(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック（１２）と、該燃料電池スタック内を流れる冷媒が循環する冷媒循環回路（２０）と、前記冷媒循環回路に設けられ該冷媒循環回路において冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ（２２）と、前記冷媒循環回路に設けられ該冷媒循環回路を流れる冷媒から放熱させる放熱器（２４）と、前記冷媒循環回路に接続され前記放熱器をバイパスさせて冷媒を流すバイパス流路（２８）と、前記冷媒循環回路において前記放熱器へ流入する冷媒流量と前記バイパス流路へ流入する冷媒流量との流量比率を調節する分流制御バルブ（３０）とを備えた燃料電池システムの制御装置であって、
前記分流制御バルブの作動を制御するバルブ制御部（１８３）と、
前記燃料電池スタックの発熱量（Ｗｓｔ）が予め定められた発熱量閾値（Ｗ１）以下であるか否かを判定する発熱量判定部（１８４、Ｓ１０１）と、
前記燃料電池スタックの発熱量が前記発熱量閾値以下であることを肯定する肯定判定が前記発熱量判定部により為された場合には、前記放熱器で冷媒から放熱される放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制すると共に、前記分流制御バルブの作動を禁止するバルブ作動許否部（１８５、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５）とを備え、
前記バルブ制御部は、前記バルブ作動許否部によって前記分流制御バルブの作動が禁止された場合には、前記分流制御バルブに前記流量比率を保持させる燃料電池システムの制御装置。
【請求項２】
前記放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制することとは、前記放熱器において冷媒からの放熱を停止することである請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項３】
前記放熱器は、空気が流入する空気流入面（２４３）を有し該空気流入面が車両（９０）の進行方向とは一致しない向きを向くように該車両に搭載される車両用ラジエータであり、
前記車両は、前記放熱器の空気流入面へ空気が流入するように送風を行うラジエータファン（２６）を有し、
前記バルブ作動許否部（１８５、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４）は、前記ラジエータファンの送風を停止させることにより、前記放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制する請求項１または２に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項４】
前記放熱器は、車両（９０）に搭載される車両用ラジエータであり、
前記車両は、前記放熱器へ空気が流れるように送風を行うラジエータファン（２６）と、前記車両の走行に伴って前記放熱器へ流入する空気が該流入前に通過する車速風取入れ口（９０１）を開閉する開閉装置（３２）とを有し、
前記バルブ作動許否部（１８５、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５）は、前記車速風取入れ口を前記開閉装置に塞がせると共に前記ラジエータファンの送風を停止させることにより、前記放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制する請求項１または２に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項５】
前記発熱量閾値を決定する発熱量閾値決定部（１８６、Ｓ１０６）を備え、
前記冷媒循環回路、前記冷媒循環ポンプ、前記放熱器、前記バイパス流路、および前記分流制御バルブは、前記燃料電池スタックを冷却する燃料電池冷却装置（１４）を構成し、
前記発熱量閾値決定部は、前記発熱量閾値をＷ１とし、前記放熱器で冷媒から放熱される現在の放熱量をＷｒｎとし、前記燃料電池冷却装置のうち前記燃料電池スタックから直接に吸熱し又は冷媒を介して吸熱し冷媒を含んで構成される冷却系の熱容量をＣＨｃとし、前記燃料電池スタックにおいて許容される予め定められた許容最大温度をＴｐとし、現在の冷媒温度をＴｎとし、前記現在の冷媒温度から前記許容最大温度に到達するまで冷媒を温度上昇させるために要する所要時間の許容最大値として予め定められた許容時間をＴＭｐとしたときに、
Ｗ１＝Ｗｒｎ＋（ＣＨｃ×（Ｔｐ−Ｔｎ））／ＴＭｐ
から前記発熱量閾値を決定する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項６】
冷媒の温度が予め定められた許容温度範囲（ＲＧｔｐ）内に入っているか否かを判定する冷媒温度判定部（１８７、Ｓ１０７）を備え、
前記バルブ作動許否部は、前記冷媒の温度が前記許容温度範囲から外れていると前記冷媒温度判定部により判定された場合には、前記発熱量判定部の判定に関わらず、前記放熱量の抑制を行わないと共に、前記分流制御バルブの作動を禁止せずに許可する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項７】
冷媒の温度が予め定められた許容上限値（Ｔ１ｐ）を超えているか否かを判定する第１冷媒温度判定部（１８８、Ｓ１０８）と、
前記冷媒の温度が、前記許容上限値よりも低い予め定められた許容下限値（Ｔ２ｐ）未満であるか否かを判定する第２冷媒温度判定部（１８９、Ｓ１１０）と、
前記燃料電池スタックが有する電解質膜の湿潤状態が予め定められた乾燥基準に対し乾き側にあるか否かを判定する第１湿潤状態判定部（１９０、Ｓ１０９）と、
前記電解質膜の湿潤状態が予め定められた湿り基準に対し湿り側にあるか否かを判定する第２湿潤状態判定部（１９１、Ｓ１１１）とを備え、
前記バルブ作動許否部は、前記冷媒の温度が前記許容上限値を超えていると前記第１冷媒温度判定部により判定され且つ前記湿潤状態が前記乾燥基準に対し前記乾き側にあると前記第１湿潤状態判定部により判定された場合、および、前記冷媒の温度が前記許容下限値未満であると前記第２冷媒温度判定部により判定され且つ前記湿潤状態が前記湿り基準に対し前記湿り側にあると前記第２湿潤状態判定部により判定された場合には、前記発熱量判定部の判定に関わらず、前記放熱量の抑制を行わないと共に、前記分流制御バルブの作動を禁止せずに許可する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項８】
前記冷媒循環ポンプは、前記燃料電池スタックが発熱していなくても作動することがある請求項６または７に記載の燃料電池システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに適用される制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置が適用される燃料電池システムとして、例えば特許文献１に記載された燃料電池システムが従来から知られている。この特許文献１に記載された燃料電池システムは、燃料電池と、その燃料電池に冷却水を供給して燃料電池を冷却する冷却水循環系としての冷却装置と、システム全体を統合制御する制御部とを備えている。
【０００３】
その燃料電池システムの冷却装置は、冷却水流路と冷却水ポンプとラジエータとバイパス流路と分流制御バルブとを有している。その冷却水流路は、冷却水が流れる流路であり、燃料電池内の冷却流路に連通する。冷却水ポンプは、冷却水流路内の冷却水を燃料電池に循環させる。ラジエータは、冷却水流路内の冷却水を放熱させて冷却する。バイパス流路は、ラジエータをバイパスさせて冷却水を流すための流路である。分流制御バルブは、バイパス流路への分流比を調整するための装置である。
【０００４】
また、燃料電池システムの制御部は、燃料電池システムに適用される制御装置に相当し、例えば、冷却水ポンプの回転数制御および分流制御バルブの開度制御などを実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２８２３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池システムを搭載したバスまたはトラック等の大型車両では、乗用車と比較するとその車両重量が大きいので、同じ加速度を得るために必要な出力が大きい。すなわち、燃料電池システムを搭載した大型車両が乗用車と同じ道路上で同じように加速を行う場合、その大型車両の燃料電池出力は、乗用車と比較して大きくなる。従って、大型車両では、車両の最大出力がユーザから要求されている状態が発生する頻度と、車両の燃料電池が最大出力に近い高出力を発生する頻度とが、乗用車と比較して高くなる。例えば、車両の発進時には、車両の最大出力がユーザから要求され易い。
【０００７】
このようなことから、例えば特許文献１の燃料電池システムを搭載している大型車両では、乗用車と比較して、冷却水の水温が急峻に上昇し易くなり、分流制御バルブが全開になる頻度が高くなる。その分流制御バルブの全開とは、バイパス流路を塞ぐと共に燃料電池内の冷却流路から流出した冷却水の全量をラジエータへ流すバルブ位置である。
【０００８】
また、仮に燃料電池スタックが発熱していないときにラジエータで冷却水が放熱させられるとすれば、冷却され続ける冷却水が燃料電池スタックへ流れ込み、その燃料電池スタックの温度が低下する。そうなると、燃料電池スタックの発電性能が適切に発揮されなくなる。従って、これを回避するために、燃料電池スタックが発熱していない場合またはその発熱量が非常に小さい場合には、分流制御バルブは全閉にされる必要がある。その分流制御バルブの全閉とは、ラジエータへの冷却水の流入を阻止すると共に燃料電池内の冷却流路から流出した冷却水の全量をバイパス流路へ流すバルブ位置である。
【０００９】
つまり、発明者らの詳細な検討の結果、特許文献１の燃料電池システムが大型車両に搭載された場合においてその大型車両では、その車両の発進または停止の度に、分流制御バルブが全開と全閉とを繰り返す挙動を為すという新たな課題が見出された。このように分流制御バルブが全開と全閉とを繰り返すことになれば、分流制御バルブにおけるバルブ開度の変化量を累積した累積駆動量が大きくなることに起因して、その分流制御バルブの耐久性が問題になる。
【００１０】
また、一般に分流制御バルブの耐久性を高めるためには、その分流制御バルブが有するギヤおよびパッキンの摩耗による破損を避けるようにすれば良いとも考えられる。しかし、そのような分流制御バルブの機械的構成部品での対策は、分流制御バルブの体格拡大およびコスト増加を招き易く実際上容易ではないので、分流制御バルブの制御によって累積駆動量を低減させることが求められている。
【００１１】
なお、上記では大型車両を例として説明したが、分流制御バルブの累積駆動量を低減させる必要性は、大型車両において顕著であるというだけであり、例えば乗用車においても存在する。
【００１２】
本発明は上記点に鑑みて、分流制御バルブの累積駆動量を低減させることが可能な燃料電池システムの制御装置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】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池スタック（１２）と、その燃料電池スタック内を流れる冷媒が循環する冷媒循環回路（２０）と、冷媒循環回路に設けられその冷媒循環回路において冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ（２２）と、冷媒循環回路に設けられその冷媒循環回路を流れる冷媒から放熱させる放熱器（２４）と、冷媒循環回路に接続され放熱器をバイパスさせて冷媒を流すバイパス流路（２８）と、冷媒循環回路において放熱器へ流入する冷媒流量とバイパス流路へ流入する冷媒流量との流量比率を調節する分流制御バルブ（３０）とを備えた燃料電池システムの制御装置であって、
分流制御バルブの作動を制御するバルブ制御部（１８３）と、
燃料電池スタックの発熱量（Ｗｓｔ）が予め定められた発熱量閾値（Ｗ１）以下であるか否かを判定する発熱量判定部（１８４、Ｓ１０１）と、
燃料電池スタックの発熱量が発熱量閾値以下であることを肯定する肯定判定が発熱量判定部により為された場合には、放熱器で冷媒から放熱される放熱量を肯定判定が為される前に比して抑制すると共に、分流制御バルブの作動を禁止するバルブ作動許否部（１８５、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５）とを備え、
バルブ制御部は、バルブ作動許否部によって分流制御バルブの作動が禁止された場合には、分流制御バルブに流量比率を保持させる。
【００１４】
上述のように、バルブ作動許否部は、燃料電池スタックの発熱量が発熱量閾値以下であることを肯定する肯定判定が発熱量判定部により為された場合には、放熱器で冷媒から放熱される放熱量を上記肯定判定が為される前に比して抑制すると共に、分流制御バルブの作動を禁止するので、分流制御バルブの累積駆動量を低減させることが可能である。それと共に、分流制御バルブの作動禁止に伴って発生することが想定される燃料電池スタックの冷却され過ぎを、上記放熱量の抑制によって回避することが可能である。
【００１５】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態において燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態において車両用ラジエータ２４の形状を模式的に示した斜視図である。
【図３】第１実施形態の車両用ラジエータ２４が車両９０に搭載される向きを示した模式図である。
【図４】冷媒循環ポンプ２２を駆動する制御にて用いられる、燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔと冷媒循環ポンプ２２のポンプ回転数Ｎｐとの関係を定めたポンプ駆動マップである。
【図５】第１実施形態において制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態において累積駆動量ＭＶｖｔを低減する効果を説明するためのタイムチャートである。
【図７】第２実施形態において車両９０の中での車両用ラジエータ２４の配置を示した車両平面図である。
【図８】第２実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。
【図９】第３実施形態において燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図であって、第１実施形態の図１に相当する図である。
【図１０】第３実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。
【図１１】第４実施形態において燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図であって、第１実施形態の図１に相当する図である。
【図１２】第４実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。
【図１３】第５実施形態において燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図であって、第１実施形態の図１に相当する図である。
【図１４】第５実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。
【図１５】第１実施形態と比較される一例において、車両用ラジエータ２４の空気流入面２４３の向きが車両９０の進行方向に一致した向きになっている状態を図示した模式図である。
【図１６】第１実施形態の変形例において、図３とは異なる向きを向いた車両用ラジエータ２４を搭載する車両９０を示した第１の模式図である。
【図１７】第１実施形態の変形例において、図３とは異なる向きを向いた車両用ラジエータ２４を搭載する車両９０を示した第２の模式図である。
【図１８】第１実施形態の変形例において、図３とは異なる向きを向いた車両用ラジエータ２４を搭載する車両９０を示した第３の模式図である。
【図１９】第１実施形態の変形例において、図３とは異なる向きを向いた車両用ラジエータ２４を搭載する車両９０を示した第４の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１８】
（第１実施形態）
図１に示す本実施形態の燃料電池システム１０は、バスまたはトラック等の大型車両である燃料電池車両９０に搭載される。この燃料電池システム１０は、燃料電池車両９０（以下、単に車両９０とも呼ぶ）の走行用駆動源としての走行用モータへ電力を供給する電源である。その車両９０は例えば図３に図示されている。
【００１９】
燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池スタック１２と燃料電池冷却装置１４と冷媒温度センサ１６と制御装置１８とを備えている。
【００２０】
燃料電池スタック１２は、多数の単電池すなわち電池セルが積層されたスタック構造を備えている。その燃料電池スタック１２の単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有すると共に、他方の面に燃料極を有している。更に、その単電池は、その空気極と燃料極とを両側から挟みこむように設けられた一対のセパレータを有している。
【００２１】
この一対のセパレータのうち、燃料極側のセパレータに形成された燃料ガス流路には燃料ガスが供給され、空気極側のセパレータに形成された酸化ガス流路には酸化ガスが供給される。燃料電池スタック１２は、この燃料ガスおよび酸化ガスの供給により電力を発生する。また、燃料電池スタック１２には、発電中の電流を検出する不図示の電流センサと、発電中の電圧を検出する不図示の電圧センサとが設けられている。また、燃料電池スタック１２には、図示しないが、燃料電池スタック１２を冷却するための冷却水を燃料電池スタック１２内に流通させるための冷却流路が設けられている。この冷却流路に冷媒としての冷却水が流通し、その冷媒が吸熱することより、燃料電池スタック１２は冷却される。
【００２２】
燃料電池冷却装置１４（以下、単に冷却装置１４とも呼ぶ）は、燃料電池スタック１２を冷却する装置である。燃料電池スタック１２はその発電に伴って発熱するので、冷却装置１４は燃料電池システム１０において必要とされる。冷却装置１４において熱を運ぶ冷却媒体すなわち冷媒としては、例えば上記のように冷却水が採用されている。要するに、冷却装置１４の冷媒は液体である。
【００２３】
冷却装置１４は、冷媒循環回路２０と冷媒循環ポンプ２２と車両用ラジエータ２４とラジエータファン２６とバイパス流路２８と分流制御バルブ３０とを備えている。冷媒循環回路２０は、冷媒が流れる流路である。冷媒循環回路２０は、燃料電池スタック１２の冷却流路へ接続されることで、冷媒が循環するように流れる環状の冷媒流路を構成する。従って、冷媒循環回路２０には、燃料電池スタック１２内を流れる冷媒が循環する。
【００２４】
冷媒循環ポンプ２２は、冷媒循環回路２０に設けられた電動の冷却水ポンプである。冷媒循環ポンプ２２は、冷媒を吸い込むポンプ吸込口２２１と、冷媒を吐出するポンプ吐出口２２２とを有している。すなわち、冷媒循環ポンプ２２は、そのポンプ吸込口２２１から吸い込んだ冷媒をポンプ吐出口２２２から吐出する。これにより、冷媒循環ポンプ２２は、冷媒循環回路２０において冷媒を循環させる。
【００２５】
また、冷媒循環ポンプ２２が吐出する冷媒の流量すなわち冷媒循環ポンプ２２の吐出量は冷媒循環ポンプ２２のポンプ回転数Ｎｐに応じて増減し、そのポンプ回転数Ｎｐが高くなるほど、冷媒循環ポンプ２２の吐出量は増大する。ポンプ吐出口２２２は、燃料電池スタック１２の冷媒入口１２１に接続されているので、冷媒循環ポンプ２２の吐出量は、すなわち燃料電池スタック１２へ流入する冷媒の流量である。
【００２６】
燃料電池スタック１２は、冷媒が流入する冷媒入口１２１と、冷媒が流出する冷媒出口１２２とを有している。すなわち、この冷媒入口１２１は燃料電池スタック１２の冷却流路の入口であり、冷媒出口１２２は燃料電池スタック１２の冷却流路の出口である。
【００２７】
車両用ラジエータ２４は、冷媒循環回路２０に設けられており、冷媒循環回路２０を流れる冷媒から放熱させる放熱器である。すなわち、車両用ラジエータ２４は熱交換器であり、ラジエータファン２６によって送風される外気（言い換えれば、車室外の空気）と車両用ラジエータ２４内を流れる冷媒とを熱交換させることにより、その冷媒から放熱させてその冷媒を冷却する。車両用ラジエータ２４は、冷媒が流入する冷媒入口２４１と、冷媒が流出する冷媒出口２４２とを有している。その車両用ラジエータ２４の冷媒出口２４２はポンプ吸込口２２１に接続されている。
【００２８】
車両用ラジエータ２４は、図２に示すように、車両に搭載される一般的なラジエータと同様に矩形の厚板状の外形を有している。車両用ラジエータ２４は、車両用ラジエータ２４の厚み方向の一面を、冷媒と熱交換するための外気が流入する空気流入面２４３として有している。
【００２９】
図２および図３に示すように、車両用ラジエータ２４は車両９０に２台搭載されている。この２台の車両用ラジエータ２４は、冷媒循環回路２０上で並列接続されていても直列接続されていても構わない。また、車両用ラジエータ２４の台数に限定はない。図１では、簡潔な図示を目的に車両用ラジエータ２４が１つ表示されている。
【００３０】
この図２および図３に示す２台の車両用ラジエータ２４は何れも、空気流入面２４３の法線方向ＤＲｒが車両９０の進行方向に対して横向きになるように車両９０に搭載されている。要するに、本実施形態の車両用ラジエータ２４は、空気流入面２４３が車両９０の進行方向とは一致しない向きを向くように車両９０に搭載されている。
【００３１】
従って、車両用ラジエータ２４は、その車両用ラジエータ２４の搭載向きにより、車両９０の走行に伴い車両９０に対して対向するように吹く空気である車速風が車両用ラジエータ２４へ流入し難いようになっている。そのため、車両用ラジエータ２４は、専らラジエータファン２６の送風によって冷媒と空気との熱交換を行う。そして、ラジエータファン２６の送風が例えば止まると、車両用ラジエータ２４での熱交換は実施されなくなるか又は殆ど実施されなくなる。なお、図３および後述の図７、１５〜１９において前後上下左右の何れかを指し示す両端矢印は、車両９０における各方向を示すものである。また、図３では、車両９０の前方を向く進行方向は紙面の裏側向きの方向である。
【００３２】
図１に戻り、ラジエータファン２６は例えば電動の軸流送風機である。ラジエータファン２６は、車両用ラジエータ２４の空気流入面２４３へ外気が流入するように送風する。
【００３３】
バイパス流路２８は、冷媒循環回路２０に接続された冷媒流路である。そのバイパス流路２８は、バイパス流路２８の下流端にてポンプ吸込口２２１へ接続されている。そして、バイパス流路２８は、冷却装置１４内の冷媒流れにおいて車両用ラジエータ２４と並列に設けられており、車両用ラジエータ２４をバイパスさせて冷媒を流す。
【００３４】
分流制御バルブ３０は例えば電磁式の三方弁である。分流制御バルブ３０は、冷媒が流出する第１出口ポート３０１と、冷媒が流出する第２出口ポート３０２と、冷媒が流入する入口ポート３０３とを有している。その入口ポート３０３から流入した冷媒は、第１出口ポート３０１と第２出口ポート３０２との一方または両方から流出するようになっている。また、第１出口ポート３０１は車両用ラジエータ２４の冷媒入口２４１に接続され、第２出口ポート３０２はバイパス流路２８の上流端に接続され、入口ポート３０３は燃料電池スタック１２の冷媒出口１２２に接続されている。
【００３５】
分流制御バルブ３０は、冷媒循環回路２０において車両用ラジエータ２４へ流入する冷媒流量とバイパス流路２８へ流入する冷媒流量との流量比率を調節する。言い換えれば、分流制御バルブ３０は、車両用ラジエータ２４へ流出する冷媒流量Ｑ１を燃料電池スタック１２から流入する冷媒流量Ｑｉｎで除して得た流量比である分流比ＲＴｄ、要するに下記式Ｆ１から算出される分流比ＲＴｄを調節する。
【００３６】
ＲＴｄ＝Ｑ１／Ｑｉｎ  ・・・（Ｆ１）
詳細には、分流制御バルブ３０は、その分流比ＲＴｄを決める弁開度を全開から全閉までの間で連続的に変化させることができる。その分流制御バルブ３０の全開とは、第２出口ポート３０２を塞ぐと共に入口ポート３０３から流入した冷媒の全量を車両用ラジエータ２４へ流す弁開度である。この全開時には分流比ＲＴｄは１００％である。一方で、分流制御バルブ３０の全閉とは、第１出口ポート３０１を塞ぐと共に入口ポート３０３から流入した冷媒の全量をバイパス流路２８へ流す弁開度である。この全閉時には分流比ＲＴｄは０％である。
【００３７】
冷媒温度センサ１６は、冷媒循環回路２０を流れる冷媒の温度を逐次検出する。そして、冷媒温度センサ１６は、その冷媒温度を示す検出信号を制御装置１８へ出力する。例えば、冷媒温度センサ１６は、図１に示すように燃料電池スタック１２の冷媒出口１２２に配置されているので、詳細に言えば、その冷媒出口１２２における冷媒温度すなわちスタック出口冷媒温度を検出する。
【００３８】
制御装置１８は、不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータで構成された電子制御装置である。制御装置１８には、冷媒温度センサ１６等を含むセンサ類が電気的に接続されており、そのセンサ類からの信号は、不図示の入力回路によってＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
【００３９】
制御装置１８は、燃料電池スタック１２および冷却装置１４に関わる種々の制御を実行する。例えば制御装置１８は、冷却装置１４に関わる制御を実行するために、ポンプ制御部１８１と放熱制御部１８２とバルブ制御部１８３と発熱量判定部１８４とバルブ作動許否部１８５とを機能的に有している。
【００４０】
ポンプ制御部１８１は、燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔに応じて冷媒循環ポンプ２２を駆動する。具体的には、ポンプ制御部１８１は、予め実験的に定められた図４のポンプ駆動マップに従って燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔに基づき冷媒循環ポンプ２２を駆動する。その図４のポンプ駆動マップは、燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔと冷媒循環ポンプ２２のポンプ回転数Ｎｐとの関係を定めたマップである。この図４から判るように、冷媒循環ポンプ２２のポンプ回転数Ｎｐは、燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔが大きくなるほど高くされる。その発熱量Ｗｓｔの単位は例えば「Ｗ」である。
【００４１】
また、ポンプ制御部１８１は、図４のポンプ駆動マップを使用する際には、燃料電池スタック１２から出力される電流と電圧との各々の検出値に基づいて、予め実験的に設定された発熱量マップから燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔを推定する。その発熱量マップでは、例えば燃料電池スタック１２から出力される電流の検出値が零であれば、燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔも零になる。従って、ポンプ制御部１８１は、燃料電池スタック１２が発電していない場合には燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔが零であると判断し、図４に示すように冷媒循環ポンプ２２を停止する。その燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔを算出するための電流および電圧の検出値は瞬時値であってもよいし、フィルタを通して平滑されたフィルタ値であってもよい。
【００４２】
放熱制御部１８２は、車両用ラジエータ２４へ外気が流れるようにラジエータファン２６を駆動する。放熱制御部１８２は、このラジエータファン２６の駆動と停止とを切り替えることにより、車両用ラジエータ２４での冷媒からの放熱を制御する。放熱制御部１８２は、例えば、予め定められた所定ファン回転数でラジエータファン２６が回転するようにラジエータファン２６を駆動する。
【００４３】
但し、そのラジエータファン２６の駆動がバルブ作動許否部１８５によって禁止される場合があり、そのようにラジエータファン２６の駆動が禁止された場合には、放熱制御部１８２は、ラジエータファン２６を停止する。
【００４４】
バルブ制御部１８３は分流制御バルブ３０の作動を制御する。すなわち、バルブ制御部１８３は、分流制御バルブ３０の分流比ＲＴｄに対応した弁開度を制御する。具体的に、バルブ制御部１８３は、冷媒温度センサ１６が検出するスタック出口冷媒温度を逐次取得する。そして、バルブ制御部１８３は、そのスタック出口冷媒温度に基づき例えば予め実験的に定められたマップに従って、スタック出口冷媒温度が低くなるほど分流比ＲＴｄを小さくする。冷媒循環ポンプ２２が駆動されている場合、分流制御バルブ３０の分流比ＲＴｄが小さくなるほど、車両用ラジエータ２４で冷却される冷媒の流量は減るので、燃料電池スタック１２から流出する冷媒は全体として冷却されにくくなる。
【００４５】
但し、分流制御バルブ３０の作動がバルブ作動許否部１８５によって禁止される場合があり、そのように分流制御バルブ３０の作動が禁止された場合には、バルブ制御部１８３は、分流制御バルブ３０に分流比ＲＴｄを保持させる。要するに、その場合、バルブ制御部１８３は分流制御バルブ３０の弁開度を現状維持する。
【００４６】
発熱量判定部１８４は後述の図５のステップＳ１０１に対応し、バルブ作動許否部１８５は図５のステップＳ１０２、Ｓ１０３、およびＳ１０４に対応する。
【００４７】
図５は、制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートである。制御装置１８は、例えば図５の制御処理を周期的に繰り返し実行する。
【００４８】
図５に示すように、制御装置１８は、まず、ステップＳ１０１にて、燃料電池スタック１２の発熱量Ｗｓｔであるスタック発熱量Ｗｓｔを算出する。具体的に、そのスタック発熱量Ｗｓｔの算出は、上述した発熱量マップからスタック発熱量Ｗｓｔを推定することで行われる。従って、先ず、燃料電池スタック１２から出力される電流と電圧との各々の検出値をセンサから取得する。そして、その取得した各々の検出値に基づいて、発熱量マップからスタック発熱量Ｗｓｔを推定する。
【００４９】
制御装置１８は、スタック発熱量Ｗｓｔを算出すると、そのスタック発熱量Ｗｓｔが所定の発熱量閾値Ｗ１以下であるか否かを判定する。その発熱量閾値Ｗ１は、スタック発熱量Ｗｓｔがその発熱量閾値Ｗ１以下であれば燃料電池スタック１２を冷却する必要性がないと判定できるように予め実験的に定められている。本実施形態では、その発熱量閾値Ｗ１は一定値であり、例えば零に設定されている。そのため、例えば燃料電池スタック１２の発電が止まると、このステップＳ１０１では、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であることを肯定する肯定判定が為される。
【００５０】
ステップＳ１０１において、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。その一方で、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１０４へ進む。
【００５１】
ステップＳ１０２においては、車両用ラジエータ２４で冷媒から放熱される放熱量を、ステップＳ１０１で肯定判定が為される前に比して抑制する。その放熱量の単位は例えば「Ｗ」である。
【００５２】
具体的には、このステップＳ１０２において、その放熱量を抑制するために、ラジエータファン２６の駆動を禁止する指令を放熱制御部１８２へ出力する。これにより、放熱制御部１８２は、その指令に基づきラジエータファン２６を停止する。従って、車両用ラジエータ２４における冷媒からの放熱量を上記肯定判定が為される前に比して抑制することとは、車両用ラジエータ２４において冷媒からの放熱を停止することである。要するに、ステップＳ１０２では、ラジエータファン２６を停止することにより、車両用ラジエータ２４での冷媒と外気との熱交換を停止する。ステップＳ１０２の次はステップＳ１０３へ進む。
【００５３】
ステップＳ１０３においては、分流制御バルブ３０の作動を禁止する。すなわち、分流制御バルブ３０の作動を禁止する指令をバルブ制御部１８３へ出力する。これにより、バルブ制御部１８３は、分流制御バルブ３０に分流比ＲＴｄを現状のまま保持させる。言い換えれば、バルブ制御部１８３は、分流制御バルブ３０の弁開度を現状のまま保持する。
【００５４】
ステップＳ１０４においては、分流制御バルブ３０の作動を許可する。例えば、分流制御バルブ３０の作動を既に禁止していない場合には、その禁止していない状態を継続する。また、分流制御バルブ３０の作動を既に禁止している場合には、その禁止を解除すると共に、その分流制御バルブ３０の作動を許可する。これにより、バルブ制御部１８３は、上述したように、スタック出口冷媒温度が低くなるほど分流制御バルブ３０の分流比ＲＴｄを小さくするバルブ制御を実行する。
【００５５】
また、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２の実行により車両用ラジエータ２４での冷媒と外気との熱交換が停止している場合には、この熱交換の停止を解除する。すなわち、ラジエータファン２６の駆動禁止が解除され、ラジエータファン２６の送風が許可される。ステップＳ１０３またはステップＳ１０４の次は、ステップＳ１０１へ戻る。
【００５６】
なお、上述した図５の各ステップでの処理は、それぞれの機能を実現する機能部を構成している。このことは、後述する図８、図１０、図１２、および図１４のフローチャートでも同様である。
【００５７】
上述したように、本実施形態によれば、図５のフローチャートに示すように、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であることを肯定する肯定判定が為された場合には、車両用ラジエータ２４での冷媒の放熱量がその肯定判定が為される前に比して抑制される。それと共に、分流制御バルブ３０の作動が禁止される。従って、分流制御バルブ３０における弁開度の変化量を累積した累積駆動量ＭＶｖｔを低減させることが可能である。それと共に、車両用ラジエータ２４内の冷却水温すなわち冷媒温度が上記放熱量の抑制によって低下し難いので、燃料電池スタック１２への冷水の流れ込みすなわち低温冷媒の流れ込みが防止される。言い換えれば、分流制御バルブ３０の作動禁止に伴って発生することが想定される燃料電池スタック１２の冷却され過ぎを防止することが可能である。
【００５８】
ここで、累積駆動量ＭＶｖｔを低減する効果を図６のタイムチャートを用いて説明する。図６では、図６（ａ）に示すように、スタック発熱量Ｗｓｔがｔａ１時点からｔａ２時点までの期間で零になった場合、要するに、燃料電池スタック１２の発熱が一時的に止まった場合が想定されており、図６（ｂ）（ｃ）にて本実施形態と比較例とが対比されている。その比較例は、制御装置１８が図５の制御処理を実行しない構成、すなわち分流制御バルブ３０の作動が禁止されることがない構成となっている。図６（ｂ）（ｃ）では、本実施形態のタイムチャートが破線で表され、比較例のタイムチャートが実線で表されている。
【００５９】
図６においてｔａ１時点にてスタック発熱量Ｗｓｔが零になっている。これにより、本実施形態では図５のステップＳ１０１において、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であると判定されている。そして、その判定は図６のｔａ２時点まで継続している。従って、ｔａ１時点からｔａ２時点までの期間において、分流制御バルブ３０の作動が禁止されている。すなわち、分流制御バルブ３０の作動が制限されている。
【００６０】
これにより、本実施形態では、ｔａ１時点からｔａ２時点までの期間にわたって、分流制御バルブ３０の弁開度がｔａ１時点での弁開度のまま保持されているので、図６（ｃ）に示すように分流制御バルブ３０の累積駆動量ＭＶｖｔが一定に維持されている。
【００６１】
一方、比較例では分流制御バルブ３０の作動が禁止されず、スタック発熱量Ｗｓｔが小さくなるほどスタック出口冷媒温度が低下するので、バルブ制御部１８３の制御により、分流制御バルブ３０は、図６のｔａ１時点からｔａ２時点までの間で一時的に全閉にされる。すなわち、分流制御バルブ３０の弁開度が一時的に０％にされる。その結果、図６（ｃ）に示すように、比較例では、分流制御バルブ３０の累積駆動量ＭＶｖｔが、燃料電池スタック１２の発熱が止まっているｔａ１時点からｔａ２時点までの間でも増加する。
【００６２】
このような図６（ｃ）における本実施形態と比較例との間の累積駆動量ＭＶｖｔの差ΔＭＶから判るように、本実施形態では比較例に比して、分流制御バルブ３０の作動禁止が解除されたｔａ２時点以降においても累積駆動量ＭＶｖｔが継続的に低減されることとなる。この図６から明らかなように、本実施形態の制御装置１８は、累積駆動量ＭＶｖｔを低減する効果を発揮する。
【００６３】
また、本実施形態によれば、図５のステップＳ１０２にて冷媒からの放熱量をステップＳ１０１で肯定判定が為される前に比して抑制することとは、車両用ラジエータ２４において冷媒からの放熱を停止することである。従って、分流制御バルブ３０の作動禁止に伴って発生することが想定される燃料電池スタック１２の冷却され過ぎを確実に防止することが可能である。
【００６４】
また、本実施形態によれば、図５のステップＳ１０２において、制御装置１８は、ラジエータファン２６の送風を停止させることにより、上記放熱量をステップＳ１０１で肯定判定が為される前に比して抑制する。従って、制御装置１８がステップＳ１０２で実行する作動を、燃料電池システム１０が搭載される車両９０に適用することが容易である。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の第３実施形態以降でも同様である。
【００６６】
本実施形態では、図７に示すように、車両９０の中での車両用ラジエータ２４の配置が第１実施形態と異なっている。具体的に、車両用ラジエータ２４は、車両９０の中で車両前方寄りに配置されている。そして、その車両用ラジエータ２４の空気流入面２４３は車両前方を向いている。すなわち、その空気流入面２４３は車両９０の進行方向に一致する向きを向いている。
【００６７】
また、車両９０には車速風取入れ口９０１が形成されている。この車速風取入れ口９０１は車両用ラジエータ２４に対し車両前方に設けられており、車速風取入れ口９０１内を通過する空気が車両前後方向に流れるように開口している。従って、車両９０の走行に伴って車両用ラジエータ２４へ流入する空気（すなわち、車速風）はその流入前に、車速風取入れ口９０１を通過する。
【００６８】
また、冷却装置１４は開閉装置３２を備えている。その開閉装置３２は、例えば電動のグリルシャッターで構成されており、車速風取入れ口９０１を開閉する。そのグリルシャッターとは、車両９０の前方部分を構成するフロントグリルに設けられたシャッター機構である。
【００６９】
この開閉装置３２は、図１の放熱制御部１８２によって開閉制御される。その放熱制御部１８２は、例えばバルブ作動許否部１８５からの指令に従って開閉装置３２を開閉する。
【００７０】
次に、本実施形態において制御装置１８が実行する制御処理を説明する。本実施形態の制御装置１８は、第１実施形態における図５の制御処理に替えて、図８の制御処理を周期的に繰り返し実行する。
【００７１】
図８は、本実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。図８では、図５のステップＳ１０２がステップＳ１０５に置き換わっており、これ以外の点においては図８は図５と同じである。なお、図８において、図５と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。このようなことは後述の図１０、図１２、および図１４のフローチャートでも同様である。
【００７２】
図８のフローチャートでは、ステップＳ１０１において、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１０５へ進む。そのステップＳ１０５においては、車両用ラジエータ２４で冷媒から放熱される放熱量を、ステップＳ１０１で肯定判定が為される前に比して抑制する。
【００７３】
具体的には、このステップＳ１０５において、その放熱量を抑制するために、ラジエータファン２６の駆動を禁止する指令と開閉装置３２を閉じさせる指令とを放熱制御部１８２へ出力する。そして、放熱制御部１８２は、その指令に基づき、ラジエータファン２６の送風を停止させると共に、車速風取入れ口９０１を開閉装置３２に塞がせる。これにより、制御装置１８は、車両用ラジエータ２４における冷媒からの放熱量を上記肯定判定が為される前に比して抑制する。
【００７４】
従って、本実施形態でも第１実施形態と同様に、車両用ラジエータ２４における冷媒からの放熱量を上記肯定判定が為される前に比して抑制することとは、車両用ラジエータ２４において冷媒からの放熱を停止することである。ステップＳ１０５の次はステップＳ１０３へ進む。
【００７５】
また、本実施形態のステップＳ１０４では、第１実施形態と同様に分流制御バルブ３０の作動を許可する。それと共に、第１実施形態と同様に、車両用ラジエータ２４での冷媒と外気との熱交換が停止している場合には、この熱交換の停止を解除する。但し、本実施形態では、その熱交換の停止が、ラジエータファン２６の停止と開閉装置３２による車速風取入れ口９０１の閉塞とによって実現されている。従って、本実施形態のステップＳ１０４では、ラジエータファン２６の送風が許可されると共に、車速風取入れ口９０１が開閉装置３２の作動によって開放される。
【００７６】
なお、本実施形態のバルブ作動許否部１８５は図８のステップＳ１０５、Ｓ１０３、およびＳ１０４に対応する。
【００７７】
本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、図８のステップＳ１０５において、制御装置１８は、車速風取入れ口９０１を開閉装置３２に塞がせると共にラジエータファン２６の送風を停止させることにより、上記放熱量をステップＳ１０１で肯定判定が為される前に比して抑制する。従って、車両９０の走行に伴って車両用ラジエータ２４へ空気が流入するように車両用ラジエータ２４を配置することが可能である。言い換えれば、その車両用ラジエータ２４での熱交換に車両９０の走行を利用することが可能である。
【００７９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【００８０】
本実施形態では、スタック発熱量Ｗｓｔに対する閾値である発熱量閾値Ｗ１が一定値ではなく、所定の物理量に基づいて逐次更新される変動値である。この点において本実施形態は第１実施形態と異なっている。この発熱量閾値Ｗ１は、例えば零以上の範囲で変動する。
【００８１】
具体的に、本実施形態の制御装置１８は、図９に示すように、その発熱量閾値Ｗ１を決定する発熱量閾値決定部１８６を機能的に有している。この発熱量閾値決定部１８６は、後述の図１０のステップＳ１０６に対応する。
【００８２】
本実施形態の制御装置１８は、第１実施形態における図５の制御処理に替えて、図１０の制御処理を周期的に繰り返し実行する。その図１０は、本実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。図１０では、ステップＳ１０１よりも前にステップＳ１０６が設けられている。これ以外の点において図１０は図５と同じである。
【００８３】
図１０のフローチャートでは、先ずステップＳ１０６において、制御装置１８は発熱量閾値Ｗ１を決定する。具体的に、制御装置１８は、現在の放熱量Ｗｒｎと冷却系の熱容量ＣＨｃと燃料電池スタック１２の許容最大温度Ｔｐと現在の冷媒温度Ｔｎと冷媒の温度上昇における許容時間ＴＭｐとに基づいて、下記式Ｆ２から発熱量閾値Ｗ１を算出する。下記式Ｆ２は、現在水温−許容放熱量相関式である。下記式Ｆ２から算出される発熱量閾値Ｗ１は、ステップＳ１０１での判定に用いられる。この発熱量閾値Ｗ１は例えば単位を「Ｗ」として算出される。
【００８４】
Ｗ１＝Ｗｒｎ＋（ＣＨｃ×（Ｔｐ−Ｔｎ））／ＴＭｐ  ・・・（Ｆ２）
上記式Ｆ２において現在の放熱量Ｗｒｎとは、車両用ラジエータ２４で冷媒から放熱される現在の放熱量であり、その単位は例えば「Ｗ」である。この現在の放熱量Ｗｒｎすなわち現在放熱量Ｗｒｎは、車両用ラジエータ２４で熱交換を行う外気の温度と、現在の冷媒温度Ｔｎと、冷媒循環ポンプ２２のポンプ回転数Ｎｐと、分流制御バルブ３０の弁開度と、ラジエータファン２６のファン回転数とに基づき、予め実験的に設定されたマップから算出される。
【００８５】
この現在の放熱量Ｗｒｎの算出および上記式Ｆ２に用いられる現在の冷媒温度Ｔｎは、その測定箇所が定まっていれば冷媒循環回路２０の何れの箇所で測定されてもよいが、本実施形態では、現在の冷媒温度Ｔｎは、冷媒温度センサ１６に検出される冷媒温度すなわちスタック出口冷媒温度の現在値である。現在の冷媒温度Ｔｎの単位は例えば「Ｋ」である。
【００８６】
また、上記冷却系とは、燃料電池スタック１２を冷却する冷却系である。すなわち、冷却系とは、燃料電池冷却装置１４のうち燃料電池スタック１２から直接に吸熱し又は冷媒を介して吸熱する構成要素および冷媒を含んで構成されるものである。従って、この冷却系には例えば、燃料電池冷却装置１４内および燃料電池スタック１２内を流れる冷媒のほか、冷媒循環回路２０、冷媒循環ポンプ２２、車両用ラジエータ２４、バイパス流路２８、および分流制御バルブ３０も含まれる。そして、上記式Ｆ２に用いられる冷却系の熱容量ＣＨｃとは、これらを合わせた熱容量であり、その単位は例えば「Ｊ／Ｋ」である。この冷却系の熱容量ＣＨｃは、その冷却系自体が定まれば一定の値として定まる値であり、予め実験的に求められている。
【００８７】
また、燃料電池スタック１２の許容最大温度Ｔｐとは、燃料電池スタック１２において許容される上限温度であり、予め実験的に設定されている。許容最大温度Ｔｐの単位は例えば「Ｋ」である。
【００８８】
また、上記式Ｆ２に用いられる許容時間ＴＭｐとは、現在の冷媒温度Ｔｎから許容最大温度Ｔｐに到達するまで冷媒を温度上昇させるために要する所要時間に対し予め実験的に定められた許容最大値としての時間である。その許容時間ＴＭｐの単位は例えば「ｓｅｃ」である。この許容時間ＴＭｐは例えば、或る程度の長い期間にわたって見たときに、分流制御バルブ３０の作動が禁止される延べ期間ができるだけ長くなるように定められる。
【００８９】
なお、図１０のステップＳ１０６の次はステップＳ１０１へ進む。また、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４の次は、ステップＳ１０６へ戻る。
【００９０】
本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、図１０のステップＳ１０６において、制御装置１８は上記式Ｆ２から発熱量閾値Ｗ１を算出する。従って、燃料電池スタック１２が発する熱が上記冷却系の熱容量ＣＨｃで吸収されることを加味することにより、スタック発熱量Ｗｓｔが、燃料電池スタック１２の温度を許容最大温度Ｔｐ以下に維持できる限度を超えるまで、分流制御バルブ３０の作動を禁止することが可能である。これにより、冷却装置１４の機能を担保するという冷却系の熱成立性を保ちつつ、分流制御バルブ３０の累積駆動量ＭＶｖｔを低減させることが可能である。
【００９２】
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２実施形態と組み合わせることも可能である。例えば本実施形態が第２実施形態と組み合わられた場合には、図１０においてステップＳ１０２が図８のステップＳ１０５に置き換わる。
【００９３】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【００９４】
本実施形態では、図１１に示すように制御装置１８が冷媒温度判定部１８７を備え、図１２のフローチャートにステップＳ１０７が含まれている。これらの点において本実施形態は第１実施形態と異なっている。
【００９５】
具体的に、本実施形態の制御装置１８は、図１１に示すように、冷媒の温度について判定する冷媒温度判定部１８７を機能的に有している。この冷媒温度判定部１８７は図１２のステップＳ１０７に対応する。
【００９６】
本実施形態の制御装置１８は、第１実施形態における図５の制御処理に替えて、図１２の制御処理を周期的に繰り返し実行する。その図１２は、本実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。図１２では、ステップＳ１０１とステップＳ１０２との間にステップＳ１０７が設けられている。これ以外の点において図１２は図５と同じである。
【００９７】
図１２のフローチャートでは、ステップＳ１０１において、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１０７へ進む。そのステップＳ１０７においては、制御装置１８は、冷媒循環回路２０内の冷媒の温度が予め定められた許容温度範囲ＲＧｔｐ内に入っているか否かを判定する。その冷媒循環回路２０内の冷媒の温度すなわち冷却水水温は、具体的には冷媒温度センサ１６によって検出されるスタック出口冷媒温度である。そして、許容温度範囲ＲＧｔｐは、そのスタック出口冷媒温度が許容温度範囲ＲＧｔｐ内にあれば、燃料電池スタック１２の出力を発電指示値に追従させることが可能であると判断できるように、予め実験的に定められている。
【００９８】
ステップＳ１０７において、冷媒の温度が許容温度範囲ＲＧｔｐ内に入っていると判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。その一方で、冷媒の温度が許容温度範囲ＲＧｔｐから外れていると判定された場合には、ステップＳ１０４へ進む。
【００９９】
従って、冷媒の温度が許容温度範囲ＲＧｔｐから外れている場合には、ステップＳ１０１の判定結果に関わらず、ステップＳ１０４が実行される。すなわち、冷媒の温度が許容温度範囲ＲＧｔｐから外れている場合には、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であるか否かに関わらず、制御装置１８は、ステップＳ１０４にて、車両用ラジエータ２４での熱交換の停止を解除する。要するに、制御装置１８は、冷媒からの放熱量の抑制を行わない。それと共に、分流制御バルブ３０の作動を禁止せずに許可する。
【０１００】
図１１の冷媒循環ポンプ２２は、図４を用いて前述したように、燃料電池スタック１２が発熱していない場合には、基本的には停止する。しかし、本実施形態では、冷媒循環ポンプ２２は、燃料電池スタック１２が発熱していなくても作動することがある。例えば、制御装置１８は、燃料電池スタック１２を冷却する目的以外の目的で為される他の要求を受ける場合があり、その場合、制御装置１８のポンプ制御部１８１は、ポンプ回転数Ｎｐが所定回転数になるように冷媒循環ポンプ２２を作動させる。
【０１０１】
燃料電池スタック１２を冷却する目的以外の目的で為される他の要求としては、例えば、冷媒としての冷却水の導電率を低減させるための導電率低減要求、冷媒循環ポンプ２２の始動性を良好に保つためのポンプ始動要求、および、燃料電池スタック１２内の冷媒温度を均一化させるための温度均一化要求などが挙げられる。これらの他の要求のうちの少なくとも１つの要求が為されると、ポンプ制御部１８１は冷媒循環ポンプ２２を作動させる。
【０１０２】
本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１０３】
また、本実施形態によれば、図１２に示すように、冷媒の温度が許容温度範囲ＲＧｔｐから外れている場合には、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であるか否かに関わらず、制御装置１８は、車両用ラジエータ２４での放熱量の抑制を行わないと共に、分流制御バルブ３０の作動を禁止せずに許可する。従って、分流制御バルブ３０の作動が禁止されているときに、燃料電池スタック１２を冷却する目的以外の目的で為される他の要求に従って冷媒循環ポンプ２２が作動したとしても、それに起因して低温冷媒（すなわち、冷水）が燃料電池スタック１２へ流れ込み燃料電池スタック１２が冷やされ過ぎになることを防止することが可能である。そして、第１実施形態と同様に分流制御バルブ３０の累積駆動量ＭＶｖｔを低減させることも可能である。
【０１０４】
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２実施形態および第３実施形態のうちの何れか又は全部と組み合わせることも可能である。
【０１０５】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【０１０６】
本実施形態では、図１３に示すように制御装置１８は第１冷媒温度判定部１８８と第２冷媒温度判定部１８９と第１湿潤状態判定部１９０と第２湿潤状態判定部１９１とを機能的に有している。また、図１４のフローチャートにステップＳ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０、Ｓ１１１が含まれている。これらの点において本実施形態は第１実施形態と異なっている。
【０１０７】
具体的に本実施形態では、制御装置１８が有する第１冷媒温度判定部１８８は図１４のステップＳ１０８に対応し、第２冷媒温度判定部１８９はステップＳ１１０に対応する。また、第１湿潤状態判定部１９０はステップＳ１０９に対応し、第２湿潤状態判定部１９１はステップＳ１１１に対応する。
【０１０８】
本実施形態の制御装置１８は、第１実施形態における図５の制御処理に替えて、図１４の制御処理を周期的に繰り返し実行する。その図１４は、本実施形態の制御装置１８が実行する制御処理を示すフローチャートであって、第１実施形態の図５に相当する図である。図１４では、ステップＳ１０１とステップＳ１０２との間にステップＳ１０８〜Ｓ１１１が設けられている。これ以外の点においては、図１４は図５と同じである。
【０１０９】
図１４のフローチャートでは、ステップＳ１０１において、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１０８へ進む。そのステップＳ１０８においては、冷媒循環回路２０内の冷媒の温度が予め定められた許容上限値Ｔ１ｐを超えているか否かを判定する。その冷媒循環回路２０内の冷媒の温度（すなわち、冷却水水温）は、上述した第４実施形態と同様に、冷媒温度センサ１６によって検出されるスタック出口冷媒温度である。また、許容上限値Ｔ１ｐは、例えば、第４実施形態で用いられる許容温度範囲ＲＧｔｐの上限値とされている。
【０１１０】
ステップＳ１０８において、冷媒の温度が許容上限値Ｔ１ｐを超えていると判定された場合には、ステップＳ１０９へ進む。その一方で、冷媒の温度が許容上限値Ｔ１ｐ以下であると判定された場合には、ステップＳ１１０へ進む。
【０１１１】
ステップＳ１０９においては、燃料電池スタック１２が有する電解質膜の湿潤状態（言い換えれば、湿潤度）が予め定められた乾燥基準に対し乾き側にあるか否かを判定する。その電解質膜の湿潤状態は、電解質膜の湿潤度で示される状態である。制御装置１８は、セルインピーダンスを検出しそのセルインピーダンスに基づき公知の技術を用いて、その電解質膜の湿潤状態を推定することができる。その湿潤状態を推定する公知の技術は、例えば特開２００２−３５２８２７号公報および特開２００３−８６２２０号公報等に開示されている。また、上記乾燥基準は、燃料電池スタック１２の出力を適切に得る上で電解質膜の湿潤度が不足していることを判定できるように予め実験的に定められている。
【０１１２】
ステップＳ１０９において、電解質膜の湿潤状態が乾燥基準に対し乾き側にあると判定された場合には、ステップＳ１０４へ進む。その一方で、電解質膜の湿潤状態が乾燥基準に対し乾き側にはないと判定された場合すなわち電解質膜の湿潤状態に対する湿り判定が為された場合には、ステップＳ１１０へ進む。
【０１１３】
従って、冷媒の温度が許容上限値Ｔ１ｐを超えている場合には無条件にステップＳ１０４が実行されるわけではなく、電解質膜の湿潤状態が乾燥基準に対し乾き側にある場合に限り、ステップＳ１０１の判定結果に関わらず、ステップＳ１０４が実行される。すなわち、冷媒の温度が許容上限値Ｔ１ｐを超えている場合には、電解質膜の湿潤状態が乾燥基準に対し乾き側にある場合に限り、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であるか否かに関わらず、制御装置１８は、ステップＳ１０４にて、車両用ラジエータ２４での熱交換の停止を解除する。要するに、制御装置１８は、冷媒からの放熱量の抑制を行わない。それと共に、分流制御バルブ３０の作動を禁止せずに許可する。このように電解質膜の湿潤状態が加味される点が上述の第４実施形態とは異なる。
【０１１４】
ステップＳ１１０においては、冷媒循環回路２０内の冷媒の温度が予め定められた許容下限値Ｔ２ｐ未満であるか否かを判定する。その冷媒の温度は、ステップＳ１０８と同様に、冷媒温度センサ１６によって検出されるスタック出口冷媒温度である。また、許容下限値Ｔ２ｐは、例えば、第４実施形態で用いられる許容温度範囲ＲＧｔｐの下限値とされている。従って、その許容下限値Ｔ２ｐは許容上限値Ｔ１ｐよりも低い温度である。
【０１１５】
ステップＳ１１０において、冷媒の温度が許容下限値Ｔ２ｐ未満であると判定された場合には、ステップＳ１１１へ進む。その一方で、冷媒の温度が許容下限値Ｔ２ｐ以上であると判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。
【０１１６】
ステップＳ１１１においては、燃料電池スタック１２が有する電解質膜の湿潤状態が予め定められた湿り基準に対し湿り側にあるか否かを判定する。その湿り基準は、燃料電池スタック１２の出力を適切に得る上で電解質膜の湿潤度が過剰に高くなっていることを判定できるように予め実験的に定められている。また、湿り基準は、電解質膜の湿潤度において上記乾燥基準よりも湿り側に設定されている。
【０１１７】
ステップＳ１１１において、電解質膜の湿潤状態が湿り基準に対し湿り側にあると判定された場合には、ステップＳ１０４へ進む。その一方で、電解質膜の湿潤状態が湿り基準に対し湿り側にはないと判定された場合すなわち電解質膜の湿潤状態に対する乾燥判定が為された場合には、ステップＳ１０２へ進む。
【０１１８】
従って、冷媒の温度が許容下限値Ｔ２ｐ未満である場合には無条件にステップＳ１０４が実行されるわけではなく、電解質膜の湿潤状態が湿り基準に対し湿り側にある場合に限り、ステップＳ１０１の判定結果に関わらず、ステップＳ１０４が実行される。すなわち、冷媒の温度が許容下限値Ｔ２ｐ未満である場合には、電解質膜の湿潤状態が湿り基準に対し湿り側にある場合に限り、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であるか否かに関わらず、制御装置１８は、ステップＳ１０４にて、車両用ラジエータ２４での熱交換の停止を解除する。要するに、制御装置１８は、冷媒からの放熱量の抑制を行わない。それと共に、分流制御バルブ３０の作動を禁止せずに許可する。この場合にも本実施形態は、電解質膜の湿潤状態が加味される点において上述の第４実施形態と異なる。
【０１１９】
また、本実施形態でも、図１３の冷媒循環ポンプ２２は、上述の第４実施形態と同様に、冷媒循環ポンプ２２は、燃料電池スタック１２が発熱していなくても作動することがある。例えば第４実施形態と同様に、本実施形態の制御装置１８は、燃料電池スタック１２を冷却する目的以外の目的で為される他の要求を受ける場合があるからである。
【０１２０】
本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１２１】
また、本実施形態によれば、図１４に示すように、冷媒の温度が許容上限値Ｔ１ｐを超えており且つ電解質膜の湿潤状態が乾燥基準に対し乾き側にある場合には、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であるか否かに関わらず、制御装置１８は、車両用ラジエータ２４での放熱量の抑制を行わないと共に、分流制御バルブ３０の作動を禁止せずに許可する。そして、冷媒の温度が許容下限値Ｔ２ｐ未満であり且つ電解質膜の湿潤状態が湿り基準に対し湿り側にある場合にも、スタック発熱量Ｗｓｔが発熱量閾値Ｗ１以下であるか否かに関わらず、制御装置１８は、車両用ラジエータ２４での放熱量の抑制を行わないと共に、分流制御バルブ３０の作動を禁止せずに許可する。
【０１２２】
従って、上述の第４実施形態と同様に、低温冷媒が上記他の要求に起因して燃料電池スタック１２へ流れ込み燃料電池スタック１２が冷やされ過ぎになることを防止することが可能である。そして、第１実施形態と同様に分流制御バルブ３０の累積駆動量ＭＶｖｔを低減させることも可能である。
【０１２３】
更に、冷媒が許容上限値Ｔ１ｐを超えて高温であっても電解質膜が湿っていれば分流制御バルブ３０の作動を禁止することで、燃料電池スタック１２の出力を確保しつつ、第４実施形態と比較して累積駆動量ＭＶｖｔの更なる低減を図ることが可能である。また、冷媒が許容下限値Ｔ２ｐを下回って低温である場合もこれと同様である。すなわち、冷媒が許容下限値Ｔ２ｐを下回って低温であっても電解質膜が乾燥していれば分流制御バルブ３０の作動を禁止することで、燃料電池スタック１２の出力を確保しつつ、第４実施形態と比較して累積駆動量ＭＶｖｔの更なる低減を図ることが可能である。
【０１２４】
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２実施形態および第３実施形態のうちの何れか又は全部と組み合わせることも可能である。
【０１２５】
（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態において、冷媒温度センサ１６は、燃料電池スタック１２の冷媒出口１２２に配置されているが、その冷媒出口１２２ではなく例えば、燃料電池スタック１２の冷媒入口１２１に配置されていても差し支えない。要するに、冷媒温度センサ１６の温度検出場所が定まっていればよい。
【０１２６】
（２）上述の各実施形態において、燃料電池システム１０が搭載される車両９０は、バスまたはトラック等の大型車両であるが、そのような大型車両に限らず、乗用車などの小型車両であっても差し支えない。
【０１２７】
（３）上述の第５実施形態において、図１４のステップＳ１１１にて用いられる湿り基準は、ステップＳ１０９にて用いられる乾燥基準に対し電解質膜の湿潤度において異なるが、湿り基準と乾燥基準とが互いに同じ湿潤度に設定されていても差し支えない。要するに、その湿り基準と乾燥基準とが互いに同一の判定基準とされていても差し支えない。
【０１２８】
（４）上述の第１実施形態において、車両用ラジエータ２４は、図３に示すように空気流入面２４３が車両進行方向に対して横を向くように車両９０に搭載されているが、その空気流入面２４３の向きは図１５のように車両９０の進行方向に一致した向きでなければ、図３とは異なる向きになっていても差し支えない。例えば車両用ラジエータ２４は１台であり、その車両用ラジエータ２４の空気流入面２４３は図１６のように斜め上方を向いていてもよいし、図１７のように車両後方を向いていてもよい。また、その空気流入面２４３は図１８のように右斜め前方を向いていてもよいし、図１９のように右側を向いていてもよい。
【０１２９】
（５）上述の各実施形態において、図５、図８、図１０、図１２、および図１４のフローチャートに示す各ステップの処理はコンピュータプログラムによって実現されるものであるが、ハードロジックで構成されるものであっても差し支えない。
【０１３０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１３１】
１０      燃料電池システム
１２      燃料電池スタック
２０      冷媒循環回路
２２      冷媒循環ポンプ
２４      車両用ラジエータ（放熱器）
２８      バイパス流路
３０      分流制御バルブ
１８３    バルブ制御部
１８４    発熱量判定部
１８５    バルブ作動許否部
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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