JP2016096089A - 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却液の温度を正確に把握できない。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給流路と、前記冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータの出口に設けられ、前記冷却液の温度を測定する第１の温度センサと、外気温センサと、制御部と、を備える。前記制御部は、前記外気温センサで測定された外気温に基づいて、前記冷却液供給流路を流れる冷却液の温度を推定し、前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第1の温度センサに到達したと推定された後は、前記第１の温度センサで測定された温度に基づいて前記冷却液供給流路に流れる冷却液の温度を取得して冷却液の流量を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両に関する。
燃料電池は、冷却液によって冷却されるのが普通である。特許文献１には、温度センサで外気温を検出し、この外気温に応じて冷却液の循環を開始する技術が開示されている。
特開２００６−１６４７３８号公報
特許文献１では外気温を用いて冷却液の循環の開始を判断しているが、外気温と、ラジエータ内部に滞留している冷却液と、燃料電池に供給される冷却液と、の間には相互に温度差がある。このため、冷却液の正確な温度を把握できないという問題があった。
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、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給流路と、前記冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータの出口に設けられ、前記冷却液の温度を測定する第１の温度センサと、外気温センサと、制御部と、を備える。前記制御部は、前記外気温センサで測定された外気温に基づいて、前記冷却液供給流路を流れる冷却液の温度を推定し、前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第1の温度センサに到達したと推定された後は、前記第１の温度センサで測定された温度に基づいて前記冷却液供給流路に流れる冷却液の温度を取得して冷却液の流量を調整する。この形態によれば、冷却液の正確な温度を把握して冷却液の流量を調整できる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに、前記冷却液供給流路に設けられた冷却液ポンプと、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して前記ラジエータの下流側の前記冷却液供給流路に還流するバイパス管と、前記燃料電池から排出された冷却液を前記ラジエータと前記バイパス管とに分流する分流弁と、前記燃料電池の出口に設けられ、前記冷却液の温度を測定する第２の温度センサと、を備え、前記制御部は、前記外気温センサで測定された外気温に基づいて前記ラジエータ内における前記冷却液の温度を推定し、前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第１の温度センサに到達した後は、前記第１の温度センサで測定された温度に基づいて前記ラジエータ内における前記冷却液の温度を取得し、前記第２の温度センサで測定された前記燃料電池の出口における前記冷却液の温度と、前記推定または取得した前記ラジエータ内における前記冷却液の温度と、前記燃料電池の目標温度と、を用いて、前記冷却液ポンプと、前記分流弁による前記冷却液の前記ラジエータと前記バイパス管との分流比を制御してもよい。この形態によれば、ラジエータ内の冷却液の温度をより正確に推定して、分流比を制御できる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記ラジエータの中の前記冷却液の体積と、前記ラジエータの出口から前記第１の温度センサが設けられた位置までの間の前記冷却液の体積とを合計した合計体積の冷却液を、前記冷却液ポンプを用いて流したときに、前記起動時に前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第１の温度センサに到達したと判定してもよい。この形態によれば、前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第１の温度センサに到達した時点を容易に判断できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記ラジエータ内における前記冷却液の温度を推定するときに用いる温度センサを前記外気温センサから前記第１の温度センサに切り替えるときに、変更レートを設けて、ゆっくりと切り替えてもよい。この形態によれば、外気温センサから第１の温度センサにゆっくりと切り替えることによって、分流弁の開度のアンダーシュートやオーバーシュートを抑制できる。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの他、燃料電池車両等の形態で実現することができる。
燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両１０を示す説明図。 燃料電池と燃料電池の冷却系を示す説明図。 燃料電池システムの冷却系の始動時からの制御フローチャートを示す説明図。 ラジエータ温度と冷却液の粘度とを示す説明図。 分流比の補正前と補正後の関係を示す説明図。 第３の実施形態における制御フローチャート。
第１の実施形態：
図１は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両１０（以下、単に「車両１０」とも呼ぶ。）を示す説明図である。車両１０は、燃料電池１００と、制御部１１０（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ぶ。）と、二次電池１３０と、電力分配コントローラ１４０と、駆動モータ１５０と、ドライブシャフト１６０と、動力分配ギア１７０と、車輪１８０と、外気温センサ１９０と、を備える。
燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。制御部１１０は、燃料電池１００と二次電池１３０の動作を制御する。制御部１１０は、燃料電池１００を車両の主たる動力源として用いるが、車両１０の起動直後など、燃料電池１００の発電力が小さい場合には、車両１０を動かすための電力源として二次電池１３０を用いる。二次電池１３０として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池１３０への充電は、例えば、燃料電池１００から出力信号される電力を用いて直接充電することや、車両１０が減速するときに車両１０の運動エネルギーを駆動モータ１５０により回生して充電すること、により行うことが可能である。電力分配コントローラ１４０は、制御部１１０からの命令を受けて、燃料電池１００から駆動モータ１５０への引き出す電力量と、二次電池１３０から駆動モータ１５０へ引き出す電力量を制御する。また、電力分配コントローラ１４０は、車両１０の減速時には、制御部１１０からの命令を受けて、駆動モータ１５０により回生された電力を二次電池１３０に送る。駆動モータ１５０は、車両１０を動かすための電動機として機能する。また、駆動モータ１５０は、車両１０が減速するときには、車両１０の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト１６０は、駆動モータ１５０が発する駆動力を動力分配ギア１７０に伝達するための回転軸である。動力分配ギア１７０は、左右の車輪１８０へ駆動力を分配する。外気温センサ１９０は、外気の温度を測定する。
図２は、燃料電池１００と燃料電池１００の冷却系３００を示す説明図である。燃料電池システムは、冷却系３００の他に、酸化ガス供給排出系と、燃料ガス供給排出系を備えているが、本明細書では、冷却系３００についてのみ説明し、酸化ガス供給排出系と、燃料ガス供給排出系については、説明を省略する。
冷却系３００は、冷却液供給管３１０と、冷却液排出管３２０と、バイパス管３３０と、分流弁３４０と、ラジエータ３５０と、ラジエータファン３６０（以下単に「ファン３６０」とも呼ぶ。）と、冷却液ポンプ３７０と、温度センサ３８０、３９０を備える。本実施形態では、冷却液として水を用いている。従って、冷却液を冷却水とも呼び、冷却液ポンプ３７０は、「冷却液ポンプ３７０」あるいは「ウォーターポンプ３７０（Ｗ／Ｐ）」とも呼ぶ。本実施形態の図面では、冷却液ポンプ３７０は、「Ｗ／Ｐ」と表記する。
冷却液供給管３１０は、燃料電池１００に冷却液を供給するための管であり、冷却液排出管３２０は、燃料電池１００からの冷却液を排出するための管である。冷却液供給管３１０は、請求項の冷却液供給流路に対応する。ラジエータ３５０は、冷却液供給管３１０と、冷却液排出管３２０との間に配置されている。冷却液排出管３２０と冷却液供給管３１０との間には、ラジエータ３５０と平行に、バイパス管３３０とが配置されている。冷却液排出管３２０とバイパス管３３０との接続部には、分流弁３４０が設けられている。分流弁３４０は、冷却液を、ラジエータ３５０とバイパス管３３０とに分流する。バイパス管３３０は、冷却液を、ラジエータ３５０をバイパスして冷却液供給管３１０に還流させるための管、流路である。ラジエータ３５０には、ラジエータファン３６０が設けられており、ラジエータ３５０に風を送風してラジエータ３５０を流れる冷却液を冷却する。冷却液ポンプ３７０は、燃料電池１００に冷却液を供給する。図２では、冷却液ポンプ３７０はラジエータ３５０の下流側に設けられているが、冷却液ポンプ３７０をラジエータ３５０の上流側に設けてもよい。第１の温度センサ３８０は、ラジエータ３５０の出口に設けられており、第２の温度センサ３９０は、燃料電池１００の冷却液出口に設けられている。第１の温度センサ３８０は、燃料電池１００に供給される冷却液の温度を測定するために用いられ、第２の温度センサ３９０は、燃料電池１００から排出される冷却液の温度（すなわち、ラジエータ３５０に供給される冷却液の温度）を測定するために用いられる。燃料電池１００から排出される冷却液の温度は、燃料電池１００の温度とほぼ等しい。なお、冷却液は、車両１０の室内エアコンの暖房用熱源、燃料ガスのインタークーラー用の冷却液としても用いられるが、これらの用途については、説明を省略する。
本実施形態では、冷却液ポンプ３７０によって、冷却液供給管３１０を通って燃料電池１００に冷却液が供給され、冷却液は、燃料電池１００を冷却したのち、冷却液排出管３２０から排出される。冷却液は、分流弁３４０により、ラジエータ３５０と、バイパス管３３０とに分流される。ラジエータ３５０側に分流された冷却液は、ラジエータ３５０およびラジエータファン３６０により冷却されるが、バイパス管３３０に分流された冷却液は冷却されない。制御部１１０は、ラジエータ３５０に流れる冷却液とバイパス管３３０に流れる冷却液の流量比（分流比）と、ラジエータファン３６０の回転数と、冷却液ポンプ３７０の流量により、冷却液の温度および燃料電池１００の冷却を制御する。
図３は、燃料電池システムの冷却系３００の始動時からの制御フローチャートを示す説明図である。図３では以下のパラメータが使用される。
・Ｔｔ１：燃料電池入口の冷却液温度の制御目標値
・Ｔｔ０１、Ｔｔ０２：燃料電池出口の冷却液温度の制御目標値
・Ｔｏ：燃料電池出口の冷却液温度（第２の温度センサ３９０の測定値）
・Ｔｍ：ラジエータ出口の冷却液温度（第１の温度センサ３８０の測定値）
・Ｔｅ：ラジエータ内の冷却液温度の推定値（ラジエータ内のラジエータ出口における冷却液温度の推定値）
・ｒ：分流弁３４０の分流比
ｒ＝（ラジエータの冷却液流量）／（ラジエータの冷却液流量＋バイパス管の冷却液流量）
ラジエータの冷却液流量とバイパス管の冷却液流量の和は、冷却液ポンプ３７０の全流量に相当する。
ステップＳ１００では、燃料電池システムが起動される。燃料電池システムが車両１０に搭載される場合、この起動は、スタータースイッチ（図示せず）をオンすることにより行われる。制御部１１０は、ラジエータファン３６０と、冷却液ポンプ３７０を駆動する。なお、この段階では、分流弁３４０の分流比は０であり、冷却液の全量がバイパス管３３０に流れ、ラジエータ３５０には、流れない。この状態では、ラジエータ３５０で放熱されないので、循環する冷却液の温度は少しずつ上昇する。一方、ラジエータ３５０内の冷却液の温度は、循環する冷却液の温度よりも低いままに維持される。なお、分流比を０としたが、例えば、スタータースイッチをオフ後、すぐにスタータースイッチがオンにされるような場合には、冷却水温が高いため、分流比をゼロとしなくても良い。
ステップＳ１１０では、制御部１１０は、第２の温度センサ３９０を用いて燃料電池１００の出口の冷却液温度Ｔｏを測定し、燃料電池１００の出口の冷却液温度の制御目標値Ｔｔｏ１を越えたか否かを判断する。Ｔｏ≦Ｔｔｏ１の場合には、燃料電池１００の出口の冷却液水温Ｔｏが十分に低いので、ステップＳ１１０を繰り返す。一方、Ｔｔｏ１＜Ｔｏとなった場合には、冷却液をラジエータ３５０で冷却するためにステップＳ１２０以降の処理を実行する。
ステップＳ１２０では、制御部１１０は、分流弁３４０を閉める前のラジエータ３５０の出口の冷却液温度Ｔｍと、外気温Ｔｏｔと、を用いて、現時点におけるラジエータ３５０内の冷却液温度Ｔｅを推定する。ここで、「分流弁３４０を閉める」とは、後述するステップＳ１９０において分流比を０に設定することを意味する。図３のステップＳ１２０〜Ｓ１９０のルーチンを最初に実行する際には、「分流弁３４０を閉める前のラジエータ３５０の出口の冷却液温度Ｔｍ」は存在しないので、ステップＳ１２０において、ラジエータ３５０内の冷却液温度Ｔｅは、外気温Ｔｏｔと等しいものと推定される。ステップＳ１２０の２回目以降の実行時における処理内容については後述する。
ステップＳ１３０では、燃料電池１００の出口の冷却液温度Ｔｏと、燃料電池１００の入口の冷却液温度の制御目標値Ｔｔ１と、ラジエータ３５０内の冷却液温度Ｔｅと、を用いて分流弁３４０の開度ｒを算出する。これらの間には、以下の関係がある。
Ｔｔ１＝（１−ｒ）×Ｔｏ＋ｒ×Ｔｅ …（１）
ｒ＝（Ｔｔ１−Ｔｏ）／（Ｔｅ−Ｔｏ） …（２）
ステップＳ１４０では、制御部１１０は、ラジエータ３５０に予め定められた体積の冷却液が流れたか否かを判断する。この「体積」はラジエータ３５０の内部の冷却液の体積Ｖｒであってもよく、ラジエータ３５０の内部の冷却液の体積Ｖｒと、ラジエータ３５０の出口から第１の温度センサ３８０が設けられた位置までの間の冷却液の体積との和としてもよい。或いは、ラジエータ３５０の内部の冷却液の体積Ｖｒと、冷却液排出管３２０の内部の冷却液の体積Ｖｏとの和（体積Ｖｒと体積Ｖｏの合計体積）であってもよい。これだけの冷却液がラジエータ３５０を流れると、ラジエータ３５０中の冷却液が第１の温度センサ３８０を越えて流れるため、ラジエータ３５０により冷却された冷却液が第１の温度センサ３８０に達する。そのため、ラジエータ３５０内部における冷却液温度として、推定温度Ｔｅから実測の温度Ｔｍにいつ切り替えればよいか容易に判断できる。制御部１１０は、ステップＳ１４０において、ラジエータ３５０に予め定められた体積の冷却液が流れていた場合には、ステップＳ１５０に移行する。制御部は、冷却液の流量の他、時間で判断しても良い。所定時間経過すれば、所定の流量の冷却液が流れたと判断可能である。
ステップＳ１５０では、制御部１１０は、第１の温度センサ３８０を用いて、冷却液温度Ｔｍを測定する。ステップＳ１６０では、ステップＳ３８０で測定した冷却液温度の実測値Ｔｍと、ステップＳ１２０で推定した冷却液温度の推定値Ｔｅとの差が予め定められた値Ｔｈ以上か否かを判断する。この差分｜Ｔｍ−Ｔｅ｜がＴｈ以上の場合には、ステップＳ１６５において、分流弁３４の開度の切り替え速度に上限値を定めた後にステップＳ１７０に移行する。一方、差分｜Ｔｍ−Ｔｅ｜がＴｈ未満の場合には、ステップＳ１６０から直接ステップＳ１７０に移行する。
ステップＳ１７０では、制御部１１０は、燃料電池１００の出口の冷却液温度Ｔｏと、燃料電池１００の入口の冷却液温度の制御目標値Ｔｔ１と、ステップＳ１５０で測定した冷却液温度Ｔｍと、を用いて、以下の式により、分流弁３４０の開度ｒを算出し、開度ｒを切り替える。
ｒ＝（Ｔｔ１−Ｔｏ）／（Ｔｍ−Ｔｏ） …（３）
なお、ステップＳ１６０において、冷却液温度の実測値Ｔｍと、推定値Ｔｅとの差がＴｈ以上の場合には、分流弁３４０の開度の切り替え速度の上限値を定めたので、分流比ｒは、よりゆっくりと切り替えられる。これにより、分流弁３４０の開度のアンダーシュート（目標開度よりも閉めすぎる）やオーバーシュート（目標開度よりも開きすぎる）を抑制できる。但し、ステップＳ１６０〜Ｓ１７０の処理は省略してもよい。なお、冷却液温度を推定値Ｔｅからの実測値Ｔｍに切り替える場合には、時定数処理を行い、徐々に推定値Ｔｅから実測値Ｔｍに切り替えても良い。すなわち、変更レートを設けて、ゆっくりと切り替えてもよい。また、徐々に推定値Ｔｅから実測値Ｔｍに切り替える場合、所定時間が経過した後は、変更速度を増加しても良い。
ステップＳ１８０では、制御部１１０は、第２の温度センサ３９０を用いて燃料電池１００から排出される冷却液温度Ｔｏを測定し、燃料電池１００の出口における冷却液温度の制御目標値Ｔｔｏ２より低くなったか否かを判断する。このステップＳ１８０における制御目標値Ｔｔｏ２は、ステップＳ１１０における制御目標値Ｔｔｏ１と同じ値に設定してもよいが、ハンチングを抑制するために、制御目標値Ｔｔｏ２は制御目標値Ｔｔｏ１より低いことが好ましい。なお、ステップＳ１８０はなくても良い。また、燃料電池１００の出口の冷却液温度ではなく、燃料電池１００の入口の冷却液温度を用いても良い。燃料電池出口の冷却液温度Ｔｏが制御目標値Ｔｔｏ２より低くなった場合には、冷却液をラジエータ３５０で冷却する必要が無いので、制御部１１０は、ステップＳ１９０で分流弁３４０を閉じる（分流比をゼロ）とする。これにより、ラジエータ３５０には冷却液が流れなくなるので、循環する冷却液の温度は上昇する。一方、ラジエータ３５０内に滞留している冷却液は、外気により冷却されるので、その温度は外気温に向かって低下する。また、車速に応じて実測値Ｔｍが外気温に漸近する速度は、変化する。
制御部１１０は、ステップＳ１９０の後に、再びステップＳ１１０に移行し、ステップＳ１１０の条件が成立するとステップＳ１２０に移行する。２回目以降のステップＳ１２０では、分流弁３４０を閉める前において第１の温度センサ３８０で測定されたラジエータ出口の冷却液温度Ｔｍは、外気温Ｔｏｔと異なっている。ラジエータ３５０からの放熱量Ｑは、（Ｔｍ−Ｔｏ）×（ラジエータに当たる空気の流量）に比例する。そこで、この放熱量Ｑと、冷却液の熱容量と、ラジエータ３５０内の冷却液の体積と、分流弁３４０を閉める前の冷却液温度Ｔｍとを用いて、ラジエータ３５０内における冷却液温度Ｔｅの変化を推定できる。通常は、ラジエータ３５０内における冷却液温度Ｔｅは、分流弁３４０を閉める前において第１の温度センサ３８０で測定されたラジエータ出口の冷却液温度Ｔｍから緩やかに低下し、また、その低下速度は、車速に応じて変化する。この冷却液温度Ｔｅは、上記（２）式に従って分流比ｒを設定する際に使用される。ステップＳ１３０では、こうして得られた分流比ｒに従って分流弁３４０が再び開かれる。ステップＳ１３０以後の処理は、上述と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施形態では、ステップＳ１８０、Ｓ１９０を実行しているが、ステップＳ１８０は、ステップＳ１１０と同じ処理、判定であるので、ステップＳ１８０、１９０を省略し、ステップＳ１７０の次にステップＳ１１０を実行しても良い。また、ステップＳ１１０の処理はなくても良い。
上記の説明では、燃料電池システムの起動時からの制御を例にとって説明したが、ステップＳ１１０に戻って以降の２ループ目以降では、起動時と同じ処理が実行されているが、通常の運転状態になってから実行されるものである。したがって図３に示すフローチャートの処理は、起動時に限定される処理ではない。
以上、第１の実施形態によれば、制御部１１０は、外気温センサ１９０に基づいてラジエータ３５０内の冷却液温度Ｔｅを推定し、起動時にラジエータ３５０に滞留する冷却液が第１の温度センサ３８０に到達した後は、第１の温度センサ３８０の測定値を用いて冷却液温度Ｔｍを取得し、燃料電池１１０の出口における冷却液温度Ｔｏと、推定したラジエータ内の冷却液温度Ｔｅまたは測定した冷却液温度Ｔｍと、燃料電池１００の目標温度Ｔｔ１と、を用いて分流比ｒを制御する。その結果、分流弁３４０が開いた直後で第１の温度センサ３８０が正確な冷却液温度を示さない場合であっても、正確な冷却液温度を推定または測定して、分流弁３４０を制御できる。
第２の実施形態：
上述した第１の実施形態では、制御部１１０は、上記（２）式又は（３）式に従って分流比ｒを調整していた。ところで、ラジエータ３５０に冷却液を流すと、冷却液が冷却されて温度が下がり、冷却液の粘性が上がり、ラジエータ３５０における圧力損失が増加し、設定した分流比ｒと実際の分流比とにずれが生じる可能性がある。分流比のずれが小さい場合には問題とはならないが、分流比のずれが過度に大きくなると、燃料電池１００の冷却量自体が大きくずれる可能性がある。そこで、第２の実施形態では、冷却液の粘性を考慮して分流比のズレを補正する。
図４は、ラジエータ温度と、冷却液の粘度とを示す説明図である。冷却液の温度が下がると、冷却液の粘度が大きくなる。そこで、ラジエータ３５０における冷却液温度に応じて冷却液の粘性を推定し、粘性の低下によるラジエータ３５０内の圧損の増加量を推定し、この圧損の増加量に応じて分流比ｒの補正を行うことが好ましい。なお、冷却液ポンプ３７０の圧力損失は、冷却液の粘性の他、流量でも変化する場合がある。したがって、温度、粘性だけで無く、さらに冷却液の流量、冷却液ポンプの回転数を用いて分流比ｒを補正しても良い。
図５は、分流比の補正前と補正後の関係を示す説明図である。第２の実施形態では、粘性の変化に応じた圧力損失係数比に基づいて、分流比の微調整を行う。ここで、「圧力損失係数比」とは、ラジエータ３５０内の圧力損失係数の相対値を意味している。冷却液の粘性が比較的低く圧力損失係数比が比較的小さい場合（例えば圧力損失係数比ａ１が１を越えているが１に近い値の場合）には、制御部１１０は分流比ｒを少し大きくすることによって、ラジエータ３５０を流れる冷却液流量を所望の値にすることができる。一方、冷却液の粘性が比較的高く、圧力損失係数比が比較的大きい場合（例えば圧力損失係数ａ２、ａ３のように、ａ１よりも更に大きな値を取る場合）には、圧力損失係数比の大きさに従って、分流比ｒをより大きくするように補正し、ラジエータ３５０を流れる冷却液流量を所望の値にすることができる。なお、分流比ｒの最大値は１（冷却液を全てラジエータ３５０に流す）であり、最小は０（冷却液を全てバイパス管３３０に流す）である。補正前後の分流比ｒの関係を示す分流比ｒの補正係数は、例えば、実験により求めても良い。
第２の実施形態によれば、ラジエータ３５０を流れる冷却液の粘性が温度に応じて変化することを考慮に入れた上で、分流比ｒを補正するので、ラジエータ３５０の冷却液流量を所望の値とすることができ、燃料電池１００を十分に冷却できる。なお、冷却液ポンプ３７０の圧力損失は、冷却液の流量でも変化する場合があるので、温度、粘性だけで無く、さらに冷却液の流量、冷却液ポンプの回転数を用いて分流比ｒを補正しても良い。
第３の実施形態：
一般に、燃料電池１００では、制御部１１０は、発電が行われなくなると、冷却液ポンプ３７０の回転を停止する。しかし、発電が停止しても、水素が電解質膜を透過し、酸素と反応することで、発熱する。そこで、第３の実施形態では、クロスリークによる発熱を考慮して燃料電池１００の冷却を実行する。
図６は、第３の実施形態における制御フローチャートである。ステップＳ３００では、制御部１１０は、燃料電池１００の発電を停止する。但し、燃料電池１００は発電中に生じた熱を有しているため、冷却液ポンプ３７０の駆動を継続して、燃料電池１００を冷却する。
ステップＳ３１０では、制御部１１０は、燃料電池１００の出口の冷却液温度Ｔｏを測定し、この冷却液温度Ｔｏが予め定められた温度Ｔｂより低くなった場合には、ステップＳ３２０に移行して、冷却液ポンプ３７０を停止する。燃料電池１００では、発電が停止しても、水素が電解質膜を透過し、酸素と反応することで発熱する。ステップＳ３３０では、制御部１１０は、水素のクロスリーク量を推定し、発熱量を算出する。水素のクロスリーク量や発熱量は、予め実験により求めておくことが好ましい。
ステップＳ３３０では、制御部１１０は、発熱量の積算値が予め定めた熱量Ｑｔを越えているか否かを判断する。越えている場合には、ステップＳ３５０に移行して、冷却液ポンプ３７０を再起動してステップＳ３１０に移行する。なお、ステップＳ３５０からステップＳ３１０に移行する場合、冷却液ポンプ３７０で、冷却液を所定時間あるいは所定の流量流してから移行することが好ましい。このように冷却液を流すことで、冷却液温度に分布があっても冷却液温度を均一にできる。越えていない場合には、ステップＳ３６０に移行する。ステップＳ３６０では、制御部１１０は、発電停止から、所定時間を経過したか否かを判断する。所定時間を経過していなければ、ステップＳ３３０に移行する。所定時間をしていれば処理を終了する。所定時間をしていれば水素のクロスリークによるこれ以上の発熱は生じないと考えられるからである。
以上、第３の実施形態によれば、制御部１１０は、水素のクロスリークによって燃料電池が発熱しても、燃料電池内の温度を測定すること無く、燃料電池を十分に冷却できる。
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
１０…燃料電池搭載車両（車両）
１００…燃料電池
１１０…制御部
１３０…二次電池
１４０…電力分配コントローラ
１５０…駆動モータ
１６０…ドライブシャフト
１７０…動力分配ギア
１８０…車輪
１９０…外気温センサ
３００…冷却系
３１０…冷却液供給管
３２０…冷却液排出管
３３０…バイパス管
３４０…分流弁
３５０…ラジエータ
３６０…ラジエータファン（ファン）
３７０…冷却液ポンプ（ウォーターポンプ）
３８０…温度センサ
３９０…温度センサ
Ｓ１００…ステップ

Claims (5)

  1. 燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給流路と、
    前記冷却液を冷却するラジエータと、
    前記ラジエータの出口に設けられ、前記冷却液の温度を測定する第１の温度センサと、
    外気温センサと、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記外気温センサで測定された外気温に基づいて、前記冷却液供給流路を流れる冷却液の温度を推定し、
    前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第1の温度センサに到達したと推定された後は、前記第１の温度センサで測定された温度に基づいて前記冷却液供給流路に流れる冷却液の温度を取得して冷却液の流量を調整する、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において、さらに、
    前記冷却液供給流路に設けられた冷却液ポンプと、
    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して前記ラジエータの下流側の前記冷却液供給流路に還流するバイパス管と、
    前記燃料電池から排出された冷却液を前記ラジエータと前記バイパス管とに分流する分流弁と、
    前記燃料電池の出口に設けられ、前記冷却液の温度を測定する第２の温度センサと、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記外気温センサで測定された外気温に基づいて前記ラジエータ内における前記冷却液の温度を推定し、
    前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第１の温度センサに到達した後は、前記第１の温度センサで測定された温度に基づいて前記ラジエータ内における前記冷却液の温度を取得し、
    前記第２の温度センサで測定された前記燃料電池の出口における前記冷却液の温度と、前記推定または取得した前記ラジエータ内における前記冷却液の温度と、前記燃料電池の目標温度と、を用いて、前記冷却液ポンプと、前記分流弁による前記冷却液の前記ラジエータと前記バイパス管との分流比を制御する、燃料電池システム。
  3. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記ラジエータの中の前記冷却液の体積と、前記ラジエータの出口から前記第１の温度センサが設けられた位置までの間の前記冷却液の体積とを合計した合計体積の冷却液を、前記冷却液ポンプを用いて流したときに、前記起動時に前記ラジエータに滞留する冷却液が前記第１の温度センサに到達したと判定する、燃料電池システム。
  4. 請求項２または３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記ラジエータ内における前記冷却液の温度を推定するときに用いる温度センサを前記外気温センサから前記第１の温度センサに切り替えるときに、変更レートを設けて、ゆっくりと切り替える、燃料電池システム。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムを備える燃料電池搭載車両。
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