(57)【要約】【課題】  燃料電池を冷却する冷媒の状態を検出するセンサが故障した場合であっても、燃料電池の発電性能を損なうことなく、要求通りの発電量を得ることができ、利便性を確保できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池と、該燃料電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給路と、該冷媒供給路に設けられる冷媒用ポンプと、前記冷媒の状態を測定するセンサと、該センサの測定値に基づいて冷却用ポンプの出力を制御する制御手段とを備える。制御手段は、前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用ポンプの出力を通常時よりも高く設定する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
該燃料電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給路と、
該冷媒供給路に設けられる冷媒用ポンプと、
前記冷媒の状態を測定するセンサと、
該センサの測定値に基づいて冷却用ポンプの出力を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用ポンプの出力を通常時よりも高く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷媒供給路の冷媒を冷却する冷媒用冷却ファンをさらに備え、
前記制御手段は、前記センサの測定値に基づいて前記冷媒用冷却ファンの出力を制御し、さらに、前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用冷却ファンへの出力を通常時よりも高く設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池と、
該燃料電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給路と、
該冷媒供給路に設けられる冷媒用ポンプと、
該冷媒供給路の冷媒を冷却する冷媒用冷却ファンと、
前記冷媒の状態を測定するセンサと、
該センサの測定値に基づいて冷媒用冷却ファンの出力を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用冷却ファンの出力を通常時よりも高く設定することを特徴とする燃料電池の冷却装置。
【請求項４】
前記制御手段が前記センサを故障と判断したときに、この故障判断を使用者に報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段が前記センサを故障と判断したときに、アイドリング停止を禁止することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段が前記センサを故障と判断してから所定時間後に、アイドリング停止を禁止することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか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、燃料電池と、該燃料電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給路と、冷媒の温度を測定する温度センサと、を備える燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池としては、アノードとカソードとの間に固体高分子電解質膜を介装した単位セルを所定数積層された構造をとるものが知られている。そして、アノードに水素ガス（燃料ガス）を、カソードに空気（酸化剤ガス）をそれぞれ導入することで、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。燃料電池は発電の際に水を生成する。
【０００３】
また、燃料電池スタックは発電する際に発熱を伴うが、燃料電池には作動温度範囲があるため燃料電池が上限温度以上に昇温しないように冷却する必要がある。そのため、燃料電池スタックには冷却流路が設けられており、この冷却流路に冷媒を流して熱を奪い燃料電池を冷却している。
【０００４】
例えば、特許文献１には、燃料電池を冷却させる冷却システムを備え、冷却システムに設けられた温度センサや圧力センサの検出値が予め定められた設定範囲を逸脱したときに、燃料電池本体の発電量を低減させる技術が提案されている。
【特許文献１】特開平８−１９５２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、想定された発熱量よりも実際の発熱量が大きくなってしまった場合には、燃料電池を十分に冷却することができず、燃料電池の温度が上昇してしまい発電性能を損なう虞があるという問題がある。
また、燃料電池本体の発電量を低減させると、要求通りの発電量が得られないため、利用者に不便を強いる結果になる。特に、燃料電池システムが燃料電池を駆動源とする車両の場合には、要求通りの発電量が得られないと、所望の運転性能が得られず、運転者の利便性が損われてしまうという問題がある。
【０００６】
従って、本発明は、燃料電池を冷却する冷媒の状態を検出するセンサが故障した場合であっても、燃料電池の発電性能を損なうことを防止でき、さらに、要求通りの発電量を得ることができ、利便性を確保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】
請求項１に係る発明は、燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池スタック２）と、該燃料電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給路（例えば、実施の形態における冷媒循環流路３）と、該冷媒供給路に設けられる冷媒用ポンプ（例えば、実施の形態におけるポンプ４）と、前記冷媒の状態を測定するセンサ（例えば、実施の形態における圧力センサｓ１、温度センサｓ２）と、該センサの測定値に基づいて冷却用ポンプの出力を制御する制御手段（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ８）とを備え、該制御手段は、前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用ポンプの出力を通常時よりも高く設定することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記制御手段が前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用ポンプの出力を通常時よりも高く設定することで、前記燃料電池に供給される冷媒の流量が通常時よりも増大するので、前記燃料電池の冷却を促進することができる。これにより、燃料電池の発電量を制限しなくても、燃料電池の温度上昇を抑制し、燃料電池中のイオン電解質膜の劣化を抑制することができる。さらに、要求通りの発電量を得ることができるので、利便性を確保することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記冷媒供給路の冷媒を冷却する冷媒用冷却ファンをさらに備え、前記制御手段は、前記センサの測定値に基づいて前記冷媒用冷却ファンの出力を制御し、さらに、前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用冷却ファンへの出力を通常時よりも高く設定することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記制御手段が前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用冷却ファンへの出力を通常時よりもさらに高く設定することで、前記燃料電池に供給される冷媒の温度が通常時よりも低下するので、前記ポンプの出力を通常時よりも高く制御することと併せて、前記燃料電池の冷却をさらに促進することができ、燃料電池中のイオン電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、燃料電池と、該燃料電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給路と、該冷媒供給路に設けられる冷媒用ポンプと、該冷媒供給路の冷媒を冷却する冷媒用冷却ファンと、前記冷媒の状態を測定するセンサと、該センサの測定値に基づいて冷媒用冷却ファンの出力を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用冷却ファンの出力を通常時よりも高く設定することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記制御手段が前記センサを故障と判断したときには、前記冷媒用冷却ファンへの出力を通常時よりもさらに高く設定することで、前記燃料電池に供給される冷媒の温度が通常時よりも低下するので、前記燃料電池の冷却を促進することができ、燃料電池中のイオン電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものであって、前記制御手段が前記センサを故障と判断したときに、この故障判断を使用者に報知する報知手段（例えば、実施の形態におけるブザー１０）を有することを特徴とする。
この発明によれば、前記制御手段が前記センサを故障と判断したときに、前記報知手段により故障判断を使用者に報知することで、使用者に前記センサの故障を認識させることができ、前記センサの故障に対する迅速な対応を使用者に促すことができる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のものであって、前記制御手段が前記センサを故障と判断したときに、アイドリング停止を禁止することを特徴とする。
この発明によれば、前記センサを故障と判断したときに、反応ガスの供給を停止するアイドリング停止が禁止されるので、燃料電池に確実に反応ガスが供給され、燃料電池で安定した発電を行うことができる。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のものであって、前記制御手段が前記センサを故障と判断してから所定時間後に、アイドリング停止を禁止することを特徴とする。
この発明によれば、前記センサを故障と判断したときに、制御に好適なタイミングで、反応ガスの供給を停止するアイドリング停止が禁止されるので、燃料電池に確実に反応ガスが供給され、燃料電池で安定した発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１、請求項３に係る発明によれば、燃料電池を冷却する冷媒の状態を検出するセンサが故障した場合であっても、燃料電池の発電性能を損なうことを防止でき、さらに、要求通りの発電量を得ることができ、利便性を確保できる。
請求項２に係る発明によれば、燃料電池の発電性能を損なうことをより確実に防止でき、さらに、要求通りの発電量を得ることができ、利便性を確保できる。
請求項４に係る発明によれば、前記センサの故障に対する迅速な対応を使用者に促すことができる。
請求項５、請求項６に係る発明によれば、燃料電池で安定した発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態における燃料電池システムを図面と共に説明する。図１は本発明の実施の形態における燃料電池システム１の概略構成図である。燃料電池スタック２は、スルフォン酸系電解質材料からなる固体高分子電解質膜を燃料極（アノード）と空気極（カソード）とで両側から挟み込んでなる単位セル（図示せず）を、所定数積層配置した構成を備えている。
【００１８】
このように構成された各セルの燃料極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、空気極に酸化剤としての酸素を含む空気を供給すると、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して空気極まで移動して、空気極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
【００１９】
燃料電池システム１は、高圧燃料タンク等の燃料供給装置を備え、燃料供給流路を介して各セルの燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気供給装置であるコンプレッサ（圧縮機）を備え、コンプレッサにより圧縮された空気を、空気供給流路を介して各セルの空気極に供給する。これらの部材については図示を省略する。
【００２０】
また、燃料電池システム１は、燃料電池スタック２に接続されてなる冷媒循環流路３を備えている。この冷媒循環流路３を介して冷媒（例えば水）が燃料電池スタック２内を流通する。冷媒は、燃料電池スタック２の発電時に発電による温度上昇を抑制するものである。冷媒循環流路３にはポンプ４が配設されており、該ポンプ４を作動させることで冷媒を出口側冷媒循環流路３ｂ（３）から入口側冷媒循環流路３ａ（３）に圧送する。これにより、冷媒は、入口側冷媒循環流路３ａから燃料電池スタック２に流入し、燃料電池スタック２内を流通した後、出口側冷媒循環流路３ｂに排出されることになる。また、本実施の形態においては、ポンプ４の作動状態を制御することで、燃料電池スタック２に流通する冷媒の流量を制御している。
【００２１】
そして、冷媒循環流路３には、ラジエータ５が配設されている。このラジエータ５を作動させることで、冷媒を冷却する。また、ラジエータ５には、冷媒用冷却ファン９が設けられている。この冷媒用冷却ファン９を作動させることで、冷媒の冷却を促進する。
入口側冷媒循環流路３ａには、燃料電池スタック２近傍に、圧力センサｓ１が設けられている。また、出口側冷媒循環流路３ｂには、燃料電池スタック２近傍に、温度センサｓ２が設けられている。これらのセンサｓ１、ｓ２により、冷媒の圧力Ｐ１や温度Ｔ１をそれぞれ検出する。
燃料電池システム１は、報知手段としてのブザー１０を備えている。このブザー１０は、後述するように、温度センサｓ２が故障と判定されたときに、警告音を発生する。
また、燃料電池システム１は、ＥＣＵ（制御装置）８を備えている。このＥＣＵ８は、センサｓ１、ｓ２の検出値に基づいて、ポンプ４や冷媒用冷却ファン９の回転数の制御を行い、ブザー１０を作動させる。
【００２２】
このように構成された燃料電池スタック２の制御方法について図２を用いて説明する。図２はポンプの目標回転数設定の処理内容を示すフローチャート図である。同図に示すように、ステップＳ１０で、温度センサｓ２が故障しているか否かを判定する。この判定は、温度センサｓ２の出力値が、設定されている通常時の所定範囲から外れているか否かにより行われる。この判定結果がＹＥＳである場合はステップＳ１２に進み、判定結果がＮＯである場合はステップＳ１４に進む。
【００２３】
ステップＳ１２では、通常制御、すなわち、温度センサｓ２の検出値に基づいて、ポンプ４や冷媒用冷却ファン９の回転数を制御する。そして、本フローチャートの処理を終了する。
これに対し、ステップＳ１４では、ブザー１０を作動させて、使用者（車の場合はドライバー）にセンサｓ２故障を報知する。
【００２４】
そして、ステップＳ１６では、ポンプ４や冷却ファン９の回転数をそれぞれ最大回転数に設定する。ポンプ４の回転数を最大にすることで、燃料電池スタック２に供給される冷媒の流量が最大となり、さらに、冷却ファン９の回転数を最大にすることで、燃料電池スタック２に供給される冷媒の温度が最大限低下する。従って、燃料電池スタック２の冷却を最大限に促進することができる。そして、本フローチャートの処理を終了する。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態における燃料電池システム１によれば、燃料電池スタック２を冷却する冷媒の状態を検出する温度センサｓ２が故障した場合であっても、燃料電池スタック２の発電性能を損なうことなく、要求通りの発電量を得ることができ、利便性を確保できる。
【００２６】
なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、実施の形態では、温度センサｓ２の故障判定についての制御について説明したが、本発明は、冷媒の状態を検出するセンサ、例えば、圧力センサや流量センサ、についても適用することができる。また、圧力センサ、温度センサの位置は、上述の実施の形態の位置に限定されるものではなく、例えば出口側冷媒循環流路に圧力センサを設けてもよく、入口側冷媒循環流路に温度センサを設けてもよい。
【００２７】
また、圧力センサに換えて、または圧力センサとともに、流量センサを設け、冷媒の流量に基づいて最大回転数を算出してもよい。また、冷媒としては、水以外にも油などの流体を用いてもよい。
また、実施の形態における燃料電池システムは、車両の駆動源として燃料電池を搭載する燃料電池車両に特に好適に用いることができるが、車両に限られるものではない。
【００２８】
さらに、実施の形態では、報知手段としてブザーを用いたが、これに限らず、モニターやランプ、など他の手段を用いてもよい。また、燃料電池システムが車両の場合には、ナビゲーション装置と連動させて、高低差や渋滞情報を勘案して、移動するための負荷が最も少なくて済むサービスセンタへの場所を案内するように制御してもよい。
また、ＥＣＵが所定のアイドリング条件を満たしたときに、燃料電池へのスタック２へ供給されるアノードガスまたはカソードガスのうち少なくとも一方の供給を停止する（いわゆるアイドリング停止）ことにより、燃費の向上を図っている。しかし、センサが故障したときには、このアイドリング停止を禁止、またはアイドリング条件を満たして所定時間後にアイドリング停止を禁止することで、安定した発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】ポンプやファンの回転数設定の処理内容を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…燃料電池システム
２…燃料電池スタック（燃料電池）
３…冷媒循環流路（冷媒供給路）
４…ポンプ（冷媒用ポンプ）
８…ＥＣＵ（制御手段）
９…冷媒用冷却ファン
１０…ブザー（報知手段）
ｓ１…圧力センサ
ｓ２…温度センサ
【図１】
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【図２】
2006156056.tif 000004