(57)【要約】【課題】燃料電池の運転状況に応じて冷却媒体の流量を制御することにより、前記冷却媒体による放熱を抑制するとともに、効率的且つ迅速な暖機が遂行可能にする。【解決手段】燃料電池制御システム１０は、燃料電池１２に接続される冷却媒体供給装置２４を備える。この冷却媒体供給装置２４は、燃料電池１２に連通する冷却媒体循環流路３２と、前記冷却媒体循環流路３２に冷却媒体を供給するポンプ４０と、前記燃料電池１２と前記ポンプ４０との間に位置して前記冷却媒体循環流路３２に配置され、少なくとも暖機完了判断装置３０により暖機運転が完了したと判断される前に、車両の加減速状態によって該冷却媒体循環流路３２を流れる前記冷却媒体の流量を調整するバタフライバルブ４２とを備える。【選択図】図１
2008091314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
車両等の加速状態及び減速状態を検出する加減速状態検出装置と、
前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置と、
を備える燃料電池制御システムであって、
前記冷却媒体供給装置は、前記燃料電池に連通する冷却媒体流路と、
前記冷却媒体流路に沿って前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構と、
前記燃料電池と前記冷却媒体供給機構との間に位置して前記冷却媒体流路に配置され、少なくとも前記暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、前記車両等の加減速状態によって該冷却媒体流路を流れる前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項２】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
前記燃料電池の出力を検出する燃料電池出力状態検出装置と、
前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置と、
を備える燃料電池制御システムであって、
前記冷却媒体供給装置は、前記燃料電池に連通する冷却媒体流路と、
前記冷却媒体流路に沿って前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構と、
前記燃料電池と前記冷却媒体供給機構との間に位置して前記冷却媒体流路に配置され、少なくとも前記暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、前記燃料電池の出力状態によって該冷却媒体流路を流れる前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項３】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
車両等の加速状態及び減速状態を検出する加減速状態検出装置と、
前記燃料電池の出力を検出する燃料電池出力状態検出装置と、
前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置と、
を備える燃料電池制御システムであって、
前記冷却媒体供給装置は、前記燃料電池に連通する冷却媒体流路と、
前記冷却媒体流路に沿って前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構と、
前記燃料電池と前記冷却媒体供給機構との間に位置して前記冷却媒体流路に配置され、少なくとも前記暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、前記車両等の加減速状態及び前記燃料電池の出力状態によって該冷却媒体流路を流れる前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池制御システムにおいて、前記暖機完了判断装置は、少なくとも前記燃料電池の内部温度、前記燃料電池の出力又は前記燃料電池の発電特性に基づいて前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断することを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項５】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
車両等の加速状態及び減速状態を検出する加減速状態検出装置と、
前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置と、
を備える燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法であって、
少なくとも前記暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、前記冷却媒体供給装置を構成する冷却媒体供給機構を介し、前記燃料電池に連通する冷却媒体流路に沿って前記冷却媒体を供給する一方、前記車両等の加減速状態によって、前記冷却媒体供給機構の下流に位置する流量調整機構を介し前記燃料電池の内部に供給される前記冷却媒体の流量を調整することを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の冷却媒体制御方法において、暖機完了前に、少なくとも前記加減速状態検出装置により前記車両等が加速状態であると検出された際、前記流量調整機構を介し、前記燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了した際の加速状態における冷却媒体流量よりも減少させることを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の冷却媒体制御方法において、暖機完了前に、少なくとも前記加減速状態検出装置により前記車両等が減速状態であると検出された際、前記流量調整機構を介し、前記燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了する前の加速状態における冷却媒体流量よりも増加させることを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の冷却媒体制御方法において、暖機完了前に、前記燃料電池の内部温度が設定温度以上であると判断された際、少なくとも加速状態における冷却媒体流量を、前記設定温度未満の加速状態における冷却媒体流量よりも増加させることを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項９】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
前記燃料電池の出力を検出する燃料電池出力状態検出装置と、
前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置と、
を備える燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法であって、
少なくとも前記暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、前記冷却媒体供給装置を構成する冷却媒体供給機構を介し、前記燃料電池に連通する冷却媒体流路に沿って前記冷却媒体を供給する一方、前記燃料電池の出力状態によって、前記冷却媒体供給機構の下流に位置する流量調整機構を介し前記燃料電池の内部に供給される前記冷却媒体の流量を調整することを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載の冷却媒体制御方法において、暖機完了前に、少なくとも前記燃料電池出力状態検出装置により前記燃料電池の出力が増加状態であると検出された際、前記流量調整機構を介し、前記燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了した際の燃料電池出力増加状態における冷却媒体流量よりも減少させることを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の冷却媒体制御方法において、暖機完了前に、少なくとも前記燃料電池出力状態検出装置により前記燃料電池の出力が減少状態であると検出された際、前記流量調整機構を介し、前記燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了する前の燃料電池出力増加状態における冷却媒体流量よりも増加させることを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の冷却媒体制御方法において、暖機完了前に、前記燃料電池の内部温度が設定温度以上であると判断された際、少なくとも燃料電池出力増加状態における冷却媒体流量を、前記設定温度未満の燃料電池出力増加状態における冷却媒体流量よりも増加させることを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項１３】
請求項５又は９記載の冷却媒体制御方法において、前記暖機完了判断装置は、少なくとも前記燃料電池の内部温度、前記燃料電池の出力又は前記燃料電池の発電特性に基づいて前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断することを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【請求項１４】
請求項５又は９記載の冷却媒体制御方法において、前記暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断された際、前記流量調整機構による冷却媒体流量の制御を停止させることを特徴とする燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される燃料電池を備え、暖機前にこの燃料電池の内部を冷却する冷却媒体の供給制御を行う燃料電池制御システム及びその冷却媒体制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして構成され、一般的に、自動車等の車両に搭載されて使用される場合が多い。
【０００３】
この種の燃料電池スタックでは、各発電セルに燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されるとともに、前記発電セルを所定の運転温度に維持するために、冷却媒体が供給されている。ところが、燃料電池スタックを低温で起動させる際、所望の発電機能を発揮させるために、発電セルを早急に昇温させる必要がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の間欠的冷却法が知られている。この特許文献１では、図１８に示すように、アノード側１とカソード側２とを有する燃料電池３を備えており、この燃料電池３が、冷却剤用環状回路４に接続されている。冷却剤用環状回路４内の冷却剤は、燃料電池３と熱交換器５とを、前記燃料電池３によりエネルギが与えられるポンプ６によって循環されている。
【０００５】
そして、燃料電池システムは、その全出力設計点の２５％未満で動作するとき、制御回路７がカソードテールガスの温度を測定し、それに応じてポンプ６を間欠的に停止させることによって効率の向上を図る、としている。
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５１８０７７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１では、燃料電池３の昇温を促進させるために、ポンプ６の駆動と停止とを繰り返しており、前記ポンプ６に与えられる負荷が相当に大きいという問題がある。しかも、燃料電池３の出力状態（高出力時又は低出力時）に応じた電力要求状態に対応する冷却制御が行われていない。このため、例えば、高出力時に冷却剤が不足して燃料電池３の内部が過度に加熱し、前記燃料電池３が破損するという問題がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池の運転状況に応じて冷却媒体の流量を制御することにより、前記冷却媒体による放熱を抑制するとともに、効率的且つ迅速な暖機が遂行可能な燃料電池制御システム及びその冷却媒体制御方法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】
【０００９】
本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、前記車両等の加速状態及び減速状態を検出する加減速状態検出装置と、前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置とを備える燃料電池制御システムに関するものである。
【００１０】
そして、冷却媒体供給装置は、燃料電池に連通する冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構と、前記燃料電池と前記冷却媒体供給機構との間に位置して前記冷却媒体流路に配置され、少なくとも暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、車両等の加減速状態によって該冷却媒体流路を流れる前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構とを備えている。
【００１１】
また、本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、前記燃料電池の出力を検出する燃料電池出力状態検出装置と、前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置とを備える燃料電池制御システムに関するものである。
【００１２】
そして、冷却媒体供給装置は、燃料電池に連通する冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構と、前記燃料電池と前記冷却媒体供給機構との間に位置して前記冷却媒体流路に配置され、少なくとも暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、前記燃料電池の出力状態によって該冷却媒体流路を流れる前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構とを備えている。
【００１３】
さらに、本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電池の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、車両等の加速状態及び減速状態を検出する加減速状態検出装置と、前記燃料電池の出力を検出する燃料電池出力状態検出装置と、前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置とを備える燃料電池制御システムに関するものである。
【００１４】
そして、冷却媒体供給装置は、燃料電池に連通する冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構と、前記燃料電池と前記冷却媒体供給機構との間に位置して前記冷却媒体流路に配置され、少なくとも暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、車両等の加減速状態及び前記燃料電池の出力状態によって該冷却媒体流路を流れる前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構とを備えている。
【００１５】
さらにまた、暖機完了判断装置は、少なくとも燃料電池の内部温度、前記燃料電池の出力又は前記燃料電池の発電特性に基づいて前記燃料電池の暖機運転が完了したか否かを判断することが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、上記の燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法に関するものであり、少なくとも暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、冷却媒体供給装置を構成する冷却媒体供給機構を介し、燃料電池に連通する冷却媒体流路に沿って冷却媒体を供給する一方、車両等の加減速状態によって、前記冷却媒体供給機構の下流に位置する流量調整機構を介し前記燃料電池の内部に供給される前記冷却媒体の流量を調整している。
【００１７】
さらに、暖機完了前に、少なくとも加減速状態検出装置により車両等が加速状態であると検出された際、流量調整機構を介し、燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了した際の加速状態における冷却媒体流量よりも減少させることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、暖機完了前に、少なくとも加減速状態検出装置により車両等が減速状態であると検出された際、流量調整機構を介し、燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了する前の加速状態における冷却媒体流量よりも増加させることが好ましい。
【００１９】
また、暖機完了前に、燃料電池の内部温度が設定温度以上であると判断された際、少なくとも加速状態における冷却媒体流量を、前記設定温度未満の加速状態における冷却媒体流量よりも増加させることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明の燃料電池制御システムの冷却媒体制御方法では、少なくとも暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断される前に、冷却媒体供給装置を構成する冷却媒体供給機構を介し、燃料電池に連通する冷却媒体流路に沿って前記冷却媒体を供給する一方、前記燃料電池の出力状態によって、前記冷却媒体供給機構の下流に位置する流量調整機構を介し前記燃料電池の内部に供給される前記冷却媒体の流量を調整している。
【００２１】
さらにまた、暖機完了前に、少なくとも燃料電池出力状態検出装置により燃料電池の出力が増加状態であると検出された際、流量調整機構を介し、前記燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了した際の燃料電池出力増加状態における冷却媒体流量よりも減少させることが好ましい。
【００２２】
また、暖機完了前に、少なくとも燃料電池出力状態検出装置により燃料電池の出力が減少状態であると検出された際、流量調整機構を介し、前記燃料電池の内部に供給される冷却媒体流量を、暖機運転が完了する前の燃料電池出力増加状態における冷却媒体流量よりも増加させることが好ましい。
【００２３】
さらに、暖機完了前に、燃料電池の内部温度が設定温度以上であると判断された際、少なくとも電池出力増加状態における冷却媒体流量を、前記設定温度未満の燃料電池出力増加状態における冷却媒体流量よりも増加させることが好ましい。
【００２４】
さらにまた、暖機完了判断装置により暖機運転が完了したと判断された際、流量調整機構による冷却媒体流量の制御を停止させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、車両等の加減速状態や燃料電池の出力状態によって、燃料電池に供給される冷却媒体の流量が調整されている。このため、燃料電池の低温起動時等の暖機が必要な場合に、前記燃料電池に供給される冷却媒体の流量が有効に削減され、前記冷却媒体による放熱を抑制して効率的且つ迅速な暖機が遂行可能になる。
【００２６】
しかも、冷却媒体の流量制御は、流量調整機構（例えば、バルブ）で行っており、冷却媒体供給機構（例えば、ポンプ）の回転数の変更やＯＮ−ＯＦＦ制御が不要になる。従って、冷却媒体供給機構に過度の負荷を与えることがなく、前記冷却媒体供給機構の耐久性の向上が容易に図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る冷却媒体制御方法を実施するための燃料電池制御システム１０の概略構成説明図である。
【００２８】
燃料電池制御システム１０は、例えば、自動車等の車両（図示せず）に搭載されており、固体高分子型燃料電池１２を備える。この燃料電池１２は、複数の発電セル１４を矢印Ａ方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート１６ａ、１６ｂが配置されている。エンドプレート１６ａ、１６ｂは、例えば、図示しない締め付けボルトにより積層方向に締め付けられている。
【００２９】
エンドプレート１６ａには、各発電セル１４のアノード側電極（図示せず）に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口１８ａと、前記アノード側電極で反応に使用された前記燃料ガスを排出するための燃料ガス排出口１８ｂとが設けられる。燃料ガス供給口１８ａには、燃料ガスタンク１７が接続されるとともに、燃料ガス排出口１８ｂには、反応に使用された燃料ガスを、エゼクタ１９を介して、再度、前記燃料ガス供給口１８ａに供給する循環流路２１が接続される。
【００３０】
エンドプレート１６ｂには、各発電セル１４のカソード側電極（図示せず）に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口２０ａと、前記カソード側電極で反応に使用された前記酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出口２０ｂと、燃料電池１２の内部を冷却する冷却媒体を前記燃料電池１２内に供給するための冷却媒体供給口２２ａと、前記燃料電池１２の冷却に使用された前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出口２２ｂとが設けられる。酸化剤ガス供給口２０ａには、酸化剤ガスである圧縮空気を供給するためのエアポンプ（ＡＰ）２３が連通する。
【００３１】
燃料電池制御システム１０は、燃料電池１２の内部を冷却するために冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置２４と、車両の加速状態及び減速状態を検出する加減速状態検出装置２６と、前記燃料電池１２の内部温度を検出する温度検出装置２８と、検出された前記燃料電池１２の内部温度に基づいて、前記燃料電池１２の暖機運転が完了したか否かを判断する暖機完了判断装置３０とを備える。
【００３２】
なお、暖機完了判断装置３０は、燃料電池１２の内部温度に変えて、前記燃料電池１２の出力（発電電流及び／又は発電電圧）又は前記燃料電池１２の発電特性に基づいて、前記燃料電池１２の暖機運転が完了したか否かを判断することもできる。
【００３３】
冷却媒体供給装置２４は、冷却媒体供給口２２ａ及び冷却媒体排出口２２ｂに連結される冷却媒体循環流路（冷却媒体流路）３２を有し、前記冷却媒体循環流路３２には、ラジエータ等の熱交換器３４が配設される。冷却媒体循環流路３２には、サーモスタット３６を介してバイパス流路３８が接続される。
【００３４】
冷却媒体循環流路３２には、冷却媒体を、この冷却媒体循環流路３２に沿って供給するための冷却媒体供給機構、例えば、ポンプ（ＷＰ）４０と、前記ポンプ４０と燃料電池１２との間に位置して配置され、少なくとも暖機完了判断装置３０により暖機運転が完了したと判断される前に、車両の加減速状態によって前記冷却媒体循環流路３２を流れる前記冷却媒体の流量を調整する流量調整機構、例えば、バタフライバルブ４２とを備える。
【００３５】
なお、ポンプ４０とエアポンプ２３とは、同軸化されている。燃料電池制御システム１０全体の小型化を図るためである。また、バタフライバルブ４２に代えて種々のバルブ類が適用可能であるとともに、例えば、電磁弁等を使用することができる。
【００３６】
燃料電池制御システム１０全体は、制御部４４によって制御される。この制御部４４は、加減速状態検出装置２６及び暖機完了判断装置３０としての機能を有する。加減速状態検出装置２６は、燃料電池１２の要求出力の微分値から判断することができ、あるいは、図示しない車両用スロットルの踏み込み量からも判断することができる。
【００３７】
暖機完了判断装置３０は、温度検出装置２８により検出される燃料電池１２の出口冷媒温度を閾値と比較することにより判断するものであり、閾値としては、例えば、０℃等が設定される。なお、暖機完了判断装置３０は、例えば、燃料電池１２の出口空気温度等に基づいて暖機の完了を判断することもできる。
【００３８】
このように構成される燃料電池制御システム１０の動作について、本発明の第１の実施形態に係る冷却媒体制御方法との関連で、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００３９】
先ず、図示しない車両のイグニッションがオンされると（ステップＳ１）、制御部４４を介して燃料電池１２による発電が開始される。具体的には、エンドプレート１６ａに設けられている燃料ガス供給口１８ａには、燃料ガスタンク１７から燃料ガスが供給されるとともに、エンドプレート１６ｂに設けられている酸化剤ガス供給口２０ａには、エアポンプ２３の駆動作用下に空気等の酸化剤ガスが供給される。このため、各発電セル１４では、アノード側電極に供給される燃料ガスとカソード側電極に供給される酸化剤ガスとにより電気化学反応が惹起し、燃料電池１２の発電が開始される。
【００４０】
また、冷却媒体供給装置２４では、ポンプ４０が駆動されて冷却媒体供給口２２ａから燃料電池１２内に冷却媒体が供給され、この燃料電池１２の内部を冷却した冷却媒体は、冷却媒体排出口２２ｂから冷却媒体循環流路３２に戻される。その際、温度検出装置２８は、燃料電池１２の出口冷却媒体温度を検出する（ステップＳ２）。そして、温度検出装置２８により検出された燃料電池１２の内部温度（ＦＣ内部温度）が、設定温度（閾値として、例えば、０℃）よりも小さいか否かが判断される（ステップＳ３）。
【００４１】
燃料電池１２の内部温度が設定温度よりも低いと判断されると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進んで、車両が加速状態にあるか否かが判断される。そして、車両が加速状態にあると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、バタフライバルブ４２が閉動作される。
【００４２】
このため、車両加速時において、燃料電池１２からの電力要求が急激に増加する際、冷却媒体循環流路３２からこの燃料電池１２の内部に供給される冷却媒体流量は、暖機運転の完了した際の加速状態における冷却媒体流量（図３中、流量制御終了時の冷媒流量参照）よりも減少される。これにより、燃料電池１２の発熱量が冷却媒体によって減少することを良好に抑制することができ、前記燃料電池１２を迅速且つ確実に昇温させることができ、車両の安定した加速が可能になるという効果が得られる。
【００４３】
一方、ステップＳ４において、車両が加速状態にないと判断されると（ステップＳ４中、ＮＯ）、ステップＳ６に進んで、車両が減速状態にあるか否かが判断される。そして、車両が減速状態にあると判断されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進んで、バタフライバルブ４２が開動作される。
【００４４】
従って、燃料電池１２では、内部に供給される冷却媒体流量が暖機運転の完了する前の加速状態における冷却媒体流量より大きく増加される（図３参照）。このため、冷却媒体全体の温度を均等化することができ、燃料電池１２が過度な冷却媒体流量不足により加熱破損することを有効に防止することが可能になる。
【００４５】
さらにまた、ステップＳ６において、車両が減速状態にないと判断されると（ステップＳ６中、ＮＯ）、ステップＳ８に進んで、バタフライバルブ４２が一定開度に調整される。この状態は、図３に示すように、車両のアイドリング時やクルーズ状態を示しており、冷却媒体の流量が一定流量に調整されている。
【００４６】
そして、ステップＳ３に戻って、燃料電池１２の内部温度が一定温度よりも高くなったと判断されると（ステップＳ３中、ＮＯ）、ステップＳ９に進んで、通常制御が行われる。これにより、バタフライバルブ４２による冷却媒体流量の制御が停止され、このバタフライバルブ４２は、開状態に維持されている。
【００４７】
このように、第１の実施形態では、車両の加減速状態によって燃料電池１２に供給される冷却媒体の流量が調整されている。このため、燃料電池１２の低温起動時等のような暖機が必要な場合に、前記燃料電池１２に供給される冷却媒体の流量が有効に削減され、前記冷却媒体による放熱を抑制して効率的且つ迅速な暖機が遂行可能になる。
【００４８】
しかも、冷却媒体の流量制御は、バタフライバルブ４２の開度調整によって行われており、ポンプ４０の回転数の変更やＯＮ−ＯＦＦ制御が不要になる。従って、ポンプ４０に過度の負荷を与えることがなく、前記ポンプ４０の耐久性の向上が容易に図られるという効果が得られる。
【００４９】
その上、ポンプ４０とエアポンプ２３とは、同軸化されているが、前記ポンプ４０の制御を行うことなく、冷却媒体の流量制御がなされている。このため、冷却媒体の流量制御と独立して、エアポンプ２３による酸化剤ガスの流量制御を行うことができ、燃料電池１２の発電が良好に遂行されるという利点がある。
【００５０】
さらに、車両の加速時には、冷却媒体の流量を減少させることにより、加速時の発電による熱の放熱を減少させ、燃料電池１２の昇温性能を良好に向上させることができる。一方、車両の減速時には、冷却媒体流量が上記加速時における冷却媒体流量よりも増加されるため、暖機中の加速状態において全体的又は局部的に燃料電池１２の温度が過加熱状態になっていても、減速時に増加される冷却媒体流量によってこの過加熱状態が緩和される。これにより、燃料電池１２への過度な冷却媒体不足による過加熱を防止するとともに、加速時の昇温効果を維持することが可能になる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る冷却媒体制御方法について、図４〜図６に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００５２】
この第２の実施形態では、燃料電池１２の温度に基づいて、加速状態における冷却媒体流量を段階的に制御するものである。具体的には、図７に示すように、低温から第１設定温度までの間、バタフライバルブ４２が第１状態（略閉状態）に制御される。
【００５３】
さらに、第１設定温度から第２設定温度までの間、バタフライバルブ４２が、第２状態に制御され、第２設定温度から第３設定温度までの間、前記バタフライバルブ４２が第３状態に制御され、第３設定温度から第４設定温度までの間、前記バタフライバルブ４２が第４状態（略開放状態）に制御される。また、低温から第４設定温度までの間における車両走行状態に応じた冷却媒体流量は、図８に示されている。
【００５４】
そこで、図４に示すように、車両のイグニッションがオンされると（ステップＳ１１）、燃料電池１２の内部温度の検出が開始される（ステップＳ１２）。この燃料電池１２の内部温度が、第１設定温度よりも低いと判断されると（ステップＳ１３中、ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進んで、車両が加速状態にあるか否かが判断される。そして、車両が加速状態にあると判断されると（ステップＳ１４中、ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進んで、バタフライバルブ４２が第１状態（略閉塞状態）に制御される。
【００５５】
一方、車両が加速状態にないと判断されると（ステップＳ１４中、ＮＯ）、ステップＳ１６〜ステップＳ１８に進み、第１の実施形態のステップＳ６〜ステップＳ８と同様の制御が行われる。
【００５６】
さらに、ステップＳ１３で、燃料電池１２の内部温度が第１設定温度以上であると判断されると（ステップＳ１３中、ＮＯ）、ステップＳ１９に進んで、車両が加速状態にあるか否かが判断される。車両が加速状態にあれば（ステップＳ１９中、ＹＥＳ）、ステップＳ２０に進んで、バタフライバルブ４２が第２状態に制御される。この第２状態では、第１状態よりも冷却媒体流量が増加される。なお、ステップＳ２１〜ステップＳ２３は、第１の実施形態のステップＳ６〜ステップＳ８と同様の制御が行われる。
【００５７】
次いで、ステップＳ２４で、燃料電池１２の内部温度が第２設定温度以上であると判断されると（ステップＳ２４中、ＹＥＳ）、ステップＳ２５に進む。車両が加速状態にあれば（ステップＳ２５中、ＹＥＳ）、ステップＳ２６に進んで、バタフライバルブ４２が第３状態に制御される一方、車両が加速状態になければ（ステップＳ２５中、ＮＯ）、ステップＳ２７〜ステップＳ２９の制御が行われる。
【００５８】
さらに、ステップＳ３０では、燃料電池１２の内部温度が第３設定温度以上であると判断されると（ステップＳ３０中、ＹＥＳ）、ステップＳ３１に進んで、車両が加速状態か否かが判断される。車両が加速状態であると判断されると（ステップＳ３１中、ＹＥＳ）、ステップＳ３２に進んで、バタフライバルブ４２が第４状態（略開放状態）に制御される一方、車両が加速状態にないと判断されると（ステップＳ３１中、ＮＯ）、ステップＳ３３〜ステップＳ３５の制御が行われる。
【００５９】
そして、ステップＳ３６で、燃料電池１２の内部温度が第４設定温度以上であると判断されると（ステップＳ３６中、ＹＥＳ）、ステップＳ３７に進んで、バタフライバルブ４２の制御が停止される。従って、冷却媒体流量制御は、通常の制御に移行される。
【００６０】
このように、第２の実施形態では、燃料電池１２の温度に応じて、例えば、第１設定温度〜第４設定温度に応じて冷却媒体流量が変更されている。具体的には、低温側から高温側に向けて、加速状態における冷却媒体流量が徐々に増加するように制御されている。このため、燃料電池１２が過度に加熱することを一層確実に阻止するとともに、前記燃料電池１２の暖機を促進させることが可能になるという効果が得られる。
【００６１】
図９は、本発明の第３及び第４の実施形態に係る冷却媒体制御方法を実施するための燃料電池制御システム５０の概略構成説明図である。なお、燃料電池制御システム１０と同様の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
燃料電池制御システム５０は、制御部５２を備えるとともに、この制御部５２は、燃料電池１２の出力状態を検出する燃料電池出力状態検出装置５４及び暖機完了判断装置３０としての機能を有する。燃料電池出力状態検出装置５４は、燃料電池１２の発電時に出力される発電電流又は発電電圧の少なくとも一方から判断することができる。
【００６３】
このように構成される燃料電池制御システム５０の動作について、本発明の第３の実施形態に係る冷却媒体制御方法との関連で、図１０に示すフローチャートに沿って以下に説明する。なお、図２に示すフローチャートと同一の工程については、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
先ず、ステップＳ１〜Ｓ３と同様に、ステップＳ４１〜Ｓ４３が行われ、燃料電池１２の内部温度が設定温度よりも低いと判断されると（ステップＳ４３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４４に進んで、燃料電池１２の出力が増加状態にあるか否かが判断される。そして、燃料電池１２の出力が増加状態にあると判断されると（ステップＳ４４中、ＹＥＳ）、ステップＳ４５に進んで、バタフライバルブ４２が閉動作される。
【００６５】
一方、ステップＳ４４において、燃料電池１２の出力が増加状態にないと判断されると（ステップＳ４４中、ＮＯ）、ステップＳ４６に進んで、前記燃料電池１２の出力が減少状態にあるか否かが判断される。そして、燃料電池１２の出力が減少状態にあると判断されると（ステップＳ４６中、ＹＥＳ）、ステップＳ４７に進んで、バタフライバルブ４２が開動作される。また、燃料電池１２の出力が減少状態にないと判断されると（ステップＳ４６中、ＮＯ）、ステップＳ４８に進んで、バタフライバルブ４２が一定開度に調整される。上記の冷却媒体の流量と各状態との関係は、図１１に示されている。
【００６６】
これにより、第３の実施形態では、燃料電池１２の出力状態によって、前記燃料電池１２に供給される冷却媒体の流量が調整されている。このため、燃料電池１２からの電力要求が急激に増加する際には、冷却媒体の供給量が削減され、前記燃料電池１２の発熱が前記冷却媒体に吸収されることを抑制することができる。従って、燃料電池１２本体の速やかな昇温が図られるため、前記燃料電池１２の出力増加が安定して行われるという効果が得られる。特に、燃料電池１２の実際の発電出力に応じて冷却媒体流量を制御するため、前記燃料電池１２に対して最適な量の冷却媒体を確実に供給することが可能になる。
【００６７】
一方、燃料電池１２の出力が減少する際には、冷却媒体の供給量が増加され、前記冷却媒体全体の温度が均一化される。これにより、燃料電池１２に対する冷却媒体流量の過度の不足が抑制され、前記燃料電池１２の過熱破損を阻止することができる。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施形態に係る冷却媒体制御方法について、図１２〜図１４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。なお、図４〜図６に示すフローチャートと同一の工程については、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
燃料電池１２の内部温度が、第１設定温度よりも低いと判断されると（ステップＳ５３中、ＹＥＳ）、ステップＳ５４に進んで、燃料電池１２の出力が増加状態にあるか否かが判断される。そして、燃料電池１２の出力が増加状態にあると判断されると（ステップＳ５４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５５に進んで、バタフライバルブ４２が第１状態（略閉塞状態）に制御される。
【００７０】
一方、燃料電池１２の出力が増加状態にないと判断されると（ステップＳ５４中、ＮＯ）、ステップＳ５６〜ステップＳ５８に進み、第２の実施形態のステップＳ１６〜ステップＳ１８と同様の制御が行われる。
【００７１】
さらに、燃料電池１２の内部温度が第１設定温度以上であると判断されると（ステップＳ５３中、ＮＯ）、ステップＳ５９に進んで、燃料電池１２の出力が増加状態にあるか否かが判断される。燃料電池１２の出力が増加状態にあれば（ステップＳ５９中、ＹＥＳ）、ステップＳ６０に進んで、バタフライバルブ４２が第２状態に制御される。なお、ステップＳ６１〜ステップＳ６３は、第２の実施形態のステップＳ２１〜ステップＳ２３と同様の制御が行われる。
【００７２】
次いで、ステップＳ６４で、燃料電池１２の内部温度が第２設定温度以上であると判断されると（ステップＳ６４中、ＹＥＳ）、ステップＳ６５に進む。燃料電池１２の出力が増加状態にあれば（ステップＳ６５中、ＹＥＳ）、ステップＳ６６に進んで、バタフライバルブ４２が第３状態に制御される一方、前記燃料電池１２の出力が増加状態になければ（ステップＳ６５中、ＮＯ）、ステップＳ６７〜ステップＳ６９の制御が行われる。
【００７３】
さらに、ステップＳ７０では、燃料電池１２の内部温度が第３設定温度以上であると判断されると（ステップＳ７０中、ＹＥＳ）、ステップＳ７１に進んで、燃料電池１２の出力が増加状態か否かが判断される。燃料電池１２の出力が増加状態であると判断されると（ステップＳ７１中、ＹＥＳ）、ステップＳ７２に進んで、バタフライバルブ４２が第４状態（略開放状態）に制御される一方、前記燃料電池１２の出力が増加状態にないと判断されると（ステップＳ７１中、ＮＯ）、ステップＳ７３〜ステップＳ７５の制御が行われる。
【００７４】
そして、ステップＳ７６で、燃料電池１２の内部温度が第４設定温度以上であると判断されると（ステップＳ７６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７７に進んで、バタフライバルブ４２の制御が停止される。従って、冷却媒体流量制御は、通常の制御に移行される。上記の冷却媒体の流量と各状態との関係は、図１５に示されている。
【００７５】
このように、第４の実施形態では、第２の実施形態と同様に、燃料電池１２の温度に応じて、例えば、第１設定温度〜第４設定温度に応じて冷却媒体流量が変更されている。このため、低温側から高温側に向けて、燃料電池１２の実際の出力の増加に伴って冷却媒体流量が徐々に増加するように制御されており、前記燃料電池１２内部の局部的な温度上昇を阻止することができるという効果がある。
【００７６】
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る冷却媒体制御方法を実施するための燃料電池制御システム６０の概略構成説明図である。
【００７７】
燃料電池制御システム６０は、制御部６２を備えるとともに、この制御部６２は、加減速状態検出装置２６、燃料電池出力状態検出装置５４及び暖機完了判断装置３０としての機能を有する。すなわち、燃料電池制御システム６０は、燃料電池制御システム１０及び燃料電池制御システム５０の機能を有している。
【００７８】
このように構成される燃料電池制御システム６０の動作について、本発明の第５の実施形態に係る冷却媒体制御方法との関連で、図１７に示すフローチャートに沿って以下に説明する。なお、図２及び図１０に示すフローチャートと同一の工程については、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
この第５の実施形態では、ステップＳ１〜Ｓ７と同様に、ステップＳ８１〜Ｓ８７が行われるとともに、ステップＳ８６で、車両が減速状態にないと判断されると（ステップＳ８６中、ＮＯ）、ステップＳ８８に進む。このステップＳ８８では、燃料電池１２の出力が増加状態にあるか否かが判断され、ステップＳ４４〜ステップＳ４８と同様に、ステップＳ８８〜ステップＳ９２が行われる。
【００８０】
このように、第５の実施形態では、車両が加減速状態でない場合、すなわち、一定速度状態（アイドリング又はクルーズ状態）である場合、前記車両の加減速に伴わない出力変動、例えば、エアコンの駆動や蓄電装置への充電等が惹起した際にも、燃料電池１２の出力に応じた冷却媒体流量の制御が可能になる。これにより、燃料電池１２を一層効率的且つ迅速に暖気することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る冷却媒体制御方法を実施するための燃料電池制御システムの概略構成説明図である。
【図２】第１の実施形態に係る冷却媒体制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】前記冷却媒体制御方法による冷却媒体流量の説明図である。
【図４】第２の実施形態に係る冷却媒体制御方法を説明するフローチャートの前段部分である。
【図５】前記フローチャートの中段部分である。
【図６】前記フローチャートの後段部分である。
【図７】バタフライバルブの状態説明図である。
【図８】前記冷却媒体制御方法による冷却媒体流量の説明図である。
【図９】本発明の第３及び第４の実施形態に係る冷却媒体制御方法を実施するための燃料電池制御システムの概略構成説明図である。
【図１０】第３の実施形態に係る冷却媒体制御方法を説明するフローチャートである。
【図１１】前記冷却媒体制御方法による冷却媒体流量の説明図である。
【図１２】第４の実施形態に係る冷却媒体制御方法を説明するフローチャートの前段部分である。
【図１３】前記フローチャートの中段部分である。
【図１４】前記フローチャートの後段部分である。
【図１５】前記冷却媒体制御方法による冷却媒体流量の説明図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る冷却媒体制御方法を実施するための燃料電池制御システムの概略構成説明図である。
【図１７】第５の実施形態に係る冷却媒体制御方法を説明するフローチャートである。
【図１８】特許文献１に開示されている燃料電池の間欠的冷却法の説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０、５０、６０…燃料電池制御システム
１２…燃料電池                      １４…発電セル
１６ａ、１６ｂ…エンドプレート      ２２ａ…冷却媒体供給口
２２ｂ…冷却媒体排出口              ２３…エアポンプ
２４…冷却媒体供給装置              ２６…加減速状態検出装置
２８…温度検出装置                  ３０…暖機完了判断装置
３２…冷却媒体循環流路              ３４…熱交換器
４０…ポンプ                        ４２…バタフライバルブ
４４、５２、６２…制御部            ５４…燃料電池出力状態検出装置
【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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