(57)【要約】【課題】冷却系の冷却系の流量を直接的に検出することなく、冷却液の流量の推定を精度よく行う。【解決手段】制御部１０は、出口冷却液圧力Ｐcoに基づいて、冷却液の流量基準値を算出するとともに、入口冷却液温度Ｔccに基づいて、算出された冷却液の流量基準値を補正することにより、冷却液の流量を推定する。この場合、制御部１０は、算出された冷却液の流量基準値を補正する場合、入口冷却液温度Ｔccが低い程、推定される冷却液の流量が小さくなるように補正を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応極に供給される反応ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、
循環流路を介して前記燃料電池との間で冷却液を循環させることにより、前記燃料電池を冷却する冷却手段と、
前記循環流路における冷却液の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記冷却手段から流出して前記燃料電池へ流入する区間における冷却液の温度を入口冷却液温度として検出する第１の温度検出手段と、
前記圧力検出手段によって検出される冷却液の圧力と、前記第１の温度検出手段によって検出される入口冷却液温度とに基づいて、前記循環流路における冷却液の流量を推定する演算手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記演算手段は、前記圧力検出手段によって検出される冷却液の圧力に基づいて、前記冷却液の流量基準値を算出するとともに、前記温度検出手段によって検出される入口冷却液温度に基づいて、前記算出された冷却液の流量基準値を補正することにより、前記冷却液の流量を推定することを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
【請求項３】
前記演算手段は、前記算出された冷却液の流量基準値を補正する場合、前記入口冷却液温度が低い程、前記推定される冷却液の流量が小さくなるように補正を行うことを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
【請求項４】
反応極に供給される反応ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池と、
循環流路を介して前記燃料電池との間で冷却液を循環させることにより、前記燃料電池を冷却する冷却手段と、
前記循環流路における冷却液の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記冷却手段から流出して前記燃料電池へ流入する区間における冷却液の温度を入口冷却液温度として検出する第１の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段によって検出される入口冷却液温度に基づいて、前記燃料電池を冷却するための必要流量に対応する前記冷却液の圧力に関する判定閾値を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出される判定閾値と、前記圧力検出手段によって検出される冷却液圧力とを比較することにより、前記冷却液の流量が前記必要流量以上であるか否かを診断する診断手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
前記演算手段は、前記第１の温度検出手段によって検出される入口冷却液温度が第１の温度である場合には、当該入口冷却液温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度である場合と比較して、前記判定閾値を大きな値に設定することを特徴とする請求項４に記載された燃料電池システム。
【請求項６】
前記演算手段は、前記入口冷却液温度が低い程、値が大きくなるように前記判定閾値を算出することを特徴とする請求項４または５に記載された燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池から流出して前記冷却手段へ流入する区間における冷却液の温度を出口冷却液温度として検出する第２の温度検出手段をさらに有し、
前記演算手段は、前記第１の温度検出手段によって検出される入口冷却液温度と、前記第２の温度検出手段によって検出される出口冷却液温度との平均値に基づいて、演算処理を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項８】
前記反応ガスは、前記燃料電池において前記冷却液の流れ方向と対向する方向に流れており、
前記第１の温度検出手段は、前記燃料電池の出口側における前記反応ガスの温度を前記入口冷却液温度として検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項９】
前記反応ガスは、前記燃料電池において前記冷却液の流れ方向と対応する方向に流れており、
前記第２の温度検出手段は、前記燃料電池の出口側における前記反応ガスの温度を前記出口冷却液温度として検出することを特徴とする請求項７に記載された燃料電池システム。
【請求項１０】
前記循環流路に設けられており、前記冷却液を循環させる循環手段をさらに有し、
前記圧力検出手段は、前記循環手段における冷却液の出口側の圧力と入口側の圧力との差圧を検出することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【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】
従来より、反応極に供給される反応ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う燃料電池を備える電池システムが知られている。この燃料電池システムは、発電にともなう燃料電池の発熱を冷却するための冷却系を備えている。冷却系は、循環流路を介して冷却手段（例えば、ラジエータ）と燃料電池との間で冷却液を循環させる構成となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、循環流路における冷却液の圧力、具体的には、冷却液を循環させる循環ポンプの吐出圧力に基づいて冷却液の流量を推定する手法が開示されている。かかる手法によれば、流量計を用いずに、冷却液の流量を推定することができる。この推定された冷却液の流量は、例えば、循環ポンプの回転数を制御するために用いられる。
【特許文献１】特開２００２−１８４４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たしかに、循環流路における冷却液の圧力から冷却液の流量を推定することができるものの、より精度よく流量を推定することができれば、さらに好ましい。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却系の冷却系の流量を直接的に検出することなく、冷却液の流量の推定を精度よく行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明は、循環流路における冷却液の圧力と、冷却手段から流出して燃料電池へ流入する区間における冷却液の温度である入口冷却液温度とに基づいて、循環流路における冷却液の流量を推定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷却液の粘度が温度よって変化するため、温度に応じて循環流路における圧力損失が変化する。そのため、冷却液の圧力のみならず、冷却液の温度を考慮することにより、精度よく冷却液の流量を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
【０００９】
燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を介して燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電池構造体を、セパレータを介して複数積層することにより構成される燃料電池スタック（燃料電池）１を備える。この燃料電池スタック１は、燃料極（反応極）に燃料ガス（反応ガス）が供給されるとともに酸化剤極（反応極）に酸化剤ガス（反応ガス）が供給されることにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を用いるケースについて説明する。
【００１０】
燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系と、燃料電池スタック１を冷却するための冷却系とが備えられている。
【００１１】
水素系において、燃料ガスである水素は、燃料ガス供給手段から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、水素は、例えば、高圧水素ボンベといった燃料タンク２に貯蔵されており、この燃料タンク２から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。
【００１２】
水素供給流路Ｌ１には、燃料タンク２の下流にタンク元バルブ（図示せず）が設けられているとともに、タンク元バルブの下流に減圧バルブ（図示せず）が設けられている。燃料タンク２内の水素は、タンク元バルブが開状態とされることにより、水素供給流路Ｌ１へと供給され、減圧バルブによって所定の圧力まで機械的に減圧される。また、水素供給流路Ｌ１には、減圧バルブの下流側に水素調圧バルブ３が設けられている。この水素調圧バルブ３の開度は、燃料電池スタック１の燃料極における水素圧力が所望の圧力となるように、後述する制御部１０によって制御される。
【００１３】
燃料電池スタック１における個々の燃料極からの排出ガスは、燃料極排出流路Ｌ２に排出される。なお、本実施形態では、燃料電池スタック１における水素の流れは、燃料電池スタック１における空気の流れと平行かつその向きが対向するように設定されている。
【００１４】
空気系において、酸化剤ガスである空気は、空気供給手段から空気供給流路Ｌ３を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、空気供給流路Ｌ３には、コンプレッサ４が設けられている。コンプレッサ４は、大気（空気）を取り込むとともに、これを加圧して吐出する。加圧された空気は、空気供給流路Ｌ３を介して燃料電池スタック１に供給される。
【００１５】
燃料電池スタック１における個々の酸化剤極からの排出ガス（酸素が消費された空気）は、酸化剤極排出流路Ｌ４を介して外部に排出される。酸化剤極排出流路Ｌ４には、空気調圧バルブ５が設けられている。この空気調圧バルブ５の開度は、燃料電池スタック１の酸化剤極における空気の圧力が所望の圧力となるように、制御部１０によって制御される。
【００１６】
冷却系は、ラジエータ（冷却手段）６と、このラジエータ６と燃料電池スタック１との間で冷却液が循環する閉ループ状の循環流路Ｌ５とを有している。ラジエータ６には、ラジエータ６を送風するファン７が設けられている。循環流路Ｌ５には、冷却液を循環させる循環ポンプ（以下「冷却液循環ポンプ」という）８が設けられている。冷却液循環ポンプ８を動作させることにより、循環流路Ｌ５内の冷却液が循環する。燃料電池スタック１の冷却によって温度が上昇した冷却液は、循環流路Ｌ５を経由して、ラジエータ６に流れ、ラジエータ６によって冷却される。冷却された冷却液は、燃料電池スタック１に供給される。
【００１７】
また、本実施形態において、燃料電池スタック１における冷却液の流れは、反応ガスの流れと平行となっている。さらに、燃料電池スタック１における冷却液の流れは、空気の流れと同じ方向となっており、また、水素の流れと反対方向となっている。冷却液としては、不凍液であるエチレングリコール水溶液やプロピレングリコール水溶液などを用いることができる。
【００１８】
燃料電池スタック１には、燃料電池スタック１から取り出す出力（例えば、電流）を制御する出力取出装置（図示せず）が接続されている。燃料電池スタック１において発電された電力は、出力取出装置を介して車両駆動用の電動モータといった負荷や、燃料電池システムを動作させるために必要な補機に供給される。
【００１９】
制御部１０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、システムの運転状態を制御する。制御部１０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部１０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御信号として各種のアクチュエータ（図示せず）に出力する。これにより、各種のバルブの状態、コンプレッサ４の回転数、および、冷却液循環ポンプ８の回転数などが制御される。
【００２０】
制御部１０には、システムの状態を検出するために、各種センサ等からのセンサ信号が入力されている。入口冷却液温度センサ（第１の温度検出手段）１１は、ラジエータ６から流出して燃料電池スタック１へ流入する区間（循環流路Ｌ５）における冷却液の温度（以下「入口冷却液温度」という）を検出する。本実施形態において、入口冷却液温度センサ１１は、循環流路Ｌ５において、燃料電池スタック１における冷却液の入口側に設けられている。出口冷却液圧力センサ（圧力検出手段）１２は、冷却液循環ポンプ８の吐出側に設けられており、循環流路Ｌ５を流れる冷却液の圧力（以下「出口冷却液圧力」という）を検出する。また、水素温度センサ１３は、燃料電池スタック１の燃料極側から排出される排出ガスの温度を検出するセンサである。
【００２１】
本実施形態との関係において、制御部１０は、入口冷却液温度センサ１１によって検出される入口冷却液温度に基づいて、燃料電池スタック１を冷却するための必要流量に対応する冷却液の圧力に関する判定閾値を算出する（演算手段）。また、制御部１０は、算出される判定閾値と、出口冷却液圧力センサ１２によって検出される出口冷却液圧力とを比較することにより、冷却液の流量が必要流量以上であるか否かを診断する（診断手段）。ここで、制御部１０は、入口冷却液温度が低い程、判定閾値が大きくなるように、その値を算出する。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法、具体的には、冷却液の流量制御の手順を示すフローチャートである。同図に示す処理は、所定周期で呼び出され、制御部１０によって実行される。
【００２３】
ます、ステップ１（Ｓ１）において、入口冷却液温度センサ１１から入口冷却液温度Ｔccが読み込まれる。
【００２４】
ステップ２（Ｓ２）において、判定閾値Ｐｄthが設定される。ここで、図３は、判定閾値Ｐｄthと入口冷却液温度Ｔccとの対応関係を示す説明図である。この判定閾値Ｐｄthは、後述する出口冷却液圧力Ｐcoと比較対象となる判定閾値であり、本実施形態では、入口冷却液温度Ｔccに基づいて一義的に決定される。判定閾値Ｐｄthは、ある入口冷却液温度Ｔccの冷却液が燃料電池スタック１を冷却するための必要流量（最低流量）を基準として、この最低流量に対応する循環流路Ｌ５における冷却液の圧力（圧力下限値）を示している。
【００２５】
図４は、循環流路Ｌ５の一巡に対応する圧力損失Ｐｄと、冷却液の流量Ｑとの対応関係を示す説明図である。同図において、線分Ｐdhは、冷却液の温度が高温時（例えば、第１の温度Ｔ１）における圧力損失Ｐｄと冷却液の流量Ｑとの関係を示し、線分Ｐdlは、冷却液の温度が低温時（例えば、第１の温度よりも低い第２の温度Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２））における圧力損失Ｐｄと冷却液の流量Ｑとの関係を示す。
【００２６】
一般に、冷却液の流量は、循環流路Ｌ５の圧力損失に依存するパラメータであるため、出口冷却液圧力をモニタリングすることにより、冷却液の流量を推定することができる。ただし、冷却液は、低温になる程と粘度が高くなるため、冷却液が低温になる程、循環流路Ｌ５の一巡に対応する圧力損失Ｐｄも大きくなる。このため、同一の圧力であっても、冷却液の温度が低い程、冷却液の流量が小さくなる傾向となる。それ故に、線分Ｐdhは、線分Ｐdlよりも傾きが小さくなる。
【００２７】
図４に示すように、冷却液の温度が第１の温度Ｔ１である場合、冷却液の必要最低流量Ｑhminを確保するための冷却液の圧力は、Ｐｄh1となる。すなわち、出口冷却液圧力センサ１２によって検出される出口冷却液圧力が圧力Ｐｄh1以上であれば、循環流路Ｌ５の圧力損失を考慮しても、必要最低流量Ｑhmin以上の流量が確保されることとなる。したがって、第１の温度Ｔ１のケースでは、判定閾値として圧力Ｐｄh1を設定することができるが、外乱等の要因を考慮して、圧力Ｐｄh2を加味した値を判定閾値Ｐｄhthとする。
【００２８】
また、図４に示すように、冷却液の温度が第２の温度Ｔ２である場合、冷却液の必要最低流量Ｑlminを確保するための冷却液の圧力は、Ｐｄl1となる。すなわち、出口冷却液圧力センサ１２によって検出される出口冷却液圧力が圧力Ｐｄl1以上であれば、循環流路Ｌ５の圧力損失を考慮しても、必要最低流量Ｑlmin以上の流量が確保されることとなる。したがって、第２の温度Ｔ２のケースでは、判定閾値として圧力Ｐｄl1を設定することができるが、外乱等の要因を考慮して、圧力Ｐｄl2を加味した値を判定閾値Ｐｄlthとする。
【００２９】
このような観点から、種々の入口冷却液温度Ｔccに対応する判定閾値Ｐｄthを、冷却液の粘性に起因する循環流路Ｌ５の圧力損失等から決定することにより、図３に示すような対応関係を取得することができる。本実施形態では、図３の実線に示すように、判定閾値Ｐｄthは、入口冷却液温度Ｔccが低下する程、値が大きくなるような傾向に設定されている。制御部１０は、判定閾値Ｐｄthと入口冷却液温度Ｔccとの対応関係をマップまたは演算式として保持しており、入口冷却液温度Ｔccに基づいて判定閾値Ｐｄthを決定する。
【００３０】
ステップ３（Ｓ３）において、制御部１０は、出口冷却液圧力センサ１２から出口冷却液圧力Ｐcoを読み込む。
【００３１】
ステップ４（Ｓ４）において、制御部１０は、出口冷却液圧力Ｐcoが判定閾値Ｐｄth以上であるか否かを判断する。このステップ４において肯定判定された場合、すなわち、出口冷却液圧力Ｐcoが判定閾値Ｐｄth以上である場合には（Ｐco≧Ｐｄth）、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ４において否定判定された場合、すなわち、出口冷却液圧力Ｐcoが判定閾値Ｐｄthよりも小さい場合には（Ｐco＜Ｐｄth）、ステップ５（Ｓ５）に進む。
【００３２】
ステップ５において、制御部１０は、冷却液の流量を増加させる流量増加制御を行う。具体的には、制御部１０は、冷却液循環ポンプ８の回転数を現在のそれよりも大きな値に設定する。また、冷却液循環ポンプ８の回転数を大きく設定しても、冷却液の流量が不足するような場合には、燃料電池スタック１の出力を制限したり、冷却系の異常として、燃料電池スタック１の運転を停止したりしてもよい。
【００３３】
このように本実施形態によれば、入口冷却液温度Ｔccに基づいて、燃料電池を冷却するための必要流量に対応する冷却液の圧力に関する判定閾値Ｐｄthが算出される。そして、算出された判定閾値Ｐｄthと、出口冷却液圧力Ｐcoとが比較され、これにより、冷却液の流量が必要最低流量以上であるか否かが診断される。
【００３４】
冷却液は、低温になる程粘度が高くなり、循環流路Ｌ５における冷却液の圧力損失が高くなる。そのため、同じ冷却液の圧力であっても低温時の方が冷却液の流量が低下する傾向にある。本実施形態によれば、入口冷却液温度Ｔccを考慮することにより、流量診断の精度の向上を図ることができる。これにより、燃料電池スタック１の冷却液の流量が不足するといった事態の発生を抑制することができる。その結果、冷却不良による燃料電池スタック１の熱破損を有効に抑制することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、入口冷却液温度Ｔcc、すなわち、ラジエータ６から流出して燃料電池スタック１へ流入する区間における低温側の冷却液の温度を用いて処理が行われる。これにより、循環流路Ｌ５の圧力損失が高めに想定されるので、実際に流れている冷却液の流量よりも少ない方向で流量が見積もられる。これにより、安全側で診断を行うことができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、判定閾値Ｐｄthと入口冷却液温度Ｔccとの対応関係は線形的に設定されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図３の破線で示すように、低温側では、高めの判定閾値Ｐｄthを採用し、高温側では低めの判定閾値Ｐｄthを採用するといったように、判定閾値Ｐｄthと入口冷却液温度Ｔccとの対応関係をステップ的に設定しもよい。換言すれば、制御部１０は、入口冷却液温度Ｔccが第１の温度である場合には、入口冷却液温度Ｔccが第１の温度よりも高い第２の温度である場合と比較して、判定閾値Ｐｄthを大きな値に設定することとなる。
【００３７】
上述した実施形態では、冷却液の流量制御において、冷却液の圧力をベースに、冷却液の流量が必要最低流量以上となっているか否かを判定している。ただし、同一圧力であっても、冷却液の温度に応じて、冷却液の流量が変動するという点に鑑みれば、制御部１０は、冷却液の温度に応じて冷却液の流量を推定する演算手段としての機能を有している。
【００３８】
図５は、出口冷却液圧力Ｐcoおよび入口冷却液温度Ｔccに対応する冷却液の流量Ｑｃの関係を示す説明図である。冷却液の流量は、冷却液の圧力が小さい程小さくなる傾向にある。また、同図に示すように、ある圧力状態において、冷却液の流量は、冷却液の温度が低くなる程小さくなる傾向にある。
【００３９】
すなわち、制御部１０は、出口冷却液圧力センサ１２によって検出される出口冷却液圧力Ｐcoと、入口冷却液温度センサ１１によって検出される入口冷却液温度Ｔccとに基づいて、循環流路Ｌ５における冷却液の流量を推定することができる。具体的には、制御部１０は、出口冷却液圧力Ｐcoに基づいて、冷却液の流量基準値（例えば、図５に示す実線）を算出するとともに、入口冷却液温度Ｔccに基づいて、算出された冷却液の流量基準値を補正することにより、冷却液の流量を推定する。この場合、制御部１０は、算出された冷却液の流量基準値を補正する場合、入口冷却液温度Ｔccが低い程、推定される冷却液の流量が小さくなるように補正を行う。
【００４０】
このように、同じ冷却液の圧力であっても低温時の方が冷却液の流量が低下する傾向にある。本実施形態によれば、入口冷却液温度Ｔccを考慮することにより、流量推定の精度の向上を図ることができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、入口冷却液温度を、冷却液の温度を直接的に検出する入口冷却液温度センサ１１によって検出している。しかしながら、燃料電池スタックにおいて、冷却液の流れ方向と、反応ガス（本実施形態では、水素）の流れとが対向している場合には、燃料電池スタック１における反応ガスの出口側の温度から、入口冷却液温度を間接的に検出してもよい。すなわち、本実施形態では、水素温度センサ１３によって検出される排出ガスの温度を、入口冷却液温度として用いることもできる。
【００４２】
入口冷却液温度センサ１１の場合、冷却液の循環流量が極めて少なくなったり、あるいは停止した場合には、冷却液がセンサ部まで到達せず、冷却液の温度を検出するのが困難となる場合がある。しかしながら、本実施形態によれば、温度的に対応する箇所を検出することにより間接的に冷却液の温度を検出することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、出口冷却液温度をさらに検出することにある。なお、第１の実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略するととし、以下、相違点を中心として説明を行う。
【００４４】
出口冷却液温度センサ１４は、出口冷却液温度、すなわち、燃料電池スタック１から流出してラジエータ６へ流入する区間（循環流路Ｌ５）における冷却液の温度を検出する。本実施形態において、出口冷却液温度センサ１４は、循環流路Ｌ５において、燃料電池スタック１に対する冷却液の出口側に設けられている。出口冷却液温度センサ１４によって検出される出口冷却液温度は、制御部１０に入力される。
【００４５】
図７は、本発明の第２の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法、具体的には、冷却液の流量制御の手順を示すフローチャートである。同図に示す処理は、所定周期で呼び出され、制御部１０によって実行される。本実施形態では、上述した第１の実施形態に示すステップ２の処理に代えて、ステップ６（Ｓ６）からステップ８（Ｓ８）までの処理が実行される。
【００４６】
具体的には、ステップ１に続くステップ６において、制御部１０は、出口冷却液温度センサ１４から出口冷却液温度Ｔchを読み込む。
【００４７】
ステップ７（Ｓ７）において、制御部１０は、入口冷却液温度Ｔccと出口冷却液温度Ｔcdとの平均値である平均温度Ｔcaを算出する。
【００４８】
ステップ８において、判定閾値Ｐｄthが設定される。ここで、図８は、判定閾値Ｐｄthと平均温度Ｔcaとの対応関係を示す説明図である。この判定閾値Ｐｄthは、冷却液圧力Ｐcoと比較対象となる判定閾値であり、本実施形態では、平均温度Ｔcaに基づいて一義的に決定される。判定閾値Ｐｄthは、ある平均温度Ｔacにおいて燃料電池スタック１を冷却するために必要な冷却液の最低流量を基準として、この最低流量に対応する循環流路Ｌ５における冷却液の圧力（圧力下限値）を示している。
【００４９】
同図に示す対応関係は、種々の平均温度Ｔcaに対応する判定閾値Ｐｄthを、冷却液の粘性に起因する循環流路Ｌ５の圧力損失から決定することにより、取得することができる。同図に示す例において、判定閾値Ｐｄthは、平均温度Ｔcaが低下する程、大きくなるような傾向に設定されている。制御部１０は、判定閾値Ｐｄthと平均温度Ｔcaとの対応関係をマップまたは演算式として保持しており、平均温度Ｔcaに基づいて判定閾値Ｐｄthを決定する。
【００５０】
このように本実施形態によれば、入口冷却液温度センサ１１によって検出される入口冷却液温度Ｔccと、出口冷却液温度センサ１４によって検出される出口冷却液温度Ｔchとの平均値（平均温度）Ｔcaに基づいて、演算処理（診断処理）を行う。
【００５１】
かかる構成によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、温度が高い箇所である出口冷却液温度Ｔchと、温度が低い箇所である入口冷却液温度Ｔcaとの平均温度を求めることにより、循環流路Ｌ５の平均的な圧力損失を考慮して診断に用いる判定閾値Ｐｄthを設定することができる。したがって、流量診断の精度向上を図ることができる。これにより、燃料電池スタック１の冷却液の流量不足を抑制することができ、冷却不良による燃料電池スタック１の劣化を抑制することができる。
【００５２】
また、平均温度Ｔcaを用いる手法であっても、第１の実施形態に示したように、出口冷却液圧力Ｐcoと平均温度Ｔcaとに基づいて循環流路Ｌ５における冷却液の流量を推定することも可能である。なお、推定手法については、入口冷却液温度Ｔccを平均温度Ｔcaに代える点以外については同様である。
【００５３】
また、本実施形態では、出口冷却液温度Ｔchを、循環流路Ｌ５における冷却液の温度を直接的に検出する出口冷却液温度センサ１４によって検出している。しかしながら、燃料電池スタックにおいて、冷却液の流れ方向と、反応ガス（本実施形態では、空気）の流れとが対応している場合には、空気温度センサ１５により、燃料電池スタック１における反応ガスの出口側の温度から、出口冷却液温度Ｔchを間接的に検出してもよい。すなわち、本実施形態では、空気温度センサ１５によって検出される排出ガスの温度を、入口冷却液温度Ｔchとして用いることもできる。
【００５４】
出口冷却液温度センサ１４の場合、冷却液の循環流量が極めて少なくなったり、あるいは停止した場合には、冷却液がセンサ部まで到達せず、冷却液の温度を検出するのが困難となる場合がある。しかしながら、本実施形態によれば、温度的に対応する箇所を検出することにより間接的に冷却液の温度を検出することができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システムが、第２の実施形態のそれと相違する点は、入口冷却液圧力をさらに検出することにある。なお、第２の実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略するととし、以下、相違点を中心として説明を行う。
【００５６】
入口冷却液圧力センサ（圧力検出手段）１６は、入口冷却液圧力、すなわち、冷却液循環ポンプ８の吸入側に設けられており、循環流路Ｌ５を流れる冷却液の圧力を検出する。入口冷却液圧力センサ１６によって検出される入口冷却液圧力は、制御部１０に入力される。
【００５７】
図１０は、本発明の第３の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法、具体的には、冷却液の流量制御の手順を示すフローチャートである。同図に示す処理は、所定周期で呼び出され、制御部１０によって実行される。本実施形態では、上述した第２の実施形態に示す処理に加え、ステップ３とステップ４との間に、ステップ９（Ｓ９）とステップ１０（Ｓ１０）の処理が実行される。
【００５８】
具体的には、ステップ３に続くステップ９において、制御部１０は、入口冷却液圧力センサ１６から入口冷却液圧力Ｐciを読み込む。
【００５９】
ステップ１０において、制御部１０は、出口冷却液圧力Ｐcoから入口冷却液圧力Ｐciを減算することにより、圧力差Ｐcdを読み込む。そして、ステップ１０に続くステップ４において、制御部１０は、圧力差Ｐcdが判定閾値Ｐｄth以上であるか否かが判断される。
【００６０】
このように本実施形態において、圧力検出手段は、出口冷却液圧力Ｐcoと入口冷却液圧力Ｐciとの差圧を検出する。
【００６１】
かかる構成によれば、第２の実施形態と同様の効果を奏するとともに、冷却系のなかで冷却液循環ポンプ８における入出口の圧力差は、冷却液の流量に対する感度が大きい。そのため、診断精度が向上する。また、入出口の圧力差を検出することにより、冷却液の圧力変動を冷却液循環ポンプ８の入出口で相殺することができるので、誤診断を抑制することができる。さらに、加圧キャップを用いた場合にも、冷却液循環ポンプ８の入出口の圧力差と、冷却液の流量の関係は加圧系には依存しない。そのため、診断精度の信頼性の向上を図ることができる。
【００６２】
なお、本実施形態は、第２の実施形態とベースとして説明を行ったが、第１の実施形態に適用することも可能である。また、圧力差Ｐcdを用いる手法であっても、第１の実施形態に示したように、入口冷却液温度Ｔcc（または平均温度Ｔca）と、圧力差cdに基づいて循環流路Ｌ５における冷却液の流量を推定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】第１の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を示すフローチャート
【図３】判定閾値Ｐｄthと入口冷却液温度Ｔccとの対応関係を示す説明図
【図４】循環流路Ｌ５の一巡に対応する圧力損失Ｐｄと冷却液の流量Ｑとの対応関係を示す説明図
【図５】出口冷却液圧力Ｐcoおよび入口冷却液温度Ｔccに対応する冷却液の流量Ｑｃの関係を示す説明図
【図６】第２の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図７】第２の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を示すフローチャート
【図８】判定閾値Ｐｄthと平均温度Ｔcaとの対応関係を示す説明図
【図９】第３の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図１０】第３の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６４】
１    燃料電池スタック
２    燃料タンク
３    水素調圧バルブ
４    コンプレッサ
５    空気調圧バルブ
６    ラジエータ
７    ファン
８    冷却液循環ポンプ
９    ステップ
１０    ステップ
１０    制御部
１１    入口冷却液温度センサ
１２    出口冷却液圧力センサ
１３    水素温度センサ
１４    出口冷却液温度センサ
１５    空気温度センサ
１６    入口冷却液圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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