JP6332120B2 - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池システム及びその制御方法に関する。
水素ガスと空気との電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路であって、供給側分岐点と、ラジエータ内冷却水通路の出口から供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、供給側分岐点からスタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備える冷却水供給通路と、スタック内冷却水通路の出口とラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、排出側分岐点と、スタック内冷却水通路の出口から排出側分岐点までのスタック流出通路と、排出側分岐点からラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備える冷却水排出通路と、供給側分岐点と排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備えるバイパス冷却水通路と、入口がラジエータを向くようにラジエータ流出通路内に配置された冷却水ポンプと、バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の量を制御するバイパス冷却水制御弁と、を備え、冷却水ポンプを駆動すると共にバイパス冷却水制御弁を制御し、それにより、ラジエータ流出通路内を流通した冷却水の一部がバイパス冷却水通路内を流通し、残りが燃料電池スタックのスタック内冷却水通路内を流通するようにした、燃料電池システムが公知である（例えば、特許文献１参照）。冷却水中にはラジエータなどからイオンが溶出し、その結果冷却水の導電率が上昇する。ところが、導電率が過度に高い冷却水が燃料電池スタック内に流入すると、燃料電池スタックの電気絶縁性が低下するおそれがある。特許文献１の燃料電池システムでは、冷却水の一部が常にイオン除去器内を流通するので、冷却水の導電率が低下され、それにより燃料電池スタックの電気絶縁性が低下するのが抑制される。なお、特許文献１の燃料電池システムでは、残りの冷却水が常に燃料電池スタック内を流通している。
特開２００７−３１１０８７号公報
ところで、燃料電池スタックの発電停止中に、ラジエータから冷却水中にイオンが徐々に溶出するので、燃料電池スタックの発電停止期間が長くなると、ラジエータ内の冷却水中の導電率が過度に高くなるおそれがある。
ところが、特許文献１の燃料電池システムでは、上述の説明からわかるように、冷却水ポンプが駆動されると、ラジエータから流出した冷却水の一部が必ず燃料電池スタック内に流入する。その結果、燃料電池システムの発電開始時に、導電率が過度に高い冷却水が燃料電池スタック内に流入するおそれがある。
本発明の一観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備えるバイパス冷却水通路と、出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の量を制御するように構成されたバイパス冷却水制御弁と、前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記バイパス冷却水制御弁をそれぞれ制御し、それにより、冷却水が少なくとも前記スタック側冷却水通路内を流通するスタック流通モードと、冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記バイパス冷却水通路内を流通するスタックバイパスモードとのいずれか一方を選択的に行うように構成されている制御器と、を備えた燃料電池システムが提供される。
本発明の別の観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備えるバイパス冷却水通路と、出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の量を制御するように構成されたバイパス冷却水制御弁と、前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記バイパス冷却水制御弁をそれぞれ制御するように構成された制御器と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記バイパス冷却水制御弁を前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、冷却水が少なくとも前記スタック側冷却水通路内を流通するスタック流通モードと、冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記バイパス冷却水通路内を流通するスタックバイパスモードとのいずれか一方を選択的に行うように構成された、燃料電池システムの制御方法が提供される。
導電率の高い冷却水が燃料電池スタックに流入するのを抑制することができる。
燃料電池システムの全体図である。 冷却回路の模式図である。 スタック全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 ラジエータ全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 ラジエータ部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 バイパスレスモードを説明する冷却回路の模式図である。 スタック部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 開始制御を説明するタイムチャートである。 開始制御を説明するタイムチャートである。 燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた後の冷却水制御を説明するタイムチャートである。 燃料電池スタック１０での発電停止中の冷却水制御を説明するタイムチャートである。 燃料電池スタック１０での発電停止中の冷却水制御を実行するためのフローチャートである。 燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた後の冷却水制御を実行するためのフローチャートである。 開始制御を実行するためのフローチャートである。 発電制御を実行するためのフローチャートである。 本発明による別の実施例の冷却回路の模式図である。 本発明による更に別の実施例の冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例におけるバイパスレスモードを説明する冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例におけるスタック部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例における第２のラジエータ全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例におけるラジエータ全バイパス−スタック部分モードを説明する冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例における第２のラジエータ部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例におけるラジエータ部分バイパス−スタック部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例におけるスタック全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 図１７に示される実施例におけるスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。
図１を参照すると、燃料電池システムＡは燃料電池スタック１０を備える。燃料電池スタック１０は積層方向ＬＳに沿って互いに積層された複数の燃料電池単セル１０ａを備える。各燃料電池単セル１０ａは膜電極接合体２０を含む。膜電極接合体２０は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。
燃料電池単セル１０ａのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、積層方向ＬＳに関し最も外側のアノード極及びカソード極は燃料電池スタック１０の電極を構成する。燃料電池スタック１０の電極はＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介してインバータ１２に電気的に接続され、インバータ１２はモータジェネレータ１３に電気的に接続される。また、燃料電池システムＡは蓄電器１４を備えており、この蓄電器１４はＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して上述のインバータ１２に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は燃料電池スタック１０からの電圧を高めてインバータ１２に送るためのものであり、インバータ１２はＤＣ／ＤＣコンバータ１１又は蓄電器１４からの直流電流を交流電流に変換するためのものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は燃料電池スタック１０又はモータジェネレータ１３から蓄電器１４への電圧を低くし、又は蓄電器１４からモータジェネレータ１３への電圧を高くするためのものである。なお、図１に示される燃料電池システムＡでは蓄電器１４はバッテリから構成される。
また、各燃料電池単セル１０ａ内には、アノード極に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための水素ガス流通路３０ａと、カソード極に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気流通路４０ａとがそれぞれ形成され、互いに隣接する２つの燃料電池単セル１０ａ同士間には燃料電池単セル１０ａに冷却水を供給するための冷却水流通路５０ａが形成される。複数の燃料電池単セル１０ａの水素ガス流通路３０ａ、空気流通路４０ａ、及び冷却水流通路５０ａをそれぞれ並列に接続することにより、燃料電池スタック１０内に水素ガス通路３０、空気通路４０、及び冷却水通路５０がそれぞれ形成される。図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス通路３０、空気通路４０、及び冷却水通路５０の入口及び出口はそれぞれ、燃料電池スタック１０の積層方向ＬＳ一端に配置される。
積層方向ＬＳに延びる燃料電池スタック１０の中心軸線をスタック中心軸線と称すると、図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス流通路３０ａの入口及び空気流通路４０ａの出口がスタック中心軸線の一側に配置され、水素ガス流通路３０ａの出口及び空気流通路４０ａの入口がスタック中心軸線の他側に配置される。したがって、水素ガス流通路３０ａ内を流れる水素ガスの向きと、空気流通路４０ａ内を流れる空気の向きとが互いにほぼ逆向きになっている。すなわち、燃料電池スタック１０は向流式の燃料電池スタックから構成される。図示しない別の実施例では、水素ガス流通路３０ａの入口及び空気流通路４０ａの入口がスタック中心軸線の一側に配置され、水素ガス流通路３０ａの出口及び空気流通路４０ａの出口がスタック中心軸線の他側に配置される。したがって、水素ガス流通路３０ａ内を流れる水素ガスの向きと、空気流通路４０ａ内を流れる空気の向きとが互いにほぼ同じ向きになっている。すなわち、図示しない別の実施例では、燃料電池スタック１０は並流式の燃料電池スタックから構成される。
水素ガス通路３０の入口には水素ガス供給管３１が連結され、水素ガス供給管３１は水素ガス源、例えば水素タンク３２に連結される。水素ガス供給管３１内には上流側から順に、電磁式の遮断弁３３と、水素ガス供給管３１内の圧力を調整するレギュレータ３４と、水素ガス源３２からの水素ガスを燃料電池スタック１０に供給するための水素ガス供給器３５と、が配置される。図１に示される燃料電池システムＡでは水素ガス供給器３５は電磁式の水素ガス供給弁から構成される。この水素ガス供給弁はニードル弁を備えており、したがって水素ガスは水素ガス供給弁から間欠的に供給される。一方、水素ガス通路３０の出口にはバッファタンク３６を介してパージ管３７が連結される。パージ管３７内には電磁式のパージ制御弁３８が配置される。遮断弁３３及び水素ガス供給弁３５が開弁されると、水素タンク３２内の水素ガスが水素ガス供給管３１を介して燃料電池スタック１０内の水素ガス通路３０内に供給される。このとき水素ガス通路３０から流出するガス、すなわちアノードオフガスはバッファタンク３６内に流入し、バッファタンク３６内に蓄積される。パージ制御弁３８は通常は閉弁されており、周期的に短時間にわたり開弁される。パージ制御弁３８が開弁されると、バッファタンク３６内のアノードオフガスがパージ管３７を介して大気に排出され、すなわちパージ処理が行われる。
図１に示される燃料電池システムＡでは、パージ管３７の出口は大気に連通されている。すなわち、水素ガス通路３０の出口は水素ガス供給管３１に連通されず、したがって水素ガス供給管３１から分離されている。このことは、水素ガス通路３０の出口から流出するアノードオフガスが水素ガス供給管３１に戻されない、ということを意味している。言い換えると、図１に示される燃料電池システムＡは水素ガス非循環式である。図示しない別の実施例では、水素ガス通路３０の出口が水素ガス戻し管を介して例えばレギュレータ３４と水素ガス供給弁３５との間の水素ガス供給管３１に連結される。水素ガス戻し管内には上流側から順に、気液分離器と、気液分離器により分離された水素ガスを水素ガス供給管３１に送り込む水素ガス戻しポンプと、が配置される。この場合、水素ガスを含むアノードオフガスが水素ガス戻し管を介して水素ガス供給管３１に戻される。その結果、水素ガス源３２からの水素ガスと水素ガス戻し管からの水素ガスとの混合体が水素ガス供給弁３５から燃料電池スタック１０に供給される。すなわち、図示しない別の実施例では、燃料電池システムＡは水素ガス循環式である。この図示しない別の実施例との比較において、図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス戻し管、水素ガス戻しポンプ等が省略されているということになる。その結果、図１に示される燃料電池システムＡでは、構成が簡素化され、コストが低減され、水素ガス戻し管等のための空間を必要としない。
また、空気通路４０の入口には空気供給管４１が連結され、空気供給管４１は空気源、例えば大気４２に連結される。空気供給管４１内には上流側から順に、エアクリーナ４３と、空気を圧送するコンプレッサ４４と、コンプレッサ４４から燃料電池スタック１０に送られる空気を冷却するためのインタークーラ４５と、が配置される。一方、空気通路４０の出口にはカソードオフガス管４６が連結される。コンプレッサ４４が駆動されると、空気が空気供給管４１を介して燃料電池スタック１０内の空気通路４０内に供給される。このとき空気通路４０から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス管４６内に流入する。カソードオフガス管４６内には上流側から順に、空気通路４０内の圧力であるカソード圧力を制御するための電磁式のカソード圧力制御弁４７と、希釈器４８とが配置される。この希釈器４８には上述したパージ管３７が連結される。その結果、パージ管３７からのパージガス中の水素ガスがカソードオフガスによって希釈される。図１に示される燃料電池システムＡでは更に、インタークーラ４５下流の空気供給管４１から分岐してカソード圧力制御弁４７下流のカソードオフガス管４６に到るバイパス管４１ａと、コンプレッサ４４から吐出された空気の量のうち燃料電池スタック１０に供給される空気の量及びバイパス管４１ａ内へ流れ込む空気の量を制御するバイパス制御弁４１ｂとが設けられる。
上述した燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０の入口及び出口には冷却回路ＣＣが連結される。図２を参照すると、冷却回路ＣＣは、冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータ５１を備える。ラジエータ５１内には冷却水が流通するラジエータ内冷却水通路５２が形成されている。燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０をスタック内冷却水通路と称すると、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏとスタック内冷却水通路５０の入口５０ｉとは冷却水供給通路５３ｆにより互いに連結される。冷却水供給通路５３ｆは、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏから供給側分岐点５４ｆまでのラジエータ流出通路５３ｒｏと、供給側分岐点５４ｆからスタック内冷却水通路５０の入口５０ｉまでのスタック流入通路５３ｓｉとを備える。また、スタック内冷却水通路５０の出口５０ｏとラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉとは冷却水排出通路５３ｄにより互いに連結される。冷却水排出通路５３ｄは、スタック内冷却水通路５０の出口５０ｏから排出側分岐点５４ｄまでのスタック流出通路５３ｓｏと、排出側分岐点５４ｄからラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉまでのラジエータ流入通路５３ｒｉとを備える。
冷却水供給通路５３ｆの供給側分岐点５４ｆと冷却水排出通路５３ｄの排出側分岐点５４ｄとはバイパス冷却水通路５３ｂにより互いに連結される。バイパス冷却水通路５３ｂは、バイパス冷却水通路５３ｂから分岐してバイパス冷却水通路５３ｂに戻る分岐通路５３ｂｂを備えており、この分岐通路５３ｂｂ内には冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器５５が配置される。したがって、バイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の一部がイオン除去器５５内を流通し、イオン除去器５５内を流通した冷却水中のイオンが除去される。また、バイパス冷却水通路５３ｂ内には逆止弁が設けられておらず、したがって冷却水は供給側分岐点５４ｆと排出側分岐点５４ｄとの間を双方向に流通可能になっている。なお、バイパス冷却水通路５３ｂ内には冷却水ポンプが設けられていない。
冷却回路ＣＣは更に、２つの冷却水ポンプ、すなわちスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを備える。図２に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓは入口５６ｓｉがラジエータ５１を向き出口５６ｓｏが燃料電池スタック１０を向くようにスタック流入通路５３ｓｉ内に配置され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは入口５６ｒｉが燃料電池スタック１０を向き出口５６ｒｏがラジエータ５１を向くようにラジエータ流入通路５３ｒｉ内に配置される。図示しない別の実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓは入口５６ｓｉが燃料電池スタック１０を向き出口５６ｓｏがラジエータ５１を向くようにスタック流出通路５３ｓｏ内に配置され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは入口５６ｒｉがラジエータ５１を向き出口５６ｒｏが燃料電池スタック１０を向くようにラジエータ流出通路５３ｒｏ内に配置される。スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはそれぞれ、吐出量を制御可能なポンプから形成される。
冷却回路ＣＣは更に、ラジエータ流出通路５３ｒｏからバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入する冷却水の量又はスタック流出通路５３ｓｏからバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入する冷却水の量を制御するように構成されたバイパス冷却水制御弁５７を備える。すなわち、バイパス冷却水通路５３ｂに関し燃料電池スタック１０側に位置する冷却水通路、すなわちスタック流入通路５３ｓｉ、スタック内冷却水通路５０、及びスタック流出通路５３ｓｏによりスタック側冷却水通路５３ｓが構成されると考え、バイパス冷却水通路５３ｂに関しラジエータ５１側に位置する冷却水通路、すなわちラジエータ流入通路５３ｒｉ、ラジエータ内冷却水通路５２、及びラジエータ流出通路５３ｒｏによりラジエータ側冷却水通路５３ｒが構成されると考えると、バイパス冷却水制御弁５７はバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量を制御し、それによりスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量及びラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量を制御するように構成されている。図２に示される実施例では、バイパス冷却水制御弁５７は電磁式の三方弁から形成される。また、図２に示される実施例では、バイパス冷却水制御弁５７は供給側分岐点５４ｆに配置された単一の流量制御弁から形成される。図示しない別の実施例では、バイパス冷却水制御弁５７は、スタック側冷却水通路５３ｓ内に配置され、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の流量を制御する流量制御弁と、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内に配置され、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の流量を制御する流量制御弁、及び、バイパス冷却水通路５３ｂ内に配置され、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の流量を制御する流量制御弁のうち少なくとも一方と、から形成される。
したがって、図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０及びラジエータ５１を迂回して冷却水供給通路５３ｆと冷却水排出通路５３ｄとを互いに連結する冷却水通路はバイパス冷却水通路５３ｂのみである、ということになる。その結果、冷却回路ＣＣの構成を簡素化することができる。一方、図２に示される実施例では、冷却水を流通させる冷却水ポンプがスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒである、ということになる。その結果、各冷却水ポンプ５６ｓ，５６ｒを小型化することができる。
ラジエータ流出通路５３ｒｏ内にはラジエータ流出通路５３ｒｏ内の冷却水の導電率を検出するように構成された導電率センサ５８が配置される。また、スタック流入通路５３ｓｉ内にはスタック流入通路５３ｓｉ内の冷却水の温度を検出するように構成された温度センサ５９ｉが配置され、スタック流出通路５３ｓｏ内にはスタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度を検出するように構成された温度センサ５９ｏが配置される。スタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度は燃料電池スタック１０の温度であるスタック温度を表している。
図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの少なくとも一方が作動され、それにより冷却水が燃料電池スタック１０のスタック内冷却水通路５０内を流通され、したがって燃料電池スタック１０が冷却される。燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号は、例えば電動車両の操作者がスタートスイッチ（図示しない）を操作することにより発せられる。
再び図１を参照すると、電子制御ユニット６０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス６１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）６２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６４、入力ポート６５及び出力ポート６６を具備する。燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の出力電圧及び出力電流をそれぞれ検出する電圧計１６ｖ及び電流計１６ｉが設けられる。電圧計１６ｖ、電流計１６ｉ、導電率センサ５８（図２）、及び温度センサ５９ｉ，５９ｏ（図２）の出力信号は対応するＡＤ変換器６７を介して入力ポート６５にそれぞれ入力される。一方、出力ポート６６は対応する駆動回路６８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１１、インバータ１２、モータジェネレータ１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、遮断弁３３、レギュレータ３４、水素ガス供給弁３５、パージ制御弁３８、バイパス制御弁４１ｂ、コンプレッサ４４、カソード圧力制御弁４７、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ（図２）、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ（図２）、バイパス冷却水制御弁５７（図２）、及び警報器６９に電気的に接続される。警報器６９は冷却水の導電率を低下させることが困難なときに作動される。
燃料電池スタック１０を起動すべきとき、すなわち燃料電池スタック１０での発電を開始すべきときには遮断弁３３及び水素ガス供給弁３５が開弁され、水素ガスが燃料電池スタック１０に供給される。また、コンプレッサ４４が駆動され、空気が燃料電池スタック１０に供給される。その結果、燃料電池スタック１０において電気化学反応（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−，（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）が起こり、電気エネルギが発生される。この発生された電気エネルギはモータジェネレータ１３に送られる。その結果、モータジェネレータ１３が車両駆動用の電気モータとして作動され、車両が駆動される。一方、例えば車両制動時にはモータジェネレータ１３が回生装置として作動し、このとき回生された電気エネルギは蓄電器１４に蓄えられる。
さて、図１及び図２に示される実施例では、冷却水を種々の冷却水制御モードでもって流すことができる。以下、これらの冷却水制御モードを順に説明する。
図３に示されるスタック全バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動されスタック側冷却水ポンプ５６ｓが停止される。また、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水のほぼすべてがバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入するようにバイパス冷却水制御弁５７が制御される。すなわち、バイパス冷却水制御弁５７により、ラジエータ流出通路５３ｒｏとバイパス冷却水通路５３ｂとが互いに連通され、スタック流入通路５３ｓｉがラジエータ流出通路５３ｒｏ及びバイパス冷却水通路５３ｂから隔離される。その結果、図３に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内をほとんど流通することなくラジエータ側冷却水通路５３ｒ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。この場合、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量に一致する。なお、スタック全バイパスモードでは、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
図４に示されるラジエータ全バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止される。また、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水のほぼすべてがバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入するようにバイパス冷却水制御弁５７が制御される。すなわち、バイパス冷却水制御弁５７により、スタック流入通路５３ｓｉとバイパス冷却水通路５３ｂとが互いに連通され、ラジエータ流出通路５３ｒｏがスタック流入通路５３ｓｉ及びバイパス冷却水通路５３ｂから隔離される。その結果、図４に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がラジエータ側冷却水通路５３ｒ内をほとんど流通することなくスタック側冷却水通路５３ｓ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量はスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量に一致する。なお、ラジエータ全バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
図５に示されるラジエータ部分バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量がラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量よりも多くなるように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動される。また、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の一部がバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入し残りがラジエータ流入通路５３ｒｉ内に流入するようにバイパス冷却水制御弁５７が制御される。すなわち、バイパス冷却水制御弁５７により、ラジエータ流出通路５３ｒｏ、スタック流入通路５３ｓｉ、及びバイパス冷却水通路５３ｂが互いに連通される。その結果、図５に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内、及びバイパス冷却水通路５３ｂ内をそれぞれ流通する。この場合、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量は、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量とバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量との合計であり、したがってラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量はスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量よりも少ない。また、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量はスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量に一致し、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量に一致する。更に、バイパス冷却水制御弁５７の弁位置を制御することにより、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の量に対するバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の量の割合が増大されると、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の量に対するラジエータ流入通路５３ｒｉ内に流入した冷却水の量の割合が減少される。
図６に示されるバイパスレスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量とラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量とがほぼ等しくなるように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動される。また、冷却水がバイパス冷却水通路５３ｂ内にほとんど流入しないようにバイパス冷却水制御弁５７が制御される。すなわち、バイパス冷却水制御弁５７により、ラジエータ流出通路５３ｒｏとスタック流入通路５３ｓｉとが互いに連通され、バイパス冷却水通路５３ｂがラジエータ流出通路５３ｒｏ及びスタック流入通路５３ｓｉから隔離される。その結果、図６に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がバイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通することなくラジエータ側冷却水通路５３ｒ内及びスタック側冷却水通路５３ｓ内を循環する。この場合、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量とスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量とは互いにほぼ等しい。また、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量はスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量及びラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量に一致する。なお、バイパスレスモードでは、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
図７に示されるスタック部分バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの冷却水吐出量がスタック側冷却水ポンプ５６ｓの冷却水吐出量よりも多くなるように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動される。また、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の一部がバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入し残りがスタック流入通路５３ｓｉ内に流入するようにバイパス冷却水制御弁５７が制御される。すなわち、バイパス冷却水制御弁５７により、ラジエータ流出通路５３ｒｏ、スタック流入通路５３ｓｉ、及びバイパス冷却水通路５３ｂが互いに連通される。その結果、図７に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内、及びバイパス冷却水通路５３ｂ内をそれぞれ流通する。この場合、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量は、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量とバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量との合計であり、したがってスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量よりも少ない。また、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量はスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量に一致し、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量に一致する。更に、バイパス冷却水制御弁５７の弁位置を制御することにより、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の量に対するバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の量の割合が増大されると、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の量に対するスタック流入通路５３ｓｉ内に流入した冷却水の量の割合が減少される。
なお、図５に示されるラジエータ部分バイパスモードにおいて、バイパス冷却水制御弁５７の弁位置が制御されてバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図６に示されるバイパスレスモードに切り換えられる。これに対し、バイパス冷却水制御弁５７の弁位置が制御されてラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図４に示されるラジエータ全バイパスモードに切り換えられる。
一方、図７に示されるスタック部分バイパスモードにおいて、バイパス冷却水制御弁５７の弁位置が制御されてバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図６に示されるバイパスレスモードに切り換えられる。また、バイパス冷却水制御弁５７の弁位置が制御されてスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図３に示されるスタック全バイパスモードに切り換えられる。
なお、冷却水が少なくともスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水制御モードをスタック流通モードと称すると、図１及び図２に示される実施例ではスタック流通モードに、上述のラジエータ全バイパスモード（図４）、ラジエータ部分バイパスモード（図５）、バイパスレスモード（図６）、及びスタック部分バイパスモード（図７）が含まれる。図示しない別の実施例では、スタック流通モードに、ラジエータ全バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、バイパスレスモード、及びスタック部分バイパスモードのうちいずれか１つ、いずれか２つ、又は、いずれか３つが含まれる。したがって、図１及び図２に示される実施例とこの図示しない別の実施例をまとめると、スタック流通モードには、ラジエータ全バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、バイパスレスモード、及びスタック部分バイパスモードのうち少なくとも一つが含まれるということになる。
一方、冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内をほとんど流通することなくバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水制御モードをスタックバイパスモードと称すると、図１及び図２に示される実施例ではスタックバイパスモードに上述のスタック全バイパスモード（図３）が含まれるということになる。
さて、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０の発電開始時に、開始制御が行われる。すなわち、まず導電率センサ５８により冷却水の導電率が検出される。冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第１の設定導電率ＥＣ１よりも高いときには、まずスタックバイパスモードが行われ、次いで冷却水制御モードがスタック流通モードに切り換えられる。これに対し、冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも低いときにはスタックバイパスモードが行われることなく、スタック流通モードが行われる。この開始制御を、図８及び図９を参照して更に説明する。
図８において、時間ｔａ１は燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた時間を示している。図８に示される例では、時間ｔａ１における冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも高く、したがってまずスタックバイパスモード、すなわち図１及び図２に示される実施例ではスタック全バイパスモードが行われる。その結果、導電率の高い冷却水が燃料電池スタック１０内に流入するのが抑制される。また、冷却水がイオン除去器５５内に導かれ、したがって冷却水の導電率ＥＣが次第に低下される。図８に示される例では、スタック全バイパスモードがあらかじめ定められた第１の設定時間Δｔ１にわたり行なわれる。すなわち、スタック全バイパスモードが開始されてから第１の設定時間Δｔ１が経過した時間ｔａ２になると、スタック全バイパスモードが終了され、スタック流通モードが開始される。その結果、燃料電池スタック１０に冷却水が導入され、燃料電池スタック１０の冷却が開始される。このとき、冷却水の導電率ＥＣは低下されており、したがって燃料電池スタック１０の電気絶縁性が低下するのが抑制される。なお、このスタック全バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量がラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの最大量に設定される。このようにすると、冷却水の導電率ＥＣを速やかに低下させることができる。
スタック全バイパスモードが行われているときには、燃料電池スタック１０内を冷却水がほとんど流通しない。このような状態で燃料電池スタック１０において発電が行なわれると、燃料電池スタック１０内の温度が過度に上昇し、又は、好ましくなく不均一になるおそれがある。そこで図８に示される例では、スタック全バイパスモードが行われている間は、燃料電池スタック１０での発電が行われず、スタック全バイパスモードが終了すると、すなわちスタック流通モードが開始されると、燃料電池スタック１０での発電が開始される。言い換えると、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられても、燃料電池スタック１０での発電が遅延される。図８に示される例では、燃料電池スタック１０での発電は第１の設定時間Δｔ１だけ遅延される。その結果、燃料電池スタック１０の温度が低くかつ均一に維持される。
なお、スタック全バイパスモードが行われる燃料電池スタック１０の発電開始時には、燃料電池スタック１０の温度は必ずしも高くない。そこで、図示しない別の実施例では、スタック全バイパスモードが行われるときにも、燃料電池スタック１０での発電が行われる。すなわち、この別の実施例では、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられると、スタック全バイパスモードが開始されるとともに、燃料電池スタック１０での発電が遅滞なく開始される。
上述したように、スタックバイパスモードでは、冷却水は燃料電池スタック１０内をほとんど流通しない。すなわち、冷却水は、燃料電池スタック１０を冷却するためのものであるにも関わらず、スタックバイパスモードでは燃料電池スタック１０内をほとんど流通することなく、燃料電池スタック１０の外部を流通する。このようにすると、できるだけ多くの冷却水をイオン除去器５５に送り込むことができ、それにより冷却水の導電率ＥＣをできるだけ速やかに低下させることができると同時に、導電率が高い冷却水が燃料電池スタック１０内に流入するのを確実に抑制することができるのである。このような考え方はこれまで存在していない。
一方、図９において、時間ｔｂ１は燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた時間を示している。図９に示される例では、時間ｔｂ１における冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも低い。したがって、スタックバイパスモード、すなわち図１及び図２に示される実施例ではスタック全バイパスモードが行なわれることなく、スタック流通モードが開始される。その結果、燃料電池スタック１０の冷却が速やかに開始される。
図９に示される例では、スタックバイパスモードが行なわれないので、時間ｔｂ１において燃料電池スタック１０での発電が開始される。言い換えると、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられたときに、燃料電池スタック１０での発電が遅滞なく開始される。
更に、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０での発電開始時にスタック全バイパスモードを第１の設定時間Δｔ１にわたり行っても冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第１のしきい導電率ＥＣＴ１よりも高いときには、警報器６９が作動され、冷却水の導電率ＥＣの低下が困難であることが車両操作者に知らされる。これに対し、図８に示されるように、燃料電池スタック１０の発電開始時にスタック全バイパスモードを第１の設定時間Δｔ１にわたり行った結果、冷却水の導電率ＥＣが第１のしきい導電率ＥＣＴ１よりも低くなったときには、警報器６９は停止状態に維持される。図８に示される例では、第１のしきい導電率ＥＣＴ１は第１の設定導電率ＥＣ１よりも低い。
なお、上述したように図８に示される例では、スタック全バイパスモードが第１の設定時間Δｔ１にわたり行なわれる。図示しない別の実施例では、冷却水の導電率ＥＣが小さな一定値に低下するまでスタック全バイパスモードが行われ、次いで冷却水制御モードがスタック流通モードに切り換えられる。この小さな一定値は第１の設定導電率ＥＣ１よりも低く、例えば第１のしきい導電率ＥＣＴ１とほぼ等しい。
図示しない更に別の実施例では、燃料電池スタック１０での発電開始時に、冷却水の導電率ＥＣに関わらず、スタックバイパスモードが行われる。
さて、図１及び図２に示される実施例では上述したように、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられると、スタックバイパスモードが行われた後に、又はスタックバイパスモードが行われることなく、スタック流通モードが行われる。上述したように、図１及び図２に示される実施例ではスタック流通モードには、ラジエータ全バイパスモード（図４）、ラジエータ部分バイパスモード（図５）、バイパスレスモード（図６）、及びスタック部分バイパスモード（図７）が含まれる。
具体的には、スタック温度ＴＳがあらかじめ定められた低温側設定温度ＴＳＬよりも低いときには、ラジエータ全バイパスモードが行われる。
これに対し、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときには、スタック部分バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、又はバイパスレスモードが行われる。すなわち、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときであって、冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第２の設定導電率ＥＣ２よりも高いときには、スタック部分バイパスモードが行われる。これに対し、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときであって、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも低くかつスタック温度ＴＳがあらかじめ定められた高温側設定温度ＴＳＨよりも低いときには、ラジエータ部分バイパスモードが行なわれる。一方、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときであって、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも低くかつスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高いときには、バイパスレスモードが行われる。第２の設定導電率ＥＣ２は例えば上述の第１の設定導電率ＥＣ１とほぼ等しい。
すなわち、図１０において、時間ｔｃ１はスタック流通モードを開始すべき時間を示している。図１０に示される例では、時間ｔｃ１におけるスタック温度ＴＳは低温側設定温度ＴＳＬよりも低く、したがってラジエータ全バイパスモードが行われる。ラジエータ全バイパスモードでは冷却水がラジエータ５１内を流通しないので、冷却水の温度低下が抑制され、したがってスタック温度ＴＳが速やかに上昇する。すなわち、燃料電池スタック１０の暖機が促進される。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量は、例えばスタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度とスタック流入通路５３ｓｉ内の冷却水の温度の差、すなわちスタック温度差が目標範囲内に維持されるように設定される。
次いで、時間ｔｃ２においてスタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高くなる。図１０に示される例では、時間ｔｃ２において冷却水の導電率ＥＣは第２の設定導電率ＥＣ２よりも低く、スタック温度ＴＳは高温側設定温度ＴＳＨよりも低い。したがって、ラジエータ部分バイパスモードが行われる。その結果、冷却水の一部がラジエータ５１を迂回し、したがって冷却水の温度低下が抑制される。また、冷却水の一部がイオン除去器５５内を流通し、したがって冷却水の導電率ＥＣが抑制される。なお、ラジエータ部分バイパスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量並びにバイパス冷却水制御弁５７の弁位置は、スタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
次いで、時間ｔｃ３においてスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高くなると、冷却水制御モードがバイパスレスモードに切り換えられる。その結果、ラジエータ５１における冷却水の温度低下が促進され、スタック温度ＴＳが低下し始める。なお、バイパスレスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量は、スタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
次いで、時間ｔｃ４においてスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも低くなると、冷却水制御モードがラジエータ部分バイパスモードに戻される。
次いで、時間ｔｃ５において冷却水の導電率ＥＣが何らかの理由により第２の設定導電率ＥＣ２よりも高くなると、冷却水制御モードがスタック部分バイパスモードに切り換えられる。その結果、導電率ＥＣが高い冷却水が燃料電池スタック１０内に流入するのが抑制される。また、冷却水の一部がイオン除去器５５内を流通し、したがって冷却水の導電率ＥＣが抑制される。スタック部分バイパスモードでは上述したように、燃料電池スタック１０に送られる冷却水の量がラジエータ５１に送られる冷却水の量よりも少ないので、燃料電池スタック１０の冷却が不十分になると考えられるかもしれない。しかしながら、多量の冷却水がラジエータ５１に送られるので冷却水の温度が十分に低下され、低温の冷却水が燃料電池スタック１０に送られるので、燃料電池スタック１０を十分に冷却することができる。したがって、スタック部分バイパスモードが行われているときに、燃料電池スタック１０での発電が可能である。なお、スタック部分バイパスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量並びにバイパス冷却水制御弁５７の弁位置は、スタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
図１０に示される例では、あらかじめ定められた第２の設定時間Δｔ２にわたりスタック部分バイパスモードが行われる。すなわち、スタック部分バイパスモードが開始されてから第２の設定時間Δｔ２が経過した時間ｔｃ６になると、このときスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも低いので、冷却水制御モードがスタック部分バイパスモードからラジエータ部分バイパスモードに切り換えられる。図示しない別の実施例では、冷却水の導電率ＥＣが小さな一定値に低下するまでスタック部分バイパスモードが行われる。この小さな一定値は第２の設定導電率ＥＣ２よりも低く、例えば第１のしきい導電率ＥＣＴ１とほぼ等しい。
なお、図１０には示されていないけれども、図１及び図２に示される実施例では、バイパスレスモードが行われているときに冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも高くなったときにも、冷却水制御モードがスタック部分バイパスモードに切り換えられる。すなわち、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも高いときには、スタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高くても、スタック部分バイパスモードが行われる。図示しない別の実施例では、スタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高いときには、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも高くても、バイパスレスモードが行われる。
更に、図１及び図２に示される実施例では、スタック流通モードが行われるべきときにスタック部分バイパスモードが行われるときには、警報器６９が作動される。これに対し、スタック流通モードが行われるべきときにラジエータ全バイパスモード又はラジエータ部分バイパスモード又はバイパスレスモードが行われるときには、警報器６９は停止状態に維持される。
上述したように、スタック流通モードが開始されると燃料電池スタック１０での発電が開始される。したがって、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０での発電中に冷却水の導電率ＥＣが抑制されつつ燃料電池スタック１０が冷却される。
燃料電池スタック１０での発電が停止されると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止される。
図１及び図２に示される実施例では更に、燃料電池スタック１０での発電停止中にも冷却水の導電率ＥＣが抑制される。すなわち、燃料電池スタック１０の発電停止中に、あらかじめ定められた第３の設定時間Δｔ３が経過する毎に冷却水の導電率ＥＣが検出される。冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた設定値ＥＣＳよりも高いときにはスタックバイパスモード、すなわち図１及び図２に示される実施例ではスタック全バイパスモードが一時的に行なわれ、それにより冷却水の導電率ＥＣが低下される。設定値ＥＣＳは例えば第１の設定導電率ＥＣ１とほぼ等しい。
すなわち、図１１に示される例では、時間ｔｄ１において、スタック全バイパスモードが行われる。この場合、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲは小さな一定量ＱＷＲｍに設定される。その結果、冷却水の導電率ＥＣが平均化される。図１１に示される例では、あらかじめ定められた第４の設定時間Δｔ４にわたりスタック全バイパスモードが行われる。次いで、スタック全バイパスモードが開始されてから第４の設定時間Δｔ４が経過した時間ｔｄ２になると、冷却水の導電率ＥＣが検出される。時間ｔｄ２における冷却水の導電率ＥＣは設定値ＥＣＳよりも低い。したがって、スタック全バイパスモードが停止される。
次いで、先のスタック全バイパスモードから第３の設定時間Δｔ３が経過した時間ｔｄ３になると、再びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲが一定量ＱＷＲｍに設定されつつスタック全バイパスモードが行なわれる。次いで、第４の設定時間Δｔ４が経過した時間ｔｄ４において冷却水の導電率ＥＣが検出される。時間ｔｄ４における冷却水の導電率ＥＣは設定値ＥＣＳよりも高い。したがって、スタック全バイパスモードが継続される。この場合、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲはラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの最大量ＱＷＲＭ（＞０）まで増大される。その結果、冷却水の導電率ＥＣが速やかに低下する。次いで、時間ｔｄ５において冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第２のしきい導電率ＥＣＴ２まで低下すると、スタック全バイパスモードが停止される。第２のしきい導電率ＥＣＴ２は設定値ＥＣＳよりも低く、例えば第１のしきい導電率ＥＣＴ１とほぼ等しい。図示しない別の実施例では、あらかじめ定められた時間にわたりスタック全バイパスモードが行われる。
このように、図１及び図２に示される実施例では燃料電池スタック１０での発電停止中に冷却水の導電率ＥＣが抑制される。その結果、燃料電池スタック１０での発電開始時においてスタック全バイパスモードが行われる時間、すなわち第１の設定時間Δｔ１を短縮することができる。すなわち、燃料電池スタック１０での発電を開始すべきときに必要なスタック全バイパスモードの時間Δｔ１（図８）を短縮することができ、又は、スタック全バイパスモードを省略することができ、したがって燃料電池スタック１０での発電を速やかに開始することができる。
なお、図１１に示される例では、スタック全バイパスモードを行った後に冷却水の導電率ＥＣを検出している。図示しない別の実施例では、スタック全バイパスモードを行うことなく冷却水の導電率ＥＣが検出される。
このように図１及び図２に示される実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ及びスタック側冷却水ポンプ５６ｓ並びにバイパス冷却水制御弁５７が制御され、それにより、スタックバイパスモードとスタック流通モードとのうちいずれか一方が選択的に行われる。この場合、スタック流通モードには、ラジエータ全バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、バイパスレスモード、及びスタック部分バイパスモードが含まれる。また、スタックバイパスモードにはスタック全バイパスモードが含まれる。
図１２は、上述した燃料電池スタック１０での発電停止中における冷却水制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１２を参照すると、ステップ１００では燃料電池スタック１０での発電が停止されているか否かが判別される。燃料電池スタック１０での発電が停止されているときには次いでステップ１０１に進み、カウンタ値Ｃが１だけインクリメントされる。このカウンタ値Ｃは燃料電池スタック１０での発電が停止されてから、又は、先のスタックバイパスモード、すなわち先のスタック全バイパスモードが開始されてからの経過時間を表している。続くステップ１０２ではカウンタ値Ｃが上述の第３の設定時間Δｔ３に対応する設定値Ｃ３以上か否かが判別される。Ｃ＜Ｃ３のときには処理ステップを終了する。Ｃ≧Ｃ３のときには次いでステップ１０３に進み、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲが一定量ＱＷＲｍに設定されつつスタックバイパスモード、すなわちスタック全バイパスモードが第４の設定時間Δｔ４にわたり行なわれる。続くステップ１０４では冷却水の導電率ＥＣが検出される。続くステップ１０５では、冷却水の導電率ＥＣが設定値ＥＣＳよりも低いか否かが判別される。ＥＣ≧ＥＣＳのときには次いでステップ１０６に進み、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲが最大量ＱＷＲＭに設定されつつスタック全バイパスモードが行なわれる。続くステップ１０７では冷却水の導電率ＥＣが検出される。続くステップ１０８では、冷却水の導電率ＥＣが第２のしきい導電率ＥＣＴ２よりも低いか否かが判別される。ＥＣ≧ＥＣＴ２のときにはステップ１０６に戻る。ＥＣ＜ＥＣＴ２のときにはステップ１０９に進む。一方、ステップ１０５においてＥＣ＜ＥＣＳのときにもステップ１０９に進む。
ステップ１０９ではスタック全バイパスモードが停止される。続くステップ１１０ではカウンタ値Ｃがゼロに戻される。一方、ステップ１００において、燃料電池スタック１０での発電が行われているときにも次いでステップ１１０に進む。
図１３は、燃料電池スタック１０において発電を開始すべき信号が発せられた後の冷却水制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１３を参照すると、ステップ２００では、燃料電池スタック１０での発電開始時に上述の開始制御が完了したか否かが判別される。開始制御が完了していないときには次いでステップ２０１に進み、開始制御を実行するための開始制御ルーチンが実行される。この開始制御ルーチンは図１４に示されている。
図１４を参照すると、ステップ３００では冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１以上か否かが判別される。ＥＣ＜ＥＣ１のときには次いでステップ３０１に進み、警報器６９が停止される。これに対し、ＥＣ≧ＥＣ１のときにはステップ３００からステップ３０２に進み、スタックバイパスモード、すなわちスタック全バイパスモードが第１の設定時間Δｔ１にわたり行われる。続くステップ３０３では冷却水の導電率ＥＣが第１のしきい導電率ＥＣ１以上か否かが判別される。ＥＣ＜ＥＣＴ１のときには次いでステップ３０１に進む。これに対し、ＥＣ≧ＥＣＴ１のときには次いでステップ３０４に進み、警報器６９が作動される。
再び図１３を参照すると、開始制御ルーチンが完了したときにはステップ２００からステップ２０２に進み、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬ以上か否かが判別される。ＴＳ＜ＴＳＬのときには次いでステップ２０３に進み、ラジエータ全バイパスモードが行われる。次いでステップ２０８に進む。これに対し、ＴＳ≧ＴＳＬのときにはステップ２０２からステップ２０４に進み、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも低いか否かが判別される。ＥＣ＜ＥＣ２のときには次いでステップ２０５に進み、スタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨ以上か否かが判別される。ＴＳ＜ＴＳＨのときには次いでステップ２０６に進み、ラジエータ部分バイパスモードが行われる。次いでステップ２０８に進む。これに対し、ＴＳ≧ＴＳＨのときにはステップ２０５からステップ２０７に進み、バイパスレスモードが行われる。次いでステップ２０８に進む。ステップ２０８では警報器６９が停止される。
一方、ＥＣ≧ＥＣ２のときにはステップ２０４からステップ２０９に進み、スタック部分バイパスモードが行われる。続くステップ２１０では警報器６９が作動される。
図１５は、上述した燃料電池スタック１０の発電制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１５を参照すると、ステップ４００では燃料電池スタック１０での発電を行うべきか否かが判別される。燃料電池スタック１０での発電を行うべきとき、すなわち燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられているときにはステップ４０１に進み、スタック流通モードが行われているか否かが判別される。スタック流通モードが行われているとき、すなわち冷却水が燃料電池スタック１０内を流通しているときには、次いでステップ４０２に進み、燃料電池スタック１０での発電が実行される。すなわち、燃料電池スタック１０への水素ガス及び空気の供給が実行される。これに対し、燃料電池スタック１０での発電を行うべきでないとき、すなわち燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられていないときにはステップ４００からステップ４０３に進む。また、スタック流通モードが行われていないとき、すなわち冷却水が燃料電池スタック１０内をほとんど流通していないときには、ステップ４０１からステップ４０３に進む。ステップ４０３では燃料電池スタック１０での発電が停止される。すなわち、燃料電池スタック１０への水素ガス及び空気の供給が停止される。
図１６は本発明による別の実施例を示している。図１及び図２に示される実施例と比較すると、図１６に示される実施例ではスタック側冷却水ポンプが省略されている。したがって、スタック側冷却水通路５３ｓ、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ、及びバイパス冷却水通路５３ｂに設けられる冷却水ポンプがラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒのみである、ということになる。その結果、冷却回路ＣＣの構成を簡素化することができる。
図１６に示される実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ及びバイパス冷却水制御弁５７が制御され、それにより、スタック流通モードとスタックバイパスモードとのうちいずれか一方が選択的に行われる。この場合、スタック流通モードには、バイパスレスモード及びスタック部分バイパスモードのうち少なくとも一つが含まれる。また、スタックバイパスモードにはスタック全バイパスモードが含まれる。
図１７は本発明による更に別の実施例を示している。図１６に示される実施例と比較すると、図１７に示される実施例は追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ及び追加のバイパス冷却水制御弁５７ｘを更に備えている。
具体的には、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏと供給側分岐点５４ｆとの間の冷却水供給通路５３ｆには追加の供給側分岐点５４ｆｘが設けられ、排出側分岐点５４ｄとラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉとの間の冷却水排出通路５３ｄには追加の排出側分岐点５４ｄｘが設けられる。追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘはこれら追加の供給側分岐点５４ｆｘと追加の排出側分岐点５４ｄｘとを互いに連結する。追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内には逆止弁が設けられておらず、したがって冷却水は追加の供給側分岐点５４ｆｘと追加の排出側分岐点５４ｄｘとの間を双方向に流通可能になっている。また、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内には冷却水ポンプが設けられていない。更に、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内にはイオン除去器も設けられていない。図示しない別の実施例では、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内に追加のイオン除去器が設けられる。
なお、図１７に示される実施例では、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘに関しラジエータ５１側に位置する冷却水通路、すなわち追加の排出側分岐点５４ｄｘからラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉまでのラジエータ流入通路５３ｒｉ、ラジエータ内冷却水通路５２、及び、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏから追加の供給側分岐点５４ｆｘまでのラジエータ流出通路５３ｒｏにより別のラジエータ側冷却水通路５３ｒｘが構成されると考えることができ、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘに関し燃料電池スタック１０側に位置する冷却水通路、すなわち追加の供給側分岐点５４ｆｘから供給側分岐点５４ｆまでのラジエータ流出通路５３ｒｏ、スタック側冷却水通路５３ｓ、及び、排出側分岐点５４ｄから追加の排出側分岐点５４ｄｘまでのラジエータ流入通路５３ｒｉにより別のスタック側冷却水通路５３ｓｘが構成されると考えることができる。更に、バイパス冷却水通路５３ｂ、排出側分岐点５４ｄから追加の排出側分岐点５４ｄｘまでのラジエータ流入通路５３ｒｉ、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ、及び、追加の供給側分岐点５４ｆｘから供給側分岐点５４ｆまでのラジエータ流出通路５３ｒｏにより循環冷却水通路５３ｃが構成されると考えることができる。
一方、追加のバイパス冷却水制御弁５７ｘは追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内を流通する冷却水の量を制御するように構成されている。図１７に示される実施例では、追加のバイパス冷却水制御弁５７ｘは追加の供給側分岐点５４ｆｘに配置された電磁式の三方弁から形成される。
更に、図１７に示される実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは排出側分岐点５４ｄと追加の排出側分岐点５４ｄｘとの間のラジエータ流入通路５３ｒｉ内に配置される。図示しない別の実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは追加の供給側分岐点５４ｆｘと供給側分岐点５４ｆとの間のラジエータ流出通路５３ｒｏ内に配置される。
したがって、図１７に示される実施例では、燃料電池スタック１０及びラジエータ５１を迂回して冷却水供給通路５３ｆと冷却水排出通路５３ｄとを互いに連結する冷却水通路はバイパス冷却水通路５３ｂ及び追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘである、ということになる。また、図１７に示される実施例では、冷却水を流通させる冷却水ポンプがラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒのみである、ということになる。図示しない別の実施例では、冷却水を流通させる冷却水ポンプがラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ及びスタック側冷却水ポンプ５６ｓである。
さて、図１７に示される実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ並びにバイパス冷却水制御弁５７及び追加のバイパス冷却水制御弁５７ｘが制御され、それにより、スタック流通モードとスタックバイパスモードとのうちいずれか一方が選択的に行われる。
図１７に示される実施例では、スタック流通モードに、バイパスレスモードと、スタック部分バイパスモードと、第２のラジエータ全バイパスモードと、ラジエータ全バイパス−スタック部分モードと、第２のラジエータ部分バイパスモードと、が含まれる。図示しない別の実施例では、スタック流通モードに、バイパスレスモードと、スタック部分バイパスモードと、第２のラジエータ全バイパスモードと、ラジエータ全バイパス−スタック部分モードと、第２のラジエータ部分バイパスモードとのうちいずれか１つ、いずれか２つ、いずれか３つ、又は、いずれか４つが含まれる。したがって、図１７に示される実施例とこの図示しない別の実施例をまとめると、スタック流通モードには、バイパスレスモードと、スタック部分バイパスモードと、第２のラジエータ全バイパスモードと、ラジエータ全バイパス−スタック部分モードと、第２のラジエータ部分バイパスモードとのうち少なくとも１つが含まれるということになる。
バイパスレスモードでは図１８に示されるように、冷却水はバイパス冷却水通路５３ｂ内及び追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内をほとんど流通することなく、スタック側冷却水通路５３ｓ内及びラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を循環する。図１８に示されるバイパスレスモードは図６に示されるバイパスレスモードに対応する。
スタック部分バイパスモードでは図１９に示されるように、冷却水は追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内をほとんど流通することなく、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通しつつ、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。図１９に示されるスタック部分バイパスモードは図７に示されるスタック部分バイパスモードに対応する。
第２のラジエータ全バイパスモードでは図２０に示されるように、冷却水は別のラジエータ側冷却水通路５３ｒｘ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通することなく、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内及び別のスタック側冷却水通路５３ｓｘ内を循環する。図２０に示される第２のラジエータ全バイパスモードは図４に示されるラジエータ全バイパスモードに類似する。しかしながら、図２０に示される第２のラジエータ全バイパスモードでは、冷却水がバイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通せず、したがってイオン除去器５５内をほとんど流通しない。したがって、冷却水が流通することによるイオン除去器５５の劣化が抑制される。
ラジエータ全バイパス−スタック部分モードでは図２１に示されるように、冷却水は別のラジエータ側冷却水通路５３ｒｘ内をほとんど流通することなく、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通しつつ、循環冷却水通路５３ｃ内を循環する。図２１に示されるラジエータ全バイパス−スタック部分モードは図４に示されるラジエータ全バイパスモードに類似する。しかしながら、図２１に示されるラジエータ全バイパス−スタック部分モードでは、図４に示されるラジエータ全バイパスモードに比べて、燃料電池スタック１０に送り込まれる冷却水の量が減少される。
第２のラジエータ部分バイパスモードでは図２２に示されるように、冷却水はバイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通することなく、別のラジエータ側冷却水通路５３ｒｘ内を流通しつつ、追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内及び別のスタック側冷却水通路５３ｓｘ内を循環する。図２２に示される第２のラジエータ部分バイパスモードは図５に示されるラジエータ部分バイパスモードに類似する。しかしながら、図２２に示される第２のラジエータ部分バイパスモードでは、第２のラジエータ全バイパスモード（図２０）と同様に、イオン除去器５５の劣化が抑制される。
図示しない別の実施例では、スタック流通モードに、バイパスレスモードと、スタック部分バイパスモードと、第２のラジエータ全バイパスモードと、ラジエータ全バイパス−スタック部分モードと、第２のラジエータ部分バイパスモードと、図２３に示されるラジエータ部分バイパス−スタック部分バイパスモードのうち少なくとも１つが含まれる。ラジエータ部分バイパス−スタック部分バイパスモードでは、冷却水は別のラジエータ側冷却水通路５３ｒｘ内及びスタック側冷却水通路５３ｓ内をそれぞれ流通しつつ、循環冷却水通路５３ｃ内を循環する。
一方、図１７に示される実施例では、スタックバイパスモードに、スタック全バイパスモードと、スタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードと、が含まれる。図示しない別の実施例では、スタックバイパスモードに、スタック全バイパスモードとスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードとのうちいずれか１つが含まれる。したがって、図１７に示される実施例とこの図示しない別の実施例をまとめると、スタックバイパスモードには、スタック全バイパスモードとスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードとのうち少なくとも１つが含まれるということになる。
スタック全バイパスモードでは図２４に示されるように、冷却水はスタック側冷却水通路５３ｓ内及び追加のバイパス冷却水通路５３ｂｘ内をほとんど流通することなく、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。図２４に示されるスタック全バイパスモードは図３に示されるスタック全バイパスモードに対応する。
スタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードでは図２５に示されるように、冷却水はスタック側冷却水通路５３ｓ内及び別のラジエータ側冷却水通路５３ｒｘ内をほとんど流通することなく、循環冷却水通路５３ｃ内を循環する。図２５に示されるスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードは図３に示されるスタック全バイパスモードに類似する。しかしながら、図２５に示されるスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードでは、冷却水がラジエータ５１内をほとんど流通しないので、冷却水の温度低下が抑制される。
さて、図１７に示される実施例でも、上述した発電停止中制御（図１２）、冷却水制御（図１３）、開始制御（図１４）、及び、発電制御（図１５）が行われる。この場合、図１２から図１５においてバイパスレスモードを行うべきとき（図１３のステップ２０７）には、図１８に示されるバイパスレスモードが行われる。また、図１２から図１５においてスタック部分バイパスモードを行うべきとき（図１３のステップ２０９）には、図１９に示されるスタック部分バイパスモードが行われる。図１２から図１５においてラジエータ部分バイパスモードを行うべきとき（図１３のステップ２０６）には、図２２に示される第２のラジエータ部分バイパスモードが行われる。
図１２から図１５においてラジエータ全バイパスモードを行うべきとき（図１３のステップ２０３）には、図２０に示される第２のラジエータ全バイパスモード又は図２１に示されるラジエータ全バイパス−スタック部分モードが行われる。この場合、例えば、冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた基準値よりも低いときに図２０に示される第２のラジエータ全バイパスモードが行なわれ、冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた基準率よりも高いときに図２１に示されるラジエータ全バイパス−スタック部分モードが行われる。
一方、図１２から図１５においてスタックバイパスモードを行うべきとき（図１２のステップ１０３，１０６、図１４のステップ３０２）には、図２４に示されるスタック全バイパスモード又は図２５に示されるスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードが行われる。この場合、例えば、冷却水又は燃料電池スタック１０の温度があらかじめ定められた基準温度よりも高いときに図２４に示されるスタック全バイパスモードが行なわれ、冷却水又は燃料電池スタック１０の温度があらかじめ定められた基準温度よりも低いときに図２５に示されるスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードが行われる。
Ａ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
５０ スタック内冷却水通路
５１ ラジエータ
５２ ラジエータ内冷却水通路
５３ｆ 冷却水供給通路
５３ｄ 冷却水排出通路
５３ｓｉ スタック流入通路
５３ｓｏ スタック流出通路
５３ｒｉ ラジエータ流入通路
５３ｒｏ ラジエータ流出通路
５３ｓ スタック側冷却水通路
５３ｒ ラジエータ側冷却水通路
５３ｂ バイパス冷却水通路
５４ｆ 供給側分岐点
５４ｄ 排出側分岐点
５５ イオン除去器
５６ｓ スタック側冷却水ポンプ
５６ｒ ラジエータ側冷却水ポンプ
５７ バイパス冷却水制御弁

Claims (11)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備えるバイパス冷却水通路と、
    出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の量を制御するように構成されたバイパス冷却水制御弁と、
    前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記バイパス冷却水制御弁をそれぞれ制御し、それにより、冷却水が少なくとも前記スタック側冷却水通路内を流通するスタック流通モードと、冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記バイパス冷却水通路内を流通するスタックバイパスモードとのいずれか一方を選択的に行うように構成されている制御器と、
    を備え、
    前記制御器は、前記燃料電池スタックの発電開始時に、まず初めに前記スタックバイパスモードを行い、次いで前記スタック流通モードを行うように構成されている、
    燃料電池システム。
  2. 前記燃料電池スタック及び前記ラジエータを迂回して前記冷却水供給通路と前記冷却水排出通路とを互いに連結する冷却水通路が前記バイパス冷却水通路のみである、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 冷却水を流通させる冷却水ポンプが前記ラジエータ側冷却水ポンプのみである、請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記スタックバイパスモードが、
    冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック全バイパスモード
    を含み、
    前記スタック流通モードが、
    冷却水が前記バイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記ラジエータ側冷却水通路内を循環するバイパスレスモードと、
    冷却水が前記スタック側冷却水通路内を流通しつつ前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック部分バイパスモードと、
    の少なくとも一つを含む、
    請求項３に記載の燃料電池システム。
  5. 出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプを更に備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
  6. 前記制御器が、前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記スタック側冷却水ポンプ並びに前記バイパス冷却水制御弁をそれぞれ制御し、それにより、前記スタックバイパスモードと前記スタック流通モードとのいずれか一方を選択的に行うように構成され、
    前記スタックバイパスモードが、
    冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック全バイパスモード
    を含み、
    前記スタック流通モードが、
    冷却水が前記バイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記ラジエータ側冷却水通路内を循環するバイパスレスモードと、
    冷却水が前記スタック側冷却水通路内を流通しつつ前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック部分バイパスモードと、
    冷却水が前記ラジエータ側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するラジエータ全バイパスモードと、
    冷却水が前記ラジエータ側冷却水通路内を流通しつつ前記スタック側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するラジエータ部分バイパスモードと、
    の少なくとも一つを含む、
    請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記ラジエータ内冷却水通路の出口と前記供給側分岐点との間の前記冷却水供給通路に設けられた追加の供給側分岐点と、前記排出側分岐点と前記ラジエータ内冷却水通路の入口との間の前記冷却水排出通路に設けられた追加の排出側分岐点とを互いに連結する追加のバイパス冷却水通路と、
    前記追加のバイパス冷却水通路内を流通する冷却水の量を制御するように構成された追加のバイパス冷却水制御弁と、
    を更に備え、
    前記ラジエータ側冷却水ポンプは、前記排出側分岐点と前記追加の排出側分岐点との間の前記ラジエータ流入通路内、又は、前記追加の供給側分岐点と前記供給側分岐点との間の前記ラジエータ流出通路内に配置される、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  8. 前記追加の排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までの前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記追加の供給側分岐点までの前記ラジエータ流出通路により別のラジエータ側冷却水通路が構成されており、前記追加の供給側分岐点から前記供給側分岐点までの前記ラジエータ流出通路、前記スタック側冷却水通路、及び、前記排出側分岐点から前記追加の排出側分岐点までの前記ラジエータ流入通路により別のスタック側冷却水通路が構成されており、前記バイパス冷却水通路、前記排出側分岐点から前記追加の排出側分岐点までの前記ラジエータ流入通路、前記追加のバイパス冷却水通路、及び、前記追加の供給側分岐点から前記供給側分岐点までの前記ラジエータ流出通路により循環冷却水通路が構成されており、
    前記制御器は、前記ラジエータ側冷却水ポンプ並びに前記バイパス冷却水制御弁及び前記追加のバイパス冷却水制御弁をそれぞれ制御し、それにより、前記スタックバイパスモードと前記スタック流通モードとのいずれか一方を選択的に行うように構成され、
    前記スタックバイパスモードが、
    冷却水が前記スタック側冷却水通路内及び前記追加のバイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック全バイパスモードと、
    冷却水が前記スタック側冷却水通路内及び前記別のラジエータ側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記循環冷却水通路内を循環するスタック全バイパス−ラジエータ全バイパスモードと、
    の少なくとも一方を含み、
    前記スタック流通モードが、
    冷却水が前記バイパス冷却水通路内及び前記追加のバイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記ラジエータ側冷却水通路内を循環するバイパスレスモードと、
    冷却水が前記追加のバイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内を流通しつつ前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック部分バイパスモードと、
    冷却水が前記別のラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記追加のバイパス冷却水通路内及び前記別のスタック側冷却水通路内を循環する第２のラジエータ全バイパスモードと、
    冷却水が前記別のラジエータ側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内を流通しつつ前記循環冷却水通路内を循環するラジエータ全バイパス−スタック部分モードと、
    冷却水が前記バイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記別のラジエータ側冷却水通路内を流通しつつ前記追加のバイパス冷却水通路内及び前記別のスタック側冷却水通路内を循環する第２のラジエータ部分バイパスモードと、
    の少なくとも一つを含む、
    請求項７に記載の燃料電池システム。
  9. 前記ラジエータ側冷却水通路内に配置され、冷却水の導電率を検出するように構成された導電率センサを更に備え、
    前記制御器は、前記燃料電池スタックの発電開始時に、前記導電率センサにより冷却水の導電率を検出し、冷却水の導電率があらかじめ定められた第１の設定導電率よりも高いときにはまず初めに前記スタックバイパスモードを行い、次いで前記スタック流通モードを行い、冷却水の導電率が前記第１の設定導電率よりも低いときには前記スタックバイパスモードを行うことなく前記スタック流通モードを行うように構成されている、
    請求項１から８までのいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  10. 前記ラジエータ側冷却水通路内に配置され、冷却水の導電率を検出するように構成された導電率センサを更に備え、
    前記制御器は、前記燃料電池スタックの発電停止中に前記導電率センサにより冷却水の導電率を検出し、冷却水の導電率があらかじめ定められた設定値よりも高いときには前記スタックバイパスモードを一時的に行うように構成されている、
    請求項１から９までのいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  11. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器を備えるバイパス冷却水通路と、
    出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の量を制御するように構成されたバイパス冷却水制御弁と、
    前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記バイパス冷却水制御弁をそれぞれ制御するように構成された制御器と、
    を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
    前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記バイパス冷却水制御弁を前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、冷却水が少なくとも前記スタック側冷却水通路内を流通するスタック流通モードと、冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記バイパス冷却水通路内を流通するスタックバイパスモードとのいずれか一方を選択的に行い、
    更に、前記ラジエータ側冷却水ポンプ及び前記バイパス冷却水制御弁を前記制御器によりそれぞれ制御して、前記燃料電池スタックの発電開始時に、まず初めに前記スタックバイパスモードを行い、次いで前記スタック流通モードを行う、
    燃料電池システムの制御方法。
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