(57)【要約】【課題】特定箇所での漏れに限らない異常検知を簡素な構造で実現可能にした燃料電池冷却システムを提供する。【解決手段】燃料電池冷却システムは、空気温度推定部１７Ｃと、空気温度センサ２４と、第１異常判定部１７Ａと、を備える。空気温度センサ２４は、インタークーラ２６から流出してＦＣスタック１１（燃料電池）へ供給される空気の温度である空気出口温度を検出する。空気温度推定部１７Ｃは、インタークーラ２６（空気冷却器）へ流入する冷却水（冷媒）の温度、循環ポンプ４４への電力供給量、インタークーラ２６へ流入する空気の温度およびその空気の流量に基づき、空気出口温度を推定する。第１異常判定部１７Ａは、空気温度センサ２４による空気検出温度が空気温度推定部１７Ｃによる空気推定温度よりも所定以上高くなっている場合に、冷却水の循環流量が所定量より少ない異常状態であると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（１１）、空気冷却器（２６）および放熱器（４２）に循環ポンプ（４４）で冷媒を循環させることで、前記燃料電池から冷媒に吸熱させた熱を前記放熱器から放熱させて前記燃料電池を冷却するとともに、前記燃料電池へ供給される空気を前記空気冷却器で冷却する燃料電池冷却システムにおいて、
前記空気冷却器へ流入する冷媒の温度、前記循環ポンプへの電力供給量、前記空気冷却器へ流入する空気の温度およびその空気の流量に基づき、前記空気冷却器から流出して前記燃料電池へ供給される空気の温度を推定する空気温度推定部（１７Ｃ）と、
前記空気冷却器から流出して前記燃料電池へ供給される空気の温度を検出する空気温度センサ（２４）と、
前記空気温度センサによる空気検出温度が前記空気温度推定部による空気推定温度よりも所定以上高くなっている場合に、前記冷媒の循環流量が所定量より少ない異常状態であると判定する異常判定部（１７Ａ）と、
を備える燃料電池冷却システム。
【請求項２】
前記異常判定部を第１異常判定部とし、
前記放熱器を流通して前記燃料電池へ流入する冷媒の流量である放熱流量と、前記放熱器をバイパスして前記燃料電池へ流入する冷媒の流量であるバイパス流量との割合を調節する流量比調節バルブ（４３）と、
前記燃料電池から流出する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ（４６）と、
前記冷媒温度センサによる冷媒検出温度を冷媒目標温度に近づけるよう、前記流量比調節バルブの作動を制御して前記燃料電池へ流入する冷媒の温度を調節する流入温度制御部（１７Ｄ）と、
前記バイパス流量をゼロにすることなく前記割合が調節されている期間を調節期間とし、前記調節期間に検出された前記冷媒検出温度に基づき、前記異常状態であるか否かを判定する第２異常判定部（１７Ｂ）と、
を備える請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項３】
前記第１異常判定部により前記異常状態であると判定された場合に、前記燃料電池による発電量を制限する第１制限部（Ｓ５５）と、
前記第２異常判定部により前記異常状態であると判定された場合に、前記燃料電池による発電量を制限する第２制限部（Ｓ５６）と、
を備え、
前記第１制限部と前記第２制限部とで制限内容が異なる請求項２に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項４】
前記第１異常判定部および前記第２異常判定部の両方により前記異常状態であると判定された場合に、前記燃料電池による発電量を制限する第３制限部（Ｓ５４）を備え、
前記第３制限部による制限の度合は、前記第１制限部および前記第２制限部に比べて大きく設定されている請求項３に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項５】
前記異常状態であると判定された場合に、冷媒の循環流量を増量させる増量制御部（Ｓ５７）を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池冷却システム。
【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燃料電池冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば水素ガスと空気とを化学反応させて発電を行う燃料電池は、発電に伴い発熱するので、冷却水等の冷媒を燃料電池に循環させることで温度上昇を抑制する冷却システムが必要となる。
【０００３】
この種の冷却システムでは、冷却水の循環経路を構成する配管が損傷する等の原因で、冷却水が循環経路から漏れ出てしまい、燃料電池の温度上昇を十分に抑制できない状態で燃料電池を作動させて劣化を招くことが懸念される。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載された冷却システムでは、燃料電池を収容するケーシングの底面に集水部を設け、集水部に溜まった冷却水の水位を検出することで、冷却水の漏れ異常を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６４０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の上記冷却システムでは、水位を検出するセンサや集水部が必要になるため、漏れ異常検知の構造が複雑になる。さらに上記冷却システムでは、ケーシング内で漏れが生じた場合にしか漏れ異常を検知できず、ケーシング外の循環経路で漏れが生じた場合には集水部に冷却水が溜まらないので漏れ異常を検知できない。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、特定箇所での漏れに限らない異常検知を簡素な構造で実現可能にした燃料電池冷却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】
【０００８】
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
開示される発明は、
燃料電池（１１）、空気冷却器（２６）および放熱器（４２）に循環ポンプ（４４）で冷媒を循環させることで、燃料電池から冷媒に吸熱させた熱を放熱器から放熱させて燃料電池を冷却するとともに、燃料電池へ供給される空気を空気冷却器で冷却する燃料電池冷却システムにおいて、
空気冷却器へ流入する冷媒の温度、循環ポンプへの電力供給量、空気冷却器へ流入する空気の温度およびその空気の流量に基づき、空気冷却器から流出して燃料電池へ供給される空気の温度を推定する空気温度推定部（１７Ｃ）と、
空気冷却器から流出して燃料電池へ供給される空気の温度を検出する空気温度センサ（２４）と、
空気温度センサによる空気検出温度が空気温度推定部による空気推定温度よりも所定以上高くなっている場合に、冷媒の循環流量が所定量より少ない異常状態であると判定する異常判定部（１７Ａ）と、
を備える燃料電池冷却システムである。
【００１０】
ここで、循環ポンプへの電力供給量が大きいほど、空気冷却器へ流入する冷媒の流量が多くなるので、空気冷却器で空気が冷却される度合いが大きくなり、空気冷却器から流出する空気の温度は低くなる筈である。また、空気冷却器へ流入する冷媒の温度、空気の温度およびその流量によっても空気冷却器から流出する空気の温度は異なってくる。したがって、これらのパラメータ、つまり電力供給量、空気冷却器へ流入する冷媒の温度、空気冷却器へ流入する空気の温度および流量に基づけば、空気冷却器から流出する空気の温度を推定できる筈である。但し、例えば冷媒が循環経路から漏れ出ている場合や循環経路へ冷媒を充填する作業が為されていない場合等、冷媒の循環流量が異常に少なくなっている場合がある。その場合には、循環ポンプへの電力供給量に見合った循環流量を確保できておらず、空気冷却器で空気を冷却する度合いが十分に大きくならない。そのため、上述の如く推定した空気温度に比べて、実際に検出した空気温度が高くなる。
【００１１】
この点に着目し、上記発明では、空気冷却器から流出する空気の温度を、空気温度推定部で推定するとともに空気温度センサで検出する。そして、空気温度センサによる空気検出温度が空気温度推定部による空気推定温度よりも所定以上高くなっている場合に、冷媒の循環流量が所定量より少ない異常状態であると判定する。よって、特許文献１に記載の冷却システムが必要としていた集水部および水位センサを不要にしつつ、循環流量が少なくなっている異常状態を検知できるようになる。しかも、循環経路のいずれの箇所で漏れが生じた場合であっても異常状態を検知できるので、特定箇所での漏れに限らない異常検知を簡素な構造で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の燃料電池冷却システムを示す図。
【図２】図１に示すＥＣＵが実行する第１異常判定の処理手順を説明するフローチャート。
【図３】循環ポンプ回転数の指令値算出の一例を説明する機能ブロック図。
【図４】図１に示すＥＣＵが実行する第２異常判定の処理手順を説明するフローチャート。
【図５】バルブ開度算出の一例を説明する機能ブロック図。
【図６】図１に示すＥＣＵが実行するフェールセーフ制御の処理手順を説明するフローチャート。
【図７】図２の処理により第１異常判定が為される場合の一態様を示すタイミングチャート。
【図８】図４の処理により第２異常判定が為される場合の一態様を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図８を用いて説明する。燃料電池システム１０は、たとえば燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ）に搭載されて走行用モータへ電力供給する。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池（ＦＣスタック１１）、カソードガス供給部１２、カソードガス排出部１３、アノードガス供給部１４、アノードガス排出部１５および燃料電池冷却システムを備える。カソードガス供給部１２は、カソードガスである空気を燃料電池へ供給する。アノードガス供給部１４は、アノードガスである水素を燃料電池へ供給する。燃料電池は、供給された水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する固体高分子形燃料電池である。燃料電池はＦＣスタック１１とも呼ばれており、カソード電極板とアノード電極板の間に電解質膜が配置された構造の複数のセルと、各セル間に配置されたセパレータとを有する。
【００１６】
電解質膜は、乾燥度合いが湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。湿潤状態とは、良好なプロトン伝導性を示し、ＦＣスタック１１の運転として支障がない状態のことである。電極は、カーボンによって構成される。電極と電解質膜との界面には、発電反応を促進させるための白金触媒が担持されている。反応ガスとしての水素は、各セルに設けられたガス流路を介して、各セルの発電領域に供給される。
【００１７】
ＦＣスタック１１には、燃料電池用の電子制御ユニット（ＥＣＵ１７）が内蔵されている。ＥＣＵ１７は、燃料電池システム１０の各部を制御する制御部である。ＥＣＵ１７は、記憶媒体に記憶されているプログラムを実行し、各部を制御する。ＥＣＵ１７は、少なくとも１つの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体とを有する。ＥＣＵ１７は、たとえばコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって実現される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムおよびデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって実現される。
【００１８】
カソードガス供給部１２は、カソードガス配管２１と、エアコンプレッサ２２と、エアフローメータ２３と、空気温度センサ２４と、圧力計測部２５と、インタークーラ２６と、三方弁２７とを備える。カソードガス配管２１は、ＦＣスタック１１のカソード側に接続された管路である。エアコンプレッサ２２は、圧縮機であって、カソードガス配管２１を介してＦＣスタック１１と接続されており、外気を取り込んで圧縮した空気をカソードガスとしてＦＣスタック１１に供給する。
【００１９】
エアフローメータ２３は、エアコンプレッサ２２の上流側において、エアコンプレッサ２２が取り込む外気の量を計測し、その計測値をＥＣＵ１７に送信する。ＥＣＵ１７は、この計測値に基づいてエアコンプレッサ２２を駆動することにより、ＦＣスタック１１に対する空気の供給量を制御する。
【００２０】
インタークーラ２６は、熱交換部による空気冷却器であって、エアコンプレッサ２２の下流側にて、冷却回路１６を流れる冷媒とカソードガス配管２１内を流れる空気とを熱交換して、ＦＣスタック１１に供給される空気を冷却する。圧力計測部２５および空気温度センサ２４は、インタークーラ２６の下流側に設けられている。圧力計測部２５は、カソードガスの圧力を計測し、その計測値をＥＣＵ１７に送信する。空気温度センサ２４は、カソードガスの温度を計測し、その計測値をＥＣＵ１７に送信する。
【００２１】
三方弁２７は、圧力計測部２５および空気温度センサ２４の下流側に設けられている。また三方弁２７は、連通配管２８によって、カソードガス排出部１３のカソード排ガス配管２９に接続される。三方弁２７は、通常はカソードガス配管２１の上流側と下流側とを連通して、空気をＦＣスタック１１に供給する。三方弁２７は、燃料電池システム１０に異常がある場合には、ＦＣスタック１１に空気を供給せずに、連通配管２８によってＦＣスタック１１を迂回してカソード排ガス配管２９に空気を排出する。
【００２２】
カソードガス排出部１３は、カソード排ガス配管２９および調圧弁３０を備える。カソード排ガス配管２９は、ＦＣスタック１１のカソード側に接続された配管であり、ＦＣスタック１１を通過したカソード排ガスを燃料電池システム１０の外部へと排出する。調圧弁３０は、カソード排ガス配管２９におけるカソード排ガスの圧力を調整する。ＥＣＵ１７は、圧力計測部２５の計測値に基づいて調圧弁３０の開度を調整する。また前述のように連通配管２８は、カソード排ガス配管２９の調圧弁３０の下流側に接続されている。
【００２３】
アノードガス供給部１４は、アノードガス配管３１と、図示しない水素タンクとを備える。水素タンクは、アノードガス配管３１を介してＦＣスタック１１に接続されており、水素タンク内に充填された水素をＦＣスタック１１に供給する。
【００２４】
アノードガス排出部１５は、アノード排ガス配管３２と、図示しない気液分離部とを備える。アノード排ガス配管３２は、ＦＣスタック１１のアノード側の出口と気液分離部とを接続する配管であり、発電反応に用いられることのなかった水素および窒素などの未反応ガスを含むアノード排ガスを気液分離部へと誘導する。気液分離部は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス供給部１４へと誘導し、水分については外部へと排出する。
【００２５】
次に、冷却回路１６に関して説明する。燃料電池ハイブリッド車は、図１に示すように、ＦＣスタック１１を冷却する冷却部として機能する冷却回路１６を有する。冷却回路１６は、冷媒である冷却水がＦＣスタック１１から流出してＦＣスタック１１へ戻るように、冷却水をＦＣスタック１１の外部にて循環させる冷媒回路である。冷却回路１６は、ＦＣスタック１１の冷却水流出口１１ａと冷却水流入口１１ｂとを繋いでいる。また冷却回路１６は、ＦＣスタック１１に供給される空気が通過する管路に設けられるインタークーラ２６と接続する接続通路４１を有し、供給空気を冷却する冷却部としても機能する。
【００２６】
冷却回路１６には、インタークーラ２６に加えて、ラジエータ４２、ロータリバルブ４３および循環ポンプ４４が設けられる。さらに冷却回路１６には、第１温度センサとしてのラジエータ出口温度センサ４５、および第２温度センサとしての電池出口温度センサ４６が設けられている。ラジエータ出口温度センサ４５および電池出口温度センサ４６は、検出した温度情報をＥＣＵ１７に送信する。燃料電池冷却システムは、ロータリバルブ４３、電池出口温度センサ４６およびＥＣＵ１７を少なくとも備える。
【００２７】
ラジエータ出口温度センサ４５は、冷却回路１６のうちラジエータ４２の下流側部分であって、循環ポンプ４４や後述するバイパス通路４８の上流側部分に設けられる。これにより、ラジエータ出口温度センサ４５は、ラジエータ４２により冷却された直後の冷却水温度をラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲとして検出する。
【００２８】
電池出口温度センサ４６は、冷却回路１６のうちＦＣスタック１１の下流側部分であって、ロータリバルブ４３やインタークーラ２６の上流側部分に設けられる。これにより、電池出口温度センサ４６は、ＦＣスタック１１により加熱された直後の冷却水温度を電池出口温度Ｔｏｕｔとして検出する。
【００２９】
ＦＣスタック１１は、走行に必要な電力をまかなうものであり、発電時に発生する熱量は、内燃機関並みである。したがってＦＣスタック１１を冷却するためラジエータ４２を搭載している。ラジエータ４２は、冷却回路１６に設けられ、冷却水の熱を外気との熱交換により外部へ放出する放熱器として機能する。したがってラジエータ４２は、ＦＣスタック１１によって温度上昇した冷却水を冷却する放熱用熱交換器である。ラジエータ４２は、たとえばエンジンルーム内の前方に配設されている。ラジエータ４２には、図示しない送風ファンが設けられている。ラジエータ４２は、この送風ファンによって供給される冷却用空気によって、冷却水を冷却するようになっている。
【００３０】
冷却回路１６は、ラジエータ４２に冷却水を流通させる放熱通路４７と、ラジエータ４２をバイパスして冷却水を流通させるバイパス通路４８とを有する。バイパス通路４８は、ラジエータ４２よりも冷却水流れ上流側の分岐点４３ａで冷却回路１６から分岐するとともにラジエータ４２よりも冷却水流れ下流側の合流点４９で冷却回路１６に合流するように設けられている。
【００３１】
ロータリバルブ４３は、冷却回路１６のうち放熱通路４７とバイパス通路４８とが分岐する分岐点４３ａに設けられ、循環ポンプ４４により循環する冷却水を、放熱通路４７およびバイパス通路４８に分流する割合を調節する。放熱通路４７に設けられた放熱通路４７を流通する冷却水の流量を放熱流量と呼び、バイパス通路４８を流通する冷却水の流量をバイパス流量と呼ぶ。つまり、放熱流量およびバイパス流量の総量が、循環ポンプ４４による循環流量であり、ＦＣスタック１１へ流入する流入量である。そしてロータリバルブ４３は、放熱流量とバイパス流量との流量比率を調節する流量比調節バルブを提供する。
【００３２】
ロータリバルブ４３は、回動可能な状態でバルブをケーシング内に収容した構造である。ケーシングには、電池出口温度センサ４６を通過した冷却水が流入する流入口４３１と、放熱通路４７へ冷却水を流出する放熱側流出口４３２と、バイパス通路４８へ冷却水を流出するバイパス側流出口４３３とが形成されている。
【００３３】
バルブは、ケーシング内を回動することで、流入口４３１と放熱側流出口４３２との連通開度である放熱側開度と、流入口４３１とバイパス側流出口４３３との連通開度であるバイパス側開度とを調節する。ロータリバルブ４３は、放熱側開度とバイパス側開度とが連動して変化するように構成された三方弁であり、ＥＣＵ１７がバルブの回動位置を制御することで、放熱流量とバイパス流量との流量比率が調節される。
【００３４】
具体的には、放熱側開度が１００％となる位置にバルブを回動させると、バイパス側開度が０％となり、放熱側が全開かつバイパス側が全閉の状態になる。放熱側開度が０％となる位置にバルブを回動させると、バイパス側開度が１００％となり、放熱側が全閉かつバイパス側が全開の状態になる。放熱側開度が５０％となる位置にバルブを回動させると、バイパス側開度が５０％となり、放熱側が半開かつバイパス側が半開の状態になる。以下の説明では、放熱側開度のことを単にバルブ開度と呼ぶ場合がある。
【００３５】
循環ポンプ４４は、冷却回路１６のうち合流点４９よりも冷却水流れ下流側、かつ、ＦＣスタック１１よりも上流側に配設されており、冷却水を圧送して冷却回路１６に循環させるためのポンプである。循環ポンプ４４は、例えば、ポンプハウジング内でインペラを回転させて冷却水を圧送する回転式である。
【００３６】
ＥＣＵ１７は、ＦＣスタック１１へ供給される水素および空気の供給量を制御することで、ＦＣスタック１１による発電量を制御する。また、ＦＣスタック１１の発電効率向上や劣化抑制を考慮して、ＦＣスタック１１が有するセルの温度を所定の最適範囲に制御することが要求されている。そこでＥＣＵ１７は、ロータリバルブ４３および循環ポンプ４４の作動を制御することで、ＦＣスタック１１から冷却水への放熱量を制御して、ＦＣスタック１１のセル温度を所定の最適範囲に制御する。
【００３７】
より詳細に説明すると、ＥＣＵ１７は、ロータリバルブ４３の作動を制御することで、放熱流量とバイパス流量との流量比率を調節して、ＦＣスタック１１へ流入する冷却水の温度である電池入口温度Ｔｉｎを調節する。この温度調節により、電池出口温度Ｔｏｕｔは目標温度Ｔｔｒｇに近づくように制御される。冷却水の電池出口温度ＴｏｕｔはＦＣスタック１１のセル温度と相関が高いので、その相関に基づき、電池出口温度Ｔｏｕｔの目標温度Ｔｔｒｇはセル温度が最適範囲となるように設定される。
【００３８】
さらにＥＣＵ１７は、循環ポンプ４４の作動を制御することで、ＦＣスタック１１へ流入する冷却水の流量（つまり循環流量）を調節する。この流量調節により、先述した電解質膜の乾燥度合いが最適範囲となるように制御される。このようにして調節された循環流量に応じて、上記温度調節では電池入口温度Ｔｉｎを調節する。このように、ＥＣＵ１７が有する演算処理装置は、ロータリバルブ４３を制御して電池入口温度Ｔｉｎを調節し、その調節をしている時の演算処理装置は流入温度制御部１７Ｄ（図１参照）に相当する。
【００３９】
さて、冷却回路１６を構成する配管が損傷する等の原因で冷却水が冷却回路１６から漏れ出ている場合や、車両の製造工程や整備工程で冷却水を冷却回路１６へ供給し忘れた場合には、ＦＣスタック１１を十分に冷却できなくなる。そこで、ＥＣＵ１７が有する演算処理装置は、冷却水の循環流量が所定量より少ない異常状態であるか否かを判定する。その判定をしている時の演算処理装置は第１異常判定部１７Ａおよび第２異常判定部１７Ｂ（図１参照）に相当する。
【００４０】
そして、これらの異常判定部により異常状態が検知された場合には、ＦＣスタック１１での発電量や走行用モータへの電力供給量を制限したりして、セル温度の上昇を抑制させつつ車両を走行させるフェールセーフモードでＦＣスタック１１を制御する。異常状態が検知されない場合には、ＦＣスタック１１での発電量を所望の値にさせつつ車両を走行させる通常走行モードでＦＣスタック１１を制御する。
【００４１】
次に、第１異常判定部１７Ａ、第２異常判定部１７Ｂ、空気温度推定部１７Ｃおよび流入温度制御部１７Ｄの処理手順について、図２〜図５を用いて説明する。図４に示す制御は、ＦＣスタック１１の発電が要求されている期間にＥＣＵ１７の演算処理装置が実行する。
【００４２】
図２は、第１異常判定部１７Ａによる異常判定の処理手順を示しており、先ず、ステップＳ１１では、各センサから情報を取得してステップＳ１２に移る。入力される情報の具体例として、電池出口温度センサ４６により検出された電池出口温度Ｔｏｕｔ、ラジエータ出口温度センサ４５により検出されたラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲが挙げられる。さらに、空気温度センサ２４で検出される空気温度、圧力計測部２５で検出される圧力、冷却水の循環流量が挙げられる。さらに、図示しない外気温度センサにより検出された外気温度、図示しない電流検出回路により検出されたＦＣスタック１１の電流値、および図示しない電圧検出回路により検出されたＦＣスタック１１の電圧値が、上記具体例として挙げられる。
【００４３】
続くステップＳ１２では、インタークーラ２６から流出してＦＣスタック１１へ供給される空気の温度である空気出口温度を、ステップＳ１１で取得した各種の値に基づき推定する。詳細には、インタークーラ２６へ流入する空気の状態を示す複数の空気パラメータ、およびインタークーラ２６へ流入する冷却水の状態を示す複数の冷却水パラメータに基づき、空気出口温度の推定値（つまり空気推定温度）を算出する。この算出をしている時の演算処理装置は空気温度推定部１７Ｃ（図１参照）に相当する。
【００４４】
空気パラメータの具体例として、インタークーラ２６へ流入する空気の温度である空気入口温度、流量および圧力が挙げられる。この圧力は、インタークーラ２６の上流側の圧力および下流側の圧力のいずれであってもよい。空気入口温度は、エアフローメータ２３に搭載されている図示しない温度センサで検出すればよい。空気流量および空気圧力の各々は、エアフローメータ２３および圧力計測部２５で検出すればよい。
【００４５】
冷却水パラメータの具体例として、インタークーラ２６へ流入する冷媒の温度である冷媒入口温度および循環ポンプ４４への電力供給量が挙げられる。この電力供給量は、循環ポンプ４４のモータを流れる電流および電圧を検出し、それらの検出値から算出してもよいし、ＥＣＵ１７から出力される指令値から推定してもよい。この指令値を算出する手法について、図３を用いて以下に詳述する。
【００４６】
図３に示す機能ブロックＢ１１は、ＦＣスタック１１が発電時に発生する熱量を算出する。具体的には、ＦＣスタック１１で発電された電力の電流値および電圧値を検出し、それらの検出値に基づき発熱量Ｑを算出する。機能ブロックＢ１２では、発熱量Ｑに応じた循環ポンプ４４（図３ではＷＰと記載）の流量Ｑ１を算出する。この流量Ｑ１は、発熱量Ｑに起因したＦＣスタック１１の温度上昇を生じさせないようにするのに必要な流量である。
【００４７】
一方、機能ブロックＢ１３では、ＦＣスタック１１のセル温度および目標セル温度の差分に応じた循環ポンプ４４の流量Ｑ２を算出する。冷却水の電池出口温度Ｔｏｕｔはセル温度と相関が高いので、電池出口温度センサ４６で検出された温度とその目標温度との差分に基づき上記流量Ｑ２を算出してもよい。この流量Ｑ２は、現状のセル温度を目標セル温度に低下させるのに要求される流量である。
【００４８】
機能ブロックＢ１４では、各々で算出された流量Ｑ１、Ｑ２の大きい方を、要求流量として選択する。機能ブロックＢ１５では、要求流量に応じた循環ポンプ４４の回転数に対する指令値、或いは、その回転数に応じた循環ポンプ４４への電力供給量に対する指令値を出力する。例えば、循環ポンプ４４のモータへの印加電圧をデューティ制御するにあたり、そのデューティ比の指令値を出力する。
【００４９】
図２の説明に戻り、ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、空気温度センサ２４により検出された空気出口温度の検出値（つまり空気検出温度）を取得する。そして、ステップＳ１２で算出された空気出口温度の推定値（つまり空気推定温度）を空気検出温度から減算して得られる差分が、予め設定しておいた所定値以上であるか否かを判定する。つまり、空気検出温度が空気推定温度よりも所定値以上高くなっているか否かを判定する。
【００５０】
空気検出温度が高くなっているとステップＳ１３で肯定判定された場合には、続くステップＳ１４において、先述した異常状態であるとみなして第１異常判定フラグをオンに設定する。一方、ステップＳ１３で否定判定された場合には、第１異常判定フラグをオンにすることなく、図２の処理を終了する。
【００５１】
図４は、第２異常判定部１７Ｂによる異常判定の処理手順を示しており、先ず、ステップＳ３１では、各センサから情報を取得してステップＳ３２に移る。入力される情報の具体例として、電池出口温度センサ４６により検出された電池出口温度Ｔｏｕｔ、およびラジエータ出口温度センサ４５により検出されたラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲが挙げられる。さらに、ステップＳ１１と同様にして、外気温度、ＦＣスタック１１の電流値および電圧値が、上記具体例として挙げられる。
【００５２】
ステップＳ３２では、ＦＣスタック１１が発電時に発生する熱量を算出する。具体的には、ＦＣスタック１１で発電された電力の電流値および電圧値を検出し、それらの検出値に基づき発熱量を算出する。ステップＳ３３では、ステップＳ３２で算出した発熱量に基づき、ロータリバルブ４３のバルブ開度を算出する。先述した流入温度制御部１７Ｄはバルブ開度を算出して開度指令信号を出力し、その開度指令にしたがってロータリバルブ４３は作動し、このロータリバルブ４３の作動により電池入口温度Ｔｉｎは調節される。要するに、ステップＳ１２、Ｓ１３によるバルブ開度の算出処理は流入温度制御部１７Ｄにより実行される処理である。
【００５３】
図５は、流入温度制御部１７Ｄによるバルブ開度算出の手順を、算出の機能毎に説明する機能ブロック図であり、以下、流入温度制御部１７Ｄが有する各機能ブロックについて説明する。機能ブロックＢ２１は、ステップＳ３２で説明した通り、電流値および電圧値に基づきＦＣスタック１１の発熱量Ｑを算出する。具体的には、電流値が大きいほど、また電圧値が小さいほど発熱量Ｑは大きい値に算出される。
【００５４】
機能ブロックＢ２２は、算出された発熱量Ｑ、および循環ポンプ４４による循環流量に基づき、ＦＣスタック１１での温度上昇量ΔＴを算出する。具体的には、発熱量Ｑが大きいほど温度上昇量ΔＴは大きい値に算出され、循環流量が多いほど温度上昇量ΔＴは小さい値に算出される。なお、循環流量は、循環ポンプ４４へ供給している電力量に基づき算出すればよい。
【００５５】
機能ブロックＢ２３は、目標セル温度および外気温度に基づき、冷却水の電池出口温度Ｔｏｕｔに対する目標温度Ｔｔｒｇを算出する。目標セル温度は、セル温度が先述した最適範囲となるように設定される。外気温度は、外気温度センサにより検出された値であり、複数のセルを収容する筐体の外部の雰囲気温度である。先述した通り電池出口温度Ｔｏｕｔはセル温度と相関が高い。また、その相関は外気温度によっても異なってくる。そこで機能ブロックＢ３は、上記相関に基づき、目標セル温度および外気温度に応じて目標温度Ｔｔｒｇを算出する。また、ＦＣスタック１１での電流値、セル温度の履歴、乾き状態および車速等に応じて、目標温度Ｔｔｒｇは補正される。
【００５６】
機能ブロックＢ２４は、機能ブロックＢ２２で算出された温度上昇量ΔＴおよび機能ブロックＢ２３で算出された目標温度Ｔｔｒｇに基づき、冷却水の電池入口温度Ｔｉｎに対する目標温度Ｔｔｒｇｉｎを算出する。具体的には、出口側の目標温度Ｔｔｒが低いほど入口側の目標温度Ｔｔｒｇｉｎは低い値に算出され、温度上昇量ΔＴが大きいほど入口側の目標温度Ｔｔｒｇｉｎは低い値に算出される。
【００５７】
機能ブロックＢ２５は、機能ブロックＢ２４で算出された入口側の目標温度Ｔｔｒｇｉｎ、電池出口温度Ｔｏｕｔおよびラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲに基づき、バルブ開度の指令値を算出する。電池出口温度Ｔｏｕｔは電池出口温度センサ４６により検出された値であり、ラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲはラジエータ出口温度センサ４５で検出された値である。また、車載電気機器の電力消費量、複数セルの温度ばらつき度合および車速等に応じて、バルブ開度の指令値は補正される。流入温度制御部１７Ｄは、機能ブロックＢ２５で算出されたバルブ開度にロータリバルブ４３を作動させるように指令する開度指令信号を出力する。
【００５８】
要するに流入温度制御部１７Ｄは、図５に示す各々の入力値に基づきバルブ開度の指令値を算出する。上記入力値は、ＦＣスタック１１の電流値、電圧値、冷却水の循環流量、目標セル温度、外気温度、電池出口温度Ｔｏｕｔおよびラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲである。
【００５９】
図５の如くバルブ開度の指令値が算出された後、図４のステップＳ３４において、ステップＳ３３で算出されたバルブ開度が全開、つまり放熱側開度が１００％であるか否かを判定する。
【００６０】
ここで、ＦＣスタック１１での発熱量がラジエータ４２による放熱量よりも小さい場合には、バルブ開度を全開にするとセル温度が目標温度よりも低くなる。そのため、全開時に比べて電池入口温度Ｔｉｎが高くなるように、バルブ開度が全開未満の開度領域で調節される筈である。一方、ＦＣスタック１１での発熱量がラジエータ４２による放熱量よりも大きい場合には、バルブ開度を全開にしてもセル温度が目標温度よりも高くなるので、バルブ開度が全開に維持される筈である。したがって、全開か否かを判定するステップＳ３４は、発熱量が放熱量よりも小さく、電池入口温度Ｔｉｎを適温に調節可能な状態であるか否かを判定することと同義である。以下の説明では、適温調節できる全開でない状態となっている期間を調節期間と呼ぶ。
【００６１】
ステップＳ３４にて全開であると判定された場合には、電池入口温度Ｔｉｎを適温調節できない状態とみなしてステップＳ３５の処理に進み、電池出口温度Ｔｏｕｔが想定の範囲を超えて高くなっているか否かを判定する。具体的には、電池出口温度センサ４６により検出された電池出口温度Ｔｏｕｔから、ラジエータ出口温度センサ４５により検出されたラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲを減算し、その減算値が所定値β以上であるか否かを判定する。上記減算値が所定値β以上と判定された場合には、電池出口温度Ｔｏｕｔが想定の範囲を超えて高くなっているとみなし、続くステップＳ３８において、先述した異常状態であるとみなして第２異常判定フラグをオンに設定する。
【００６２】
ステップＳ３４にて全開でないと判定された場合には、電池入口温度Ｔｉｎを適温調節できる状態（つまり調節期間）とみなしてステップＳ３６の処理に進み、電池出口温度Ｔｏｕｔが想定の範囲を超えて短期間で高くなっているか否かを判定する。具体的には、電池出口温度センサ４６により検出された電池出口温度Ｔｏｕｔから、機能ブロックＢ２３で算出された目標温度Ｔｔｒｇを減算する。そして、その減算値が第１所定値α１以上である状態が第１所定時間ｔ１以上継続したか否かを判定する。換言すると、目標温度Ｔｔｒｇに対する電池出口温度Ｔｏｕｔの乖離が第１所定値α１以上である状態が、調節期間に第１所定時間ｔ１以上継続したか否かを判定する。
【００６３】
ステップＳ３６にて肯定判定された場合には、冷媒の循環流量が所定量より少ない異常状態であるとみなして、ステップＳ３８にて第１異常判定フラグをオンに設定する。ステップＳ３６にて否定判定された場合には、続くステップＳ３７において、電池出口温度Ｔｏｕｔが想定の範囲を超えて長期間で高くなっているか否かを判定する。具体的には、ステップＳ３６と同様にして電池出口温度Ｔｏｕｔから目標温度Ｔｔｒｇを減算し、その減算値が第２所定値α２以上である状態が第２所定時間ｔ２以上継続したか否かを判定する。換言すると、目標温度Ｔｔｒｇに対する電池出口温度Ｔｏｕｔの乖離が第２所定値α２以上である状態が、調節期間に第２所定時間ｔ２以上継続したか否かを判定する。
【００６４】
第２所定値α２は第１所定値α１よりも小さい値に設定され、かつ、第２所定時間ｔ２は第１所定時間ｔ１よりも長い時間に設定されている。そして、ステップＳ３７にて肯定判定された場合には、冷媒の循環流量が所定量より少ない異常状態であるとみなして、ステップＳ３８にて第２異常判定フラグをオンに設定する。なお、ステップＳ１６、Ｓ１７の判定で用いられる第１所定値α１および第２所定値α２は、ステップＳ１５の判定で用いられる所定値βに比べて小さい値に設定されている。
【００６５】
ステップＳ３６の判定をしている時の演算処理装置は、特許請求の範囲に記載の判定部または第１判定部に相当し、ステップＳ３７の判定をしている時の演算処理装置は第２判定部に相当する。ステップＳ３６による第１判定では、第１所定時間ｔ１といった短期間で乖離が第１所定値α１以上になった場合に、循環経路から冷却水が漏れ出ている蓋然性が高いとみなして異常判定する。但し、例えば循環経路の損傷が軽度であり、冷却水の漏出速度が遅い場合には、短期間で大きく乖離することにはならず、長期間で僅かに乖離することになる。そこで、ステップＳ３７による第２判定では、第２所定値α２といった少しの乖離が生じた場合であっても、その乖離が第２所定時間ｔ２といった長期間継続した場合に、循環経路の損傷が軽度であるものの冷却水漏れの蓋然性が高いとみなして異常判定する。ステップＳ３６、３７のいずれにおいても否定判定された場合には、第２異常判定フラグをオンにすることなく、図４の処理を終了する。
【００６６】
図６のステップＳ５１では、第１異常判定フラグおよび第２異常判定フラグの両方がオンになっているか否かを判定する。両方オンでなければ、続くステップＳ５２において第１異常判定フラグがオンになっているか否かを判定し、否定判定されれば、続くステップＳ５３において第２異常判定フラグがオンになっているか否かを判定する。さらに否定判定されれば、冷却水漏れが生じていない正常状態であるとみなし、ステップＳ５８にて通常走行モードに設定する。通常走行モードに設定されている場合には、ＦＣスタック１１の発電量を制限することなく、ＥＣＵ１７は燃料電池システム１０の作動を制御する。
【００６７】
ステップＳ５１にて第１異常判定フラグがオンに設定されていると判定された場合、ステップＳ５５にて第１フェールセーフモードに設定され、ＥＣＵ１７が燃料電池システム１０の作動を制御するにあたり、発電量を制限しつつ制御する。ステップＳ５３にて第２異常判定フラグがオンに設定されていると判定された場合、ステップＳ５６にて第２フェールセーフモードに設定され、ステップＳ５５と同様にして発電量を制限する。ステップＳ５１にて両フラグがオンであると判定された場合、ステップＳ５４にて第３フェールセーフモードに設定され、ステップＳ５５と同様にして発電量を制限する。
【００６８】
各々のフェールセーフモードでは、発電量を制限するにあたりその制限内容を異ならせている。具体的には、第２フェールセーフモードでは、第１フェールセーフモードに比べて発電量の制限が大きく設定されており、あまり発電できないようにＦＣスタック１１は制御される。また、第３フェールセーフモードでは、第２フェールセーフモードよりもさらに発電量の制限が大きく設定されている。
【００６９】
なお、ステップＳ５５の処理をしている時の演算処理装置は第１制限部に相当し、ステップＳ５６の処理をしている時の演算処理装置は第２制限部に相当し、ステップＳ５４の処理をしている時の演算処理装置は第３制限部に相当する。
【００７０】
ステップＳ５４、Ｓ５５、Ｓ５６にてフェールセーフモードが設定されると、続くステップＳ５７において、循環ポンプ４４への供給電力を増大させて、循環流量を増量させる。循環流量は、ＦＣスタック１１の乾燥度合いが最適範囲となるように制御されることは先述した通りであるが、乾燥度合から算出される循環流量の目標値に相当する電力量よりも、循環ポンプ４４への供給電力量は増大される。このように循環流量を増量させるようにステップＳ５７の処理を実行している時の演算処理装置は、増量制御部に相当する。
【００７１】
続くステップＳ５９では、車両が走行を終了したか否かを判定する。走行中であると判定されれば処理はステップＳ５１に戻り、走行終了と判定されれば図６の処理を終了する。換言すれば、ステップＳ５１〜ステップＳ５９の処理は、車両走行中に繰り返し実行される。なお、車速がゼロであっても、車両に運転者が乗車していれば、ＦＣスタック１１による発電が要求され得るので、ステップＳ５１〜ステップＳ５９の処理を実行してもよい。
【００７２】
次に、図２のステップＳ１３で肯定判定されることにより第１異常判定フラグがオンに設定される場合の一態様について、図７を用いて説明する。
【００７３】
図７の横軸は経過時間を示し、図７の縦軸は、上段から順に、冷却水温度、ＦＣスタック１１での発熱量、空気出口温度、第１異常判定フラグの状態を示す。最上段の冷却水温度の欄には、電池出口温度Ｔｏｕｔが実線で示され、その目標温度Ｔｔｒｇが点線で示されている。図７の例では、冷却水の漏出が生じており循環流量が所定量未満になっている状態で循環ポンプ４４を作動させながら、ＦＣスタック１１で発電させている状況である。
【００７４】
図中の横軸に示すＣ１時点で冷却水の漏出が生じたことに伴い、空気検出温度は徐々に上昇している。その一方で、漏出が生じても空気パラメータおよび冷却水パラメータの値は大きく変化せず、空気推定温度は大きく上昇していない。その結果、空気推定温度に対する空気検出温度の乖離が時間経過とともに大きくなっていき、Ｃ２時点でその乖離が所定値に達している。Ｃ２時点で、ステップＳ１３にて肯定判定され、第１異常判定フラグがオンに設定されている。
【００７５】
Ｃ１時点で冷却水漏出が生じているにも拘らず、冷却水温度については、図示されるように電池出口温度Ｔｏｕｔが目標温度Ｔｔｒｇを超えておらず、電池出口温度センサ４６では冷却水温度の上昇が検知されていない。その理由として本発明者は以下の知見を得ている。すなわち、冷却水が漏出して少なくなっていると、電池出口温度センサ４６の感温部分の一部にしか冷却水が接触しなくなる。特に冷却水の殆どが漏出した場合には、感温部分の全体が冷却水と接触せず、空気と接触する状態になる。そのため、外気温度が目標温度Ｔｔｒｇに近い場合には、実際のセル温度が目標温度より高くなっているにも拘らず、目標温度になっていると誤検知されることになる。この誤検知が生じると、第１異常判定フラグがオンになっているにも拘らず、第２異常判定フラグがオンにならない。
【００７６】
さらに本発明者は、以下の理由によっても第２異常判定フラグがオンにならない場合がある、との知見を得ている。すなわち、冷却水の熱容量は空気の熱容量に比べて大きいので、冷却水漏出に伴いセル温度が上昇しても、電池出口温度センサ４６で検知される冷却水温度は直ぐには上昇しない。これに対し、空気の熱容量は冷却水の熱容量に比べて小さいので、冷却水漏出に伴い、空気温度センサ２４で検知される空気温度は直ぐに上昇する。したがって、漏出が生じたＣ１時点から短時間で第１異常判定フラグはオンになるのに対し、第２異常判定フラグがオンになるまでに時間がかかる。
【００７７】
次に、図４のステップＳ３７で肯定判定されることにより第２異常判定フラグがオンに設定される場合の一態様について、図８を用いて説明する。
【００７８】
図８の横軸は経過時間を示し、図８の縦軸は、上段から順に、冷却水温度、ＦＣスタック１１での発熱量、バルブ開度、第２異常判定フラグの状態を示す。最上段の欄には、冷却水温度として、電池出口温度Ｔｏｕｔおよびラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲが示されている。図８の例では、冷却水の漏出が生じており循環流量が所定量未満になっている状況であり、かつ、適温調節が可能な調節期間であると判定されてバルブ開度が全開にならない状況である。
【００７９】
そして、図中のＤ１時点で、循環ポンプ４４を起動させるとともにバルブ開度の制御を開始しているものの、循環流量不足が原因で電池出口温度Ｔｏｕｔが上昇し、その後のＤ２時点で電池出口温度Ｔｏｕｔが目標温度Ｔｔｒｇよりも高くなっている。その後、発熱量の変動に応じてバルブ開度が制御されるものの、冷却水の漏出が原因でＦＣスタック１１が十分に冷却されず、電池出口温度Ｔｏｕｔが目標温度Ｔｔｒｇよりも高くなっている状態が継続している。そして、その後のＤ３時点で電池出口温度Ｔｏｕｔが第２所定値α２にまで上昇し、その後のＤ４時点で、電池出口温度Ｔｏｕｔが第２所定値α２以上の状態が第２所定時間ｔ２継続してステップＳ１７で肯定判定され、第２異常判定フラグがオンに設定されている。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池冷却システムは、空気出口温度を推定する空気温度推定部１７Ｃ、空気出口温度を検出する空気温度センサ２４、および第１異常判定部１７Ａを備える。第１異常判定部１７Ａは、空気温度センサ２４による空気検出温度が空気温度推定部１７Ｃによる空気推定温度よりも所定以上高くなっている場合に、冷却水の循環流量が所定量より少ない異常状態であると判定する。
【００８１】
ここで、先述した冷媒パラメータおよび空気パラメータに基づけば、空気出口温度を推定できる筈である。但し、上記異常状態に陥っている場合には、循環ポンプ４４への電力供給量に見合った循環流量を確保できておらず、インタークーラ２６で空気を冷却する度合いが十分に大きくならないため、空気推定温度に比べて空気検出温度が高くなる。よって、空気検出温度が空気推定温度よりも所定以上高くなっている場合に異常状態と判定する本実施形態によれば、特許文献１に記載の冷却システムが必要としていた集水部および水位センサを不要にしつつ異常状態を検知できる。しかも、循環経路のいずれの箇所で漏れが生じた場合であっても異常状態を検知できる。さらに、循環経路への冷媒充填作業での充填量不足が原因で、漏れは生じていないものの循環流量が少なくなっている場合であっても、本実施形態によればその異常状態を検知できる。
【００８２】
さらに本実施形態では、第１異常判定部１７Ａを備えることに加え、ロータリバルブ４３（流量比調節バルブ）と、電池出口温度センサ４６（冷媒温度センサ）と、流入温度制御部１７Ｄと、第２異常判定部１７Ｂと、を備える。流入温度制御部１７Ｄは、電池出口温度センサ４６による冷媒検出温度を冷媒目標温度に近づけるよう、ロータリバルブ４３の作動を制御してＦＣスタック１１へ流入する冷媒の温度を調節する。第２異常判定部１７Ｂは、バイパス流量をゼロにすることなく放熱流量とバイパス流量との割合が調節されている調節期間に検出された冷媒検出温度に基づき、異常状態であるか否かを判定する。調節期間とは、バイパス流量をゼロにすることなく放熱流量とバイパス流量との割合が調節されている期間のことであり、換言すれば、バルブ開度が全開になっていない期間のことである。
【００８３】
ここで、ＦＣスタック１１での発熱量に対するラジエータ４２での放熱量が十分に足りる状況であれば、バイパス流量をゼロにすることなく流量調節して電池出口温度Ｔｏｕｔが目標温度Ｔｔｒｇに調節される筈である。但し、上述の如く流量調節している調節期間であっても、冷媒の循環流量が異常に少なくなっている場合には、電池出口温度Ｔｏｕｔが目標温度Ｔｔｒｇよりも高くなっていく。
【００８４】
この点に着目し、本実施形態の第２異常判定部１７Ｂでは、バイパス流量をゼロにすることなく温度調節されている期間（調節期間）に検出された電池出口温度Ｔｏｕｔに基づき異常状態であるか否かを判定する。そのため、調節期間であるにも拘らず電池出口温度Ｔｏｕｔが異常に高くなっていくといった状況を検知でき、上記異常状態であると判定できる。
【００８５】
さらに本実施形態では、上述したように、空気検出温度と空気推定温度との比較に基づき異常状態を検知する第１異常判定部１７Ａに加え、調節期間の冷媒検出温度に基づき異常状態を検知する第２異常判定部１７Ｂを備える。
【００８６】
図７を用いて先述した通り、空気検出温度に基づく第１異常判定部１７Ａによれば、冷媒検出温度に基づく第２異常判定部１７Ｂに比べて迅速に漏れ異常を検知できる。その一方で、冷却水の漏出速度が極めて遅い場合には、第２異常判定部１７Ｂの方が第１異常判定部１７Ａよりも高精度で漏れ異常を検知できる。したがって、第１異常判定部１７Ａに加えて第２異常判定部１７Ｂを備える本実施形態によれば、迅速かつ高精度で漏れ異常を検知できる。
【００８７】
さらに本実施形態では、ステップＳ５５による第１制限部と、ステップＳ５６による第２制限部とを備える。第１制限部は、第１異常判定部１７Ａにより異常状態であると判定された場合に、ＦＣスタック１１による発電量を制限する。第２制限部は、第２異常判定部１７Ｂにより異常状態であると判定された場合に、ＦＣスタック１１による発電量を制限する。そして、第１制限部と第２制限部とで制限内容が異なる。
【００８８】
これによれば、第１異常判定部１７Ａにより迅速に漏れ異常が検知された場合と、第２異常判定部１７Ｂにより高精度で漏れ異常が検知された場合とで、制限内容を異ならせるので、状況に応じて発電量を制限できるようになる。具体的には、第１制限部は第２制限部よりも制限が緩く、あまり発電量を制限しない。そのため、第１異常判定部１７Ａが誤検知した場合であっても、ある程度の発電は許容されるので、誤検知により発電制限される不具合を抑制できる。一方、第２制限部は第１制限部よりも制限が厳しく、発電量を大きく制限する。そのため、冷却不足によりＦＣスタック１１が損傷することの回避の確実性を向上できる。
【００８９】
さらに本実施形態では、第１制限部および第２制限部に加えて、ステップＳ５４による第３制限部を備える。第３制限部は、第１異常判定部１７Ａおよび第２異常判定部１７Ｂの両方により異常状態であると判定された場合に、ＦＣスタック１１による発電量を制限する。第３制限部による制限の度合は、第１制限部による制限の度合および第２制限部による制限の度合に比べて大きく設定されている。
【００９０】
第１異常判定部１７Ａおよび第２異常判定部１７Ｂの両方により異常状態であると判定された場合には、いずれか一方により異常状態であると判定された場合に比べて、誤判定の可能性が低い。そのため、そのような場合に制限の度合を大きくする本実施形態によれば、冷却不足によりＦＣスタック１１が損傷することの回避の確実性向上と、誤検知により発電制限される不具合抑制との両立を促進できる。
【００９１】
さらに本実施形態では、異常状態であると判定された場合に、循環経路を通じてＦＣスタック１１へ流出入する冷媒の循環流量を増量させる、ステップＳ５７による増量制御部を備える。これによれば、循環流量が増量されるので、異常状態であれば電池出口温度Ｔｏｕｔと目標温度Ｔｔｒｇとの乖離が顕著に現れる。よって、異常状態であることを、検知精度を高めた上で再確認できる。また、循環流量が増量されるので、冷媒漏れ等により循環流量不足に陥っていることが原因でセル温度が上昇していくことを抑制できる。
【００９２】
さらに本実施形態では、ステップＳ３６による第１判定部を第２異常判定部１７Ｂは有する。その第１判定部は、目標温度Ｔｔｒｇに対して検出温度が第１所定値α１以上高くなっている状態が、調節期間に第１所定時間ｔ１以上継続した場合に、異常状態であると判定する。
【００９３】
ここで、循環流量がゼロに近い状況では、電池出口温度センサ４６は実質的に外気温度を検出している。そのため、外気温度がある程度低ければ、異常状態時に検出される電池出口温度Ｔｏｕｔはある程度低くなる。その結果、実際のセル温度が最適範囲を超えて高温になっているにも拘らず、バルブ開度を全開にさせずにバイパス流量を調節して電池入口温度Ｔｉｎを調節する制御が実行されることになる。この点を鑑み、本実施形態では、このように外気温度が低い場合であっても、目標温度Ｔｔｒｇに対して検出温度が第１所定値α１以上高くなっている状態が、調節期間に第１所定時間ｔ１以上継続した場合に異常状態であると判定する。そのため、外気温度が低い場合であっても異常状態を見逃すこと無く検知する確実性を向上できる。
【００９４】
さらに本実施形態では、第２異常判定部１７Ｂは、ステップＳ３６による第１判定部およびステップＳ３７による第２判定部を有する。そして、第１判定部は、目標温度Ｔｔｒｇに対して検出温度が第１所定値α１以上高くなっている状態が、調節期間に第１所定時間ｔ１以上継続した場合に、異常状態であると判定する。第２判定部は、目標温度Ｔｔｒｇに対して検出温度が第２所定値α２以上高くなっている状態が、調節期間に第２所定時間ｔ２以上継続した場合に、異常状態であると判定する。そして、第２所定値α２は第１所定値α１よりも小さい値に設定され、かつ、第２所定時間ｔ２は第１所定時間ｔ１よりも長い時間に設定されている。
【００９５】
ここで、漏れ異常に係る冷媒の漏出速度が速い場合には、目標温度Ｔｔｒｇに対する検出温度の乖離が短時間で大きく生じる。一方、漏れ異常に係る冷媒の漏出速度が遅い場合には、上記乖離は僅かでもその状態が長時間継続することになる。この点を鑑み、本実施形態では、第１判定部では第１所定時間ｔ１を短くかつ第１所定値α１を大きく設定しているので、漏出速度が速い場合には、その異常状態を第１判定部で迅速に検知できる。一方、第２判定部では第２所定時間ｔ２を長くかつ第２所定値α２を小さく設定しているので、漏出速度が遅い場合には、第１判定部では検知できないものの、その異常状態を第２判定部で検知できる。
【００９６】
（第２実施形態）
本実施形態では、図４に示すステップＳ３７の処理（第２判定部）を、以下に説明する乖離積算部および積算判定部の処理に置き換えており、本実施形態に係る第２異常判定部１７Ｂは、乖離積算部および積算判定部を有する。乖離積算部は、電池出口温度Ｔｏｕｔの検出温度が目標温度Ｔｔｒｇよりも高くなっている状態が調節期間に継続している場合に、目標温度Ｔｔｒｇに対する検出温度の乖離を積算する。積算判定部は、乖離積算部により積算された値である乖離積算値が所定の閾値以上になった場合に、異常状態であると判定する。
【００９７】
以上により、本実施形態の燃料電池冷却システムでは、第２異常判定部１７Ｂは乖離積算部および積算判定部を有するので、冷却水の漏出速度が速い場合には、その異常状態を、図４のステップＳ３６による第１判定部で迅速に検知できる。一方、漏出速度が遅い場合には、第１判定部では検知できないものの、その異常状態を積算判定部で検知できる。
【００９８】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。そして、前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００９９】
上記第１実施形態では、図２のステップＳ１３において、空気検出温度が空気推定温度よりも所定値以上高くなっている場合に第１異常判定フラグをオンに設定している。これに対し、空気検出温度が空気推定温度よりも所定値以上高くなっている状態が所定時間以上継続した場合に、第１異常判定フラグをオンに設定してもよい。
【０１００】
上記第１実施形態では、第１異常判定部１７Ａに加えて第２異常判定部１７Ｂを備えているが、第１異常判定部１７Ａを備えていれば、第２異常判定部１７Ｂを廃止してもよい。
【０１０１】
上記第１実施形態では、第１制限部と第２制限部とで制限内容を異ならせているが、同じにしてもよい。また、第３制限部による制限の度合を、第１制限部および第２制限部に比べて大きく設定しているが、小さく設定してもよいし、同じに設定してもよい。また、図６のステップＳ５１、Ｓ５４の処理を廃止して、第３フェールセーフモードを廃止してもよい。
【０１０２】
バルブ開度を制御するにあたり、冷媒の電池出口温度Ｔｏｕｔの検出値が目標温度となるように制御してもよいし、冷媒の電池入口温度Ｔｉｎを検出する入口温度センサを設け、電池入口温度Ｔｉｎの検出値が目標温度となるように制御してもよい。
【０１０３】
前述の各実施形態では、バイパス流量をゼロにすることなく流量割合が調節されている期間を調節期間としているが、バイパス流量および放熱流量のいずれについてもゼロにすることなく流量割合が調節されている期間を調節期間としてもよい。
【０１０４】
図１に示すラジエータ出口温度センサ４５を廃止して、ラジエータ出口温度ＴｏｕｔＲを外気温度から推定してもよい。図１に示す実施形態では流量比調節バルブにロータリバルブ４３を採用しているが、ロータリ式以外のバルブであってもよい。また、流量比調節バルブは図１に示す３方弁に限らず、２方弁を２つ組み合わせて流量比調節バルブを提供してもよい。
【０１０５】
前述の第１実施形態では、循環経路において、インタークーラ２６がＦＣスタック１１に対して並列に接続されている。これに対し、インタークーラ２６がＦＣスタック１１に対して直列に接続されていてもよい。
【０１０６】
前述の第１実施形態では、ＦＣスタック１１は、固体高分子形燃料電池であったが、ＦＣスタック１１の種類はこれに限定されるものではなく、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等であってもかまわない。前述の第１実施形態では、冷却部は冷却回路１６によって実現されているが、冷却回路１６に限るものではなく、他の冷却装置によって実現してもよい。
【０１０７】
前述の第１実施形態において、ＥＣＵ１７によって実現されていた機能は、前述のものとは異なるハードウェアおよびソフトウェア、またはこれらの組み合わせによって実現してもよい。ＥＣＵ１７は、たとえば他の制御装置と通信し、他の制御装置が処理の一部または全部を実行してもよい。ＥＣＵ１７が電子回路によって実現される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって実現することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１１…ＦＣスタック（燃料電池）、１７Ａ…第１異常判定部（異常判定部）、１７Ｃ…空気温度推定部、２４…空気温度センサ、２６…インタークーラ（空気冷却器）、４２…ラジエータ（放熱器）、４４…循環ポンプ。
【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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