JP3912087B2

JP3912087B2 - 燃料電池冷却システムおよび電気自動車

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Publication number: JP3912087B2
Application number: JP2001367054A
Authority: JP
Inventors: 工藤　　弘康; 和通越智; 潤星; 逸作山田; 俊行近藤
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003168462A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を冷却する冷却システムに関し、特に燃料電池冷却システムの感電防止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は発電に伴い熱を発生する。このため、燃料電池システムでは、燃料電池に冷却水を循環させて、燃料電池の熱をラジエータにて外部に放出し、燃料電池の温度を一定に保つために冷却システムが設けられている。また、燃料電池は発電に伴い電位が発生するので、燃料電池内部を循環する冷却水が導電性である場合（例えばエチレングリコール等の不凍液）には、冷却水が帯電してしまう。このため、冷却水経路において、電荷が冷却水を通じ人体への通電が起こるといった問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するために、冷却水を導電性のエチレングリコールから非イオン水（純水）に変更する、あるいは冷却システム上で燃料電池を電気的に孤立させるといった感電対策が行われている。具体的には、冷却システムを燃料電池側とラジエータ側に２つの冷却経路を設けた２段構成とし、燃料電池側に非イオン水を使用することで通電量をなくす構成が考えられる。
【０００４】
しかし、この場合には、純水の純度維持のためにイオン交換樹脂等が必要となり、システムの大型化、メンテナンス等で不利となる。また、純水を用いる場合には氷点下で凍結が起こるため、燃料電池の不作動や膨張に伴うシステム破壊といった問題が発生する。
【０００５】
また、燃料電池側に絶縁性のある熱媒体（オイル、パラフルオロカーボン等）を使用することが考えられるが、オイルを用いた場合には、エチレングリコールに比べて粘性が高いことや熱伝導率が低いことから、圧力損失の増加、燃料電池発電部と冷却液との温度差が広がる。このため、熱媒体流量の増加を招き、熱媒体循環ポンプの消費電力が大幅に増加するという問題がある。
【０００６】
さらに、冷却経路を２段構成にした場合には、熱媒体循環ポンプが２つ必要となるため、冷却システムにて使用される補機類の消費電力の増加する。このため、燃料電池の出力のうち走行に使用できる割合が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、燃料電池の冷却システムにおいて、簡易な構成により消費電力を増大させることなく、人体への通電を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料電池（１０）に循環する熱媒体が通過する熱媒体経路（１１）と、熱媒体経路（１１）に設けられた放熱器（１３）とを備え、熱媒体経路（１１）は、任意の箇所で電気的に遮断可能に構成されていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、冷却水が帯電することで燃料電池（１０）、冷却水経路（１１）、ボディ（アース）および高電圧系から構成される電気回路は電気的に遮断され、燃料電池の冷却システムで人体に通電が起こることを防止できる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、熱媒体経路（１１）における燃料電池（１０）の上流側の任意の箇所に第１の絶縁バルブ（１６）が設けられ、熱媒体経路（１１）における燃料電池（１０）の下流側の任意の箇所に第２の絶縁バルブ（１７）が設けられ、第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）は、熱媒体経路を閉塞することにより、熱媒体経路を電気的に遮断することができるように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
このような絶縁バルブ（１６、１７）を用いることにより、熱媒体経路を電気的に遮断することが可能となる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、燃料電池（１０）および第１の絶縁バルブ（１６）との間と、燃料電池（１０）および第２の絶縁バルブ（１７）との間は、絶縁材料で覆われていることを特徴としている。
【００１３】
これにより、燃料電池（１０）と第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）との間で感電が発生することを防止できる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）は、少なくとも熱媒体に接触する部位が絶縁材料から構成することができ、請求項５に記載の発明のように、絶縁材料として樹脂材料を用いることができる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明では、第１の絶縁バルブ（１６）は、熱媒体経路（１１）における燃料電池（１０）の熱媒体流入部近傍に設けられ、第２の絶縁バルブ（１７）は、熱媒体経路（１１）における燃料電池（１０）の熱媒体流出部近傍に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
これにより、システム全体の体格を小さくすることができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明では、熱媒体経路（１１）には、放熱器（１５）と並列的に、熱媒体を放熱器（１３）をバイパスさせるバイパス経路（１５）が設けられており、第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）の少なくとも一方は、熱媒体経路（１１）とバイパス経路（１５）との接続部に配置されているとともに、熱媒体が放熱器（１３）とバイパス経路（１５）とに流れる割合を調整可能に構成されていることを特徴としている。
【００１８】
これにより、絶縁バルブに絶縁以外の機能として、流量制御機能を持たせることができる。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明では、熱媒体経路（１１）に、燃料電池（１０）と並列的に第２の放熱器（２０）が設けられ、第２の放熱器は、第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）が熱媒体経路（１１）を閉塞した際に燃料電池（１０）を循環する熱媒体が循環可能な位置に配置されていることを特徴としている。
【００２０】
これにより、絶縁バルブ（１６、１７）により熱媒体経路を閉塞している場合でも、燃料電池（１０）を冷却することが可能となり、燃料電池（１０）を発電効率の高い所定温度に調整することができる。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明では、第２の放熱器（２０）は、絶縁材料で覆われていることを特徴としている。これにより、第２の放熱器（２０）により感電することを防止できる。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明では、熱媒体経路（１１）には、熱媒体を第２の放熱器（２０）をバイパスさせる第２のバイパス経路（２３）と、熱媒体が第２の放熱器（２０）と第２のバイパス経路（２３）とに流れる割合を調整する流量制御バルブ（２４）とを備えることを特徴としている。
【００２３】
これにより、絶縁バルブ（１６、１７）により熱媒体経路を閉塞している場合でも、燃料電池（１０）の冷却量を調整することが可能となり、燃料電池（１０）を発電効率の高い所定温度に調整することができる。
【００２４】
また、請求項１１に記載の発明では、第１、第２の閉塞バルブ（１６、１７）を閉塞した際に、熱媒体が燃料電池（１０）を循環可能な閉ループが形成され、閉ループの任意の箇所に、熱媒体を加熱する加熱手段（２５）が設けられていることを特徴としている。
【００２５】
これにより、低温環境下において、燃料電池（１０）の温度上昇を促進することができ、発電効率を向上させることができる。
【００２６】
また、請求項１２に記載の発明では、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システムを搭載し、燃料電池を駆動源とする電気自動車であって、走行停止時に熱媒体経路（１１）を電気的に遮断することを特徴としている。
【００２７】
これにより、走行停止時に人体への通電が発生することを防止できる。また、走行時には、絶縁バルブ（１６、１７）を開放することにより、放熱器（１３）にて燃料電池の冷却が可能となる。
【００２８】
また、請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システムを搭載し、燃料電池を駆動源とする電気自動車であって、衝突を検出する衝突検出センサを備え、衝突検出センサにより衝突が検出された場合には、熱媒体経路（１１）を電気的に遮断することを特徴としている。
【００２９】
これにより、車両が衝突した際に、熱媒体漏れおよび熱媒体を経由して発生する感電を防止することができる。
【００３０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態を図１に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の冷却システムを備えた燃料電池システムを電気自動車に適用したものである。図１は、本第１実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示している。本第１実施形態の燃料電池システムには、図１に示す燃料電池１０、冷却システム１１〜１７、制御部１００が設けられ、さらに図示しない空気供給装置、水素供給装置、インバータ、２次電池等が設けられている。
【００３２】
燃料電池（ＦＣスタック）１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するものである。本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となる単セルが複数積層されて構成されている。燃料電池１０では、水素および空気（酸素）が供給されることにより、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。
（水素極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（酸素極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
燃料電池１０は、図示しないインバータや２次電池等の電気機器に電力を供給するように構成されている。インバータは、燃料電池１０から供給された直流電流を交流電流に変換して図示しない走行用モータに供給してモータを駆動する。
【００３３】
燃料電池１０の酸素極（正極）側には空気供給装置（例えばコンプレッサ）から空気（酸素）が供給され、水素極（負極）側には水素供給装置（例えば水素改質装置）より水素が供給されるように構成されている。
【００３４】
燃料電池１０は、所定温度（７０〜８０℃）にて作動させたときに発電効率が最もよくなる。このため、燃料電池システムには、燃料電池１０を所定温度に保持するために、冷却システム１１〜１７が設けられている。
【００３５】
燃料電池１０には冷却水経路（熱媒体経路）１１が接続されており、冷却水（熱媒体）が冷却水経路１１を介して燃料電池１０に循環する。冷却水経路１１には、冷却水を循環させるための循環ポンプ１２が設けられている。冷却水としては、一般的な不凍液（本第１実施形態ではエチレングリコール）を用いることができる。エチレングリコールは導電性であるため、燃料電池１０の発電に伴い帯電する。このように冷却水が帯電した場合には、燃料電池１０と冷却水経路１１とから電気回路が形成されたのと同様の状態となる。
【００３６】
冷却水経路１１には、ラジエータ（放熱器）１３が設けられている。燃料電池１０の熱は、冷却水を介してラジエータ１３にて外部に放出される。ラジエータ１３には、ラジエータファン１４が設けられている。また、冷却水経路１１には、冷却水をラジエータ１３をバイパスさせるためのバイパス経路１５が設けられている。循環ポンプ１２による冷却水循環流量、ラジエータファン１４の回転数をそれぞれ制御することにより、冷却水の冷却量を制御することができる。
【００３７】
冷却水経路１１には、２つの絶縁バルブ１６、１７が設けられ、それぞれ燃料電池１０の上流側および下流側に配置されている。絶縁バルブ１６、１７は、絶縁性を有し、冷却水の流路を遮断して内部の液の漏れ量を充分小さくすることができればよい。なお、絶縁バルブ１６、１７は、冷却水経路１１の任意の箇所に配置することができる。
【００３８】
本第１実施形態では、絶縁バルブ１６、１７は、ハウジングや弁体等を樹脂材料で形成した絶縁構造のバルブを用いている。また、電磁式バルブを採用し、開閉応答性を確保している。なお、絶縁バルブ１６、１７は、少なくとも冷却水に接触する部位が絶縁材料にて構成されていればよい。
【００３９】
このような構成の絶縁バルブ１６、１７を閉じることで、冷却水経路１１では冷却水の流れが遮断されるとともに、バルブ１６、１７の上流側と下流側は電気的に遮断される。これにより、燃料電池１０と冷却水経路１１とから形成される電気回路が絶縁バルブ１６、１７で遮断される。
【００４０】
２つの絶縁バルブ１６、１７を閉塞した状態でも、２つの絶縁バルブ１６、１７に挟まれた位置にある冷却水経路１１および燃料電池１０に人が接触した場合には、人体への通電が起こる。このため、冷却水経路１１における燃料電池１０と２つの絶縁バルブ１６、１７との間と、バイパス経路１５は、人体と電気的に遮断された状態で配置している。例えば、これらの部位を車両空間内における人が触れることのできない位置に配置するか、あるいは、これらの部位全体を絶縁材料（例えば樹脂材料）で覆うことで人体との接触を回避することができ、人体と電気的に遮断することができる。
【００４１】
また、本第１実施形態の燃料電池システムでは、各種制御を行う制御部１００が設けられている。制御部１００は、循環ポンプ１２、ラジエータファン１４、絶縁バルブ１６、１７に制御信号を出力するように構成されている。
【００４２】
次に、燃料電池システムの作動について説明する。以下の制御は所定間隔で繰り返し行われる。
【００４３】
まず、燃料電池システムを搭載している車両が停止中か否かを判定する。これは、例えば燃料電池１０がアイドリング状態が、車速が０ｋｍ／ｈであることによって判定できる。停車中には、人が車体に触れることで、感電しやすい状況にあるといえる。そこで、車両が停止中である場合には、燃料電池１０の発電状態を検出する。燃料電池１０が発電状態である場合には、絶縁バルブ１６、１７を閉塞する。
【００４４】
絶縁バルブ１６、１７を閉塞することで、冷却水は燃料電池１０とバイパス経路１５を循環し、小さな冷却水閉回路が形成される。このとき、冷却水はラジエータ１３に循環しなくなるが、車両停止時には燃料電池１０の発熱量は小さいため、燃料電池１０の冷却に対して影響は小さいと考えられる。
【００４５】
冷却水経路１１における絶縁バルブ１６、１７の上流側と下流側は電気的に遮断されるので、２つの絶縁バルブ１６、１７に挟まれた燃料電池１０は電気的に孤立する。従って、冷却水経路１１に帯電した冷却水が流れることで燃料電池１０と冷却水経路１１とから形成される電気回路は、絶縁バルブ１６、１７にて遮断されることになる。これにより、燃料電池の冷却システムで人体に通電が起こることを防止できる。
【００４６】
車両が走行状態になった場合には、絶縁バルブ１６、１７を開放する。これにより、冷却水がラジエータ１３に流れ、燃料電池１０で発生した熱を大気に放出することができ、燃料電池１０を冷却することができる。
【００４７】
以上のように、冷却水経路１１に絶縁バルブ１６、１７を設けるという簡易な構成により、消費動力を増大させることもなく、燃料電池の冷却システムで人体に通電が起こることを防止できる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に比較して、絶縁バルブの位置が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図２は、本第２実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示している。図２に示すように、本第２実施形態の絶縁バルブ１６、１７は、冷却水経路１１における燃料電池１０の冷却水入口近傍および冷却水出口近傍に設けられている。
【００５０】
このような構成により、絶縁バルブ１６、１７で挟まれる部位を極力小さくすることができ、人体との電気的な遮断が必要な部位を小さくすることができる。これにより、絶縁に必要なカバー等を減らすことが可能となり、システム全体の体格を小さくすることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図３に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態に比較して、絶縁バルブの構成が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図３は、本第３実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示している。図３に示すように、第１の絶縁バルブ１６は冷却水経路１１とバイパス経路１５との接続点に配置されている。絶縁バルブは、冷却水経路１１とバイパス経路１５の２つの接続点の少なくとも一方に設けられていればよく、双方に設けてもよい。
【００５３】
第１の絶縁バルブ１６は三方切替弁であり、開度を調整することにより、バイパス経路１５に流れる冷却水の割合を制御できる。また、冷却水経路１１におけるラジエータ１３の下流側と燃料電池１０の下流側に、冷却水温度を検出するための温度センサ１８、１９が設けられている。
【００５４】
本第３実施形態の冷却システムでは、燃料電池１０の温度を所定温度に制御するために、温度センサ１８、１９により検出した水温に基づいて、第１の絶縁バルブ１６の開度を決定する。これにより、ラジエータ１３を通過した冷却水とバイパス経路１５を通過した冷却水の混合割合を制御して、燃料電池１０の温度を微調整することができる。
【００５５】
以上のように、絶縁バルブに流量制御機能を持たせ、ラジエータ１３およびバイパス経路１５に流れる冷却水の割合を制御することができる。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図４に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第１実施形態に比較して、サブラジエータを設けた点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
燃料電池１０は、アイドリング程度の発電でも熱を発生するため、この熱を廃棄することが望ましい。そこで、本第４実施形態では、絶縁バルブを閉塞している場合でも燃料電池１０を冷却できるように、ラジエータ１３とは別にサブラジエータを設けている。
【００５８】
図４は、本第４実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示している。図４に示すように、本第４実施形態の冷却水経路１１にはサブラジエータ（放熱器）２０が接続されている。サブラジエータ２０は、燃料電池１０と並列に配置されており、ラジエータファン２１を備えている。冷却水経路１１とサブラジエータ２１の２つの接続点には、それぞれ絶縁バルブ１６、１７が設けられている。絶縁バルブ１６、１７は、弁開度の調整可能な三方弁として構成されている。
【００５９】
サブラジエータ２０は、２つの絶縁バルブ１６、１７で挟まれた燃料電池１０側の他の部位と同様に、人が接触できない部位に配置されるか、絶縁材料（例えば樹脂材料）で覆われることにより、人体から絶縁された状態で配置される。また、サブラジエータ２０は、アイドリング時の燃料電池１０を冷却できればよいので、主たるラジエータ１３に比較して小型のものでよい。
【００６０】
また、燃料電池１０の上流側と下流側に、冷却水温度を検出するための温度センサ２２、１９が設けられている。上流側温度センサ２２では、燃料電池１０に流入する冷却水温度を検出する。下流側温度センサ１９では、燃料電池１０から流出した冷却水温度を検出することで、燃料電池温度を間接的に検出する。
【００６１】
次に、本第４実施形態の燃料電池システムの作動を説明する。
【００６２】
まず、車両が停止中であって、燃料電池１０が発電である場合には、絶縁バルブ１６、１７を閉塞する。次に、温度センサ１９により燃料電池１０を通過した冷却水の温度を検出する。この冷却水温度が所定温度を超えている場合には、ラジエータファン２１を作動させる。循環ポンプ１２による冷却水循環量およびラジエータファン２１の回転数を調整することにより、冷却水温度を調整でき、燃料電池１０の温度を調整することができる。
【００６３】
以上のように、サブラジエータ２０を設けることで、絶縁バルブ１６、１７を閉塞している場合でも、燃料電池１０を冷却することが可能となり、燃料電池１０を発電効率の高い所定温度に調整することができる。
【００６４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図５、図６に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第４実施形態に比較してサブラジエータをバイパスするバイパス経路を設けた点が異なるものである。上記第４実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
図５は、本第５実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示している。図５に示すように、冷却水経路１１には、冷却水をサブラジエータ２０をバイパスさせるバイパス経路２３が設けられている。また、冷却水経路１１とバイパス経路２３との接続点には、流量調整バルブ２４が設けられている。流量調整バルブ２４により、サブラジエータ２０とバイパス通路２３に流れる冷却水の割合を調整することができる。
【００６６】
次に、本第５実施形態の燃料電池システムの作動を図６に基づいて説明する。図６は、本第５実施形態の燃料電池の作動を示すフローチャートである。
【００６７】
まず、車両が停止中であって、燃料電池１０が発電である場合には、絶縁バルブ１６、１７を閉塞する（ステップＳ１０、１１）。次に、温度センサ１９により燃料電池１０を通過した冷却水の温度を検出する（ステップＳ１２）。この冷却水温度が所定温度を超えている場合には、燃料電池１０の冷却制御を行う（ステップＳ１３）。
【００６８】
燃料電池１０を所定温度（７０〜８０℃程度）に制御するために、温度センサ１９で検出した水温に基づいて、燃料電池１０の流入する冷却水の目標水温を算出する。次に、冷却水目標温度を達成できるように、冷却水循環量、ラジエータファン回転数に加え、サブラジエータ２０とバイパス通路２３に流れる冷却水の割合を調整することで、燃料電池１０の温度を調整する（ステップＳ１４）。これにより、冷却水がサブラジエータ２０にて冷却され（ステップＳ１５）、燃料電池１０の温度を所定温度に調整することができる。
【００６９】
また、温度センサ２２により検出したサブラジエータ２０を通過した冷却水とバイパス経路２３を通過した冷却水とが混合された水温と、目標水温との誤差を算出し、この誤差に基づいてフィードバック制御を行うように構成することができる。これにより、燃料電池１０の温度を効率のよい発電を行うことのできる所定温度に早期に収束させることができる。
【００７０】
また、温度センサ１９にて検出した冷却水温度が所定温度（７０〜８０℃）に比較して充分低い場合には、すべての冷却水がバイパス経路２３側に流れるように流路調整バルブ２４を調整することができる。これにより、燃料電池１０温度を早期に昇温させることができ、発電効率を向上させることができる。
【００７１】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図７に基づいて説明する。本第６実施形態は、上記第５実施形態に比較してヒータが設けられている点が異なるものである。上記第５実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７２】
図７は、本第６実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示している。図７に示すように、本第６実施形態のバイパス経路２３には、冷却水を加熱するためのヒータ（加熱手段）２５が設けられている。ヒータ２５として、例えば電気式ヒータあるいは燃焼式ヒータを用いることができる。なお、ヒータ２５は、絶縁バルブ１６、１７が冷却水経路１１を遮断している際に、燃料電池１０を通過した冷却水が循環することができる閉ループのいずれの箇所に配置してもよい。
【００７３】
このような構成により、低温環境下（例えば−３０〜０℃）において、ヒータ２５の必要熱量を算出し、ヒータ２５により冷却水を加熱することで、燃料電池１０の温度上昇を促進することができ、発電効率を向上させることができる。
【００７４】
ヒータ２５の必要熱量は、温度センサ１８、１９、２２により検出した水温と目標水温（例えば５℃、もしくは最適温度である７０〜８０℃）との差、冷却水や燃料電池１０の熱容量を用いて算出することができる。
【００７５】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、車両停止時に絶縁バルブ１６、１７を閉塞するように構成したが、これに限らず、車両走行中に絶縁バルブ１６、１７を閉塞するように構成してもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、絶縁バルブ１６、１７を樹脂から構成したが、これに限らず、例えばセラミック等で構成してもよい。
【００７７】
また、車両衝突を検出できる衝突検知センサ（例えばエアバッグセンサ）を用い、衝突を検出した場合に、絶縁バルブ１６、１７を閉塞するとともに循環ポンプ１２による冷却水の循環を停止させるように構成することができる。これにより、冷却水漏れおよび冷却水を経由して発生する感電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示す概念図である。
【図２】第２実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示す概念図である。
【図３】第３実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示す概念図である。
【図４】第４実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示す概念図である。
【図５】第５実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示す概念図である。
【図６】第５実施形態の燃料電池冷却システムの作動を示すフローチャートである。
【図７】第６実施形態の燃料電池冷却システムの構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池、１１…冷却水経路、１２…循環ポンプ、１３…ラジエータ、１４…ラジエータファン、１５…バイパス経路、１６、１７…絶縁バルブ、１８、１９、２２…温度センサ、２０…サブラジエータ、２１…ラジエータファン、２５…ヒータ、１００…制御部。

Claims

燃料電池（１０）に循環する熱媒体が通過する熱媒体経路（１１）と、
前記熱媒体経路（１１）に設けられた放熱器（１３）とを備え、
前記熱媒体経路（１１）は、任意の箇所で電気的に遮断可能に構成されていることを特徴とする燃料電池冷却システム。
前記熱媒体経路（１１）における前記燃料電池（１０）の上流側の任意の箇所に第１の絶縁バルブ（１６）が設けられ、前記熱媒体経路（１１）における前記燃料電池（１０）の下流側の任意の箇所に第２の絶縁バルブ（１７）が設けられ、
前記第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）は、前記熱媒体経路を閉塞することにより、前記熱媒体経路を電気的に遮断することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
前記熱媒体経路（１１）における、前記燃料電池（１０）および前記第１の絶縁バルブ（１６）との間と、前記燃料電池（１０）および前記第２の絶縁バルブ（１７）との間は、絶縁材料で覆われていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池冷却システム。
前記第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）は、少なくとも前記熱媒体に接触する部位が絶縁材料から構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池冷却システム。
前記絶縁材料は樹脂材料であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池冷却システム。
前記第１の絶縁バルブ（１６）は、前記熱媒体経路（１１）における前記燃料電池（１０）の熱媒体流入部近傍に設けられ、前記第２の絶縁バルブ（１７）は、前記熱媒体経路（１１）における前記燃料電池（１０）の熱媒体流出部近傍に配置されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システム。
前記熱媒体経路（１１）には、前記放熱器（１３）と並列的に、前記熱媒体を前記放熱器（１３）をバイパスさせるバイパス経路（１５）が設けられており、
前記第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）の少なくとも一方は、前記熱媒体経路（１１）と前記バイパス経路（１５）との接続部に配置されているとともに、前記熱媒体が前記放熱器（１３）と前記バイパス経路（１５）とに流れる割合を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システム。
前記熱媒体経路（１１）に、前記燃料電池（１０）と並列的に第２の放熱器（２０）が設けられ、
前記第２の放熱器は、前記第１、第２の絶縁バルブ（１６、１７）が前記熱媒体経路（１１）を閉塞した際に前記燃料電池（１０）を循環する前記熱媒体が循環可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システム。
前記第２の放熱器（２０）は、絶縁材料で覆われていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池冷却システム。
前記熱媒体経路（１１）には、前記熱媒体を前記第２の放熱器（２０）をバイパスさせる第２のバイパス経路（２３）と、
前記熱媒体が前記第２の放熱器（２０）と前記第２のバイパス経路（２３）とに流れる割合を調整する流量制御バルブ（２４）とを備えることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池冷却システム。
前記第１、第２の閉塞バルブ（１６、１７）を閉塞した際に、前記熱媒体が前記燃料電池（１０）を循環可能な閉ループが形成され、
前記閉ループの任意の箇所に、前記熱媒体を加熱する加熱手段（２５）が設けられていることを特徴とする請求項２ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システム。
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システムを搭載し、前記燃料電池を駆動源とする電気自動車であって、
走行停止時に前記熱媒体経路（１１）を電気的に遮断することを特徴とする電気自動車。
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システムを搭載し、前記燃料電池を駆動源とする電気自動車であって、
衝突を検出する衝突検出センサを備え、
前記衝突検出センサにより衝突が検出された場合には、前記熱媒体経路（１１）を電気的に遮断することを特徴とする電気自動車。