(57)【要約】【課題】燃料電池１内の最高温度を予め設定した上限温度以下に保持して、燃料電池１の劣化を防止することが可能な、燃料電池システム１０１を提供する。【解決手段】反応ガスの反応により発電する燃料電池１と、燃料電池１内に冷媒を流通させて当該燃料電池１を冷却する冷却手段９０と、燃料電池１内の最高温度を推定するＦＣ内最高温度推定部６２と、燃料電池１内の最高温度が、燃料電池１の膜電極構造体の耐久上限温度以下になるように、燃料電池１内の温度調節をするＣＣＶ制御部６４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図４
2008181742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池内に冷媒を流通させて当該燃料電池を冷却する冷却手段と、
前記燃料電池の作動温度を出力する燃料電池作動温度出力手段と、
前記燃料電池の作動温度が、予め設定した上限温度以下になるように、前記燃料電池内の温度調節をする燃料電池温度調節手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池作動温度出力手段は、前記燃料電池内における最高温度を作動温度として出力することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷却手段において前記冷媒を供給する冷媒供給手段は、前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段に連動して駆動され、
前記燃料電池温度調節手段として、前記冷媒供給手段から独立して前記冷媒の流量を調整可能な冷媒流量調整手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池温度調節手段として、前記燃料電池の出力を制限する燃料電池出力制限手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記冷却手段において前記冷媒を供給する冷媒供給手段は、前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段に連動して駆動され、
前記燃料電池温度調節手段として、前記冷媒供給手段から独立して前記冷媒の流量を調整可能な冷媒流量調整手段と、前記燃料電池の出力を制限する燃料電池出力制限手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池作動温度出力手段として、前記燃料電池の暖機運転中において、前記燃料電池の出力および前記冷媒の流量に基づいて、前記燃料電池内における最高温度を作動温度として推定する燃料電池内最高温度推定手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池作動温度出力手段として、前記燃料電池の暖機運転中において、前記燃料電池の出力および前記冷媒の流量、並びに前記反応ガスの温度および前記冷媒の温度に基づいて、前記燃料電池内における最高温度を作動温度として推定する燃料電池内最高温度推定手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下、単位セルという。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。この燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。
【０００３】
燃料電池の発電には発熱を伴う。燃料電池の膜電極構造体は耐久上限温度以上に加熱されると劣化するため、隣接する単位セルの間に冷媒を供給して燃料電池を冷却している。例えば特許文献１には、燃料電池内にラジエータ液を通流させて燃料電池を冷却する冷却手段を備えた燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、燃料電池の作動温度に対応して、冷却手段の作動と停止を交互に行うようにしている。この技術では、排出ラジエータ液温度が燃料電池の作動温度に相当するとしている。
【特許文献１】特開２００６−１３４６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２５（ｂ）は、冷媒温度とＦＣ内最高温度と耐久上限温度との関係を示すグラフである。燃料電池の暖機運転中など、燃料電池内の冷媒が十分でない場合には、燃料電池内の温度分布にばらつきが発生する。そのため、燃料電池内の最高温度が冷媒温度より高くなる場合がある。この場合、冷媒温度が耐久上限温度以下であっても、燃料電池内の最高温度は耐久上限温度以上になっている可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、燃料電池内の最高温度を予め設定した上限温度以下に保持して、燃料電池の劣化を防止することが可能な、燃料電池システムの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、反応ガスの反応により発電する燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１）と、前記燃料電池内に冷媒を流通させて当該燃料電池を冷却する冷却手段（例えば、実施形態における冷却手段９０）と、前記燃料電池の作動温度を出力する燃料電池作動温度出力手段（例えば、実施形態におけるＦＣ内最高温度推定部６２）と、前記燃料電池の作動温度が、予め設定した上限温度（例えば、実施形態における耐久上限温度）以下になるように、前記燃料電池内の温度調節をする燃料電池温度調節手段（例えば、実施形態におけるＣＣＶ制御部６４、三方弁制御部６５またはＦＣ出力制限部６６）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０１）において、前記燃料電池作動温度出力手段は、前記燃料電池内の最高温度部分の温度を作動温度として出力することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記冷却手段において前記冷媒を供給する冷媒供給手段（例えば、実施形態におけるＷ／Ｐ８４）は、前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段（例えば、実施形態におけるＡ／Ｐ１０２）に連動して駆動され、前記燃料電池温度調節手段として、前記冷媒供給手段から独立して前記冷媒の流量を調整可能な冷媒流量調整手段（例えば、実施形態におけるＣＣＶ８７およびＣＣＶ制御部６４）を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記燃料電池温度調節手段として、前記燃料電池の出力を制限する燃料電池出力制限手段（例えば、実施形態におけるＦＣ出力制限部６６）を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記冷却手段において前記冷媒を供給する冷媒供給手段は、前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段に連動して駆動され、前記燃料電池温度調節手段として、前記冷媒供給手段から独立して前記冷媒の流量を調整可能な冷媒流量調整手段（例えば、実施形態におけるＣＣＶ制御部６４）と、前記燃料電池の出力を制限する燃料電池出力制限手段（例えば、実施形態におけるＦＣ出力制限部６６）とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、前記燃料電池作動温度出力手段として、前記燃料電池の暖機運転中において、前記燃料電池の出力および前記冷媒の流量に基づいて、前記燃料電池内の最高温度部分の温度を作動温度として推定する燃料電池内最高温度推定手段（例えば、実施形態におけるＦＣ内最高温度推定部６２）を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、前記燃料電池作動温度出力手段として、前記燃料電池の暖機運転中において、前記燃料電池の出力および前記冷媒の流量、並びに前記反応ガスの温度および前記冷媒の温度に基づいて、前記燃料電池内の最高温度部分の温度を作動温度として推定する燃料電池内最高温度推定手段（例えば、実施形態におけるＦＣ内最高温度推定部６２）を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、燃料電池内最高温度が冷媒温度より高くなる場合でも、燃料電池内最高温度を予め設定した上限温度以下に保持することが可能になる。したがって、燃料電池の劣化を防止することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、冷媒供給手段が反応ガス供給手段に連動して駆動されるので、燃料電池システムの構造を簡略化することができる。この場合、燃料電池の出力に応じて反応ガス供給手段が駆動され、反応ガス供給手段に連動して冷媒供給手段が駆動されても、冷媒供給手段から独立して冷媒流量を調整可能な冷媒流量調整手段を備えているので、冷媒流量を自在に調整して燃料電池内の温度調節を行うことができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によっても、燃料電池の温度調節を行うことができる。
請求項４に係る発明によれば、燃料電池の温度調節を多様に行うことが可能になる。したがって、燃料電池内最高温度を確実に上限温度以下に保持することが可能になり、燃料電池の劣化を防止することができる。
【００１５】
請求項５に係る発明によれば、燃料電池内最高温度を測定する新たな装置を追加することなく、燃料電池内最高温度を低コストで推定することができる。
【００１６】
請求項６に係る発明によれば、多様なパラメータに基づいて燃料電池内最高温度を推定するので、燃料電池内最高温度を精度良く推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
最初に、燃料電池システムの概略構造について説明する。燃料電池システムは、単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を多数積層して電気的に直列接続し、その両側にエンドプレートを配置してタイロッドで締結した燃料電池スタックを備えている。
【００１８】
（燃料電池）
図１は、単位セルの展開図である。単位セル１０は、膜電極構造体２０の両側にセパレータ３０Ａ，３０Ｂを配置したサンドイッチ構造をなす。詳述すると、膜電極構造体２０は、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜（電解質膜）２１の両側にアノード電極２２とカソード電極２３を配置して構成され、膜電極構造体２０のアノード電極２２に面してアノード側セパレータ３０Ａが、カソード電極２３に面してカソード側セパレータ３０Ｂが配置されている。両セパレータ３０Ａ，３０Ｂは、例えばカーボン材料等で構成されている。
【００１９】
図１において、膜電極構造体２０および両セパレータ３０Ａ，３０Ｂの右上隅部には、使役前の燃料ガス（例えば水素ガス）が流通する燃料ガス供給口１１が設けられ、その対角位置である左下隅部には、使役後の燃料ガス（以下「アノードオフガス」という。）が流通するアノードオフガス排出口１２が設けられている。また、膜電極構造体２０および両セパレータ３０Ａ，３０Ｂの左上隅部には、使役前の酸化剤ガス（例えば空気）が流通する酸化剤ガス供給口１３が設けられ、その対角位置である右下隅部には、使役後の酸化剤ガス（以下、カソードオフガスという）が流通するカソードオフガス排出口１４が設けられている。さらに、膜電極構造体２０と両セパレータ３０Ａ，３０Ｂの上側中央部には、使役前の冷媒（冷媒）が流通する冷媒供給口１５が設けられ、その対称位置である下側中央部には、使役後の冷媒が流通する冷媒排出口１６が設けられている。
【００２０】
カソード側セパレータ３０Ｂにおいて、膜電極構造体２０と対向する面には、酸化剤ガスを膜電極構造体２０に沿って流通させるための凹部（５２）が平面視略矩形に形成されている。この凹部が、酸化剤ガス供給口１３およびカソードオフガス排出口１４に接続されて、酸化剤ガス流路５２が形成されている。この酸化剤ガス流路５２内には、酸化剤ガスが上から下へ流れるように案内する複数のガイド突条５３が平行に設けられている。なおカソード側セパレータ３０Ｂにおいて、膜電極構造体２０と反対側の面は、平坦面に形成されている。
【００２１】
また、カソード側セパレータ３０Ｂにおける膜電極構造体２０との対向面には、シール材７０Ｂが設けられている。このシール材７０Ｂは、シリコーン系ゴムやフッソ系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、ブチル系ゴム等の一体成形品として構成されている。シール材７０Ｂは、酸化剤ガス供給口１３、酸化剤ガス流路５２およびカソードオフガス排出口１４の外側を一周して囲繞するとともに、燃料ガス供給口１１、アノードオフガス排出口１２、冷媒供給口１５および冷媒排出口１６をそれぞれ個別に囲繞している。
【００２２】
なお図示しないが、アノード側セパレータ３０Ａにおいて、膜電極構造体２０と対向する面には、燃料ガスを膜電極構造体２０に沿って流通させるための凹部が平面視略矩形に形成されている。この凹部が、燃料ガス供給口１１およびアノードオフガス排出口１２に接続されて、燃料ガス流路（５１）が形成されている。
【００２３】
また、アノード側セパレータ３０Ａにおける膜電極構造体２０との対向面には、シール材（７０Ａ）が設けられている。このシール材は、燃料ガス供給口１１、燃料ガス流路およびアノードオフガス排出口１２の外側を一周して囲繞するとともに、酸化剤ガス供給口１３、カソードオフガス排出口１４、冷媒供給口１５および冷媒排出口１６をそれぞれ個別に囲繞している。
【００２４】
一方、アノード側セパレータ３０Ａにおいて、膜電極構造体２０と反対側の面には、冷媒を流通させるための凹部（３２）が平面視略矩形に形成されている。この凹部が、冷媒供給口１５および冷媒排出口１６に接続されて、冷媒流路３２が形成されている。この冷媒流路３２内には、冷媒が上から下へ流れるように案内する複数のガイド突条３３が平行に設けられている。
【００２５】
また、アノード側セパレータ３０Ａにおける膜電極構造体２０と反対側の面には、シール材７０Ｃが設けられている。このシール材７０Ｃは、冷媒供給口１５、冷媒流路３２および冷媒排出口１６の外側を一周して囲繞するとともに、燃料ガス供給口１１、アノードオフガス排出口１２、酸化剤ガス供給口１３およびカソードオフガス排出口１４をそれぞれ個別に囲繞している。
【００２６】
図２は、単位セルを積層した燃料電池スタックであり、図１のＡ−Ａ線に相当する部分における側面断面図である。図２に示すように、カソード側セパレータ３０Ｂは、シール材７０Ｂを介して膜電極構造体２０に密着され、アノード側セパレータ３０Ａは、シール材７０Ａを介して膜電極構造体２０に密着されている。これにより、カソード側セパレータ３０Ｂと膜電極構造体２０との間に酸化剤ガス流路５２が形成され、アノード側セパレータ３０Ａと膜電極構造体２０との間に燃料ガス流路５１が形成されている。
また、アノード側セパレータ３０Ａは、シール材７０Ｃを介して、隣接するカソード側セパレータ３０Ｂに密着されている。これにより、両セパレータ３０Ａ，３０Ｂの間に冷媒流路３２が形成されている。
【００２７】
そして、燃料ガス流路５１に燃料ガスとして水素ガス等を供給し、酸化剤ガス流路５２に酸化剤ガスとして酸素を含む空気等を供給すると、アノード電極２２で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜２１を通過してカソード電極２３まで移動する。この水素イオンがカソード電極２３で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。なおカソード電極２３側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜２１を透過してアノード電極２２側に拡散するため、アノード電極２２側にも生成水が存在する。
【００２８】
一方、膜電極構造体２０および両セパレータ３０Ａ，３０Ｂに形成された燃料ガス供給口１１が相互に連結されて、燃料ガス供給用連通孔７１が形成されている。この燃料ガス供給用連通孔７１は、各単位セル１０の燃料ガス流路５１に連結されている。
同様に、図１に示す各単位セル１０に形成されたアノードオフガス排出口１２が相互に連結されてアノードオフガス排出用連通孔が形成されている。また酸化剤ガス供給口１３が相互に連結されて酸化剤ガス供給用連通孔が形成され、カソードオフガス排出口１４が相互に連結されてカソードオフガス排出用連通孔が形成されている。また冷媒供給口１５が相互に連結されて冷媒供給用連通孔が形成され、冷媒排出口１６が相互に連結されて冷媒排出用連通孔が形成されている。
【００２９】
（燃料電池システム）
図３は、燃料電池スタックを備えた燃料電池システムの概略構成図である。上述した燃料電池スタック（以下、燃料電池またはＦＣ（Fuel Cell）という。）１は、水素ガス等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行うものである。そこで、燃料電池１の燃料ガス供給用連通孔には燃料ガス供給配管１１３が連結され、その上流端部には水素タンク１３０が接続されている。また、燃料電池１の酸化剤ガス供給用連通孔には酸化剤ガス供給配管１２１が連結され、その上流端部には反応ガス供給手段としてエアポンプ（以下、Ａ／Ｐという。）１０２が接続されている。なお、燃料電池１のアノードオフガス排出用連通孔にはアノードオフガス回収配管１１１が連結され、カソードオフガス排出用連通孔にはカソードオフガス排出配管１２２が連結されている。
【００３０】
水素タンク１３０から燃料ガス供給配管１１３に供給された水素ガスは、レギュレータ１０５により減圧された後、エゼクタ１０６を通り、アノード加湿器１０７により加湿されて、燃料電池１の燃料ガス流路５１に供給される。アノードオフガスは、アノードオフガス回収配管１１１を通ってエゼクタ１０６に吸引され、水素タンク１３０から供給される水素ガスと合流し、再び燃料電池１に供給されて循環するようになっている。
なおアノードオフガス回収配管１１１は、電磁駆動式のパージ弁１０８を介して、アノードオフガス排出配管１１２に接続されている。
【００３１】
また、空気はＡ／Ｐ１０２によって加圧され、カソード加湿器１０３で加湿されて、燃料電池１の酸化剤ガス流路５２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１からカソードオフガスとして排出され、背圧弁１０４を介して大気に放出される。
【００３２】
一方、燃料電池システム１００は、燃料電池内に冷媒を流通させて燃料電池１を冷却する冷却手段９０を備えている。冷却手段９０として、燃料電池１の冷媒供給用連通孔には冷媒供給配管８３が連結され、冷媒排出用連通孔には冷媒排出配管８１が連結されている。冷媒供給配管８３の上流端部および冷媒排出配管８１の下流端部は、ラジエータ８０に接続されている。冷媒供給配管８３には、燃料電池１とラジエータ８０との間で冷媒を流通させる冷媒供給手段として、ウォータポンプ（以下、Ｗ／Ｐという。）８４が設けられている。Ｗ／Ｐ８４は、Ａ／Ｐ１０２と同軸状に連結され、連動して駆動されるようになっている。また、冷媒排出配管８１には燃料電池冷却後の冷媒温度を検出するため冷媒温度センサ８２が設けられている。さらに冷媒供給配管にはサーモバルブ８５が設けられている。
【００３３】
燃料電池１には、燃料電池１によって駆動されるモータ等の負荷４０が接続されている。ここで、燃料電池１から負荷４０へ出力される電圧および電流を検出するため、電圧センサ４１および電流センサ４２が設けられている。
また燃料電池システム１００は、コントローラ６０を備えている。コントローラ６０は上述した電圧センサ４１、電流センサ４２および冷媒温度センサ８２に接続されている。
【００３４】
（第１実施形態、燃料電池システム）
図４は、第１実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。なお第１実施形態に係る燃料電池システム１０１は、図３に示す燃料電池システム１００の概略構成に加えて、図４に示す特徴構成を備えている。以下の実施形態および変形例に係る燃料電池システムについても同様である。
【００３５】
第１実施形態に係る燃料電池システム１０１は、燃料電池内の冷媒流量を検出する流量計８６を備えている。この流量計８６は、冷却手段９０の冷媒供給配管８３に接続されている。また冷媒供給配管８３には、ＣＣＶ（Coolant Control Valve）８７が設けられている。ＣＣＶ８７は、冷媒供給手段であるＷ／Ｐ８４から独立して、冷媒の供給流量を自在に調整しうるものである。
【００３６】
コントローラ６０は、燃料電池の作動温度を検出する燃料電池作動温度出力手段として、燃料電池内の最高温度を推定するＦＣ内最高温度推定部６２を備えている。ＦＣ内最高温度推定部６２に対して、電圧センサ４１から燃料電池出力電圧が、電流センサから燃料電池出力電流が、流量計８６から冷媒流量が、それぞれ入力されるようになっている。ＦＣ内最高温度推定部６２は、入力された燃料電池出力および冷媒流量に基づいて、燃料電池内の最高温度を推定しうるようになっている。
またコントローラ６０は、推定された燃料電池内最高温度に基づいてＣＣＶ８７の開度を制御するＣＣＶ制御部６４を備えている。
【００３７】
ところで、燃料電池の最高温度は、燃料電池の構成条件（流路やスタック構造等）、配置条件（配置場所や環境、向き等）により、ある程度特定することが可能である。すなわち、燃料電池の設計段階である程度予測することができる。
また、燃料電池内の温度分布のばらつきの発生、度合いは主に燃料電池出力、冷媒流量に関連しており、ばらつきが発生したときの局部的な過熱は冷媒、反応ガスそれぞれの温度変化の度合いに顕著に現れる。したがって上記燃料電池の設計段階で、予測される最高温度部分の温度とこれらの測定値との相関マップを、実験で得ることができる。
よって発電時の燃料電池最高温度は、実験により得た相関マップを事前に入力しておくことによって、燃料電池出力や冷媒流量、冷媒温度、反応ガス温度等により推定することができる。
【００３８】
（燃料電池の冷却方法）
図５は、第１実施形態に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートである。イグニッションスイッチがＯＮされ（Ｓ１０）、暖機運転が開始されると、コントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２がＦＣ内最高温度を推定する（Ｓ２０）。
図６（ａ）は、ＦＣ内最高温度推定サブルーチンのフローチャートである。まず、冷媒流量とＦＣ出力を用いて、ＦＣ温度変化量推定を行う（Ｓ２２）。燃料電池の暖機運転中には、燃料電池内の冷媒流量が十分でないため、燃料電池内の温度分布にばらつきが発生している。すなわち、積層された単位セルごとに温度が異なり、各単位セルにおける膜電極構造体の面内にも温度分布が存在する。そのため、燃料電池内最高温度と冷媒温度との間には差があり、Ｓ２２ではこの差をＦＣ温度変化量として推定する。
【００３９】
図６（ｂ）はＦＣ温度変化量の推定マップであり、横軸にＦＣ出力をとり縦軸にＦＣ温度変化量をとっている。一般にＦＣ出力が大きいほど、燃料電池内で活発な反応が行われ燃料電池内最高温度が高くなっているから、ＦＣ温度変化量が大きくなる関係にある。また冷媒流量が少ないほど、燃料電池内の冷却が不十分になり燃料電池内最高温度が高くなっているから、ＦＣ温度変化量が大きくなる関係にある。そこで図６（ｂ）のマップにＦＣ出力および冷媒流量を当てはめることにより、ＦＣ内温度変化量推定値を求めることができる。
【００４０】
図６（ａ）に戻り、Ｓ２２で求めたＦＣ内温度変化量推定値を冷媒温度に加算して、ＦＣ内最高温度推定値を得る（Ｓ２４）。ただし、冷媒温度を下限リミットとする（Ｓ２６）。すなわち、Ｓ２４で求めたＦＣ内最高温度推定値が冷媒温度より低い場合には、冷媒温度をＦＣ内最高温度推定値として採用する。これにより、現実のＦＣ内最高温度が耐久上限温度を超える前に、安全側で燃料電池内の温度調節を行うことができる。
【００４１】
図５に戻り、コントローラ６０のＣＣＶ制御部６４がＣＣＶ制御を行う（Ｓ３０）。
図７（ａ）は、ＣＣＶ制御サブルーチンのフローチャートである。ここでは、ＦＣ内最高温度推定値を用いてＣＣＶ開閉を行う（Ｓ３２）。
図７（ｂ）はＣＣＶ開度の決定マップであり、横軸にＦＣ内最高温度をとり縦軸にＣＣＶ開度をとっている。上述したように、ＦＣ出力に応じてＡ／Ｐ１０２が駆動され、Ａ／Ｐ１０２に連動して冷媒供給手段であるＷ／Ｐ８４が駆動されている。そこで、暖機運転中においてＦＣ内最高温度が低い場合には、燃料電池への冷媒供給を制限するためＣＣＶ開度を小さく（または全閉に）設定する。一方、ＦＣ内最高温度がＴ１以上Ｔ２以下の場合には、ＣＣＶ開度を連続的に変化させ、ＦＣ内最高温度がＴ２を超える場合には、ＣＣＶ開度を全開にして、燃料電池への冷媒供給量を最大にする。ここでＴ２は、膜電極構造体の耐久上限温度Ｔ３の守りきり温度である。すなわち、燃料電池を最大効率で冷却した場合に、ＦＣ内最高温度となる部分が膜電極構造体の耐久上限温度Ｔ３を超えることがない温度である。以上のようにＣＣＶ開度を決定してＣＣＶ制御を行うことにより、暖機運転を効率よく行うことが可能になり、またＦＣ内最高温度を耐久上限温度以下に保持することができる。
【００４２】
図８は、第１実施形態におけるＦＣ内最高温度の変化を示すグラフである。ＦＣ内最高温度が上限温度に接近したら、ＣＣＶ開度を増加させ、ＦＣ内最高温度を低下させる。ＣＣＶ開度の増加を停止すると、ＦＣ内最高温度が再び増加して、上限温度に接近する。そこで再びＣＣＶ開度を増加させ、ＦＣ内最高温度を低下させる。なおＣＣＶ開度を全開にすれば、ＦＣ内最高温度を冷媒温度に略一致させることができる。
図５に戻り、燃料電池が発電中であるか判断する（Ｓ１４）。判断がＹｅｓの場合は上記処理を繰り返し、判断がＮｏの場合は本実施形態の燃料電池の冷却方法を終了する。
【００４３】
以上に詳述したように、図４に示す本実施形態に係る燃料電池システム１０１は、ＦＣ内最高温度推定部６２と、燃料電池内最高温度が耐久上限温度以下になるように冷媒流量を制御するＣＣＶ制御部６４とを備える構成とした。この構成によれば、図２５（ａ）に示すようにＦＣ内最高温度が冷媒温度より高くなる場合でも、ＦＣ内最高温度を耐久上限温度以下に保持することが可能になる。したがって、燃料電池の膜電極構造体の劣化を防止することができる。これに伴って、燃料電池の起動性能を向上させることが可能になる。すなわち、所望出力を得るまでの燃料電池の起動時間を短縮することができる
【００４４】
またＦＣ内最高温度推定部６２は、燃料電池の暖機運転中において、燃料電池出力および冷媒流量に基づいて、燃料電池内の最高温度を推定する構成とした。これにより、燃料電池内最高温度を測定する新たな装置を追加することなく、燃料電池内最高温度を低コストで推定することが可能になる。
また、ＣＣＶ制御部により冷媒流量を制御して燃料電池内の温度調節を行う構成としたので、燃料電池出力を制限する必要がない。しかも、燃料電池の出力に応じてＡ／Ｐが駆動され、Ａ／Ｐに連動してＷ／Ｐが駆動されても、Ｗ／Ｐから独立して冷媒流量を調整可能なＣＣＶを備えているので、冷媒流量を自在に調整して燃料電池内の温度調節を行うことができる。特に、燃料電池の暖機運転中に冷媒流量を少なくすることによって、暖機運転時間を短縮し起動性能を向上させることができる。
【００４５】
（第１変形例）
図９は、第１実施形態の第１変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図４に示す第１実施形態では冷媒流量を検出する流量計８６を備えていたが、図９に示す第１変形例では流量計を備えていない点で相違している。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
第１変形例に係る燃料電池の冷却方法は、第１実施形態と同様に、図５のフローチャートに基づいて行うことが可能である。まずコントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２がＦＣ内最高温度を推定する（Ｓ２０）。
図１０は、ＦＣ内最高温度推定サブルーチンのフローチャートである。上述した第１実施形態では、流量計により冷媒流量を実測していた。これに対して流量計を有しない第１変形例では、ＣＣＶ開度とＷ／Ｐ回転数と冷媒温度に基づいて冷媒流量を推定する（Ｓ２１）。冷媒供給手段であるＷ／Ｐ８４と、Ｗ／Ｐ８４から独立して冷媒流量を調整可能なＣＣＶ８７の開度を使用すれば、冷媒流量の概算値を求めることが可能である。この概算値を、冷媒温度センサ８２により実測した冷媒温度で補正すれば、冷媒流量を精度良く推定することができる。
【００４７】
次に、Ｓ２１で求めた冷媒流量推定値と、ＦＣ出力とを用いて、ＦＣ温度変化量の推定を行う（Ｓ２２）。次に、Ｓ２２で求めたＦＣ温度変化量推定値を冷媒温度に加算して、ＦＣ内最高温度推定値を得る（Ｓ２４）。ただし、冷媒温度を下限リミットとする（Ｓ２６）。これらの各処理は、第１実施形態と同様に行うことが可能である。
図５に戻り、コントローラ６０のＣＣＶ制御部６４がＣＣＶ制御を行う（Ｓ３０）。この制御は、第１実施形態と同様に行うことが可能である。
【００４８】
このように、流量計を備えていない第１変形例でも、燃料電池内最高温度を精度良く推定して、燃料電池内の温度調節を行うことが可能である。しかも流量計を備えていないので、製造コストを削減することが可能であり、また燃料電池システムを省スペース化することができる。
【００４９】
（第２変形例）
図１１は、第１実施形態の第２変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図４に示す第１実施形態では冷媒流量を調整可能なＣＣＶ８７を備えていたが、図１１に示す第２変形例ではＣＣＶに代えて、冷媒流路を切替可能な三方弁８８を備えている点で異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
第２変形例では、冷媒供給配管８３に三方弁８８を備えている。三方弁８８の第１出口は燃料電池１に接続され、第２出口はバイパス流路８９を介して冷媒排出配管８１に接続されている。またコントローラ６０には、三方弁８８の開閉を制御する三方弁制御部６５が設けられている。
【００５０】
第２変形例に係る燃料電池の冷却方法は、第１実施形態と同様に、図５のフローチャートに基づいて行うことが可能である。まずコントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２がＦＣ内最高温度を推定する（Ｓ２０）。この制御は、第１実施形態と同様に行うことが可能である。
【００５１】
次にコントローラ６０の三方弁制御部６５が三方弁制御を行う（Ｓ３０）。
図１２（ａ）は、三方弁制御サブルーチンのフローチャートである。ここでは、ＦＣ内最高温度推定値を用いて三方弁の切り替えを行う（Ｓ３４）。
図１２（ｂ）は三方弁の切替マップであり、横軸にＦＣ内最高温度をとり縦軸に三方弁切替をとっている。暖機運転中においてＦＣ内最高温度が低い場合には、三方弁８８を（１）のバイパス流路８９側に設定する。この場合、ラジエータ８０で冷却された冷媒はバイパスされてラジエータ８０に戻り、燃料電池内を冷媒が流通しないので、燃料電池は冷却されない。この場合、冷媒はラジエータ８０のみを流通するので、冷媒を迅速に冷却することができる。ＦＣ内最高温度が上昇してＴ２を超えたら、三方弁８８を（２）の燃料電池側の通常流路に切り替える。この温度Ｔ２は、膜電極構造体の耐久上限温度Ｔ３の守りきり温度である。これにより、ラジエータ８０と燃料電池との間を冷媒が流通するので、燃料電池が冷却される。ＦＣ内最高温度が低下してＴ１（＜Ｔ２）を下回ったら、三方弁８８を（１）のバイパス流路８９側に切り替える。Ｔ２以下の温度Ｔ１において三方弁８８を切り替えることにより、三方弁８８の小刻みな開閉を防止することができる。以上のように三方弁を切り替えて三方弁制御を行うことにより、暖機運転を効率よく行うことが可能になり、またＦＣ内最高温度を耐久上限温度以下に保持することができる。
【００５２】
図８は、ＦＣ内最高温度の変化を示すグラフである。ＦＣ内最高温度が許容温度に接近したら、三方弁をバイパス流路から通常流路に切り替え、ＦＣ内最高温度を低下させる。三方弁をバイパス流路に戻すと、ＦＣ内最高温度が再び増加して、許容温度に接近する。そこで再び三方弁を通常流路に切り替え、ＦＣ内最高温度を低下させる。なお三方弁を通常流路に固定すれば、ＦＣ内最高温度を冷媒温度に略一致させることができる。
【００５３】
このように、ＣＣＶに代えて三方弁を備えた第２変形例においても、燃料電池内の最高温度を耐久上限温度以下に保持することが可能になり、膜電極構造体の劣化を防止することができる。
【００５４】
（第３変形例）
図１３は、第１実施形態の第３変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図４に示す第１実施形態ではコントローラ６０にＣＣＶ制御部６４を備えていたが、図１３に示す第２変形例ではＣＣＶ制御部に代えてＦＣ出力制限部６６を備えている点で異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
ＦＣ出力制限部６６は、推定された燃料電池内最高温度に基づいて、燃料電池１の出力を制限するものである。具体的には、水素タンク１３０およびＡ／Ｐ１０２からの反応ガスの供給量を制限する方法等により、燃料電池１の出力を制限しうるようになっている。
【００５５】
図１４は、第１実施形態の第３変形例に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートである。まずコントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２が、ＦＣ内最高温度を推定する（Ｓ２０）。この制御は、第１実施形態と同様に行うことが可能である。
【００５６】
次に、コントローラ６０のＦＣ出力制限部６６がＦＣ出力制限を行う（Ｓ４０）。
図１５（ａ）は、ＦＣ出力制限サブルーチンのフローチャートである。ここでは、ＦＣ内最高温度推定値を用いてＦＣ出力制限を行う（Ｓ４２）。
図１５（ｂ）はＦＣ出力制限マップであり、横軸にＦＣ内最高温度をとり縦軸にＦＣ出力制限値（上限値、リミッタ設定値）をとっている。暖機運転中においてＦＣ内最高温度が低い場合には、ＦＣ出力を制限しないように、ＦＣ出力制限値を大きく設定している。ＦＣ内最高温度がＴ１以上Ｔ２以下の場合には、ＦＣ出力制限値を連続的に変化させ、ＦＣ内最高温度がＴ２を超える場合には、ＦＣ出力制限値を最小に（または０に）する。ここでＴ２は、膜電極構造体の耐久上限温度Ｔ３の守りきり温度である。すなわち、燃料電池出力を最小とした場合に、ＦＣ内最高温度となる部分が膜電極構造体の耐久上限温度を超えることがない温度である。以上のようにＦＣ出力制限値を決定してＦＣ出力制限を行うことにより、暖機運転を効率よく行うことが可能になり、またＦＣ内最高温度を耐久上限温度以下に保持することができる。
【００５７】
図１６は、第１実施形態の第３変形例におけるＦＣ内最高温度の変化を示すグラフである。なお図１６ではＦＣ出力制限値としてＦＣ電流上限値を設定しているが、ＦＣ出力上限値またはＦＣ電圧上限値を設定してもよい。ＦＣ内最高温度が上限温度に接近したら、ＦＣ電流上限値を低下させてＦＣ出力電流を低下させ、ＦＣ内最高温度を低下させる。ＦＣ電流上限値を増加させるとＦＣ出力電流が増加し、ＦＣ内最高温度が増加して再び許容温度に接近する。そこで再びＦＣ電流上限値を低下させ、ＦＣ内最高温度を低下させる。
【００５８】
このように、ＣＣＶ制御部に代えてＦＣ出力制限部を備えた第３変形例においても、燃料電池内の最高温度を耐久上限温度以下に保持することが可能になり、膜電極構造体の劣化を防止することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
図１７は、第２実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図４に示す第１実施形態ではコントローラ６０にＣＣＶ制御部６４を備えていたが、図１７に示す第２実施形態ではこれに加えてＦＣ出力制限部６６を備えている点で相違している。また、第１実施形態では燃料電池出力および冷媒流量に基づいて燃料電池内最高温度を推定したが、第２実施形態ではこれに加えて、反応ガス温度および冷媒温度に基づいて燃料電池内最高温度を推定する点で相違している。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
第２実施形態では、コントローラ６０にＣＣＶ制御部６４およびＦＣ出力制限部６６をともに備えている。これらの具体的な構成は第１実施形態と同様である。
【００６０】
図１８は、第２実施形態の変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図１７に示す第２実施形態のＣＣＶ８７およびＣＣＶ制御部６４に代えて、図１８に示す変形例では三方弁８８および三方弁制御部６５を備えている。これらの具体的な構成は、第１実施形態の第２変形例と同様である。なお、図１１に示す第１実施形態の第２変形例ではコントローラ６０に三方弁制御部６５を備えていたが、図１８に示す第２実施形態の変形例ではこれに加えてＦＣ出力制限部６６を備えている。
【００６１】
図１７に示す第２実施形態では、燃料電池とアノードオフガス回収配管１１１との接続部付近に、アノードオフガス温度センサ９１を備えている。また燃料電池とカソードオフガス排出配管１２２との接続部付近に、カソードオフガス温度センサ９２を備えている。コントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２には、アノードオフガス温度センサ９１からアノードオフガス温度が、カソードオフガス温度センサ９２からカソードオフガス温度が、冷媒温度センサ８２から冷媒温度が、それぞれ入力されるようになっている。
【００６２】
第２実施形態に係る燃料電池の冷却方法は、図５または図１４のフローチャートに基づいて行うことが可能である。ＣＣＶ制御により燃料電池の温度調節を行う場合には図５のフローチャートに基づいて行い、ＦＣ出力制限により燃料電池の温度調節を行う場合には図１４のフローチャートに基づいて行う。いずれの場合でも、まずコントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２がＦＣ内最高温度を推定する（Ｓ２０）。
【００６３】
図１９（ａ）は、ＦＣ内最高温度推定サブルーチンのフローチャートである。まずアノードオフガス温度またはカソードオフガス温度と、冷媒温度から、ＦＣ内最高温度を推定する（Ｓ２３）。
図１９（ｂ）は、ＦＣ内最高温度推定マップである。以下にはカソードオフガス温度および冷媒温度によるＦＣ内最高温度の推定を例にして説明するが、アノードオフガス温度および冷媒温度によるＦＣ内最高温度の推定も同様に行うことが可能である。一般に、燃料電池の正常運転中には、冷媒温度はカソードオフガス温度に一致している。しかしながら冷媒は反応ガスに比べて熱引きし易い（比熱が大きい）ので、燃料電池の急激な温度上昇中には、冷媒温度がカソードオフガス温度より高くなる。そこで第２実施形態では、カソードオフガス温度と冷媒温度との温度比を複数にランク分けして、ＦＣ内最高温度を推定する。温度比が大きいランクＡの領域では、ＦＣ内最高温度＝冷媒温度＋３０℃と推定する。温度比が中度のランクＢの領域では、ＦＣ内最高温度＝冷媒温度＋２０℃と推定する。温度比が小さいランクＣの領域では、ＦＣ内最高温度＝冷媒温度＋１０℃と推定する。なお、冷媒温度がカソードオフガス温度より低いランクＤの領域では、冷媒温度を下限リミットとして、ＦＣ内最高温度＝冷媒温度に設定する。
【００６４】
図１９（ａ）に戻り、Ｓ２３において推定したＦＣ内最高温度を、冷媒流量およびＦＣ出力によって補正する（Ｓ２５）。例えば、冷媒流量が少ない場合や、ＦＣ出力が大きい場合には、ＦＣ内最高温度推定値を上方修正する。以上により、最終的なＦＣ内最高温度推定値を得る。
【００６５】
次に、図５のフローチャートではＣＣＶまたは三方弁制御を行い（Ｓ３０）、図１４のフローチャートではＦＣ出力制限を行う（Ｓ４０）。
【００６６】
上述した第２実施形態では、ＣＣＶ制御部およびＦＣ出力制限部を備えているので、燃料電池の温度調節を多様に行うことが可能になる。したがって、燃料電池内の最高温度を確実に耐久上限温度以下に保持することが可能になり、膜電極構造体の劣化を防止することができる。
これに加えて、第２実施形態におけるコントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２では、燃料電池の暖機運転中において、燃料電池出力および冷媒流量、並びに反応ガス温度および冷媒温度に基づいて、燃料電池内最高温度を推定する構成とした。この構成によれば、燃料電池内最高温度を極めて精度良く推定することができる。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る燃料電池システムでは、ＣＣＶ制御を主意的に、ＦＣ出力制限を副位的に行う点で、いずれか一方のみを行う第２実施形態と相違している。なお上記実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
図２０は、第３実施形態に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートである。まずコントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２がＦＣ内最高温度を推定する（Ｓ２０）。次にＳ１２において、ＣＣＶ開度が全開であるか判断する。判断がＮｏの場合はＳ３０に進み、第１実施形態と同様にＣＣＶ制御を行う。これに対して、Ｓ１２の判断がＹｅｓの場合（ＣＣＶが全開の場合）には、もはやＣＣＶ制御により燃料電池温度を低下させるのは不可能であるから、Ｓ４０に進んでＦＣ出力制限を行う。ＦＣ出力制限は、第１実施形態の第３変形例と同様に行うことが可能である。
【００６９】
このように第３実施形態では、ＣＣＶが全開となるまでＣＣＶ制御により燃料電池の温度調節を行い、ＣＣＶが全開となった後はＦＣ出力制限により燃料電池の温度調節を行う構成とした。これにより、燃料電池の温度調節を広範囲に行うことが可能になり、燃料電池内の最高温度を確実に耐久上限温度以下に保持することが可能になる。
またＣＣＶ制御を主意的に行い、ＦＣ出力制限を副位的に行うので、ＦＣ出力の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【００７０】
（第４実施形態）
図２１は、第４実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図１７に示す第２実施形態ではアノードオフガス温度センサ９１およびカソードオフガス温度センサ９２を備えていたが、図２１に示す第４実施形態ではこれらに代えて、燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４を備えている点で相違している。なお上記実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００７１】
第４実施形態では、燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４を備えている。燃料電池内で最高温度となる部分は、燃料電池の設計段階である程度予測することが可能である。そこで、燃料電池内で最高温度となる単位セルの、膜電極構造体の面内で最高温度となる位置に、燃料電池温度センサ９４が装着されている。そして、コントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２には、燃料電池温度センサ９４から燃料電池内最高温度が入力されるようになっている。
【００７２】
図２２は、第４実施形態の変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図２１に示す第４実施形態のＣＣＶ８７およびＣＣＶ制御部６４に代えて、図２２に示す変形例では三方弁８８および三方弁制御部６５を備えている。これらの具体的な構成は、第１実施形態の第２変形例と同様である。なお、図１８に示す第２実施形態の変形例ではアノードオフガス温度センサ９１およびカソードオフガス温度センサ９２を備えていたが、図２２に示す第４実施形態の変形例ではこれに代えて燃料電池温度センサ９４を備えている。
【００７３】
第４実施形態に係る燃料電池の冷却方法は、図５、図１４または図２０のフローチャートに基づいて行うことが可能である。ＣＣＶ制御により燃料電池の温度調節を行う場合には図５のフローチャートに基づいて行い、ＦＣ出力制限により燃料電池の温度調節を行う場合には図１４のフローチャートに基づいて行い、ＣＣＶ制御を主意的にＦＣ出力制限を副位的に行う場合は図２０のフローチャートに基づいて行う。
【００７４】
ただし、本実施形態では燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４を備えているので、ＦＣ内最高温度の推定（Ｓ２０）は不要である。ＣＣＶ制御（Ｓ３０）またはＦＣ出力制限（Ｓ４０）は、実測されたＦＣ内最高温度に基づいて行う。
【００７５】
このように、第４実施形態では燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４を備えているので、燃料電池内の最高温度を極めて精度良く検出することができる。したがって、燃料電池内の最高温度を確実に耐久上限温度以下に保持することが可能になり、膜電極構造体の劣化を防止することができる。
【００７６】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。上記実施形態では燃料電池内最高温度に基づいてＣＣＶ制御を行ったが、第５実施形態に係る燃料電池システムではＦＣ出力に基づいてＣＣＶ制御を行う点で相違している。なお上記実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００７７】
図２３（ａ）は、第５実施形態に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートである。第５実施形態では、イグニッションスイッチがＯＮされると（Ｓ１０）、直ちにＣＣＶ制御を開始する（Ｓ３０）。
図２３（ｂ）は、ＣＣＶ制御サブルーチンのフローチャートである。第５実施形態では、ＦＣ出力を用いてＣＣＶ開閉インターバル（Ｄｕｔｙ比）を決定する。
図２３（ｃ）は、ＣＣＶ開閉インターバルの決定マップである。ＦＣ出力が小さい場合には、燃料電池を冷却する必要性が小さいので、ＣＣＶ開時間を短く閉時間を長くする。またＦＣ出力が大きい場合には、燃料電池を冷却する必要性が大きいので、ＣＣＶ開時間を長く閉時間を短くする。
【００７８】
図２４は、第５実施形態に係る燃料電池の冷却方法のタイミングチャートである。ＦＣが低負荷で暖機運転されている場合には、ＣＣＶ開時間が短く閉時間が長くなっている。ＦＣ内最高温度はＣＣＶ開時間に下降し閉時間に上昇するので、暖機が促進されている。ＦＣが高負荷で暖機運転されると、ＣＣＶ開時間が長く閉時間が短くなる。ＦＣ内最高温度は、ＣＣＶ閉時間に上昇して耐久上限温度に接近するが、開時間に下降するため耐久上限温度以下に保持されている。すなわち、ＦＣ内最高温度が耐久上限温度以下に保持されるように、図２３（ｃ）に示すＣＣＶ開閉時間インターバルの決定マップが設定されている。
【００７９】
上述した第５実施形態のように、ＣＣＶ開閉時間インターバルの決定マップを事前に設定しておくことにより、ＦＣ出力のみに基づいてＣＣＶ制御を行い、ＦＣ内最高温度を耐久上限温度以下に保持することが可能になる。したがって、簡単な構造で膜電極構造体の劣化を防止することができる。
【００８０】
（第６実施形態）
図２６は、第６実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。図４に示す第１実施形態では燃料電池内最高温度を推定していたが、図２６に示す第６実施形態ではこれに加えて、燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４を備えている点で相違している。なお上記実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００８１】
第６実施形態のコントローラ６０は、燃料電池内の最高温度を推定するＦＣ内最高温度推定部６２を備えている。ＦＣ内最高温度推定部６２では、第１実施形態と同様に、燃料電池出力および冷媒流量に基づいて燃料電池内の最高温度を推定する。また第６実施形態では、燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４を備えている。燃料電池温度センサ９４は、燃料電池１内で最高温度となる単位セルの、膜電極構造体の面内で最高温度となる位置に装着されている。そして、コントローラ６０のＦＣ内最高温度推定部６２には、燃料電池温度センサ９４の測定した燃料電池内最高温度が入力されるようになっている。
【００８２】
第６実施形態に係る燃料電池の冷却方法は、図５のフローチャートに基づいて行うことが可能である。ただし、本実施形態では燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４を備えているので、平常時には、実測されたＦＣ内最高温度に基づいてＣＣＶ制御（Ｓ３０）を行えばよい。そして燃料電池温度センサ９４が故障した場合には、推定されたＦＣ内最高温度に基づいてＣＣＶ制御（Ｓ３０）を行うことができる。
【００８３】
このように第６実施形態では、燃料電池内最高温度を実測する燃料電池温度センサ９４が故障した場合でも、燃料電池内最高温度を推定してＣＣＶ制御を行うことにより、燃料電池内部で過加熱状態となることを防止することができる。これにより、燃料電池内の最高温度を確実に耐久上限温度以下に保持することが可能になり、膜電極構造体（特に電解質膜）の劣化を防止することができる。
【００８４】
また、燃料電池温度センサ９４による燃料電池内最高温度の実測と、燃料電池出力や冷媒流量等のパラメータによる燃料電池内最高温度の推定とを同時に行うので、最高温度の実測値と推定値との差が所定値以上になった場合に、燃料電池温度センサ９４が異常（オフセット故障）であることを早期に検出することができる。これにより、燃料電池内部で過加熱状態となることを防止して、燃料電池内の最高温度を確実に耐久上限温度以下に保持することが可能になり、膜電極構造体の劣化を防止することができる。
【００８５】
なお、第６実施形態では第１実施形態の燃料電池システムに燃料電池温度センサ９４を加える場合を例にして説明したが、これと同様に、他の実施形態や上記実施形態の変形例に燃料電池温度センサ９４を加えて燃料電池システムを構築することも可能である。
【００８６】
なお、この発明は上述した実施形態に限られるものではない。
例えば、燃料電池における反応ガス流路や冷媒流路の形状は、上述した実施形態に限られるものではなく、任意の形状とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】単位セルの展開図である。
【図２】単位セルを積層した燃料電池スタックの側面断面図である。
【図３】燃料電池スタックを備えた燃料電池システムの概略構成図である。
【図４】第１実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図５】第１実施形態に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートである。
【図６】（ａ）はＦＣ内最高温度推定サブルーチンのフローチャートであり、（ｂ）はＦＣ温度変化量の推定マップである。
【図７】（ａ）はＣＣＶ制御サブルーチンのフローチャートであり、（ｂ）はＣＣＶ開度の決定マップである。
【図８】第１実施形態におけるＦＣ内最高温度の変化を示すグラフである。
【図９】第１実施形態の第１変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図１０】ＦＣ内最高温度推定サブルーチンのフローチャートである。
【図１１】第１実施形態の第２変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図１２】（ａ）は三方弁制御サブルーチンのフローチャートであり、（ｂ）は三方弁切替マップである。
【図１３】第１実施形態の第３変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図１４】第１実施形態の第３変形例に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートである。
【図１５】（ａ）はＦＣ出力制限サブルーチンのフローチャートであり、（ｂ）はＦＣ出力制限マップである。
【図１６】第１実施形態の第３変形例におけるＦＣ内最高温度の変化を示すグラフである。
【図１７】第２実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図１８】第２実施形態の変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図１９】（ａ）はＦＣ内最高温度推定サブルーチンのフローチャートであり、（ｂ）はＦＣ内最高温度推定マップである。
【図２０】第３実施形態に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートである。
【図２１】第４実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図２２】第４実施形態の変形例に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【図２３】（ａ）は第５実施形態に係る燃料電池の冷却方法のフローチャートであり、（ｂ）はＣＣＶ制御サブルーチンのフローチャートであり、（ｃ）はＣＣＶ開閉インターバルの決定マップである。
【図２４】第５実施形態に係る燃料電池の冷却方法のタイミングチャートである。
【図２５】冷媒温度とＦＣ内最高温度と耐久上限温度との関係を示すグラフである。
【図２６】第６実施形態に係る燃料電池システムの特徴構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
１…燃料電池  ６２…ＦＣ内最高温度推定部（燃料電池作動温度出力手段、燃料電池内最高温度推定手段）  ６４…ＣＣＶ制御部（燃料電池温度調節手段、冷媒流量調整手段）  ６５…三方弁制御部（燃料電池温度調節手段）  ６６…ＦＣ出力制限部（燃料電池温度調節手段、燃料電池出力制限手段）  ９０…冷却手段  １０１…燃料電池システム
【図１】
2008181742.tif 000003
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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