外気温推定方法であって、
   前記制御装置では、
   前記燃料電池の出力値から燃料電池発熱量を推定する燃料電池発熱量推定工程と、
   前記推定した燃料電池発熱量と、
   前記燃料電池温度調整手段による前記冷媒の流量と、
   前記入口側の冷媒温度、前記出口側の冷媒温度および前記入口側の冷媒温度と前記出口側の冷媒温度との温度差のうちいずれか一つの温度情報と、
   に基づいて冷媒放熱量を推定する冷媒放熱量推定工程と、
   前記車速センサにより前記車速を検出する車速検出工程と、
   前記外気温推定部において前記車速と前記冷媒放熱量とから前記外気温を推定する外気温推定工程と、を実施することを特徴とする燃料電池システムの外気温推定方法。
3. 前記制御装置は、前記燃料電池システムが停止しているか否かを判定するシステム停止判定部をさらに有し、
   前記システム停止判定部において前記燃料電池システムが停止していると判定した場合は、
   前記入口側の冷媒温度または前記出口側の冷媒温度の少なくともいずれか一方の現在温度を確認する温度確認工程と、
   前回の確認温度と前記現在温度との温度差を検出する時間経過温度差検出工程と、
   前回から現在までの経過時間を確認する経過時間確認工程と、
   前回と現在との前記温度差および前記経過時間から前記外気温を推定する外気温推定工程と、を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システムの外気温推定方法。

Images