(57)【要約】【課題】システム効率を低下させることなく燃料電池を効率的に冷却する。【解決手段】システム制御ユニット１２が、冷却系及びベンチレーション系により燃料電池スタック１の生成熱を放熱するために必要な電力量を演算し、演算された電力量に従って燃料電池スタック１の必要発電電力量が最も低くなる冷却系及びベンチレーション系の放熱量配分率を演算し、演算された放熱量配分率に従って動作するように冷却系及びベンチレーション系を制御する。【選択図】図１
2006202556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質膜を挟持するアノード極及びカソード極を有し、アノード極及びカソード極にそれぞれアノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に冷却水を循環させることにより発電に伴う燃料電池の生成熱を放熱する冷却水循環装置と、
前記燃料電池に流体を供給することにより発電に伴う燃料電池の生成熱を放熱する流体供給装置と、
前記生成熱を放熱する際の前記冷却水循環装置及び前記流体供給装置それぞれの電力消費量を演算する電力消費量演算手段と、
前記電力消費量演算手段により演算された電力消費量を前記冷却水循環装置及び前記流体供給装置に供給するために必要な前記燃料電池の発電電力量を演算する発電電力量演算手段と、
前記発電電力量演算手段の演算結果を参照して前記燃料電池の総発電電力量が最小になる前記冷却水循環装置及び前記流体供給装置それぞれの放熱量を演算し、演算された放熱量を放熱する冷却水循環装置及び流体供給装置の運転点を演算する運転点演算手段と、
前記運転点演算手段により演算された運転点に従って動作するように前記冷却水循環装置及び前記流体供給装置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】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却水及び前記流体が前記固体電解質膜に与える圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段の検出結果を参照して前記冷却水及び前記流体の差圧を演算する差圧演算手段とを備え、
前記運転点演算手段は、前記差圧演算手段により演算された差圧に従って前記冷却水循環装置の下限運転点を演算し、
前記制御手段は、前記運転点演算手段により演算された運転点及び下限運転点に従って動作するように前記冷却水循環装置及び前記流体供給装置を制御すること
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、
前記流体供給装置は、ベンチレーションガス、アノードガス、及びカソードガスのうちの少なくとも一つを前記流体として前記燃料電池に供給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３に記載の燃料電池システムであって、
前記運転点演算手段は、燃料電池システムの水回収要求に応じてカソードガスの上限運転点を演算し、前記発電電力量演算手段の演算結果と上限運転点に従って前記燃料電池の総発電電力量が最小になる前記冷却水循環装置及び前記流体供給装置それぞれの放熱量を演算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、固体電解質膜を挟持するアノード極及びカソード極を有し、アノード極及びカソード極にそれぞれアノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は発電に伴い発熱する。従って、燃料電池を連続的に運転する場合には、燃料電池を適正な運転温度に保持する必要性がある。このような背景から、２つの冷却水循環装置を有し、低負荷運転時は一方の冷却水循環装置のみを用いて燃料電池を冷却し、高負荷運転時には一方の冷却水循環装置と合わせて他方の冷却水循環装置も用いることにより燃料電池の冷却能力を高める燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６６９１４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、従来までの燃料電池システムを低負荷運転が多い車両に適用した場合、低負荷運転時に使用しない冷却水循環装置を余分に備えることになるために、車両の重量増加やシステムコスト上昇の原因となる。また、従来までの燃料電池システムは、燃料電池の温度制御のみに着目して構成されているために、冷却水循環装置を無駄に使用することにより、システムの運転効率が低下する可能性がある。
【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、運転効率を低下させることなく燃料電池を効率的に冷却することが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、生成熱を放熱する際の冷却水循環装置及び流体供給装置それぞれの電力消費量を演算し、演算された電力消費量を冷却水循環装置及び流体供給装置に供給するために必要な燃料電池の発電電力量を演算し、燃料電池の総発電電力量が最小になる冷却水循環装置及び流体供給装置それぞれの放熱量を演算し、演算された放熱量を放熱する冷却水循環装置及び流体供給装置の運転点を演算し、演算された運転点に従って動作するように冷却水循環装置及び流体供給装置を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の総発電電力量が最小になる運転点に従って動作するように冷却水循環装置及び流体供給装置を制御するので、運転効率を低下させることなく燃料電池を効率的に冷却することができる。
【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３の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。
【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、車両に搭載され、図１に示すように、固体電解質膜を挟持するアノード極及びカソード極を有し、アノード極及びカソード極にそれぞれアノードガス（水素）及びカソードガス（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、アノード極及びカソード極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】
〔化１〕
〔アノード極〕  Ｈ2 →  ２Ｈ+  ＋２ｅ-               …（１）
〔カソード極〕  1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ-  → Ｈ2Ｏ     …（２）
〔全体〕      Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2     → Ｈ2Ｏ           …（３）
また、上記燃料電池システムは、ベンチレーション系として、燃料電池スタック１に供給するベンチレーションガス（換気用ガス）を濾過するベンチレーションガスフィルタ２と、ベンチレーションガスフィルタ２により濾過されたベンチレーションガスをベンチレーションガス供給路４を介して燃料電池スタック１に供給するベンチレーションガス供給装置３と、燃料電池スタック１から排出されたベンチレーションガスを系外に排出するベンチレーションガス排出路５と、ベンチレーションガスが燃料電池スタック１に与える圧力を調整するベンチレーションガスオリフィス６とを備える。
【００１０】
また、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に冷却水を循環させる冷却水循環路７と、冷却水循環路７内で冷却水を圧送する冷却水ポンプ８と、冷却水循環路７内の冷却水を冷却する冷却水放熱器９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に供給されるベンチレーションガスの圧力を検出する圧力センサ１０と、燃料電池スタック１に供給される冷却水の圧力を検出する圧力センサ１１と、燃料電池システム全体の動作を制御するシステム制御ユニット１２とを備える。
【００１１】
そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、システム制御ユニット１２が以下に示す冷却制御処理を実行することにより、システム効率を低下させることなく燃料電池スタック１を効率的に冷却する。以下、図２を参照して、この冷却制御処理を実行する際のシステム制御ユニット１２の動作について詳しく説明する。
【００１２】
〔冷却制御処理〕
この冷却制御処理は、システム制御ユニット１２に対して発電要求が入力されるのに応じて開始となり、冷却制御処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１３】
ステップＳ１の処理では、システム制御ユニット１２が車両からの要求電力に基づいて燃料電池スタック１の発熱量を演算する。これにより、このステップ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。
【００１４】
ステップＳ２の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ１の処理により演算された発熱量に基づいてシステム全体で放熱すべき放熱量（システム放熱量）を演算する。これにより、このステップ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。
【００１５】
ステップＳ３の処理では、システム制御ユニット１２が、図３（ａ）に示すようなシステム放熱量と冷却水流量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ２の処理により演算されたシステム放熱量を除熱するために必要な冷却水流量（運転点）を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図３（ｂ）に示すような冷却系の消費電力と冷却水流量の関係を示すマップを参照して、算出された冷却水流量を実現するために必要な冷却系の消費電力量を算出する。これにより、このステップ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。
【００１６】
ステップＳ４の処理では、システム制御ユニット１２が、図３（ｃ）に示すような燃料電池システムの電源変換効率と冷却系の消費電力量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ３の処理により算出された消費電力量を冷却系に供給するために必要な燃料電池スタック１の発電電力（必要発電電力）を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図３（ｄ）に示すような、燃料電池スタック１の必要発電電力とシステム放熱量の関係を示すマップを作成する。これにより、このステップ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。
【００１７】
ステップＳ５の処理では、システム制御ユニット１２が、図４（ａ）に示すようなシステム放熱量とベンチレーションガス流量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ２の処理により演算されたシステム放熱量を冷却するために必要なベンチレーションガス流量を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図４（ｂ）に示すようなベンチレーション系の消費電力とベンチレーションガス流量の関係を示すマップを参照して、算出されたベンチレーションガス流量を実現するために必要なベンチレーション系の消費電力量を算出する。これにより、このステップ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。
【００１８】
ステップＳ６の処理では、システム制御ユニット１２が、図４（ｃ）に示すような燃料電池システムの電源変換効率とベンチレーション系の消費電力量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ５の処理により算出された消費電力量をベンチレーション系に供給するために必要な燃料電池スタック１の発電電力（必要発電電力）を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図４（ｄ）に示すような、燃料電池スタック１の必要発電電力とシステム放熱量の関係を示すマップを作成する。これにより、このステップ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。
【００１９】
ステップＳ７の処理では、システム制御ユニット１２が、図５に示すような冷却系及びベンチレーション系の必要発電電力とシステム放熱量の関係を示すマップを参照して、燃料電池システムの必要発電電力が最も小さくなる冷却系及びベンチレーション系の放熱量配分率を演算する。なお、図５に示すマップは、システム放熱量が小さい時には、ベンチレーション系により冷却する場合の方が、冷却系により冷却する場合と比較して、必要発電電力が少なく、放熱効率が良いことを示している。これにより、このステップ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。
【００２０】
ステップＳ８の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ７の処理により演算された放熱量配分率になるようにステップＳ３の処理により演算された冷却水流量を変更する。これにより、このステップ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。
【００２１】
ステップＳ９の処理では、システム制御ユニット１２が、圧力センサ１１を介して燃料電池スタック１に供給されている冷却水の圧力を検出する。これにより、このステップ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。
【００２２】
ステップＳ１０の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ７の処理により演算された放熱量配分率になるようにステップＳ５の処理により演算されたベンチレーションガス流量を変更する。これにより、このステップ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。
【００２３】
ステップＳ１１の処理では、システム制御ユニット１２が、圧力センサ１０を介して燃料電池スタック１に供給されているベンチレーションガスの圧力を検出する。これにより、このステップ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。
【００２４】
ステップＳ１２の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ９及びステップＳ１１の処理により検出された圧力値に従って燃料電池スタック１の差圧を演算し、演算された差圧が許容差圧範囲内に収まるように冷却水流量下限値を演算する。これにより、このステップ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。
【００２５】
ステップＳ１３の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ８，ステップＳ１０，及びステップＳ１２の処理により演算された冷却水流量，ベンチレーションガス流量，及び冷却水流量下限値に従って動作するように冷却系及びベンチレーション系を制御する。これにより、このステップＳ１３の処理は完了し、一連の冷却制御処理は終了する。
【００２６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御ユニット１２が、冷却系及びベンチレーション系により燃料電池スタック１の生成熱を放熱するために必要な電力量を演算し、演算された電力量に従って燃料電池スタック１の必要発電電力量が最も低くなる冷却系及びベンチレーション系の放熱量配分率を演算し、演算された放熱量配分率に従って動作するように冷却系及びベンチレーション系を制御するので、システム効率を低下させることなく燃料電池スタック１を効率的に冷却することができる。
【００２７】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御ユニット１２が、燃料電池スタック１の差圧を演算し、演算された差圧が許容差圧範囲内に収まるように冷却水流量下限値を演算するので、冷却水量下限値を逸脱することなく冷却系の運転状態を停止状態まで拡大し、冷却系の放熱量配分率を０にまで変化させることができるので、可変レンジを大きくし、燃料電池スタック１を冷却するために必要な電力を最小限に抑えることができる。
【実施例２】
【００２８】
〔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は、図６に示すように、上記第１の実施形態となる燃料電池システムと同様の燃料電池スタック１及び冷却系を備える。また、この燃料電池システムは、カソードガス系として、燃料電池スタック１に供給するカソードガスを濾過するカソードガスフィルタ２１と、カソードガスフィルタ２１により濾過されたカソードガスをカソードガス供給路２３を介して燃料電池スタック１に供給するカソードガス供給装置２２と、燃料電池スタック１から排出されたカソードガスから純水を分離するための水分離装置２４と、水分離装置２４から排出されたカソードガスを系外に排出するカソードガス排出路２５と、カソードガスが燃料電池スタック１に与える圧力を調整するカソードガス圧力調整装置２６とを備える。また、この燃料電池システムは、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの圧力を検出する圧力センサ２７を制御系に備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、システム制御ユニット１２が以下に示す冷却制御処理を実行することにより、システム効率を低下させることなく燃料電池スタック１を効率的に冷却する。以下、図７を参照して、冷却制御処理を実行する際のシステム制御ユニット１２の動作について詳しく説明する。
【００２９】
〔冷却制御処理〕
冷却制御処理は、システム制御ユニット１２に対して発電要求が入力されるのに応じて開始となり、冷却制御処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、ステップＳ２１乃至ステップＳ２４の処理は上記ステップＳ１乃至ステップＳ４の処理と同じであるので、以下ではステップＳ２５の処理から説明する。
【００３０】
ステップＳ２５の処理では、システム制御ユニット１２が、図８（ａ）に示すようなシステム放熱量とカソードガス流量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ２２の処理により演算されたシステム放熱量を冷却するために必要なカソードガス流量を算出する。なお、燃料電池スタック１から排出されるカソードガスには多くの水分が含まれており、この水分を回収するためにはカソードガス流量を所定値以下にする必要がある。従って、システム制御ユニット１２は、水回収要求に応じてカソードガスの最大流量を設定し、この最大流量の範囲内でカソードガス流量を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図８（ｂ）に示すようなカソードガス系の消費電力とカソードガス流量の関係を示すマップを参照して、算出されたカソードガス流量を実現するために必要なカソードガス系の消費電力量を算出する。これにより、このステップＳ２５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２６の処理に進む。
【００３１】
ステップＳ２６の処理では、システム制御ユニット１２が、図８（ｃ）に示すような燃料電池システムの電源変換効率とカソードガス系の消費電力量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ２５の処理により算出された消費電力量をカソードガス系に供給するために必要な燃料電池スタック１の発電電力（必要発電電力）を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図８（ｄ）に示すような、燃料電池スタック１の必要発電電力とシステム放熱量の関係を示すマップを作成する。これにより、このステップＳ２６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２７の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ２７の処理では、システム制御ユニット１２が、図９に示すような冷却系及びカソードガス系の必要発電電力とシステム放熱量の関係を示すマップを参照して、燃料電池システムの必要発電電力が最も小さくなる冷却系及びカソードガス系の放熱量配分率を演算する。なお、図９に示すマップは、システム放熱量が小さい時には、カソードガス系により冷却する場合の方が、冷却系により冷却する場合と比較して、必要発電電力が少なく、放熱効率が良いことを示している。これにより、このステップＳ２７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２８の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ２８の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ２７の処理により演算された放熱量配分率になるようにステップＳ２３の処理により演算された冷却水流量を変更する。これにより、このステップＳ２８の処理は完了し、この制御処理はステップＳ２９の処理に進む。
【００３４】
ステップＳ２９の処理では、システム制御ユニット１２が、圧力センサ１１を介して燃料電池スタック１に供給されている冷却水の圧力を検出する。これにより、このステップ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。
【００３５】
ステップＳ３０の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ２７の処理により演算された放熱量配分率になるようにステップＳ２５の処理により演算されたカソードガス流量を変更する。これにより、このステップ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。
【００３６】
ステップＳ３１の処理では、システム制御ユニット１２が、圧力センサ１０を介して燃料電池スタック１に供給されているカソードガスの圧力を検出する。これにより、このステップ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。
【００３７】
ステップＳ３２の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ２９及びステップＳ３１の処理により検出された圧力値に従って燃料電池スタック１の差圧を演算し、演算された差圧が許容差圧範囲内に収まるように冷却水流量下限値を演算する。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。
【００３８】
ステップＳ３３の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ２８，ステップＳ３０，及びステップＳ３２の処理により演算された冷却水流量，カソードガス流量，及び冷却水流量下限値に従って動作するように冷却系及びカソードガス系を制御する。これにより、このステップＳ３３の処理は完了し、一連の冷却制御処理は終了する。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システム制御ユニット１２が、冷却系及びカソードガス系により燃料電池スタック１の生成熱を放熱するために必要な電力量を演算し、演算された電力量に従って燃料電池スタック１の必要発電電力量が最も低くなる冷却系及びカソードガス系の放熱量配分率を演算し、演算された放熱量配分率に従って動作するように冷却系及びカソードガス系を制御するので、システム効率を低下させることなく燃料電池スタック１を効率的に冷却することができる。
【実施例３】
【００４０】
〔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は、図１０に示すように、上記第１の実施形態となる燃料電池システムと同様の燃料電池スタック１及び冷却系を備える。また、この燃料電池システムは、アノードガス系として、燃料電池スタック１に供給するアノードガスを貯蔵するアノードガス供給装置３１と、供給量を調整しながらアノードガス供給装置３１内のアノードガスをアノードガス供給路３３を介して燃料電池スタック１に供給するアノードガス供給量調整装置３２と、燃料電池スタック１から排出されたアノードガスを燃料電池スタック１に循環させるアノードガス循環経路３４と、燃料電池スタック１から排出されたアノードガスを系外に排出するアノードガス排出路３５と、アノードガス排出路３５を開閉するアノードガス排出弁３６とを備える。また、この燃料電池システムは、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスの圧力を検出する圧力センサ３７を制御系に備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、システム制御ユニット１２が以下に示す冷却制御処理を実行することにより、システム効率を低下させることなく燃料電池スタック１を効率的に冷却する。以下、図７を参照して、冷却制御処理を実行する際のシステム制御ユニット１２の動作について詳しく説明する。
【００４１】
〔冷却制御処理〕
冷却制御処理は、システム制御ユニット１２に対して発電要求が入力されるのに応じて開始となり、冷却制御処理はステップＳ４１の処理に進む。なお、ステップＳ４１乃至ステップＳ４４の処理は上記ステップＳ１乃至ステップＳ４の処理と同じであるので、以下ではステップＳ４５の処理から説明する。
【００４２】
ステップＳ４５の処理では、システム制御ユニット１２が、図１２（ａ）に示すようなシステム放熱量とアノードガス流量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ４２の処理により演算されたシステム放熱量を冷却するために必要なアノードガス流量を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図１２（ｂ）に示すようなアノードガス系の消費電力とアノードガス流量の関係を示すマップを参照して、算出されたアノードガス流量を実現するために必要なアノードガス系の消費電力量を算出する。これにより、このステップＳ４５の処理は完了し、この制御処理はステップＳ４６の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ４６の処理では、システム制御ユニット１２が、図１２（ｃ）に示すような燃料電池システムの電源変換効率とアノードガス系の消費電力量の関係を示すマップを参照して、ステップＳ４５の処理により算出された消費電力量をアノードガス系に供給するために必要な燃料電池スタック１の発電電力（必要発電電力）を算出する。そして、システム制御ユニット１２は、図１２（ｄ）に示すような、燃料電池スタック１の必要発電電力とシステム放熱量の関係を示すマップを作成する。これにより、このステップＳ４６の処理は完了し、この制御処理はステップＳ４７の処理に進む。
【００４４】
ステップＳ４７の処理では、システム制御ユニット１２が、図１３に示すような冷却系及びアノードガス系の必要発電電力とシステム放熱量の関係を示すマップを参照して、燃料電池システムの必要発電電力が最も小さくなる冷却系及びアノードガス系の放熱量配分率を演算する。なお、図１３に示すマップは、システム放熱量が小さい時には、アノードガス系により冷却する場合の方が、冷却系により冷却する場合と比較して、必要発電電力が少なく、放熱効率が良いことを示している。これにより、このステップＳ４７の処理は完了し、この制御処理はステップＳ４８の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ４８の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ４７の処理により演算された放熱量配分率になるようにステップＳ４３の処理により演算された冷却水流量を変更する。これにより、このステップＳ４８の処理は完了し、この制御処理はステップＳ４９の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ４９の処理では、システム制御ユニット１２が、圧力センサ１１を介して燃料電池スタック１に供給されている冷却水の圧力を検出する。これにより、このステップ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。
【００４７】
ステップＳ５０の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ４７の処理により演算された放熱量配分率になるようにステップＳ４５の処理により演算されたアノードガス流量を変更する。これにより、このステップ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。
【００４８】
ステップＳ５１の処理では、システム制御ユニット１２が、圧力センサ１０を介して燃料電池スタック１に供給されているアノードガスの圧力を検出する。これにより、このステップ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。
【００４９】
ステップＳ５２の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ４９及びステップＳ５１の処理により検出された圧力値に従って燃料電池スタック１の差圧を演算し、演算された差圧が許容差圧範囲内に収まるように冷却水流量下限値を演算する。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。
【００５０】
ステップＳ５３の処理では、システム制御ユニット１２が、ステップＳ４８，ステップＳ５０，及びステップＳ５２の処理により演算された冷却水流量，アノードガス流量，及び冷却水流量下限値に従って動作するように冷却系及びアノードガス系を制御する。これにより、このステップＳ５３の処理は完了し、一連の冷却制御処理は終了する。
【００５１】
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によれば、システム制御ユニット１２が、冷却系及びアノードガス系により燃料電池スタック１の生成熱を放熱するために必要な電力量を演算し、演算された電力量に従って燃料電池スタック１の必要発電電力量が最も低くなる冷却系及びアノードガス系の放熱量配分率を演算し、演算された放熱量配分率に従って動作するように冷却系及びアノードガス系を制御するので、システム効率を低下させることなく燃料電池スタック１を効率的に冷却することができる。
【００５２】
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、本発明は図１４に示すような上記冷却系，ベンチレーション系，カソードガス系，及びアノードガス系を備える燃料電池システムに適用することができる。なお、この場合、冷却系，ベンチレーション系，カソードガス系，及びアノードガス系とシステム放熱量は図１５に示すような関係になる。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】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態となる冷却制御処理の流れを示す図である。
【図３】図１に示す冷却系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【図４】図１に示すベンチレーション系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【図５】図１に示す冷却系及びベンチレーション系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態となる冷却制御処理の流れを示す図である。
【図８】図６に示すカソードガス系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【図９】図６に示す冷却系及びカソードガス系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態となる冷却制御処理の流れを示す図である。
【図１２】図１０に示すアノードガス系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【図１３】図１０に示す冷却系及びアノードガス系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態となる燃料電池システムの応用例の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１４に示す冷却系，ベンチレーション系，カソードガス系，及びアノードガス系の放熱量と必要発電電力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：燃料電池スタック
２：ベンチレーションガスフィルタ
３：ベンチレーションガス供給装置
４：ベンチレーションガス供給路
５：ベンチレーションガス排出路
６：ベンチレーションガスオリフィス
７：冷却水循環路
８：冷却水ポンプ
９：冷却水放熱器
１０，１１：圧力センサ
１２：システム制御ユニット
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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