(57)【要約】【課題】早期に漏水を判定することができる燃料電池の冷却装置を搭載した燃料電池車両を提供する。【解決手段】本発明に係る燃料電池車両は、冷却水循環路１００に設けられた絶縁電圧検出部と、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値を記憶する記憶部を有するＥＣＵ１６０と、を備え、ＥＣＵ１６０は、記憶部に記憶された前回のイグニッションオフ時の絶縁電圧値よりも、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値が大きい場合に冷却水漏れと判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水循環路と、前記冷却水循環路に設けられるラジエータと、を備える燃料電池の冷却装置が搭載された燃料電池車両であって、
前記冷却水循環路に設けられた絶縁電圧検出部と、
前記絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値を記憶する記憶部を有する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前回のイグニッションオフ時の絶縁電圧値よりも、前記絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値が大きい場合に冷却水漏れと判定する、燃料電池車両。
【請求項２】
前記冷却水循環路には、前記冷却水循環路内の冷却水を圧送する冷却水ポンプが設けられ、
前記制御部は、前記冷却水漏れと判定した場合に、前記冷却水ポンプの回転数を変化させたときの前記絶縁電圧値の変化に基づき冷却水の水位を判定する、請求項１に記載の燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の冷却装置を搭載した燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池車両に搭載される燃料電池は、燃料電池セルが複数積層された燃料電池スタックを備える。各セルは、電解質膜を一対の電極（アノードとカソード）で挟み、さらにその両側を一対のセパレータによって挟むことで構成されている。燃料電池には電解質膜の種類によって決まる好適な運転温度範囲がある。燃料電池の内部温度がその運転温度範囲より高温でも、逆に低温でも十分な発電性能を得ることができない。このため、各セルのセパレータには、アノードに燃料ガスを供給するためのガス流路やカソードに酸化ガスを供給するためのガス流路と共に、冷却水を流すための冷却水流路が設けられており、冷却水によって燃料電池が冷却されることで反応熱による温度上昇が抑えられ、適正な運転温度に温度調整されている。
【０００３】
上記冷却水を繰り返し再使用するために、通常、燃料電池の冷却水流路の入口に接続される冷却水供給管と、冷却水流路の出口に接続される冷却水戻り管とをポンプで接続した冷却水の循環回路（冷却水循環路）が燃料電池に接続される。冷却水戻り管には例えばラジエータ等の熱交換器が配置され、冷却水が燃料電池から奪った熱は熱交換器を介して外部に放出されるようになっている。
【０００４】
このような冷却水循環路を備えた燃料電池システムでは、冷却水循環路に何等かの異常が発生した場合に、その発生を速やかに検出する必要がある。冷却水循環路の異常により燃料電池に十分な冷却水を供給することができなくなると、燃料電池が過熱してしまい発電性能が大きく低下するおそれがあるからである。例えば下記特許文献１では、冷却水循環路の異常を次のように検出する。具体的には、燃料電池の冷却水流路の入口付近における冷却水の供給圧力を検出する入水圧センサと、燃料電池の冷却水流路の出口付近における冷却水の排出圧力を検出する出水圧センサとを設け、該入水圧センサにより検出された圧力と、出水圧センサにより検出された圧力との差圧が下限値よりも小さくなると、異常（漏水の発生）と検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６８４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１に開示された方法では、冷却水が抜ける（冷却水循環路に冷却水を循環させるための冷却水ポンプに冷却水がまわらない状態）まで漏水を検知することができないため、例えばラジエータの破損等による漏水を早期に判定できないおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、早期に漏水を判定することができる燃料電池の冷却装置を搭載した燃料電池車両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】
【０００８】
本発明に係る燃料電池車両は、燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水循環路と、冷却水循環路に設けられるラジエータと、を備えた燃料電池の冷却装置が搭載された燃料電池車両であって、冷却水循環路に設けられた絶縁電圧検出部と、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値を記憶する記憶部を有する制御部と、を備え、制御部は、記憶部に記憶された前回のイグニッションオフ時の絶縁電圧値よりも、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値が大きい場合に冷却水漏れと判定する。
【０００９】
冷却水漏れが発生している場合、冷却水循環路に設けられた絶縁電圧検出部で検出される絶縁電圧値は、通常走行時（冷却水漏れの無い状態）と比較して上昇する。このような絶縁電圧値の変化に基づき、本発明では、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値が、前回のイグニッションオフ時の絶縁電圧値よりも大きい場合に冷却水漏れと判定する。このように絶縁電圧値の変化に基づき冷却水漏れを判定することで、早期に漏水を判定することができる。
【００１０】
本発明に係る燃料電池車両において、冷却水循環路には、冷却水循環路内の冷却水を圧送する冷却水ポンプが設けられ、制御部は、冷却水漏れと判定した場合に、冷却水ポンプの回転数を変化させたときの絶縁電圧値の変化に基づき冷却水の水位を判定してもよい。
【００１１】
冷却水を圧送する冷却水ポンプの回転数を変化させることで冷却水の回りが変わり、それに応じて絶縁電圧値が変動する。このような絶縁電圧値の変動に基づき冷却水の水位を判定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、早期に漏水を判定することができる燃料電池の冷却装置を搭載した燃料電池車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池システムにおける冷却水循環路の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムの横断面図である。
【図３】水位判定処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１５】
図１は、燃料電池システムの冷却水循環路（燃料電池の冷却装置）の構成を示す説明図である。図１に示す燃料電池１０は、燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて発電を行う装置であり、多数のセルが積層されたスタック構造を有する。なお、図１では、燃料電池システムにおける冷却水循環路（冷却系）の構成のみを図示し、燃料ガス供給系や酸化ガス供給系の図示を省略しているが、本実施形態における燃料電池システムは、以下で説明する構成以外の構成を含むことができる。図１に示す燃料電池の冷却装置は、例えば燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）等に搭載されるものであり、そのような燃料電池車両の車載電源システムとして機能する。
【００１６】
燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１０に冷却水を循環供給する冷却水循環路１００を備えている。冷却水循環路１００は、燃料電池１０の冷却水入口に接続される冷却水供給管１２０と、燃料電池１０の冷却水出口に接続される冷却水排出管１１０とをウォーターポンプ１２５で接続した構成を有する。
【００１７】
図１に示す冷却水循環路１００にはラジエータ１３０が配置されている。ラジエータ１３０は、冷却水循環路１００に循環される冷却水を熱交換により冷却する。ラジエータ１３０はラジエータファン１３５を備えており、ラジエータファン１３５は、ラジエータ１３０に風を送り、ラジエータ１３０からの放熱を促進する。
【００１８】
冷却水供給管１２０は、燃料電池１０に冷却水を供給するための管である。冷却水供給管１２０には、冷却水を圧送するウォーターポンプ１２５が配置されている。ウォーターポンプ１２５は、ＥＣＵ１６０からの指令に基づき駆動し、ウォーターポンプ１２５が駆動すると、ウォーターポンプ１２５から圧送された冷却水は冷却水供給管１２０を介して燃料電池１０内の冷却水通路内に流入し、次いで、燃料電池１０から冷却水排出管１１０内に冷却水が流入し、ラジエータ１３０又はバイパス管１５２を介してウォーターポンプ１２５に戻る。本実施形態では、ウォーターポンプ１２５が設けられた位置（図１に示す計測地点Ｋ３）に、絶縁電圧値（車両での漏電判定に使用される電圧測定値）を検出するための漏電検出器（図示略）が設けられている。漏電検出器は、ＥＣＵ１６０（制御部）と接続されており、漏電検出器によって検出された絶縁電圧値を含む信号はＥＣＵ１６０に送信される。後述するように、冷却水循環路１００を流れる冷却水の回りが変わることにより、この計測地点での絶縁電圧値が変動するため、このような絶縁電圧値の変動に基づき冷却水漏れ或いは冷却水の水位を判定することができる。
【００１９】
冷却水排出管１１０は、燃料電池１０から冷却水を排出するための管であり、燃料電池１０から排出された冷却水は、冷却水排出管１１０の下流側に接続されたラジエータ１３０に流入する。冷却水排出管１１０の途中には、ラジエータ１３０へ冷却水を通す流路又はバイパス管１５２への冷却水の流通の切り換えを行う三方弁１４５が配設されている。冷却水循環路１００において、燃料電池１０とラジエータ１３０との間を冷却水が循環する状態から、三方弁１４５の切り換えにより、冷却水がバイパス管１５２を通って循環する状態となる。冷却水がバイパス管１５２を通って循環する状態では、冷却水のラジエータ１３０への流入が回避される。なお、三方弁１４５は、ＥＣＵ１６０の指令に基づき駆動して冷却水の流通の切り換え（ラジエータ１３０へ冷却水を通す流路又はバイパス管１５２）を行う。
【００２０】
冷却水排出管１１０は金属配管１１０ａを含む部材から構成されており、この金属配管１１０ａが設けられた位置（図１に示す計測地点Ｋ１）には、絶縁電圧値を検出するための漏電検出器（図示略）が設けられている。漏電検出器は、ＥＣＵ１６０と接続されており、漏電検出器によって検出された絶縁電圧値を含む信号はＥＣＵ１６０に送信される。なお、金属配管１１０ａは、図１において冷却水排出管１１０の一部分に設けられているが、図示の例に限定されるわけではなく、冷却水供給管１２０及び冷却水排出管１１０の任意の位置に設けることが可能である。言い換えれば、冷却水供給管１２０及び冷却水排出管１１０は、金属配管を含むように構成されていれば良い。
【００２１】
ウォーターポンプ１２５下流側の冷却水供給管１２０には、インタークーラ用水供給管１５０の一端が連結され、インタークーラ用水供給管１５０の他端には冷却水排出管１１０が連結される。インタークーラ用水供給管１５０にはインタークーラ１５１が配置されている。冷却水供給管１２０を流通する冷却水は、インタークーラ用水供給管１５０を介してインタークーラ１５１内を流通する。なお、インタークーラ１５１は、酸化ガス供給系に設けられるコンプレッサ（図示略）によって圧送された空気を冷却する装置である。本実施形態では、インタークーラ１５１が設けられる位置（図１に示す計測地点Ｋ２）に、絶縁電圧値を検出するための漏電検出器（図示略）が設けられている。
【００２２】
なお、冷却水循環路１００に設けられた絶縁電圧値を検出するための装置が、本明細書における「絶縁電圧検出部」に相当するものである。
【００２３】
図２は、燃料電池システムにおける冷却水循環路の横断面視である。図２に示すように、冷却水循環路を構成する各構成要素（金属配管１１０ａ、ウォーターポンプ１２５、インタークーラ１５１等）は、それぞれ高さが異なる位置に設けられている。本実施形態において、各計測地点（Ｋ１〜Ｋ３）は、高い地点から順に、絶縁電圧値の計測地点Ｋ１（冷却水排出管１１０（図１参照）における金属配管１１０ａが設けられた位置）、絶縁電圧値の計測地点Ｋ３（ウォーターポンプ１２５（図１参照）が設けられた位置）、絶縁電圧値の計測地点Ｋ２（インタークーラ１５１が設けられた位置）の順に配置されている。なお、図２に示す「水位レベル」は、ラジエータ１３０内の冷却水の水位を示し、水位レベルＡ（full）は、ラジエータ１３０内の冷却水が満水の状態、水位レベルＢ（mid）は、ラジエータ１３０内の冷却水の水が中程度（水位レベルＡより低く、水位レベルＣより高い範囲の状態）、水位レベルＣ（low）は、ラジエータ１３０内の冷却水の水位が低い状態（水位レベルＢより低く、水位レベルＤより高い範囲の状態）、水位レベルＤ（empty）は、ラジエータ１３０内の冷却水が空の状態、を示す。なお、本実施形態において、各計測地点（Ｋ１〜Ｋ３）や水位レベルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの位置は、図示の例に限定されるわけではなく、冷却水漏れ（漏水）の判定や冷却水の水位を判定することができれば任意の位置に設定することが可能である。
【００２４】
図１及び図２に示す燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の通常走行時では、燃料電池からのイオン溶出により通電側となり、絶縁電圧値は低下する。一方、冷却水漏れが発生した場合、その漏水量に応じて各計測地点（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）での絶縁電圧値が変動するため、絶縁電圧値の変動を検出することで、冷却水漏れを判定することができる。具体的には、冷却水漏れが発生し、且つ、計測地点Ｋ１まで冷却水が満たされていない場合（図２に示す水位レベルＢ近傍）、計測地点Ｋ１の導電物無（冷却水無）となるため、絶縁電圧値は、（計測地点Ｋ１まで冷却水で満たされている場合の絶縁電圧値と比較して）上昇する。更に漏水量が増加して水位が低下し、計測地点Ｋ３まで冷却水が満たされていない場合（図２に示す水位レベルＣ未満）、計測地点Ｋ３の導電物無（冷却水無）となるため、絶縁電圧値は、（計測地点Ｋ３まで冷却水で満たされている場合の絶縁電圧値と比較して）上昇する。更に漏水量が増加して水位が低下し、計測地点Ｋ２まで冷却水が満たされていない場合（図２に示す水位レベルＤ近傍）、計測地点Ｋ２の導電物無（冷却水無）となるため、絶縁電圧値は、（計測地点Ｋ２まで冷却水で満たされている場合の絶縁電圧値と比較して）上昇する。絶縁電圧値の変動に応じた水位判定処理の詳細は後述する。
【００２５】
なお、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１６０（制御部）は、システム内の各種機器の動作を制御するものであり、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。本実施形態において、ＥＣＵ１６０は、例えば、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値を記憶する記憶部を有する。またＥＣＵ１６０は、例えば、記憶部に記憶された前回のイグニッションオフ時の絶縁電圧値よりも、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値が大きい場合に、冷却水漏れと判定する。ＥＣＵ１６０による制御動作の詳細を以下に説明する。
【００２６】
続いて、図１に示すＥＣＵ１６０で実行される、冷却水の水位判定処理について説明する。図３は、冷却水の水位判定処理の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、絶縁電圧（前回終了値）とは、イグニッションオフ（ＩＧＯＦＦ）された時の絶縁電圧値を記憶し、次イグニッションオン（ＩＧＯＮ）時まで保持した値を示す。ＷＰ低回転とは、冷却水を回すことができないウォーターポンプの回転数を示し、つまり、絶縁電圧（ＷＰ低回転）とは、ＷＰ低回転時において漏電検出器によって検出される絶縁電圧値を示す。ＷＰ高回転とは、冷却水を回すことができるウォーターポンプの回転数を意味し、つまり、絶縁電圧（ＷＰ高回転）とは、ＷＰ高回転時において漏電検出器によって検出される絶縁電圧値を示す。
【００２７】
まず、ステップＳ１０では、絶縁電圧（前回終了値）が、絶縁電圧（ＷＰ低回転）よりも小さいか否かを判定する（条件Ａ）。絶縁電圧（前回終了値）が絶縁電圧（ＷＰ低回転）よりも大きい場合には（ステップＳ１０（Ｎｏ））、冷却水の水位が正常（図２に示す水位レベルＡ（full））と判定される。一方、絶縁電圧（前回終了値）が絶縁電圧（ＷＰ低回転）よりも小さい場合には（ステップＳ１０（Ｙｅｓ））、後述するステップＳ２０又はステップＳ３０を経て最終的に冷却水の水位が異常と判定すなわち冷却水漏れが発生していると判定される。このように、本実施形態におけるＥＣＵ１６０（図１）は、メモリ（記憶部）に記憶された前回のイグニッションオフ時の絶縁電圧値よりも、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値が大きい場合に（すなわちステップＳ１０（Ｙｅｓ）の場合）、冷却水漏れが発生していると判定する。ステップＳ１０（Ｙｅｓ）の場合、ステップＳ２０の前に、ウォーターポンプの回転数を変更、すなわち、後述する条件Ｂにおいて判定するためのＷＰ高回転を実施する（ステップＳ１５）。
【００２８】
ステップＳ１０（Ｙｅｓ）及びステップＳ１５に続くステップＳ２０では、絶縁電圧（ＷＰ高回転）＜絶縁電圧（ＷＰ低回転）、且つ、閾値ＢLow＜絶縁電圧（ＷＰ低回転）＜閾値ＢHi、を満たすか否かが判定される（条件Ｂ）。条件Ｂを満たす場合（ステップＳ２０（Ｙｅｓ））には、冷却水の水位レベルＢ（mid）と判定される。一方、条件Ｂを満たさない場合（ステップＳ２０（Ｎｏ））には、ステップＳ３０に進む。なお、閾値ＢLowとは、水位レベルがＫ１よりも高い時に計測できる電圧値を示す。閾値ＢHiとは、水位レベルがＫ３よりも高く、Ｋ１よりも低いときに計測できる電圧値を示す。ステップＳ２０（Ｎｏ）の場合、ステップＳ３０の前に、ウォーターポンプの回転数を変更、すなわち、後述する条件Ｃにおいて判定するためのＷＰ高回転を実施する（ステップＳ２５）。
【００２９】
ステップＳ２０（Ｎｏ）及びステップＳ２５に続くステップＳ３０では、絶縁電圧（ＷＰ高回転）＜絶縁電圧（ＷＰ低回転）、且つ、閾値ＣLow＜絶縁電圧（ＷＰ低回転）＜閾値ＣHi、を満たすか否かが判定される（条件Ｃ）。条件Ｃを満たす場合（ステップＳ３０（Ｙｅｓ））には、冷却水の水位レベルＣ（low）と判定される。一方、条件Ｃを満たさない場合（ステップＳ３０（Ｎｏ））には、冷却水の水位レベルＤ（empty）と判定される。なお、閾値ＣLowとは、水位レベルがＫ３よりも高く、Ｋ１よりも低いときに計測できる電圧値を示す。閾値ＣHiとは、水位レベルがＫ２よりも低いときに計測できる電圧値を示す。閾値ＢHiと閾値ＣLowとは同じ値を用いてもよいし、閾値ＢHiの方が小さい電圧値としてもよい。
【００３０】
以上、図３に示すように、本実施形態では、ウォーターポンプ１２５（図１等）の回転数に応じた絶縁電圧値の変化に基づき冷却水の水位を判定する。このように、ウォーターポンプ１２５の回転数の変化により冷却水の回りが変動することから、本実施形態では、この回転数の変化に応じた計測地点（図１等に示すＫ１〜Ｋ３）での絶縁電圧値の変動に基づき冷却水の水位を判定することができる。
【００３１】
以上説明した、本実施形態において、図１に示すＥＣＵ１６０は、絶縁電圧検出部によって検出された絶縁電圧値を記憶する記憶機能と、絶縁電圧値に基づき冷却水漏れと判定する判定機能と、絶縁電圧値の変化に基づき冷却水の水位を判定する水位判定機能とを有する制御部として一体の構成が図示されているが、この例に限定されない。つまり、例えばそれぞれの機能（記憶機能、冷却水漏れ判定機能、水位判定機能）を有する別体の装置として制御部を構成しても良い。
【００３２】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…燃料電池
１００…冷却水循環路
１１０…冷却水排出管
１２０…冷却水供給管
１２５…ウォーターポンプ（冷却水ポンプ）
１３０…ラジエータ
１３５…ラジエータファン
１４５…三方弁
１５０…インタークーラ用水供給管
１５１…インタークーラ
１５２…バイパス管
１６０…ＥＣＵ（制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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