(57)【要約】【課題】燃料電池の電解質膜の劣化を抑止する。【解決手段】燃料電池２の温度および燃料電池２の含水量を用いて燃料電池の目標昇温速度を算出する昇温速度算出部７１と、昇温速度算出部７１によって算出された目標昇温速度および燃料電池の昇温速度を用いて冷却水ポンプ５４の駆動を制御する駆動制御部７２と、を有し、駆動制御部７２は、燃料電池２の昇温速度が目標昇温速度未満である場合には、冷却水の循環量が減少するように冷却水ポンプ５４の駆動を制御し、燃料電池２の昇温速度が目標昇温速度以上である場合には、冷却水の循環量が増加するように冷却水ポンプ５４の駆動を制御する。【選択図】図１
2010277704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池に冷却水を循環供給するための冷却水循環流路と、
前記冷却水循環流路に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
低温起動中に、前記燃料電池の昇温速度に応じて前記冷却水ポンプの駆動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記燃料電池の温度および前記燃料電池の含水量を用いて前記燃料電池の目標昇温速度を算出する目標昇温速度算出手段と、
前記目標昇温速度算出手段によって算出された前記目標昇温速度および前記燃料電池の昇温速度を用いて前記冷却水ポンプの駆動を制御する駆動制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記駆動制御手段は、
前記燃料電池の昇温速度が前記目標昇温速度未満である場合に、冷却水の循環量が減少するように前記冷却水ポンプの駆動を制御し、
前記燃料電池の昇温速度が前記目標昇温速度以上である場合に、冷却水の循環量が増加するように前記冷却水ポンプの駆動を制御する
ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記燃料電池の温度および前記燃料電池の含水量を用いて前記燃料電池の目標昇温速度を算出する目標昇温速度算出手段と、
前記目標昇温速度算出手段によって算出された前記目標昇温速度を用いて算出される冷却水の循環量に応じて前記冷却水ポンプの駆動を制御する駆動制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記目標昇温速度を用いて冷却水の目標循環量を算出する目標循環量算出手段を、さらに備え、
前記駆動制御手段は、前記目標循環量に応じて前記冷却水ポンプの駆動量を制御することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記駆動制御手段は、前記目標昇温速度から前記昇温速度を減算した値が所定の第１閾値以上になった場合に、前記冷却水ポンプを停止させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記駆動制御手段は、前記目標昇温速度から前記昇温速度を減算した値が、前記第１閾値以下の値である第２閾値以下になった場合に、前記冷却水ポンプを駆動させることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記冷却水循環流路に設けられ、冷却水の温度を測定する温度センサを、さらに有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の起動中に前記温度センサによって検出された温度が所定の低温閾値以下である場合に、前記低温起動中であると判定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【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】
燃料電池は、酸化ガスと燃料ガスを電気化学反応させることで電力を発生させているが、この電気化学反応により水も生成される。水は氷点下以下で凍結するため、燃料電池内の温度が氷点下以下になると、生成水が凍結してしまう。したがって、寒冷地等で燃料電池を起動させるときには、燃料電池が暖まるまでの間、燃料電池内で生成水が凍結するのを防止する必要がある。
【０００３】
下記特許文献１には、燃料電池を低温下で起動させる際に、燃料電池の内部温度が０℃以下である場合には、冷却水ポンプを停止させることで、燃料電池の昇温速度を向上させ、生成水が凍結するのを防止するための技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３６８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、冷却水ポンプを停止させると、冷却水の循環が停止するため、燃料電池内における発熱部位からの熱の伝達性が低下し、発電集中部位が形成され易くなる。発電集中部位が形成されると、燃料電池の電解質膜が劣化してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、燃料電池の電解質膜の劣化を抑止することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池に冷却水を循環供給するための冷却水循環流路と、前記冷却水循環流路に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、低温起動中に、前記燃料電池の昇温速度に応じて前記冷却水ポンプの駆動を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、低温起動中に、燃料電池の昇温速度に応じて冷却水ポンプの駆動を制御することができるため、例えば、氷点下以下の低温時に起動する場合であっても、燃料電池の昇温速度が大きいときには冷却水の循環量を増加させることができる。したがって、冷却水の循環量が不足して発電集中部位が形成されてしまう事態を回避させることが可能となる。
【０００９】
上記燃料電池システムにおいて、上記制御手段は、前記燃料電池の温度および前記燃料電池の含水量を用いて前記燃料電池の目標昇温速度を算出する目標昇温速度算出手段と、前記目標昇温速度算出手段によって算出された前記目標昇温速度および前記燃料電池の昇温速度を用いて前記冷却水ポンプの駆動を制御する駆動制御手段と、を有することとしてもよい。
【００１０】
これにより、燃料電池の温度や含水量に応じて目標昇温速度を算出することができ、この目標昇温速度に応じて冷却水ポンプの駆動を制御することができる。したがって、燃料電池に含まれる電解質膜の劣化を防止するために要する冷却水の循環量を適正に制御することが可能となる。
【００１１】
上記燃料電池システムにおいて、上記駆動制御手段は、前記燃料電池の昇温速度が前記目標昇温速度未満である場合には、冷却水の循環量が減少するように前記冷却水ポンプの駆動を制御し、前記燃料電池の昇温速度が前記目標昇温速度以上である場合には、冷却水の循環量が増加するように前記冷却水ポンプの駆動を制御することとしてもよい。
【００１２】
これにより、冷却水の循環量を簡易に制御することが可能となる。
【００１３】
上記燃料電池システムにおいて、上記制御手段は、前記燃料電池の温度および前記燃料電池の含水量を用いて前記燃料電池の目標昇温速度を算出する目標昇温速度算出手段と、前記目標昇温速度算出手段によって算出された前記目標昇温速度を用いて算出される冷却水の循環量に応じて前記冷却水ポンプの駆動を制御する駆動制御手段と、を有することとしてもよい。
【００１４】
これにより、燃料電池の温度や含水量に応じて目標昇温速度を算出することができ、この目標昇温速度に応じて冷却水ポンプの駆動を制御することができる。したがって、燃料電池に含まれる電解質膜の劣化を防止するために要する冷却水の循環量を適正に制御することが可能となる。
【００１５】
上記燃料電池システムにおいて、上記目標昇温速度を用いて冷却水の目標循環量を算出する目標循環量算出手段を、さらに備え、前記駆動制御手段は、前記目標循環量に応じて前記冷却水ポンプの駆動量を制御することとしてもよい。
【００１６】
これにより、冷却水の循環量をより的確に制御することが可能となる。
【００１７】
上記燃料電池システムにおいて、上記駆動制御手段は、前記目標昇温速度から前記昇温速度を減算した値が所定の第１閾値以上になった場合に、前記冷却水ポンプを停止させることとしてもよい。
【００１８】
これにより、目標昇温速度と昇温速度との差が第１閾値以上に開いた場合には、冷却水ポンプを停止させることができるため、燃料電池を迅速に昇温させることが可能となる。
【００１９】
上記燃料電池システムにおいて、上記駆動制御手段は、前記目標昇温速度から前記昇温速度を減算した値が、前記第１閾値以下の値である第２閾値以下になった場合に、前記冷却水ポンプを駆動させることとしてもよい。
【００２０】
これにより、目標昇温速度と昇温速度との差が第２閾値以下に縮まった場合には、冷却水ポンプを再度駆動させることができるため、温度が上昇してきた燃料電池内を冷却して、発電集中部位が形成されることを抑止することが可能となる。
【００２１】
上記燃料電池システムにおいて、上記冷却水循環流路に設けられ、冷却水の温度を測定する温度センサを、さらに有し、前記制御手段は、前記燃料電池の起動中に前記温度センサによって検出された温度が所定の低温閾値以下である場合に、前記低温起動中であると判定することとしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池の電解質膜の劣化を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態における燃料電池システムを模式的に示す構成図である。
【図２】冷却水ポンプの駆動制御処理（その１）の流れを説明するためのフローチャートである。
【図３】冷却水ポンプの駆動制御処理（その２）の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】変形例における制御部の機能構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について説明する。各実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして用いた場合について説明する。なお、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）にも適用することができ、さらに、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムにも適用することができる。
【００２５】
まず、図１を参照して、実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。図１は、実施形態における燃料電池システムを模式的に示した構成図である。
【００２６】
同図に示すように、燃料電池システム１は、反応ガスである酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素を燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷却水を循環供給する冷却系５と、システムの電力を充放電する電力系６と、システム全体を統括制御する制御部７（制御手段）とを有する。
【００２７】
燃料電池２は、例えば、高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルを積層してなるスタック構造（セル積層体）を有する。単セルは、イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にカソード極（空気極）を有し、他方の面にアノード極（燃料極）を有し、さらにカソード極およびアノード極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。燃料電池２には、燃料電池の出力電圧を検出する電圧センサＶと、燃料電池２の出力電流を検出する電流センサＡとが設けられている。
【００２８】
酸化ガス配管系３は、フィルタを介して取り込まれる空気を圧縮し、圧縮した空気を酸化ガスとして送出するコンプレッサ３１と、酸化ガスを燃料電池２に供給するための酸化ガス供給流路３２と、燃料電池２から排出された酸化オフガスを排出するための酸化オフガス排出流路３３とを有する。酸化オフガス排出流路３３には、燃料電池２内の酸化ガスの圧力を調整する背圧弁３４が設けられている。
【００２９】
燃料ガス配管系４は、高圧の燃料ガスを貯留した燃料供給源としての燃料タンク４０と、燃料タンク４０の燃料ガスを燃料電池２に供給するための燃料ガス供給流路４１と、燃料電池２から排出された燃料オフガスを燃料ガス供給流路４１に戻すための燃料循環流路４２とを有する。燃料ガス供給流路４１には、燃料ガスの圧力を予め設定した二次圧に調圧する調圧弁４３が設けられている。燃料循環流路４２には、燃料循環流路４２内の燃料オフガスを加圧して燃料ガス供給流路４１側へ送り出す燃料ポンプ４４が設けられている。
【００３０】
冷却系５は、冷却水を冷却するラジエータ５１およびラジエータファン５２と、燃料電池２およびラジエータ５１に冷却水を循環供給するための冷却水循環流路５３と、冷却水循環流路５３に冷却水を循環させる冷却水ポンプ５４とを有する。冷却水循環流路５３のうち、燃料電池２の出口側には燃料電池２から排出される冷却水の温度を検出する温度センサＴ１が設けられており、燃料電池２の入口側には燃料電池２に流入する冷却水の温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。
【００３１】
電力系６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１と、二次電池であるバッテリ６２と、トラクションインバータ６３と、トラクションモータ６４と、図示しない各種の補機インバータとを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２またはトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。
【００３２】
バッテリ６２は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム１が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。補機インバータは、各モータの駆動を制御する電動機制御部であり、直流電流を三相交流に変換して各モータに供給する。
【００３３】
制御部７は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材（例えば、アクセル）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ６４等の電力消費装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータ６４の他に、例えば、燃料電池２を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ３１や燃料ポンプ４４、冷却水ポンプ５４、ラジエータファン５２のモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等が含まれる。
【００３４】
制御部７は、物理的には、例えば、ＣＰＵと、メモリ７０と、入出力インターフェースとを有する。メモリ７０には、例えば、ＣＰＵで処理される制御プログラムや制御データを記憶するＲＯＭや、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭが含まれる。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、温度センサＴ１、Ｔ２等の各種センサが接続されているとともに、冷却水ポンプ５４等を駆動させるための各種ドライバが接続されている。
【００３５】
ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して各種センサでの検出結果を受信し、ＲＡＭ内の各種データ等を用いて処理することで、後述する冷却水ポンプ制御処理等を実行する。また、ＣＰＵは、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム１全体を制御する。
【００３６】
制御部７は、機能的には、昇温速度算出部７１（目標昇温速度算出手段）と、駆動制御部７２（駆動制御手段）と、を有する。制御部７のメモリ７０には、昇温速度算出部７１および駆動制御部７２によって参照される各種マップが格納されている。
【００３７】
昇温速度算出部７１は、燃料電池２の昇温速度および目標昇温速度を算出する。昇温速度は、例えば、燃料電池２の温度を用いて算出することができる。具体的には、温度センサＴ１の値を所定間隔ごとに取得し、その変化の度合いを算出することで得られる。
【００３８】
目標昇温速度は、例えば、燃料電池の含水量および燃料電池の温度を用いて算出することができる。具体的には、例えば、燃料電池の含水量と目標昇圧速度とを、燃料電池の温度ごとに対応付けて記憶するマップを参照して目標昇温速度を算出することができる。
【００３９】
マップに記憶する目標昇温速度は、燃料電池の含水量が少なくなるほど、小さくなり、燃料電池の含水量が多くなるほど、大きくなるように設定し、燃料電池の温度が高くなるほど、小さくなり、燃料電池の温度が低くなるほど、大きくなるように設定する。これは、燃料電池の含水量が少なく、燃料電池の温度が高いときには、生成水が凍結する可能性が低いため、目標昇温速度を小さくして運転効率を向上させることによるものである。一方、燃料電池の含水量が多く、燃料電池の温度が低いときには、生成水が凍結する可能性が高いため、目標昇温速度を大きくして迅速に昇温させることによるものである。
【００４０】
目標昇温速度を算出する際に用いる燃料電池の温度としては、例えば、温度センサＴ１の値を用いることができる。目標昇温速度を算出する際に用いる燃料電池の含水量は、例えば、燃料電池２の出力電流の積算値を用いて算出することができる。具体的には、以下の式１を用いて算出することができる。
【数１】
2010277704.tif 000003
【００４１】
上記式１のｈは燃料電池の含水量であり、ｈ0は含水量の初期値であり、ＩFCは燃料電池の出力電流であり、ａは換算係数である。
【００４２】
上記式１の初期値ｈ0は、燃料電池２の始動時には、前回燃料電池２を終了させたときに測定された燃料電池２のインピーダンスを用いて算出することができる。一方、燃料電池の間欠運転後の通常運転再開時には、前回の通常運転中に算出された燃料電池２内の水収支を、上記式１の初期値ｈ0として用いることができる。燃料電池２内の水収支は、燃料電池２の発電によって生成される水分量から、燃料電池２に供給された酸化ガスによって水蒸気として持ち出される水分量を減算することで算出することができる。
【００４３】
目標昇温速度を燃料電池２の含水量および燃料電池２の温度を用いて算出することで、燃料電池２の温度や含水量によって左右される燃料電池の状態に応じて目標昇温速度を決定することができる。したがって、燃料電池２に含まれる電解質膜の劣化を防止するために要する冷却水の循環量を適正に制御することが可能となる。
【００４４】
駆動制御部７２は、昇温速度算出部７１によって算出された目標昇温速度および昇温速度に応じて冷却水ポンプ５４の駆動を制御する。具体的に、駆動制御部７２は、昇温速度が目標昇温速度未満である場合には、冷却水の循環量が減少するように冷却水ポンプ５４の駆動を制御し、昇温速度が目標昇温速度以上である場合には、冷却水の循環量が増加するように冷却水ポンプ５４の駆動を制御する。
【００４５】
このように冷却水ポンプ５４の駆動を制御することで、例えば、燃料電池の含水量が少なく、燃料電池の温度が高いときには、上記昇温速度算出部７１によって目標昇温速度が小さく抑えられるため、昇温速度が目標昇温速度を上回り、その結果、冷却水の循環量を増加させることが可能となる。これにより、燃料電池の含水量が少なく、燃料電池の温度が高いときに発生し易い発電集中部位の形成を抑制することが可能となる。一方、燃料電池の含水量が多く、燃料電池の温度が低いときには、昇温速度算出部７１によって目標昇温速度が大きく上昇させられるため、昇温速度が目標昇温速度を下回り、その結果、冷却水の循環量を減少させて、昇温を優先させることが可能となる。これにより、燃料電池の含水量が多く、燃料電池の温度が低いときに発生し易い生成水の凍結を抑制することが可能となる。
【００４６】
駆動制御部７２は、目標昇温速度から昇温速度を減算した値が第１閾値以上になった場合に、冷却水ポンプ５４を停止させる。第１閾値は、燃料電池２の昇温を促進させるために冷却水ポンプを停止させるか否かを判定する際の判定値である。したがって、第１閾値としては、例えば、目標昇温速度と昇温速度との差を考慮した場合に、冷却水ポンプ５４を駆動させるよりも、冷却水ポンプ５４を停止させて燃料電池の昇温を優先させた方が有効であると判定する際の限界値を設定することができる。これにより、目標昇温速度と昇温速度との差が第１閾値以上に開いた場合には、冷却水ポンプ５４を停止させることができるため、燃料電池２を迅速に昇温させることができる。
【００４７】
駆動制御部７２は、目標昇温速度から昇温速度を減算した値が第２閾値以下になった場合に、冷却水ポンプ５４を駆動させる。第２閾値としては、第１閾値以下の値を設定することができる。これにより、目標昇温速度と昇温速度との差が第２閾値以下に縮まった場合には、冷却水ポンプ５４を再度駆動させることができるため、温度が上昇してきた燃料電池２内を冷却して、発電集中部位が形成されることを抑止することができる。
【００４８】
なお、第２閾値は第１閾値よりも小さな値に設定することが好ましい。これは、第２閾値を第１閾値と同値にすると、昇温速度が閾値近辺で変動した場合に、冷却水ポンプ５４が頻繁に停止／駆動を繰り返す要因になるためである。したがって、第２閾値を第１閾値よりも小さい値に設定することで、冷却水ポンプ５４を停止／駆動させる制御が頻繁に繰り返される事態を回避させることが可能となる。
【００４９】
次に、図２に示すフローチャートを参照して、実施形態における燃料電池システムで実行される冷却水ポンプの駆動制御処理（その１）の流れについて説明する。なお、この駆動制御処理は、燃料電池が起動する際に実行される起動処理中に繰り返し実行される処理である。
【００５０】
最初に、制御部７は、低温起動中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）に、制御部７は本駆動制御処理を終了する。ここで、低温起動中であるか否かは、例えば、以下のようにして判定することができる。燃料電池２の起動中に温度センサＴ１によって検出された温度が所定の低温閾値以下である場合に、低温起動中であると判定する。所定の低温閾値としては、例えば、氷点である０℃を用いることができる。
【００５１】
一方、上記ステップＳ１０１の判定で低温起動中であると判定された場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）に、駆動制御部７２は、昇温速度が目標昇温速度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００５２】
この判定で昇温速度が目標昇温速度未満であると判定された場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）に、駆動制御部７２は、冷却水の循環量が減少するように冷却水ポンプ５４の駆動を制御する（ステップＳ１０３）。
【００５３】
一方、上記ステップＳ１０２の判定で昇温速度が目標昇温速度以上であると判定された場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）に、駆動制御部７２は、冷却水の循環量が増加するように冷却水ポンプ５４の駆動を制御する（ステップＳ１０４）。
【００５４】
図３に示すフローチャートを参照して、実施形態における燃料電池システムで実行される冷却水ポンプの駆動制御処理（その２）の流れについて説明する。なお、この駆動制御処理（その２）は、上述した駆動制御処理（その１）と並行して実行される処理である。
【００５５】
最初に、制御部７は、低温起動中であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ２０１；ＮＯ）に、制御部７は本駆動制御処理を終了する。
【００５６】
一方、上記ステップＳ２０１の判定で低温起動中であると判定された場合（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）に、駆動制御部７２は、昇温速度算出部７１によって算出された目標昇温速度から昇温速度を減算した値が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）に、制御部７は後述するステップＳ２０４に処理を移行する。
【００５７】
一方、上記ステップＳ２０２の判定で目標昇温速度から昇温速度を減算した値が第１閾値以上であると判定された場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）に、駆動制御部７２は、冷却水ポンプ５４を停止させる（ステップＳ２０３）。
【００５８】
続いて、駆動制御部７２は、昇温速度算出部７１によって算出された目標昇温速度から昇温速度を減算した値が第２閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ２０４；ＮＯ）に、制御部７は本駆動制御処理を終了する。
【００５９】
一方、上記ステップＳ２０４の判定で目標昇温速度から昇温速度を減算した値が第２閾値以下であると判定された場合（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）に、駆動制御部７２は、冷却水ポンプ５４を駆動させる（ステップＳ２０５）。
【００６０】
上述してきたように、実施形態における燃料電池システム１によれば、低温起動中に、燃料電池２の昇温速度に応じて冷却水ポンプ５４の駆動を制御することができるため、氷点下以下の低温時に起動する場合であっても、燃料電池２の昇温速度が大きいときには冷却水の循環量を増加させることができる。したがって、冷却水の循環量が不足して発電集中部位が形成されてしまう事態を回避させることができる。それゆえ、燃料電池２の電解質膜の劣化を抑止することが可能となる。
【００６１】
[変形例]
なお、上述した実施形態における駆動制御部７２は、目標昇温速度および昇温速度に応じて冷却水ポンプ５４の駆動を制御しているが、冷却水ポンプ５４の駆動を制御する方法はこれに限定されない。例えば、目標昇温速度を用いて冷却水の目標循環量を算出し、この目標循環量に応じて冷却水ポンプの駆動を制御することとしてもよい。
【００６２】
以下に、本変形例における燃料電池システムについて説明する。本変形例における燃料電池システムは、上述した実施形態における制御部７が有する機能の他に、後述する循環量算出部７３をさらに付加した点で、上述した実施形態における燃料電池システムと異なる。それ以外の構成は、実施形態における各構成と同様であるため、以下においては、主に実施形態との相違点について説明する。
【００６３】
図４に示すように本変形例における制御部７は、上述した昇温速度算出部７１および駆動制御部７２と、循環量算出部７３（目標循環量算出手段）とを有する。
【００６４】
循環量算出部７３は、昇温速度算出部７１によって算出された目標昇温速度を用いて冷却水の目標循環量を算出する。循環量算出部７３は、例えば、以下の式２〜式４を用いて冷却水の目標循環量を算出することができる。具体的には、下記式２に下記式３および下記式４を代入して冷却水の循環量Ｙを求め、この冷却水の循環量Ｙ以下になるように冷却水の目標循環量を設定することで、冷却水の目標循環量を算出する。
【数２】
2010277704.tif 000004
【００６５】
上記式２のＳは目標昇温速度[Ｋ／ｓｅｃ]であり、ＣFCは燃料電池の熱容量[ｋＪ／Ｋ]であり、ＱFCは燃料電池の発熱量[ｋＷ]であり、ＱOUTは燃料電池の放熱量[ｋＷ]である。
【数３】
2010277704.tif 000005
【００６６】
上記式３のＱFCは燃料電池の発熱量[ｋＷ]であり、ＶTは単セルで発熱するときの理論起電圧[Ｖ]であり、ｎは燃料電池に含まれる単セル数であり、ＶFCは燃料電池の出力電圧[Ｖ]であり、ＩFCは燃料電池の出力電流である。なお、燃料電池の発熱量ＱFCは、現時点の燃料電池の温度と現時点の燃料電池の含水量とを用いて求めることができる。したがって、その相関関係を予め実験等により導出してマップに記憶させておき、このマップを参照して燃料電池の発熱量ＱFCを算出することとしてもよい。
【数４】
2010277704.tif 000006
【００６７】
上記式４のＱOUTは燃料電池の放熱量[ｋＷ]であり、ｋは冷却水の比熱[ｋＪ／ｋｇＫ]であり、ＴINは燃料電池入口側の冷却水温度であり、ＴOUTは燃料電池出口側の冷却水温度であり、Ｙは冷却水の流量[ｋｇ／ｓｅｃ]である。
【００６８】
本変形例における駆動制御部７２は、循環量算出部７３によって算出された冷却水の目標循環量に応じて冷却水ポンプ５４の駆動を制御する。すなわち、駆動制御部７２は、目標昇温速度Ｓを用いて算出された冷却水の目標循環量に応じて冷却水ポンプ５４の駆動を制御する。これにより、冷却水の循環量をより的確に制御することが可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
１…燃料電池システム、２…燃料電池、３…酸化ガス配管系、４…燃料ガス配管系、５…冷却系、６…電力系、７…制御部、５３…冷却水循環流路、５４…冷却水ポンプ、７０…メモリ、７１…昇温速度算出部、７２…駆動制御部、７３…循環量算出部、Ｔ１…温度センサ、Ｔ２…温度センサ、Ｖ…電圧センサ、Ａ…電流センサ。
【図１】
2010277704.tif 000007
【図２】
2010277704.tif 000008
【図３】
2010277704.tif 000009
【図４】
2010277704.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池に冷却水を循環供給するための冷却水循環流路と、
前記冷却水循環流路に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
前記燃料電池の温度および前記燃料電池の含水量を用いて、燃料電池の温度が高くなるほど、かつ燃料電池の含水量が少なくなるほど小さくなり、燃料電池の温度が低くなるほど、かつ燃料電池の含水量が多くなるほど大きくなる前記燃料電池の目標昇温速度を算出する目標昇温速度算出手段と、
氷点下での起動中に、前記燃料電池の昇温速度が前記目標昇温速度未満である場合に、冷却水の循環量が減少するように前記冷却水ポンプの駆動を制御し、前記燃料電池の昇温速度が前記目標昇温速度以上である場合に、冷却水の循環量が増加するように前記冷却水ポンプの駆動を制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池に冷却水を循環供給するための冷却水循環流路と、
前記冷却水循環流路に冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
前記燃料電池の温度および前記燃料電池の含水量を用いて、燃料電池の温度が高くなるほど、かつ燃料電池の含水量が少なくなるほど小さくなり、燃料電池の温度が低くなるほど、かつ燃料電池の含水量が多くなるほど大きくなる前記燃料電池の目標昇温速度を算出する目標昇温速度算出手段と、
前記目標昇温速度を用いて冷却水の目標循環量を算出する目標循環量算出手段と、
氷点下での起動中に、前記目標循環量に応じて前記冷却水ポンプの駆動を制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記駆動制御手段は、前記目標昇温速度から前記燃料電池の昇温速度を減算した値が所定の第１閾値以上になった場合に、前記冷却水ポンプを停止させることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記駆動制御手段は、前記目標昇温速度から前記燃料電池の昇温速度を減算した値が、前記第１閾値以下の値である第２閾値以下になった場合に、前記冷却水ポンプを駆動させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷却水循環流路に設けられ、冷却水の温度を測定する温度センサを、さらに有し、
前記駆動制御手段は、前記燃料電池の起動中に前記温度センサによって検出された温度に基づいて氷点下での起動中であるか否かを判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。