(57)【要約】【課題】冷却液流量を減少させる際、燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなり、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制する。【解決手段】熱量推定手段１５が、燃料電池スタックの熱量を推定し、冷却液流量減少量制限手段１７は、冷却液流量を減少させる際、推定された熱量が大きいほど、冷却液流量の減少量が小さくなるように冷却液流量の減少量を制限する。これにより、冷却液流量を減少させる際、燃料電池の熱容量の影響等によって、燃料電池スタックの入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなることがなくなり、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制できる。【選択図】図２
2006309974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷却液を当該燃料電池に供給する冷却液供給手段と、
前記燃料電池の熱量を推定する熱量推定手段と、
前記熱量推定手段により推定された燃料電池の熱量に応じて冷却液流量を減少させる冷却液流量減少手段と、
前記熱量推定手段により推定された燃料電池の熱量が大きいほど冷却液流量の減少量が小さくなるように、冷却液流量の減少量を制限する冷却液流量減少量制限手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却液流量減少量制限手段は、前記熱量推定手段により推定された燃料電池の熱量が大きいほど冷却液流量の減少速度が小さくなるように、冷却液流量の減少量を制限することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却液流量減少量制限手段は、前記熱量推定手段により推定された燃料電池の熱量が大きいほど冷却液流量の時間変化率が小さくなるように、冷却液の流量の減少量を制限することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却液流量減少量制限手段は、前記熱量推定手段により推定された燃料電池の熱量が大きいほど冷却液流量の減少を時間的に遅らせることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１又は請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却液流量減少量制限手段は、冷却液流量減少時、冷却液流量に対してむだ時間処理を行い、前記熱量推定手段により推定された燃料電池の熱量が大きいほどむだ時間処理のむだ時間を大きくすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却液流量減少量制限手段は、冷却液流量減少時、冷却液流量に対して遅れ要素を持つフィルタ処理を行い、前記熱量推定手段により推定された燃料電池の熱量が大きいほどフィルタ処理の遅れを大きくすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出口側の冷却液温度を検出する出口側冷却液温度検出手段を備え、前記冷却液流量減少量制限手段は、燃料電池の出口側の冷却液温度が所定値以下になるように冷却液流量の減少量に上限値を設け、燃料電池の出口側の冷却液温度が高いほど上限値を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の入口側の冷却液温度を検出する入口側冷却液温度検出手段と、燃料電池の出口側の冷却液温度を検出する出口側冷却液温度検出手段とを備え、前記冷却液流量減少量制限手段は、燃料電池の入口側の冷却液温度と出口側の冷却液温度の温度差が所定値以下になるように冷却液流量の減少量に上限値を設け、当該温度差が大きいほど上限値を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の温度を推定する燃料電池温度推定手段を備え、前記熱量推定手段は、燃料電池の温度が高いほど燃料電池の熱量が大きくなるように、燃料電池の熱量を推定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の入口側の冷却液温度を検出する入口側冷却液温度検出手段と、燃料電池の出口側の冷却液温度を検出する出口側冷却液温度検出手段の少なくとも一方を備え、前記燃料電池温度推定手段は、燃料電池の入口側の冷却液温度と出口側の冷却液温度の少なくとも一方を用いて燃料電池の温度を推定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の入口側の燃料ガス温度を検出する入口側燃料ガス温度検出手段と、燃料電池の出口側の燃料ガス温度を検出する出口側燃料ガス温度検出手段と、燃料電池の入口側の酸化剤ガス温度を検出する入口側酸化剤ガス温度検出手段と、燃料電池の出口側の酸化剤ガス温度を検出する出口側酸化剤ガス温度検出手段のうちの少なくとも一つを備え、前記燃料電池温度推定手段は、燃料電池の入口側の燃料ガス温度と、燃料電池の出口側の燃料ガス温度と、燃料電池の入口側の酸化剤ガス温度と、燃料電池の出口側の酸化剤ガス温度のうちの少なくとも一つを用いて燃料電池の温度を推定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発熱量を算出する発熱量算出手段と、燃料電池の放熱量を推定する放熱量推定手段とを備え、前記熱量推定手段は、燃料電池の発熱量と放熱量に基づいて燃料電池の熱量を推定することを特徴と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、燃料電池を冷却するための冷却系を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池には運転に適した温度があり、燃料電池の温度をこの温度に保つことにより、燃料電池は効率よく発電を行うことができる。このような背景から、従来の燃料電池システムは、燃料電池の温度が運転に適した温度となるように燃料電池に冷却液を供給すると共に、燃料電池に供給される冷却液の温度と燃料電池から排出される冷却液の温度の温度差ΔＴが所定値以上になった場合には、冷却液の流量を増やして温度差ΔＴを小さくすることにより燃料電池が運転に適した温度を保つように制御している（例えば、特許文献１を参照）。また、従来の燃料電池システムでは、燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給装置の消費電力を抑えるために、燃料電池の発電電力が小さい場合、冷却液の流量を少なくする工夫がなされている。
【特許文献１】特開平１０−３４０７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の燃料電池システムのように、燃料電池の発電電力が小さくなるのに合わせて冷却液の流量を減少させた場合、冷却液の流量が増減を繰り返すことによって、音や振動が発生し、冷却液供給装置の消費電力が増大する。すなわち、一般に、冷却液の温度変化は、燃料電池の熱容量の影響等によって、燃料電池の発電電力の変化や冷却液の流量の変化に対し遅れ時間を有するので、燃料電池の発電電力が小さくなるのに合わせて冷却液の流量を減少させた場合には、冷却液の温度変化が流量の減少よりも遅れて生じることによって、上記温度差ΔＴが過渡的に過大になる。そして、温度差ΔＴが過大になると、温度差ΔＴを小さくするために冷却液の流量を大きくしなければならなくなり、この結果、冷却液の流量の増減が繰り返されてしまう。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却液流量を減少させる際、燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなり、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の熱量を推定し、冷却液流量を減少する際、推定された燃料電池の熱量が大きいほど、冷却液流量の減少量が小さくなるように冷却液流量の減少量を制限する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る燃料電池システムによれば、冷却液流量を減少させる際、燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなり、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制できる。またこの結果、燃料電池全体を運転に適した温度に制御し、燃料電池の効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第５の実施形態となる燃料電池システムの構成及びその動作について説明する。
【実施例１】
【０００８】
［燃料電池システムの構成］
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムは、図１に示すように、アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック１を備える。なお、燃料電池スタック１に水素及び空気を供給するガス供給系については図示を省略する。また、燃料電池スタック１を構成する各燃料電池のアノード及びカソードにおける電気化学反応、及び燃料電池スタック１全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。
【０００９】
〔アノード〕  Ｈ2 →  ２Ｈ+  ＋２ｅ-               …（１）
〔カソード〕  1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ-  → Ｈ2Ｏ     …（２）
〔全体〕      Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2     → Ｈ2Ｏ           …（３）
上記燃料電池システムは、冷却系として、燃料電池スタック１を冷却するための冷却液を冷却液循環路２を介して燃料電池スタック１に圧送する冷却液供給ポンプ３と、燃料電池スタック１から排出された冷却液を冷却するラジエータ４と、ラジエータ４に風を送ることによってラジエータ４の冷却能力を調整するラジエータファン５とを備える。また、上記燃料電池システムは、制御系として、燃料電池スタック１の発電電流を検出する電流センサ６と、燃料電池（単セル）の発電電圧を検出する電圧センサ７と、燃料電池に供給される冷却液の温度を検出する温度センサ８と、燃料電池スタック１から排出された冷却液の温度を検出する温度センサ９と、各センサの検出結果に基づいて燃料電池システム全体の動作を制御するコントローラ１０とを備える。
【００１０】
上記コントローラ１０は、ラジエータファン５の回転数に応じて予め決められているデューティ比になるようにＰＷＭ信号の指令値を生成し、生成した指令値をラジエータファン５に出力することにより、冷却液温度を制御可能なように構成されている。また同様に、コントローラ１０は、冷却液循環路２内の冷却液流量に応じて予め決められているデューティ比になるようにＰＷＭ信号の指令値を生成し、生成した指令値を冷却液供給ポンプ３に出力することにより、冷却液流量を制御可能なように構成されている。また、コントローラ１０は、Ｉ／Ｏインタフェイス，プログラムＲＯＭ，ワークＲＡＭ，及びＣＰＵを備えるマイクロプロセッサにより構成されている。
【００１１】
なお、本実施形態では、コントローラ１０内部のＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶されている制御プログラムを実行することにより、コントローラ１０は、図２に示す燃料電池入口温度検出手段１１，燃料電池出口温度検出手段１２，冷却液温度差算出手段１３，燃料電池発熱量算出手段１４，熱量推定手段１５，変化率制限処理前目標冷却液流量算出手段１６，及び冷却液流量減少量制限手段１７の機能を実現する。なお、これら各手段の機能については後述する。また、本実施形態では、上記冷却液流量減少量制限手段１７は、温度差による変化率上限値算出手段２１，出口温度による変化率上限値算出手段２２，熱量による変化率制限算出手段２３，変化率最小値判断手段２４，及び変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５を有する。
【００１２】
そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、コントローラ１０が以下に示す冷却液流量制御処理を実行することにより、冷却液流量を減少させる際、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなり、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、冷却液流量制御処理を実行する際のコントローラ１０の動作について説明する。
【００１３】
［冷却液流量制御処理］
図３に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、冷却液流量制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この制御処理は、コントローラ１０の制御周期（例えば１０［ｍｓｅｃ］）毎に繰り返し実行されるものとする。
【００１４】
ステップＳ１の処理では、燃料電池発熱量算出手段１４が、電流センサ６により検出された電流値Ｉに電圧センサ７により検出された電圧値Ｖを乗算することにより、燃料電池スタック１の発電量Ｗ［ｋｗ］を算出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１５】
ステップＳ２の処理では、燃料電池入口温度検出手段１１が、温度センサ８を利用して燃料電池スタック１の入口側の冷却液温度Ｔｉｎ［℃］を検出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３の処理に進む。
【００１６】
ステップＳ３の処理では、燃料電池出口温度検出手段１２が、温度センサ９を利用して燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］を検出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００１７】
ステップＳ４の処理では、冷却液温度差算出手段１３が、ステップＳ３の処理により検出された燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］からステップＳ２の処理により検出された燃料電池スタック１の入口側の冷却液温度Ｔｉｎ［℃］を減算し、減算値の絶対値を冷却液温度差ΔＴ［℃］として算出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ５の処理では、燃料電池発熱量算出手段１４が、ステップＳ１の処理により検出された電流値Ｉと電圧値Ｖを以下の数式１に代入することにより、燃料電池スタック１の発熱量Ｑｆｃ，ｋ［ｋｗ］を算出する。なお、数式１中のパラメータΔＨ，Ｆ，Ｎはそれぞれ、水素１［mol］が反応した時のエンタルピー変化量［ｋＪ／ｍｏｌ］，ファラデー定数［Ｃ／ｍｏｌ］，及び燃料電池スタック１を構成する燃料電池（セル）数を示す。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ６の処理に進む。
【数１】
2006309974.tif 000003
【００１９】
ステップＳ６の処理では、変化率制限処理前目標冷却液流量算出手段１６が、図４に示すような変化率制限前目標冷却液流量と燃料電池の発熱量の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ５の処理により算出された発熱量Ｑｆｃ，ｋ［ｋｗ］に対応する目標冷却液流量を変化率制限前目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］として算出する。なお、図４に示すテーブルデータは、燃料電池スタック１の発熱量Ｑｆｃ，ｋ［ｋｗ］が大きい程、目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］が増加する傾向を有し、各流量値は実機を用いた実験結果に基づいて上記温度差ΔＴが過大にならない値に定められている。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ７の処理に進む。
【００２０】
ステップＳ７の処理では、燃料電池発熱量算出手段１４が、以下の数式２を利用してステップＳ５の処理により算出された発熱量Ｑｆｃ，ｋ［ｋｗ］の履歴の積算値の移動平均値を燃料電池スタック１の平均発熱量Ｑｆｃ，ａｖｅ［ｋｗ］として算出する。なお、発熱量Ｑｆｃ，ｋ［ｋｗ］の履歴は、所定の制御周期毎に更新され、履歴の更新周期と移動平均に用いる履歴のサンプル数ｊは実機を用いた実験に基づいて実際の平均発熱量［ｋｗ］と本処理により算出される平均発熱量Ｑｆｃ，ａｖｅ［ｋｗ］の差が過大にならない値に定められている。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ８の処理に進む。
【数２】
2006309974.tif 000004
【００２１】
ステップＳ８の処理では、熱量推定手段１５が、図５に示すような燃料電池スタック１の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］と平均発熱量Ｑｆｃ，ａｖｅ［ｋｗ］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ７の処理により算出された平均発熱量Ｑｆｃ，ａｖｅ［ｋｗ］に対応する燃料電池スタック１の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］を算出する。なお、図５に示すテーブルデータは、平均発熱量Ｑｆｃ，ａｖｅ［ｋｗ］が大きい程、熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］が増加する傾向を有し、各推定値は、実機を用いた実験によって燃料電池スタック１の熱容量及び平均発熱量と温度の関係を測定し、測定結果から平均発熱量と熱量の関係を算出することにより、定められている。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、この制御処理はステップＳ９の処理に進む。
【００２２】
ステップＳ９の処理では、出口温度による変化率上限値算出手段２２が、図６に示すような冷却液流量の変化率の上限値Ｖｔｏｕｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］と燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ３の処理により検出された燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］に対応する冷却液流量の変化率の上限値Ｖｔｏｕｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］を算出する。なお、図６に示すテーブルデータは、燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］が高い程、冷却液流量の変化率の上限値Ｖｔｏｕｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］が小さくなる傾向を有し、各上限値は、実機を用いた実験に基づいて燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］が過大となることによって燃料電池を構成する電解質膜の乾燥が問題にならない値に設定されている。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１０の処理に進む。
【００２３】
ステップＳ１０の処理では、温度差による変化率上限値算出手段２１が、図７に示すような冷却液流量の変化率の上限値ＶΔＴ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］と冷却液温度差ΔＴ［℃］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ４の処理により算出された冷却液温度差ΔＴ［℃］に対応する冷却液流量の変化率の上限値ＶΔＴ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］を算出する。なお、図７に示すテーブルデータは、冷却液温度差ΔＴ［℃］が大きい程、冷却液流量の変化率の上限値ＶΔＴ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］が小さくなる傾向を有し、各上限値は、実機を用いた実験に基づいて冷却液温度差ΔＴ［℃］が過大となることによって発電効率の低下が問題にならない値に設定されている。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１１の処理に進む。
【００２４】
ステップＳ１１の処理では、熱量による変化率制限算出手段２３が、図８に示すような冷却液流量の変化率の制限値ＶＱｆｃ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］と熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ８の処理により算出された熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］に対応する冷却液流量の変化率の制限値ＶＱｆｃ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］を算出する。なお、図８に示すテーブルデータは、熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］が大きい程、変化率の制限値ＶＱｆｃ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］が小さくなる傾向を有し、各制限値は、実機を用いた実験に基づいて冷却液温度差ΔＴ［℃］と燃料電池スタック１の出口側の冷却液の温度Ｔｏｕｔ［℃］が大きくならない値に定められている。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００２５】
ステップＳ１２の処理では、変化率最小値判断手段２４が、ステップＳ９の処理により算出された上限値Ｖｔｏｕｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］，ステップＳ１０の処理により算出された上限値ＶΔＴ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］，及びステップＳ１１の処理により算出された制限値ＶＱｆｃ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］の中で最も小さい値を最小値Ｖｍｉｎ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］として算出する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１３の処理に進む。
【００２６】
ステップＳ１３の処理では、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５が、ステップＳ６の処理により算出された変化率制限前目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］から１制御周期前の変化率制限後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ−１［Ｌ／ｍｉｎ］を減算することにより変化率制限前の冷却液流量の変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］を算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００２７】
ステップＳ１４の処理では、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５が、ステップＳ１３の処理により算出された変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］が０以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、０以上でない、すなわち冷却液流量が減少している場合、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５はこの制御処理をステップＳ１５の処理に進める。一方、０以上である、すなわち冷却液流量が増加している場合には、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５はこの制御処理をステップＳ１６の処理に進める。
【００２８】
ステップＳ１５の処理では、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５が、ステップＳ１３の処理により算出された変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］の絶対値がステップＳ１２の処理により算出された最小値Ｖｍｉｎ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］未満であるか否かを判別する。そして、判別の結果、変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］の絶対値が最小値Ｖｍｉｎ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］未満、すなわち流量が最小値Ｖｍｉｎ未満の変化率Ｖｔで減少している場合、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５はこの制御処理をステップＳ１６の処理に進める。一方、変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］の絶対値が最小値Ｖｍｉｎ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］未満でない、すなわち流量が最小値Ｖｍｉｎ未満の変化率Ｖｔで減少していない場合には、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５はこの制御処理をステップＳ１７の処理に進める。
【００２９】
ステップＳ１６の処理では、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５が、ステップＳ６の処理により算出された変化率制限前目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］を目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に設定する。これにより、ステップＳ１６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１８の処理に進む。
【００３０】
ステップＳ１７の処理では、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５が、１制御周期前の変化率制限後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ−１［Ｌ／ｍｉｎ］からステップＳ１２の処理により算出された最小値Ｖｍｉｎ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］を減算し、減算値を目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に設定する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１８の処理に進む。
【００３１】
ステップＳ１８の処理では、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５が、図９に示すような冷却液供給ポンプ３の指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］と変化率制限後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ１６又はステップＳ１７の処理により設定された目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に対応する冷却液供給ポンプ３の指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］を算出する。なお、図９に示すテーブルデータは、変化率制限後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］が大きい程、冷却液供給ポンプ３の指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］が大きくなる傾向を有し、各回転数値は、実機を用いた実験に基づいて冷却液流量と冷却液ポンプ３の回転数の関係を測定することにより定められている。これにより、ステップＳ１８の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１９の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ１９の処理では、変化率制限処理後目標冷却液流量算出手段２５が、ステップＳ１８の処理により算出された指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］で動作するように冷却液供給ポンプ３に駆動信号を出力し、冷却液流量を目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に制御する。これにより、ステップＳ１９の処理は完了し、一連の冷却液流量制御処理は終了する。
【００３３】
従来の燃料電池システムは、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、燃料電池の発電電力が小さくなるのに合わせて冷却液流量を小さく、換言すれば、燃料電池の熱量が大きい状態で冷却液流量を減少させてしまうために、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように、燃料電池の出口側と入口側の冷却液温度差が過渡的に流量増量閾値以上になり、この結果、図１０（ｂ）に示すように、冷却液の流量の増減が繰り返されてしまう。
【００３４】
これに対して、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、上述のように、熱量推定手段１５が、燃料電池スタック１の熱量Ｑｆｃ［Ｊ］を推定し、冷却液流量減少量制限手段１７は、冷却液流量を減少させる際、推定された熱量Ｑｆｃ［Ｊ］が大きいほど、冷却液流量の減少量が小さくなるように冷却液流量の減少量を制限する。そして、このような構成によれば、冷却液流量を減少させる際、図１１（ｄ）に示すように、燃料電池の熱容量の影響等によって、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなることがなくなり、図１１（ｂ）に示すように、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制できる。またこの結果、燃料電池スタック１全体を所定温度に制御し、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。
【００３５】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、冷却液流量減少量制限手段１７は、推定された熱量Ｑｆｃ［Ｊ］が大きいほど、冷却液の流量の減少速度が小さくなるように冷却液の流量の減少量を制限するので、冷却系の消費電力を抑えると共に、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液の温度差を小さくすることができる。またこの結果、冷却系の消費電力が増大するのを防ぎながら燃料電池スタック１を所定温度に制御し、燃料電池システムの効率を高めることができる。
【００３６】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、冷却液流量減少量制限手段１７は、推定された熱量Ｑｆｃ［Ｊ］が大きいほど、冷却液の流量の減少時における時間変化率が小さくなるように冷却液の流量の減少量を制限するので、より簡易な方法で冷却系の消費電力を抑えると共に、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液の温度差を小さくすることができる。またこの結果、冷却系の消費電力が増大するのを防ぎながら燃料電池スタック１を所定温度に制御し、燃料電池システムの効率を高めることができる。
【００３７】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、冷却液流量減少量制限手段１７は、燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度が所定値以下になるように冷却液の流量の減少量に上限値を設け、燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度が高いほど、上限値の値を小さくするので、燃料電池スタック１の出口温度が過大になることを防ぐことができる。またこの結果、燃料電池を構成する電解質膜が乾燥することを防ぎ、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。
【００３８】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、冷却液流量減少量制限手段１７は、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が所定値以下になるように冷却液流量の減少量に上限値を設け、この温度差が大きいほど、上限値の値を小さくするので、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過大になることを防ぐことができる。またこの結果、燃料電池スタック１全体をより確実に所定温度に制御し、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。
【００３９】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、熱量推定手段１５は、燃料電池スタックの発熱量Ｑｆｃ，ｋ［ｋｗ］に基づいて燃料電池スタック１の熱量Ｑｆｃ［Ｊ］を推定するので、燃料電池スタック１の熱量Ｑｆｃ［Ｊ］を正確に推定することができる。またこの結果、燃料電池スタック１全体を正確に所定温度に制御し、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。なお、熱量推定手段１５は燃料電池スタック１の放熱量も考慮して熱量Ｑｆｃ［Ｊ］を推定するようにしてもよい。
【実施例２】
【００４０】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、コントローラ１０の構成が上記第１の実施形態となる燃料電池システムにおけるそれとは異なり、コントローラ１０内部のＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶されている制御プログラムを実行することにより、図１２に示す燃料電池入口温度検出手段１１，燃料電池出口温度検出手段１２，冷却液温度差算出手段１３，燃料電池発熱量算出手段１４，熱量推定手段１５，むだ時間処理前目標冷却液流量算出手段３１，及び冷却液流量減少量制限手段１７の機能を実現する。また、本実施形態では、上記冷却液流量減少量制限手段１７は、温度差によるむだ時間下限値算出手段３２，出口温度によるむだ時間下限値算出手段３３，熱量によるむだ時間算出手段３４，むだ時間最大値判断手段３５，及びむだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６を有する。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、コントローラ１０が以下に示す冷却液流量制御処理を実行することにより、冷却液流量を減少させる際、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなり、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制する。以下、図１３に示すフローチャートを参照して冷却液流量制御処理を実行する際のコントローラ１０の動作について説明する。
【００４１】
［冷却液流量制御処理］
図１３に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、冷却液流量制御処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、図１３に示すステップＳ２１乃至ステップＳ２８の処理は、図３に示すステップＳ１乃至ステップＳ８の処理と同じであるので、以下ではステップＳ２９以後の処理についてのみ説明する。
【００４２】
ステップＳ２９の処理では、出口温度によるむだ時間下限値算出手段３３が、図１４に示すようなむだ時間の下限値Ｖｔｏｕｔ［ｓｅｃ］と燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ２３の処理により検出された燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］に対応するむだ時間の下限値Ｖｔｏｕｔ［ｓｅｃ］を算出する。なお、図１４に示すテーブルデータは、燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］が高い程、むだ時間の下限値Ｖｔｏｕｔ［ｓｅｃ］が大きくなる傾向を有し、各下限値は、実機を用いた実験に基づいて燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］が過大となることによって燃料電池を構成する電解質膜の乾燥が問題にならない値に設定されている。これにより、ステップＳ２９の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３０の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ３０の処理では、温度差によるむだ時間下限値算出手段３２が、図１５に示すようなむだ時間の下限値ＶΔＴ［ｓｅｃ］と冷却液温度差ΔＴ［℃］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ２４の処理により算出された冷却液温度差ΔＴ［℃］に対応するむだ時間の下限値ＶΔＴ［ｓｅｃ］を算出する。なお、図１５に示すテーブルデータは、冷却液温度差ΔＴ［℃］が大きい程、むだ時間の下限値ＶΔＴ［ｓｅｃ］が大きくなる傾向を有し、各下限値は、実機を用いた実験に基づいて冷却液温度差ΔＴ［℃］が過大となることによって発電効率の低下が問題にならない値に設定されている。これにより、ステップＳ３０の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３１の処理に進む。
【００４４】
ステップＳ３１の処理では、熱量によるむだ時間算出手段３４が、図１６に示すようなむだ時間ＶＱｆｃ［ｓｅｃ］と熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ２８の処理により算出された熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］に対応するむだ時間ＶＱｆｃ［ｓｅｃ］を算出する。なお、図１６に示すテーブルデータは、熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］が大きい程、むだ時間ＶＱｆｃ［ｓｅｃ］が大きくなる傾向を有し、各むだ時間は、実機を用いた実験に基づいて冷却液温度差ΔＴ［℃］と燃料電池スタック１の出口側の冷却液の温度Ｔｏｕｔ［℃］が大きくならない定められている。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３２の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ３２の処理では、むだ時間最大値判断手段３５が、ステップＳ２９の処理により算出された下限値Ｖｔｏｕｔ［ｓｅｃ］，ステップＳ３０の処理により算出された下限値ＶΔＴ［ｓｅｃ］，及びステップＳ３１の処理により算出されたむだ時間ＶＱｆｃ［ｓｅｃ］の中で最も大きい値を最大値Ｖｍａｘ［ｓｅｃ］として算出する。これにより、このステップＳ３２の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ３３の処理では、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６が、ステップＳ２６の処理により算出された目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］から１制御周期前の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ−１［Ｌ／ｍｉｎ］を減算することによりむだ時間処理前の冷却液流量の変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］を算出する。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３４の処理に進む。
【００４７】
ステップＳ３４の処理では、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６が、ステップＳ３３の処理により算出された変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］が０以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、０以上でない、すなわち冷却液流量が減少している場合、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６はこの制御処理をステップＳ３６の処理に進める。一方、０以上である、すなわち冷却液流量が増加している場合には、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６はこの制御処理をステップＳ３５の処理に進める。
【００４８】
ステップＳ３５の処理では、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６が、むだ時間を最大値Ｖｍａｘ［ｓｅｃ］としてステップＳ２６の処理により算出された目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に対してむだ時間処理を施し、むだ時間処理後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］を算出する。なお、本明細書中において、むだ時間処理とは、むだ時間処理前の信号を時間軸上でむだ時間［ｓｅｃ］だけ平行移動させて遅らせる処理を意味し、具体的には、入力信号（この場合、目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ）及びむだ時間をそれぞれＸ（ｓ），Ｌとすると、以下の示す数式３により出力信号Ｙ（ｓ）を算出する処理を意味する。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３７の処理に進む。
【数３】
2006309974.tif 000005
【００４９】
ステップＳ３６の処理では、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６が、ステップＳ２６の処理により算出された目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］をむだ時間処理後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に設定する。これにより、ステップＳ３６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３７の処理に進む。
【００５０】
ステップＳ３７の処理では、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６が、ステップＳ３５又はステップＳ３６の処理により設定されたむだ時間処理後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に対応する冷却液供給ポンプ３の指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］を算出する。これにより、ステップＳ３７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ３８の処理に進む。
【００５１】
ステップＳ３８の処理では、むだ時間処理後目標冷却液流量算出手段３６が、ステップＳ３７の処理により算出された指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］で動作するように冷却液供給ポンプ３に駆動信号を出力し、冷却液流量を目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に制御する。これにより、ステップＳ３８の処理は完了し、一連の冷却液流量制御処理は終了する。
【００５２】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、冷却液流量減少量制限手段１７は、推定された熱量Ｑｆｃ［Ｊ］が大きいほど、冷却液流量の減少を時間的に遅らせるので、燃料電池スタック１の熱量を素早く下げることができる。またこの結果、燃料電池スタック１の熱量が過大になるのを防ぎながら燃料電池スタック１全体を所定温度に制御し、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。
【００５３】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、冷却液流量減少時、目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に対してむだ時間処理を行い、冷却液流量減少量制限手段１７は、推定された熱量Ｑｆｃ［Ｊ］が大きいほど、むだ時間処理のむだ時間を大きくするので、より簡易な方法で燃料電池スタック１の熱量を素早く下げることができる。まあこの結果、燃料電池スタック１の熱量が過大になるのを防ぎながら燃料電池スタック１全体を所定温度に制御し、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。
【実施例３】
【００５４】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムでは、コントローラ１０の構成が上記第１，第２の実施形態となる燃料電池システムにおけるそれとは異なり、コントローラ１０内部のＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶されている制御プログラムを実行することにより、図１７に示す燃料電池入口温度検出手段１１，燃料電池出口温度検出手段１２，冷却液温度差算出手段１３，燃料電池発熱量算出手段１４，熱量推定手段１５，一次遅れ処理前目標冷却液流量算出手段４１，及び冷却液流量減少量制限手段１７の機能を実現する。また、本実施形態では、上記冷却液流量減少量制限手段１７は、温度差による時定数下限値算出手段４２，出口温度による時定数下限値算出手段４３，熱量による時定数算出手段４４，時定数最大値判断手段４５，及び一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６を有する。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、コントローラ１０が以下に示す冷却液流量制御処理を実行することにより、冷却液流量を減少させる際、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差が過渡的に大きくなり、冷却液流量が増減のハンチングを起こすことを抑制する。以下、図１８に示すフローチャートを参照して冷却液流量制御処理を実行する際のコントローラ１０の動作について説明する。
【００５５】
［冷却液流量制御処理］
図１８に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、冷却液流量制御処理はステップＳ４１の処理に進む。なお、図１８に示すステップＳ４１乃至ステップＳ４８の処理は、図３に示すステップＳ１乃至ステップＳ８の処理と同じであるので、以下ではステップＳ４９以後の処理についてのみ説明する。
【００５６】
ステップＳ４９の処理では、出口温度による時定数下限値算出手段４３が、図１９に示すような時定数の下限値Ｖｔｏｕｔ［ｍｓｅｃ］と燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ４３の処理により検出された燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］に対応する時定数の下限値Ｖｔｏｕｔ［ｍｓｅｃ］を算出する。なお、図１９に示すテーブルデータは、燃料電池スタック１の出口側の冷却液の温度Ｔｏｕｔ［℃］が高い程、時定数の下限値Ｖｔｏｕｔ［ｍｓｅｃ］が大きくなる傾向を有し、各下限値は、実機を用いた実験に基づいて燃料電池スタック１の出口側の冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］が過大となることによって燃料電池を構成する電解質膜の乾燥が問題にならない値に設定されている。これにより、ステップＳ４９の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５０の処理に進む。
【００５７】
ステップＳ５０の処理では、温度差による時定数下限値算出手段４２が、図２０に示すような時定数の下限値ＶΔＴ［ｍｓｅｃ］と冷却液温度差ΔＴ［℃］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ４４の処理により算出された冷却液温度差ΔＴ［℃］に対応する時定数の下限値ＶΔＴ［ｍｓｅｃ］を算出する。なお、図２０に示すテーブルデータは、冷却液温度差ΔＴ［℃］が大きい程、時定数の下限値ＶΔＴ［ｍｓｅｃ］が大きくなる傾向を有し、各下限値は、実機を用いた実験に基づいて冷却液温度差ΔＴ［℃］が過大となることによって発電効率の低下が問題にならない値に設定されている。これにより、ステップＳ５０の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５１の処理に進む。
【００５８】
ステップＳ５１の処理では、熱量による時定数算出手段４４が、図２１に示すような時定数ＶＱｆｃ［ｍｓｅｃ］と熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］の関係を示すテーブルデータを参照して、ステップＳ２８の処理により算出された熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］に対応する時定数ＶＱｆｃ［ｍｓｅｃ］を算出する。なお、図２１に示すテーブルデータは、熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］が大きい程、時定数ＶＱｆｃ［ｍｓｅｃ］が大きくなる傾向を有し、各時定数は、実機を用いた実験に基づいて冷却液温度差ΔＴ［℃］と燃料電池スタック１の出口側の冷却液の温度Ｔｏｕｔ［℃］が大きくならない値に定められている。これにより、ステップＳ５１の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５２の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ５２の処理では、時定数最大値判断手段３５が、ステップＳ４９の処理により算出された下限値Ｖｔｏｕｔ［ｍｓｅｃ］，ステップＳ５０の処理により算出された下限値ＶΔＴ［ｍｓｅｃ］，及びステップＳ５１の処理により算出された時時間ＶＱｆｃ［ｍｓｅｃ］の中で最も大きい値を最大値Ｖｍａｘ［ｍｓｅｃ］として算出する。これにより、このステップＳ５２の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５３の処理に進む。
【００６０】
ステップＳ５３の処理では、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６が、ステップＳ４６の処理により算出された一次遅れ処理前目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］から１制御周期前の一次遅れ処理後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ−１［Ｌ／ｍｉｎ］を減算することにより一次遅れ処理前の冷却液流量の変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］を算出する。これにより、ステップＳ５３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５４の処理に進む。
【００６１】
ステップＳ５４の処理では、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６が、ステップＳ５３の処理により算出された変化率Ｖｔ［Ｌ／ｍｉｎ／１制御周期］が０以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、０以上でない、すなわち冷却液流量が減少している場合、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６はこの制御処理をステップＳ５６の処理に進める。一方、０以上である、すなわち冷却液流量が増加している場合には、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６はこの制御処理をステップＳ５５の処理に進める。
【００６２】
ステップＳ５５の処理では、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６が、時定数を最大値Ｖｍａｘ［ｓｅｃ］としてステップＳ４６の処理により算出された目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に対して一次遅れ処理を施すことにより一次遅れ処理後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］を算出する。なお、本明細書中において、一次遅れ処理とは、前回の制御処理における出力値と今回の制御処理における出力値とを時定数［ｓｅｃ］と制御周期［ｓｅｃ］から決まる所定の割合で足して出力する処理を意味し、具体的には、入力信号（この場合、目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ），制御ゲイン，時定数をそれぞれＸ（ｓ），Ｋ，Ｔとすると、以下の示す数式４により出力信号Ｙ（ｓ）を算出する処理を意味する。また、本実施形態では、前回の制御処理における出力値のみを用いる一次遅れ処理を行ったが、Ｎ（＞１）制御処理前までの出力値を用いてＮ次遅れ処理を行うようにしてもよい。本明細書中では、この１次遅れ処理及びＮ次遅れ処理を含む処理を遅れ要素を持つフィルタ処理として定義する。これにより、ステップＳ５５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５７の処理に進む。
【数４】
2006309974.tif 000006
【００６３】
ステップＳ５６の処理では、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６が、ステップＳ４６の処理により算出された目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］を一次遅れ処理後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に設定する。これにより、ステップＳ５６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５７の処理に進む。
【００６４】
ステップＳ５７の処理では、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６が、ステップＳ５５又はステップＳ５６の処理により設定された一次遅れ処理後の目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ−１［Ｌ／ｍｉｎ］に対応する冷却液供給ポンプ３の指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］を算出する。これにより、ステップＳ５７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５８の処理に進む。
【００６５】
ステップＳ５８の処理では、一次遅れ処理後目標冷却液流量算出手段４６が、ステップＳ５７の処理により算出された指令回転数Ｎｐｍｐ［ｒｐｍ］で動作するように冷却液供給ポンプ３に駆動信号を出力し、冷却液流量を目標冷却液流量Ｑｌｉｍ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に制御する。これにより、ステップＳ５８の処理は完了し、一連の冷却液流量制御処理は終了する。
【００６６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムでは、冷却液流量減少時、目標冷却液流量Ｑｔ，ｎに対して一次遅れ処理を行い、冷却液流量減少量制限手段１７は、推定された熱量Ｑｆｃ［Ｊ］が大きいほど、一次遅れ処理の時定数を大きくするので、燃料電池システムの温度変化の動的な特性を考慮することができる。またこの結果、燃料電池スタック１全体をより正確に所定温度に制御し、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。
【００６７】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、上記実施形態となる燃料電池システムでは、図５に示すような燃料電池の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］と燃料電池の平均発熱量Ｑｆｃ，ａｖｅ［ｋｗ］の関係を示すテーブルデータを参照して燃料電池の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］を算出したが、例えば図２２に示すように燃料電池システムを構成し、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液の温度Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔ［℃］を用いて燃料電池スタック１の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］を算出してもよい。すなわち、この場合、熱量推定手段１５は、以下の数式５を用いて、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔ［℃］から燃料電池スタック１の温度Ｔｆｃを算出し、算出された温度Ｔｆｃを以下の数式６に代入することにより燃料電池スタック１の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］を算出する。なお、数式６中のパラメータｍ，Ｃはそれぞれ、燃料電池の質量［ｋｇ］及び比熱［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）を示す。また、熱量推定手段１３は、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液の温度Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔ［℃］の一方のみを用いて燃料電池スタック１の温度Ｔｆｃを算出するようにしてもよい。
【数５】
2006309974.tif 000007
【数６】
2006309974.tif 000008
【００６８】
そして、このような構成によれば、熱量推定手段１５は、燃料電池スタック１の温度Ｔｆｃが大きい程、燃料電池スタック１の熱量Ｑｆｃ［Ｊ］が大きくなるように燃料電池スタック１の熱量Ｑｆｃ［Ｊ］を推定するので、より簡易な方法で熱量Ｑｆｃ［Ｊ］を推定することができる。またこの結果、より簡易な方法で燃料電池スタック１全体を所定温度に制御することができるので、燃料電池スタック１の効率を高めることができる。また、燃料電池スタック１の入口側及び出口側の冷却液温度の少なくとも一方を用いて燃料電池スタック１の温度Ｔｆｃを推定するので、燃料電池の温度Ｔｆｃが計測できない場合であっても、燃料電池スタック１の熱量Ｑｆｃ［Ｊ］を推定することができる。またこの結果、燃料電池の温度Ｔｆｃが計測できない場合であっても、燃料電池スタック１全体を所定温度に制御することができるので、燃料電池システムを簡素化することができる。
【００６９】
また、燃料電池スタック１の入口側の水素温度と、燃料電池スタック１の出口側の水素温度と、燃料電池スタック１の入口側の空気温度と、燃料電池スタック１の出口側の空気温度のうちの少なくとも一つを用いて燃料電池スタック１の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］を算出してもよい。燃料電池スタック１の出口側の酸化剤ガス温度ＴＯｘを用いて燃料電池スタック１の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］を算出する場合には、例えば図２３に示すように燃料電池システムを構成し、熱量推定手段１５は、燃料電池出口酸化剤ガス温度検出手段５１により検出された燃料電池スタック１の出口側の酸化剤ガス温度ＴＯｘを以下の数式７に代入することにより燃料電池スタック１の温度Ｔｆｃを算出し、算出された燃料電池スタック１の温度Ｔｆｃを上述の数式６に代入することにより燃料電池スタック１の熱量の推定値Ｑｆｃ［Ｊ］を算出する。
【数７】
2006309974.tif 000009
【００７０】
そして、このような構成によれば、燃料電池スタック１の入口側の水素温度と、燃料電池スタック１の出口側の水素温度と、燃料電池スタック１の入口側の空気温度と、燃料電池スタック１の出口側の空気温度のうちの少なくとも一つを用いて燃料電池スタック１の温度Ｔｆｃを推定するので、燃料電池スタック１の温度が計測できない場合であっても、燃料電池スタック１の熱量を推定することができる。またこの結果、燃料電池スタック１の温度が計測できない場合であっても、燃料電池スタック１全体を所定温度に制御することができるので、燃料電池システムを簡素化することができる。
【００７１】
このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態となるコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態となる冷却液流量制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】変化率制限前目標冷却液流量と燃料電池の発熱量の関係を示すマップ図である。
【図５】燃料電池の熱量の推定値と平均発熱量の関係を示すマップ図である。
【図６】冷却液流量の変化率の上限値と燃料電池の出口側の冷却液温度の関係を示すマップ図である。
【図７】冷却液流量の変化率の上限値と燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差の関係を示すマップ図である。
【図８】冷却液流量の変化率の制限値と燃料電池の熱量の推定値の関係を示すマップ図である。
【図９】冷却液供給ポンプの回転数と冷却液流量の変化率制限後の目標冷却液流量の関係を示すマップ図である。
【図１０】従来の燃料電池システムにおける冷却液流量を減少させた際の発電電力，冷却液流量，冷却液温度，及び燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差の関係を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムにおける冷却液流量を減少させた際の発電電力，冷却液流量，冷却液温度，及び燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態となるコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態となる冷却液流量制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１４】むだ時間の下限値と燃料電池の出口側の冷却液温度の関係を示すマップ図である。
【図１５】むだ時間の下限値と燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差の関係を示すマップ図である。
【図１６】むだ時間と燃料電池の熱量の推定値の関係を示すマップ図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態となるコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態となる冷却液流量制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１９】時定数の下限値と燃料電池の出口側の冷却液温度の関係を示すマップ図である。
【図２０】時定数の下限値と燃料電池の入口側及び出口側の冷却液温度の温度差の関係を示すマップ図である。
【図２１】時定数と燃料電池の熱量の推定値の関係を示すマップ図である。
【図２２】本発明の応用例となるコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の応用例となるコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：燃料電池スタック
２：冷却液循環路
３：冷却液供給ポンプ
４：ラジエータ
５：ラジエータファン
６：電流センサ
７：電圧センサ
８，９：温度センサ
１０：コントローラ
１１：燃料電池入口温度検出手段
１２：燃料電池出口温度検出手段
１３：冷却液温度差算出手段
１４：燃料電池発熱量算出手段
１５：熱量推定手段
１６：変化率制限処理前目標冷却液流量算出手段
１７：冷却液流量減少量制限手段
【図１】
2006309974.tif 000010
【図２】
2006309974.tif 000011
【図３】
2006309974.tif 000012
【図４】
2006309974.tif 000013
【図５】
2006309974.tif 000014
【図６】
2006309974.tif 000015
【図７】
2006309974.tif 000016
【図８】
2006309974.tif 000017
【図９】
2006309974.tif 000018
【図１０】
2006309974.tif 000019
【図１１】
2006309974.tif 000020
【図１２】
2006309974.tif 000021
【図１３】
2006309974.tif 000022
【図１４】
2006309974.tif 000023
【図１５】
2006309974.tif 000024
【図１６】
2006309974.tif 000025
【図１７】
2006309974.tif 000026
【図１８】
2006309974.tif 000027
【図１９】
2006309974.tif 000028
【図２０】
2006309974.tif 000029
【図２１】
2006309974.tif 000030
【図２２】
2006309974.tif 000031
【図２３】
2006309974.tif 000032