(57)【要約】【課題】  複数の燃料電池スタックごとに冷却システムを設けたシステム構成において、冷却システムに不具合が起きた場合の対処を図る。【解決手段】  複数の燃料電池スタックごとの冷却システムは、燃料電池スタックへの冷媒の導入路と、燃料電池スタックから排出された冷媒を導入路に還流させる還流路をそれぞれ有する。一つの冷却システムと他の冷却システムとは、両冷却システムの導入路を連通する連通導入路と、還流路を連通する連通還流路と、連通導入路に組み込まれた導入路開閉弁と、連通還流路に組み込まれた還流路開閉弁とを共有する。複数の冷却システムの全てでスタック冷却が正常であれば、導入路開閉弁と還流路開閉弁を閉弁制御し、スタック冷却が非正常となると、スタック冷却が非正常の冷却システムが他の冷却システムと共有する導入路開閉弁と還流路開閉弁とを開弁制御する。【選択図】  図１
2020136205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに冷媒を循環還流させてスタック冷却を図るよう前記燃料電池スタックごとに対応付けて設けられた複数の冷却システムと、該冷却システムによる前記スタック冷却を制御する制御部とを有する燃料電池システムであって、
前記複数の冷却システムのそれぞれは、
前記対応付けられた前記燃料電池スタックに前記冷媒を導入する導入路と、前記対応付けられた前記燃料電池スタックから排出された前記冷媒を導いて前記導入路に還流させる還流路とを有し、
前記複数の冷却システムは、
一つの冷却システムと他の冷却システムとにおいて、前記一つの冷却システムの前記導入路を前記他の冷却システムの前記導入路に連通させる連通導入路と、前記一つの冷却システムの前記還流路を前記他の冷却システムの前記還流路に連通させる連通還流路と、前記連通導入路に組み込まれた導入路開閉弁と、前記連通還流路に組み込まれた還流路開閉弁とを共有し、
前記制御部は、
前記複数の冷却システムの全てにおいて前記スタック冷却が正常である状況下では、前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁を閉弁制御し、
前記複数の冷却システムの一部において前記スタック冷却が非正常である状況下では、前記スタック冷却が非正常の前記冷却システムが前記他の冷却システムと共有する前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁とを開弁制御する、
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに複数の燃料電池スタックを備え付け、複数の燃料電池で得られる発電電力をモーター等の駆動源の駆動電力として用いる手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、単一の冷却システムから複数の燃料電池スタックに冷媒を供給して、氷点下環境でのシステム始動時において、個々の燃料電池スタックの昇温促進が図られている。ところで、燃料電池スタックの運転状況は、複数の燃料電池スタックで通常は相違する。このため、燃料電池スタックごとにスタック温度を管理することが、発電運転の高効率化や燃費向上に有益となる。燃料電池スタックごとの温度管理は、燃料電池スタックごとに独立に冷却システムを設けることで達成できる。しかしながら、燃料電池スタックごとに冷却システムを独立に設けただけでは、冷却システムに冷媒の圧送不良等の不具合が起きた場合の対処が必要となることが指摘されるに至った。より具体的には、不具合が起きた冷却システムの冷却対象である燃料電池スタックでは、発熱反応である燃料と酸素の電気化学反応の進行が冷却不備のために阻害されるので、発電運転を控えたり停止する必要がある。そうすると、他の燃料電池スタックでの発電運転の負荷が過剰となり、燃費が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、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、複数の燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに冷媒を循環還流させてスタック冷却を図るよう前記燃料電池スタックごとに対応付けて設けられた複数の冷却システムと、該冷却システムによる前記スタック冷却を制御する制御部とを有する燃料電池システムであって、前記複数の冷却システムのそれぞれは、前記対応付けられた前記燃料電池スタックに前記冷媒を導入する導入路と、前記対応付けられた前記燃料電池スタックから排出された前記冷媒を導いて前記導入路に還流させる還流路とを有し、前記複数の冷却システムは、一つの冷却システムと他の冷却システムとにおいて、前記一つの冷却システムの前記導入路を前記他の冷却システムの前記導入路に連通させる連通導入路と、前記一つの冷却システムの前記還流路を前記他の冷却システムの前記還流路に連通させる連通還流路と、前記連通導入路に組み込まれた導入路開閉弁と、前記連通還流路に組み込まれた還流路開閉弁とを共有し、前記制御部は、前記複数の冷却システムの全てにおいて前記スタック冷却が正常である状況下では、前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁を閉弁制御し、前記複数の冷却システムの一部において前記スタック冷却が非正常である状況下では、前記スタック冷却が非正常の前記冷却システムが前記他の冷却システムと共有する前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁とを開弁制御する。この形態の燃料電池システムによれば、スタック冷却が非正常となった冷却システム(以下、非正常冷却システムと称する)の導入路に、スタック冷却が正常の他の冷却システム(以下、正常冷却システムと称する)の導入路から連通導入路を経て冷媒を導いて、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックに冷媒を導入できる。また、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックから排出された冷媒を、非正常冷却システムの還流路から正常冷却システムの還流路に連通還流路を経て導くことができる。これにより、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックではスタック冷却が継続されるので、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックにおいて発電運転を控えたり発電を停止したりする必要がなくなる。この結果、ある冷却システムでスタック冷却が非正常となっても、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタック以外の燃料電池スタックに必要以上の発電運転の負荷が掛からないようにできるので、燃費の悪化の回避、或いは抑制が可能となる。
【０００７】
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運転制御方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池システムが有する制御部によって実行される冷却監視制御の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、複数の燃料電池スタックとして、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３を備えるほか、燃料電池スタックごとの第１冷却システム２００，第２冷却システム３００，第３冷却システム４００と、制御部５００と、ガス給排機構６００と、電池出力制御部７００とを備える。
【００１０】
第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２および第３燃料電池スタック１３は、ガス給排機構６００から燃料ガス、例えば水素ガスと酸素含有の空気の供給を受け、それぞれ発電する。この発電電力は、電池出力制御部７００に送られ、燃料電池システム１０が駆動力生成用に燃料電池車両に搭載されたシステムであれば、駆動用モーター等の負荷８００の駆動電力に用いられる。燃料電池システム１０が商工業施設の電力生成用に施設配置されたシステムであれば、各燃料電池スタックの発電電力は、商工業施設の電灯や各種の電気器具装置等の負荷８００の駆動電力に用いられる。なお、電池出力制御部７００による出力制御を、後述の制御部５００により行うようにしてもよい。
【００１１】
第１冷却システム２００と第２冷却システム３００および第３冷却システム４００は、同一の機器構成を備えており、対応付けられた燃料電池スタックに冷媒を循環還流させてスタック冷却を図る。第１冷却システム２００を例に上げて構成を説明すると、第１冷却システム２００は、第１燃料電池スタック１１に冷媒を循環還流させてスタック冷却を図るため、ラジエーター２１１から第１燃料電池スタック１１に至る導入路２１０と、第１燃料電池スタック１１からラジエーター２１１に至る還流路２２０とを備える。導入路２１０と還流路２２０を連続させるラジエーター２１１は、ファン２１２からの冷風の吹き付けを受けて、冷媒、例えば冷却水を冷却する。ラジエーター２１１で冷却済みの冷媒は、導入路２１０の管路に配設された圧送ポンプ２１３がポンプモーター２１４により回転駆動することで、図中に矢印で示すように、第１燃料電池スタック１１に導入される。
【００１２】
第１燃料電池スタック１１に導入された冷媒は、第１燃料電池スタック１１を通過する間にスタックを冷却して第１燃料電池スタック１１から排出される。第１燃料電池スタック１１から排出された冷媒は、還流路２２０に導かれ、導入路２１０に還流される。この冷媒の還流は、ラジエーター２１１を経由して行われる他、ラジエーター２１１をバイパスするバイパス路２２３を経由しても行われる。第１燃料電池スタック１１から排出された冷媒の温度は、還流路２２０に配設された温度センサー２２１により検出され、その検出温度(冷媒温度)は、制御部５００に送信されて、スタック冷却の制御パラメータに用いられる。
【００１３】
バイパス路２２３は、還流路２２０に配設された三方弁２２２に一端が接続され、他端が導入路２１０に接続され、管路途中に、イオン交換器２２４を有する。イオン交換器２２４は、バイパス路２２３を通過する冷媒に電荷を帯びて溶解している各種イオン、例えば、導入路２１０等の管路壁から溶解した鉄イオン等を冷媒から除去する。三方弁２２２は、後述する制御部５００の制御下で駆動し、ラジエーター２１１への冷媒通過とバイパス路２２３への冷媒通過を切り替えるほか、ラジエーター２１１への冷媒通過とバイパス路２２３への冷媒通過とを、冷媒通過量比を調整しつつ実行する。例えば、温度センサー２２１の検出温度から、冷媒の急冷や大きな冷却が必要であると制御部５００が判断すると、三方弁２２２は、ラジエーター２１１への冷媒通過だけを行うよう駆動される。また、図示しないイオン濃度センサー等の出力により、或いは、所定時間を越える冷媒還流がなされたりして、イオン除去が必要であると制御部５００が判断すると、三方弁２２２は、バイパス路２２３への冷媒通過だけを行うよう駆動制御されたり、冷媒通過量比が調整された上でラジエーター２１１への冷媒通過とバイパス路２２３への冷媒通過とを行うよう、駆動制御される。
【００１４】
第２冷却システム３００と第３冷却システム４００は、既述した第１冷却システム２００と同一の構成であり、第２冷却システム３００は、対応する第２燃料電池スタック１２のスタック冷却を図り、第３冷却システム４００は、対応する第３燃料電池スタック１３のスタック冷却を図る。なお、以下の説明においては、同一の部材については同一の部材名を用い、符合にて、第２冷却システム３００に属する部材か第３冷却システム４００に属する部材かを区別することとする。
【００１５】
上記した三つの冷却システムにおける一つの冷却システム、例えば第１冷却システム２００と、他の冷却システム、例えば第２冷却システム３００は、第１冷却システム２００における導入路２１０を第１冷却システム２００における導入路３１０に連通する連通導入路２３０と、第１冷却システム２００における還流路２２０を第２冷却システム３００における還流路３２０に連通する連通還流路２４０と、連通導入路２３０に組み込まれた導入路開閉弁２５０と、連通還流路２４０に組み込まれた還流路開閉弁２６０とを共有して備える。連通導入路２３０は、導入路２１０と導入路３１０を冷却システム間で連通し、連通還流路２４０は、還流路２２０と還流路３２０を冷却システム間で連通する。
【００１６】
また、第２冷却システム３００と第３冷却システム４００は、第２冷却システム３００における導入路３１０を第３冷却システム４００における導入路４１０に連通する連通導入路３３０と、第２冷却システム３００における還流路３２０を第３冷却システム４００における還流路４２０に連通する連通還流路３４０と、連通導入路３３０に組み込まれた導入路開閉弁３５０と、連通還流路３４０に組み込まれた還流路開閉弁３６０とを共有して備える。これらの流路構成を、第１冷却システム２００と第２冷却システム３００と第３冷却システム４００を含む複数の冷却システムから見ると、この複数の冷却システムは、既述した連通導入路２３０と連通導入路３３０、連通還流路２４０と連通還流路３４０、導入路開閉弁２５０と還流路開閉弁３６０、および還流路開閉弁２６０と還流路開閉弁３６０を有することになる。
【００１７】
本実施形態では、第１冷却システム２００と第３冷却システム４００は、図１に示すように連続した連通導入路２３０と連通導入路３３０とにより、導入路２１０と導入路４１０とを連通させている。また、第１冷却システム２００と第３冷却システム４００は、図１に示すように連続した連通還流路２４０と連通還流路３４０とにより、還流路２２０と還流路４２０とを連通させている。なお、第１冷却システム２００と第３冷却システム４００において、導入路２１０と導入路４１０とを直に連通させる連通導入路を設けたり、還流路２２０と還流路４２０とを直に連通させる連通還流路を設けてもよい。
【００１８】
制御部５００は、図示しない周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリおよび入出力ポートを備えたコンピューターとして構成されている。入出力ポートには、温度センサー２２１等の各種センサーが接続されている。例えば、本実施形態の燃料電池システム１０が燃料電池車両に搭載されたシステムであれば、入出力ポートには、イグニッションスイッチや、駆動輪の回転速度を検出する車輪速センサー、ブレーキペダルの踏み込み状況を検出するブレーキペダルセンサー、アクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサーなどが接続される。これらセンサーは、後述の電池出力制御部７００にも接続されており、その検出信号は、負荷８００への電力付加の制御パラメータとして用いられる。そして、制御部５００は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶済みのコンピュータープログラムをＲＡＭにロードして実行することで、機能部としての監視部５１０、第１制御部５２０および第２制御部５３０を構築する。これら機能部については、後述する。
【００１９】
ガス給排機構６００は、制御部５００或いは電池出力制御部７００の制御を受けて、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３のそれぞれに、燃料ガス（例えば、水素ガス）と酸素含有の空気を供給する。また、ガス給排機構６００は、未消費の燃料ガスの循環供給、および、排ガスのシステム外への排出も行う。なお、燃料ガスや空気の供給量や供給タイミングは、制御部５００或いはガス給排機構６００で規定される。
【００２０】
電池出力制御部７００は、制御部５００と同様、図示しない周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリおよび入出力ポートを備えたコンピューターとして構成されている。入出力ポートには、燃料電池スタックごとの既述した温度センサーの他、イグニッションスイッチ、車輪速センサー等の各種センサーが接続されている。そして、電池出力制御部７００は、車輪速センサー等のセンサー出力を制御パラメータにして、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３を発電制御すると共に、負荷８００への電力の付加制御を行う。
【００２１】
図２は、燃料電池システム１０が有する制御部５００によって実行される冷却監視制御の制御手順を示すフローチャートである。この冷却監視制御は、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３へのガス給排機構６００からのガス供給と電池出力制御部７００による発電制御が実行されている間に繰り返し実行される。制御部５００は、まず、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２と第３燃料電池スタック１３の冷却状態をセンシングする（ステップＳ１００）。このセンシングでは、スタック冷却の適否判定のパラメータとなる温度センサー２２１〜温度センサー４２１の検出温度の入力がなされる。この他、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００でのスタック冷却に用いる各種機器、具体的には、ファン２１２〜ファン４１２、圧送ポンプ２１３〜圧送ポンプ４１３、三方弁２２２〜三方弁４２２、イオン交換器２２４〜イオン交換器４２４について、これら機器の駆動異常や故障を検知するための各種パラメータのセンシングとして、ファン駆動モーターやポンプモーター２１４〜ポンプモーター４１４の出力センシングや三方弁の駆動センシング、イオン交換器のイオン濃度センシングなどがなされる。
【００２２】
ステップＳ１００で行ったセンシングの結果に基づき、制御部５００は、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てにおいて、スタック冷却が正常に機能しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。このステップＳ１１０で、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てでスタック冷却が正常であると肯定判定すると、制御部５００は、連通導入路２３０の導入路開閉弁２５０、連通導入路３３０の導入路開閉弁３５０に加え、連通還流路２４０の還流路開閉弁２６０、および連通還流路３４０の還流路開閉弁３６０を全閉駆動する（ステップＳ１２０）。つまり、ステップＳ１１０で肯定判定されると、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てにおいてスタック冷却が正常である状況下で、上記した導入路開閉弁と還流路開閉弁が閉弁制御されることになる。
【００２３】
ステップＳ１２０に続き、制御部５００は、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てを継続運転し（ステップＳ１３０）、一旦、本ルーチンを終了する。これにより、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００は、それぞれスタック冷却を正常に機能し続けることになる。
【００２４】
一方、ステップＳ１１０で否定判定すると、制御部５００は、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てにおいて、スタック冷却が非正常であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。このステップＳ１４０で、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てでスタック冷却が非正常であると肯定判定すると、制御部５００は、全ての冷却システムでスタック冷却が非正常である旨の異常報知を行った上で、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３をアイドル運転とし、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００については冷却運転を停止しして（ステップＳ１５０）、一旦、本ルーチンを終了する。第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００についてスタック冷却が正常か非正常かを判定するステップＳ１１０とステップＳ１４０を実行する制御部５００の機能部が監視部５１０に相当する。この監視部５１０は、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てについて、スタック冷却が正常か非正常かを監視する。そして、ステップＳ１１０の肯定判定に続くステップＳ１２０を実行する制御部５００の機能部が第１制御部５２０に相当する。この第１制御部５２０は、監視部５１０の監視結果により、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の全てにおいてスタック冷却が正常である状況下では、導入路開閉弁と還流路開閉弁を閉弁制御する。
【００２５】
全ての冷却システムでスタック冷却が非正常である場合の異常報知として、制御部５００は、「速やかに停車してシステム保守を行って下さい」等の警告文を、燃料電池システム１０の搭載車両のモニターにテキスト表示したり、上記の警告文を車両音響装置を介して読み上げ報知する。燃料電池スタックのアイドル運転への移行は、現状の発電運転から徐々にガス供給量を低減させることでなされ、燃料電池システム１０の搭載車両は、減速走行で駐車域まで走行した後、停止する。なお、ステップＳ１５０でアイドル運転とした後、バッテリーの充電電力により、車両運転を継続するようにすることもできる。
【００２６】
ステップＳ１４０で否定判定すると、制御部５００は、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００のどの冷却システムでスタック冷却が非正常であるかを特定し、その特定した冷却システムの冷却運転を停止する（ステップＳ１６０）。説明の便宜上、図１に示す第１冷却システム２００のスタック冷却が非正常であるとして、以下説明する。
【００２７】
制御部５００は、ステップＳ１６０で第１冷却システム２００の冷却運転を停止すると、第１冷却システム２００のスタック冷却が非正常である旨の異常報知を行う（ステップＳ１７０）。この異常報知は、どの冷却システムでスタック冷却が非正常であるかを特定して報知する必要は無く、「冷却システムに異常があるので保守点検場まで走行してシステム保守を行って下さい」等の警告文を、燃料電池システム１０の搭載車両のモニターにテキスト表示したり、上記の警告文を車両音響装置を介して読み上げ報知する。これにより、スタック冷却が非正常な冷却システムは、保守点検場で早期のうちに回復され得る。なお、制御部５００は、どの冷却システムでスタック冷却が非正常であるかをメモリに記憶し、保守点検場でのシステム保守の際に、スタック冷却が非正常な冷却システムを搭載車両のモニターにテキスト表示する。
【００２８】
ステップＳ１７０の異常報知に続き、制御部５００は、第１冷却システム２００でスタック冷却が非正常である状況下なので、この非正常の第１冷却システム２００についての導入路開閉弁２５０と還流路開閉弁２６０を管路全開に開弁制御すると共に、第１冷却システム２００の駆動を停止する（ステップＳ１８０）。導入路開閉弁２５０の開弁制御により、第１冷却システム２００の導入路２１０は、第１冷却システム２００と第２冷却システム３００の間において、連通導入路２３０で第２冷却システム３００の導入路３１０に連通する。還流路開閉弁２６０の開弁制御により、第１冷却システム２００の還流路２２０は、第１冷却システム２００と第２冷却システム３００の間において、連通還流路２４０で第２冷却システム３００の還流路３２０に連通する。この場合、他の導入路開閉弁３５０と還流路開閉弁３６０は、管路全閉の閉弁制御のままである。また、第１冷却システム２００の駆動停止により、第１燃料電池スタック１１への圧送ポンプ２１３による冷媒の導入は停止する。そして、ステップＳ１８０を実行する制御部５００の機能部は第２制御部５３０に相当し、この第２制御部５３０は、監視部５１０の監視結果により、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００のいずれか、例えば第１冷却システム２００においてスタック冷却が非正常である状況下では、非正常であるとされた第１冷却システム２００についての導入路開閉弁２５０と還流路開閉弁２６０を開弁制御する。
【００２９】
ステップＳ１８０に続き、制御部５００は、スタック冷却が正常な第２冷却システム３００について、冷媒循環量が増大するように圧送ポンプ３１３を駆動制御し（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。この際の圧送ポンプ３１３の循環量増大制御は、圧送ポンプ３１３が第２燃料電池スタック１２だけに冷媒を導入している場合の流量の１．５〜２．０倍の流量である。具体的には、制御部５００は、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒温度と第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒温度を、それぞれ温度センサー２２１と温度センサー２２１で検出し、検出した冷媒温度比を用いて、増量制御量を規定する。こうして増量して圧送ポンプ３１３から送り出された冷媒は、導入路３１０を通過して第２燃料電池スタック１２に導入される他、導入路開閉弁２５０が開弁している連通導入路２３０を経由して導入路２１０に流れ込み、第１燃料電池スタック１１にも導入される。そして、連通導入路２３０を経由して導入路２１０から第１燃料電池スタック１１に導入された冷媒は、第１燃料電池スタック１１を冷却しつつ当該燃料電池スタックから還流路２２０に排出され、還流路開閉弁２６０が開弁している連通還流路２４０を経由して還流路３２０に流れ込み、第２冷却システム３００で循環還流される。燃料電池システム１０の運転中、ステップＳ１９０の冷媒循環量の増大制御は継続され、車両停止により燃料電池システム１０の運転が停止されると、制御部５００は、ステップＳ１８０により開弁制御していた導入路開閉弁２５０と還流路開閉弁２６０を閉弁制御する。
【００３０】
ステップＳ１６０において、第２冷却システム３００のスタック冷却が非正常であると判定した場合、ステップＳ１８０では、第２冷却システム３００についての導入路開閉弁２５０と導入路開閉弁３５０、および還流路開閉弁２６０と還流路開閉弁３６０を管路全開に開弁制御すると共に、第２冷却システム３００を駆動停止とする。導入路開閉弁２５０と導入路開閉弁３５０、および還流路開閉弁２６０と還流路開閉弁３６０は、第１冷却システム２００への冷媒導入、第１冷却システム２００からの冷媒循環に関与できるからである。なお、導入路開閉弁２５０と導入路開閉弁３５０の一方、および還流路開閉弁２６０と還流路開閉弁３６０の一方の開閉弁を開弁制御してもよい。
【００３１】
ステップＳ１６０において、第３冷却システム４００でスタック冷却が非正常であると判定した場合、制御部５００は、ステップＳ１８０で、第３冷却システム４００についての導入路開閉弁３５０と還流路開閉弁３６０を管路全開に開弁制御すると共に、第３冷却システム４００を駆動停止とする。
【００３２】
また、ステップＳ１６０で、第１冷却システム２００〜第３冷却システム４００の二つの冷却システムでスタック冷却が非正常であると判定した場合、制御部５００は、ステップＳ１８０で、導入路開閉弁２５０と導入路開閉弁３５０、および還流路開閉弁２６０と還流路開閉弁３６０を管路全開に開弁制御する。導入路開閉弁２５０と導入路開閉弁３５０、および還流路開閉弁２６０と還流路開閉弁３６０は、スタック冷却が正常の一つの冷却システムからスタック冷却が非正常の二つの冷却システムへの冷媒導入、スタック冷却が非正常の二つの冷却システムからスタック冷却が正常の一つの冷却システムへの冷媒循環に関与できるからである。また、制御部５００は、上記した開弁制御と共に、スタック冷却が非正常の二つの冷却システムを駆動停止とする。二つの冷却システムでスタック冷却が非正常の場合、スタック冷却が正常な一つの冷却システム、例えば第２冷却システム３００における圧送ポンプ３１３は、スタック冷却が非正常な第１冷却システム２００と第３冷却システム４００に対応した第１燃料電池スタック１１と第３燃料電池スタック１３の冷却のための冷媒循環を達成すべく、２．５〜３．０倍の冷媒循環量となるよう、駆動制御される。スタック冷却が正常の一つの冷却システムが、第１冷却システム２００の場合でも、第３冷却システム４００の場合でも同様である。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１０では、例えば、第１冷却システム２００においてスタック冷却が非正常となると、第１冷却システム２００の導入路２１０に、スタック冷却が正常の第２冷却システム３００の導入路３１０から連通導入路２３０を経て冷媒を導いて、第１冷却システム２００に対応付けられた第１燃料電池スタック１１に冷媒を導入できる。また、本実施形態の燃料電池システム１０では、スタック冷却が非正常な第１冷却システム２００に対応付けられた第１燃料電池スタック１１から排出された冷媒を、第１冷却システム２００の還流路２２０から第２冷却システム３００の還流路３２０に連通還流路２４０を経て導くことができる。これにより、スタック冷却が非正常な第１冷却システム２００に対応付けられた第１燃料電池スタック１１ではスタック冷却が継続されるので、スタック冷却が非正常な第１冷却システム２００に対応付けられた第１燃料電池スタック１１において発電運転を控えたり発電を停止したりする必要がなくなる。この結果、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３のいずれかでスタック冷却が非正常となっても、スタック冷却が非正常な冷却システム、例えば第１冷却システム２００に対応付けられた第１燃料電池スタック１１以外の第２燃料電池スタック１２や第３燃料電池スタック１３に必要以上の発電運転の負荷が掛からないようにできるので、燃費の悪化を回避できる。
【００３４】
本実施形態の燃料電池システム１０は、スタック冷却が正常な第２冷却システム３００で第１燃料電池スタック１１の冷却用の冷媒循環を賄うに当たり、温度センサー２２１と温度センサー２２１の検出冷媒温度を用いて規定した冷媒循環の増量制御量で、第２冷却システム３００の圧送ポンプ３１３を、冷媒循環量が増大するように駆動制御する。よって、圧送ポンプ３１３への過大な駆動負荷を避けつつ、スタック冷却が非正常の第１冷却システム２００に対応した第１燃料電池スタック１１をも冷却しつつ、この第１燃料電池スタック１１の発電運転を継続できる。
【００３５】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００３６】
実施形態の燃料電池システム１０では、第１冷却システム２００でスタック冷却が非正常であると、導入路開閉弁２５０と還流路開閉弁２６０を開弁制御し、導入路開閉弁３５０と還流路開閉弁３６０を閉弁制御のままとしたが、これに限らない。つまり、第１冷却システム２００でスタック冷却が非正常である場合に、導入路開閉弁２５０と還流路開閉弁２６０に加え、導入路開閉弁３５０と還流路開閉弁３６０についても開弁制御してもよい。導入路開閉弁２５０と導入路開閉弁３５０が開弁すれば、第２冷却システム３００の導入路３１０に加え、第３冷却システム４００の導入路４１０からも、第１冷却システム２００の導入路２１０に、連通導入路２３０と連通導入路３３０を経由して冷媒を導入でき、還流路開閉弁２６０と還流路開閉弁３６０が開弁すれば、第２冷却システム３００の還流路３２０に加え、第３冷却システム４００の還流路４２０へも、第１冷却システム２００の還流路２２０から、連通還流路２４０と連通還流路３４０を経由して冷媒を導入できる。こうすれば、第２冷却システム３００と第３冷却システム４００の冷媒循環量を増加させる制御を行う際の増量程度を抑制できる。
【００３７】
実施形態の燃料電池システム１０では、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３の三つの冷却システムを有するが、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２の二つの冷却システム、或いは４以上の冷却システムを有する形態にも適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…燃料電池システム、１１…第１燃料電池スタック、１２…第２燃料電池スタック、１３…第３燃料電池スタック、２００…第１冷却システム、２１０…導入路、２１１…ラジエーター、２１２…ファン、２１３…圧送ポンプ、２１４…ポンプモーター、２２０…還流路、２２１…温度センサー、２２２…三方弁、２２３…バイパス路、２２４…イオン交換器、２３０…連通導入路、２４０…連通還流路、２５０…導入路開閉弁、２６０…還流路開閉弁、３００…第２冷却システム、３１０…導入路、３１１…ラジエーター、３１２…ファン、３１３…圧送ポンプ、３１４…ポンプモーター、３２０…還流路、３２１…温度センサー、３２２…三方弁、３２３…バイパス路、３２４…イオン交換器、３３０…連通導入路、３４０…連通還流路、３５０…導入路開閉弁、３６０…還流路開閉弁、４００…第３冷却システム、４１０…導入路、４１１…ラジエーター、４１２…ファン、４１３…圧送ポンプ、４１４…ポンプモーター、４２０…還流路、４２１…温度センサー、４２２…三方弁、４２３…バイパス路、４２４…イオン交換器、５００…制御部、５１０…監視部、５２０…第１制御部、５３０…第２制御部、６００…ガス給排機構、７００…電池出力制御部、８００…負荷
【図１】
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【図２】
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