(57)【要約】【課題】燃料電池の温度制御における冷却用電力の節約と温度制御応答性との両立を図る。【解決手段】省電力優先冷却条件算出手段２は、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力との和が最小となる条件で、燃料電池の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度を算出する。速度優先冷却条件算出手段３は、所定の応答速度で燃料電池の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ３２の回転速度と冷却ファン３３の回転速度とを算出する。冷却条件選択手段４は、燃料電池の状態に応じて省電力優先冷却条件算出手段２または速度優先冷却条件算出手段３の何れかを選択する。そして、選択された算出手段による回転速度で動作するように、冷媒ポンプ制御手段５と冷却ファン制御手段６とは、冷媒ポンプ３２と冷却ファン３３を制御する。【選択図】      図２
2004288516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池と、
該燃料電池を冷却する冷媒の熱を外部へ放出するラジエータと、
該ラジエータと前記燃料電池との間で前記冷媒を循環させる冷媒ポンプと、
前記ラジエータに送風する冷却ファンとを備えた燃料電池システムの冷却制御装置であって、
前記冷媒ポンプの消費電力と前記冷却ファンの消費電力との和が最小となる条件で、前記燃料電池の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度を算出する省電力優先冷却条件算出手段と、
所定の応答速度で前記燃料電池の温度が目標温度に達するように前記冷媒ポンプの回転速度と前記冷却ファンの回転速度とを算出する速度優先冷却条件算出手段と、
燃料電池の状態に応じて、省電力優先冷却条件算出手段または速度優先冷却条件算出手段の何れかを選択する冷却条件選択手段と、
該冷却条件選択手段が選択した算出手段による回転速度で動作するように前記冷媒ポンプを制御する冷媒ポンプ制御手段と、
該冷却条件選択手段が選択した算出手段による回転速度で動作するように前記冷却ファンを制御する冷却ファン制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システムの冷却制御装置。
【請求項２】
前記冷却条件選択手段は、
前記燃料電池の発電量が所定量より多い場合に、前記速度優先冷却条件算出手段を選択す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の冷却制御装置。
【請求項３】
前記燃料電池が発電した電力を貯蔵する蓄電手段と、該蓄電手段の蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段とを備え、
前記冷却条件選択手段は、前記蓄電手段の蓄電残量が所定量より少ない場合、前記省電力優先冷却条件算出手段を選択す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の冷却制御装置。
【請求項４】
前記燃料電池の発熱量を推定する発熱量推定手段を備え、
前記冷却条件選択手段は、前記発熱量推定手段が推定した発熱量が所定量を超える場合、前記速度優先冷却条件算出手段を選択す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の冷却制御装置。
【請求項５】
前記冷却条件選択手段は、前記燃料電池の動作温度と目標温度との偏差が所定量を超える場合、前記速度優先冷却条件算出手段を選択す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の冷却制御装置。
【請求項６】
前記省電力優先冷却条件算出手段は、燃料電池の発熱量推定値に基づいて前記消費電力を最小化する前記冷媒の流量及び燃料電池入口の冷媒温度を求めるための制御マップを備え、
前記速度優先冷却条件算出手段は、所定の応答速度で燃料電池の温度が目標温度となるように前記冷媒の流量及び燃料電池入口の冷媒温度を算出する冷媒流量温度算出手段を備え、
前記冷媒流量に基づいて前記冷媒ポンプの目標回転速度を算出する冷媒ポンプ回転速度算出手段及び前記燃料電池入口の冷媒温度に基づいて前記冷却ファンの目標回転速度を算出する冷却ファン回転速度算出手段を、前記省電力優先冷却条件算出手段と前記速度優先冷却条件算出手段との間で共有したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムの冷却系を制御する冷却制御装置に係り、特に冷却用電力の省電力化と燃料電池温度制御の応答性の両立を図ることができる燃料電池システムの冷却制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池を電源とする電気自動車である燃料電池車両が鋭意開発されている。燃料電池本体は、水素極に水素ガスを、空気極に空気をそれぞれ供給して、水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する。車両用燃料電池本体として、動作温度が比較的低く取り扱いの容易な固体高分子型燃料電池が知られている。固体高分子型燃料電池は、水素極と空気極の間に膜状の固体高分子電解質があり、これは水素イオン伝導体として機能する。
【０００３】
この種の燃料電池は、水素極で水素ガスを水素イオンと電子とに電離する反応が起き、空気極で酸素ガスと水素イオンと電子から水を生成する反応が行われる。このとき水素イオンは固体高分子膜を空気極に向かって移動する。固体高分子膜中を水素イオンが移動するためには、固体高分子膜が水分を含んでいる必要がある。このため固体高分子膜を加湿して湿らせておく必要があり、燃料電池へ供給する水素ガスを加湿装置で加湿して水素極に供給するようにする方法が知られている。また加湿に有効な方法として、燃料電池本体で未使用の水素ガスを燃料電池本体へ再循環して再利用する水素循環形式が用いられる。
【０００４】
ところで、燃料電池の水素と酸素との電気化学反応において、原料ガスが有する化学エネルギを全て電気エネルギへ変換することはできず、反応熱４８．６  ［ｋＪ／ｍｏｌ］が必ず発生する。また燃料電池内部の電気抵抗があるため、発電して電流が流れるとジュール熱により発熱する。
【０００５】
これらの発熱により燃料電池が高温になりすぎると、固体高分子電解質や電極触媒が劣化したり、あるいは加湿が不十分になるなどの不具合を生じ発電効率が著しく低下する。逆に低温すぎると、触媒作用が活発でないため発電効率が悪い。
【０００６】
このため燃料電池システムには、動作温度を目標温度に維持する温度制御装置が必要となる。従来の温度制御装置としては、冷媒ポンプによって燃料電池に冷媒を循環させると共に、この冷媒をラジエータと冷却ファンによって冷却することにより、燃料電池の動作温度を目標温度にする技術（例えば特許文献１）や、循環ポンプを運転するための電力変動費と再生器に供給する熱量のための変動費との和が最小になるように冷却水の流量を制御することにより、吸収式冷凍機の燃費向上を図る技術（例えば特許文献２）が知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２７１９１４号公報（第５頁、図１）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１１５９２８号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電力節約のために冷媒ポンプの回転速度を低下させると、冷却ファン回転速度を余分に上昇させる必要があり、逆に冷却ファンの回転速度を低下させると、冷媒ポンプの回転速度を余分に上昇させる必要がある。冷却に要する電力を削減し、燃料電池の燃費性能を向上させるためには、燃料電池の温度を目標値に維持する為の電力を最小にして、冷媒ポンプと冷却ファンとを制御する必要がある。
【００１０】
ところが単純に冷媒ポンプと冷却ファンとの消費電力の合計を最小化する温度制御では、温度制御の応答速度が低下し、燃料電池の負荷が急激に変動して、発熱量が急増した場合などには、燃料電池が高温に曝された状態が長く継続し、燃料電池が劣化する虞があるという問題点があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池を冷却する冷媒の熱を外部へ放出するラジエータと、該ラジエータと前記燃料電池との間で前記冷媒を循環させる冷媒ポンプと、前記ラジエータに送風する冷却ファンとを備えた燃料電池システムの冷却制御装置であって、前記冷媒ポンプの消費電力と前記冷却ファンの消費電力との和が最小となる条件で、前記燃料電池の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度を算出する省電力優先冷却条件算出手段と、所定の応答速度で前記燃料電池の温度が目標温度に達するように前記冷媒ポンプの回転速度と前記冷却ファンの回転速度とを算出する速度優先冷却条件算出手段と、燃料電池の状態に応じて、省電力優先冷却条件算出手段または速度優先冷却条件算出手段の何れかを選択する冷却条件選択手段と、該冷却条件選択手段が選択した算出手段による回転速度で動作するように前記冷媒ポンプを制御する冷媒ポンプ回転速度制御手段と、該冷却条件選択手段が選択した算出手段による回転速度で動作するように前記冷却ファンを制御する冷却ファン回転速度制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置によれば、燃料電池の状態に応じて、消費電力を最小化した条件で目標温度に達するように温度制御する冷媒ポンプの回転速度及び冷却ファンの回転速度と、所定の応答速度で目標温度に達するように温度制御する冷媒ポンプの回転速度及び冷却ファンの回転速度とを選択できるため、燃料電池の冷却に用いる電力の省電力化と、温度制御の応答性との両立を図ることができるという効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の構成及び動作について詳しく説明する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る冷却制御装置の第１実施形態が適用される燃料電池システムの構成を説明するシステム構成図である。
【００１５】
図１において、燃料電池システム２１は、水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池本体２２と、燃料電池本体２２へ空気を供給する空気供給装置２３と、燃料電池本体２２へ水素ガスを供給する水素供給装置２５と、燃料電池本体２２が生成した電力を消費する負荷装置３７とを主な構成要素として備える。
【００１６】
水素供給装置２５は、液体水素タンク、高圧水素タンク、水素吸蔵合金タンク等を備え、これらに貯蔵した水素を供給する。水素供給装置２５と燃料電池本体２２の間には、水素供給バルブ２６が設けられ、水素供給バルブ２６を制御することによって燃料電池本体２２に供給する水素ガス圧力及び流量を調整することができる。
【００１７】
空気供給装置２３は、エアフィルタとコンプレッサを備え、燃料電池本体の空気極入口２２ａに空気を供給する。そして、燃料電池本体２２は、余った空気を空気極出口２２ｂから空気圧調整バルブ２４を介して排空気として排出する。
【００１８】
燃料電池本体２２は、水素極と空気極の間に固体高分子膜を有する固体高分子型の燃料電池により構成され、水素極で生成された水素イオンは固体高分子膜を通って空気極に移動する構成となっている。
【００１９】
また、燃料電池システム２１は、水素循環経路２８と水素循環ポンプ２９を備え、燃料電池本体２２は、水素供給装置２５から供給された水素ガスの一部を反応に使用しないで水素極出口２２ｄから水素循環経路２８に排出する。そして、水素循環経路２８に水素ガスが排出されると、水素循環ポンプ２９は、排出された水素ガスを水素極入口２２ｃに循環させる。これにより、水素極入口２２ｃには、水素供給装置２５から供給される乾燥した水素ガスと、水蒸気を多く含んだ循環水素ガスとの混合水素ガスが供給されるので、固体高分子膜が十分に加湿され、水素イオンが固体高分子膜中を移動することができるようになる。
【００２０】
水素循環経路２８は、循環経路内の水素ガスを排水素として図外の燃焼器へ放出するパージバルブ２７を備え、このパージバルブ２７によって水素循環系に蓄積する窒素等の不純物を燃料電池本体２２の運転中に排出することができる。
【００２１】
また、燃料電池システム２１は、冷媒循環経路３１と、ラジエータ３０と、冷媒ポンプ３２と、冷却ファン３３とを備えている。燃料電池本体２２とラジエータ３０とは、冷媒循環経路３１で接続され、冷媒ポンプ３２が燃料電池本体２２とラジエータ３０間で冷媒を循環させる。またラジエータ３０には、冷却ファン３３から送られる冷却風が通過し、冷媒の放熱効果を向上させている。
【００２２】
燃料電池本体２２の冷媒入口２２ｅ付近には、入口冷媒流量及び入口冷媒温度を測定するための流量センサ３４及び温度センサ３５が設けられている。また、燃料電池本体２２の冷媒出口２２ｆ付近には、出口冷媒温度を測定するための温度センサ３６が設けられている。
【００２３】
負荷装置３７は、例えば、燃料電池本体２２の発電電力を直交変換して車両の駆動モータに供給するインバータである。また、燃料電池本体２２と負荷装置３７との間には、燃料電池本体２２の電圧を測定するための電圧センサ３８と、燃料電池本体２２の負荷電流を測定するための電流センサ３９とが設けられている。
【００２４】
上記構成の燃料電池システムの冷却制御を行う冷却制御装置１は、流量センサ３４，温度センサ３５，３６、電圧センサ３８，電流センサ３９の各センサの検出値を入力し、冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３の回転速度を制御して、燃料電池本体２２の温度を適正に制御するものである。
【００２５】
なお、この燃料電池システムでは、出口冷媒温度が目標温度より低い場合であっても、冷媒を加熱する等の処理は実行しない。これは、燃料電池本体２２が発電すると、反応熱により自己発熱して温度が上昇するためである。但し、ヒータ等の加熱装置を用意し、燃料電池の起動時等に、冷媒を加熱することにより、出口冷媒温度を目標温度に上昇させるように制御してもよい。
【００２６】
図２は、第１実施形態の冷却制御装置の構成を示すブロック図である。同図において、冷却制御装置１は、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力との和が最小となる条件で、燃料電池本体２２の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度を算出する省電力優先冷却条件算出手段２と、所定の応答速度で燃料電池本体の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ３２の回転速度と冷却ファン３３の回転速度とを算出する速度優先冷却条件算出手段３と、燃料電池本体２２の状態に応じて、省電力優先冷却条件算出手段２または速度優先冷却条件算出手段３の何れかを選択する冷却条件選択手段４と、冷却条件選択手段４が選択した算出手段による回転速度で動作するように冷媒ポンプ３２を制御する冷媒ポンプ制御手段５と、冷却条件選択手段４が選択した算出手段による回転速度で動作するように冷却ファン３３を制御する冷却ファン制御手段６とを備えている。
【００２７】
尚、特に限定されないが、本実施形態では、冷却制御装置１は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとＩ／Ｏインタフェースからなるマイクロプロセッサで構成されている。
【００２８】
冷却制御装置１は、燃料電池の状態信号として、図１に示したように、冷媒の流量を検出する流量センサ３４，燃料電池本体２２の冷媒入口２２ｅにおける冷媒温度を検出する温度センサ３５，同冷媒出口２２ｆにおける冷媒温度を検出する温度センサ３６，電圧センサ３８、及び電流センサ３９を入力する。
【００２９】
冷却条件選択手段４は、燃料電池本体２２の状態に応じて、省電力優先冷却条件算出手段２または速度優先冷却条件算出手段３を選択する。
【００３０】
言い換えれば、冷却条件選択手段４は、燃料電池本体２２の状態に応じて、省電力優先冷却条件算出手段２が算出した冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度、或いは速度優先冷却条件算出手段３が算出した冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度を選択する。
【００３１】
冷却条件選択手段４が選択した冷媒ポンプ回転速度と冷却ファン回転速度は、冷媒ポンプ制御手段５と冷却ファン制御手段６とにそれぞれ与えられ、冷媒ポンプ３２，冷却ファン３３の回転速度が制御される。
【００３２】
冷却条件選択手段４は、電圧センサ３８が検出した燃料電池電圧値と電流センサ３９が検出した燃料電池電流値とを乗じて、燃料電池の発電電力（発電量）を求め、この発電電力が所定量、例えば、定格発電電力の３０％、より多い場合に、速度優先冷却条件算出手段３を選択する。
【００３３】
また、冷却条件選択手段４は、前記電圧値及び前記電流値から燃料電池本体２２の発熱量を推定する発熱量推定手段を備え、この発熱量が所定量、例えば、ラジエータ３０の最大放熱量の３０％、を超える場合、速度優先冷却条件算出手段３を選択し、それ以外は省電力優先冷却条件算出手段２を選択するようにしてもよい。
【００３４】
さらに、冷却条件選択手段４は、燃料電池本体２２の冷媒出口２２ｆにおける冷媒温度が燃料電池の動作温度とほぼ等しいことから、冷媒出口２２ｆの温度センサ３６の検出値と目標温度との制御偏差が所定量、例えば、５〔℃〕を超える場合、速度優先冷却条件算出手段３を選択する。
【００３５】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、冷媒出口２２ｆの温度センサ３６が検出する出口冷媒温度を燃料電池本体２２の動作温度とみなして、出口冷媒温度を目標温度に維持する際の冷却制御装置１の制御処理について説明する。
【００３６】
図３に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、制御処理はステップＳ１の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ１の処理では、燃料電池の状態として、温度センサ３５，３６、電圧センサ３８，電流センサ３９の各検出値を入力する。
【００３８】
ステップＳ２の処理では、温度センサ３６の検出値を参照して、出口冷媒温度が目標温度を超えたか否かを判定する。そして、出口冷媒温度が目標温度を超えていないと判定した場合、ステップＳ６へ進む。
【００３９】
ステップＳ６の処理として、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力との和を最小にする条件で冷媒ポンプ回転速度と冷却ファン回転速度を算出し（省電力優先冷却条件算出手段）、ステップＳ８へ進む。
【００４０】
ステップＳ８では、算出した回転速度となるように冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３の回転速度を制御する。
【００４１】
一方、ステップＳ２の処理において、出口冷媒温度が目標温度を超えていると判定した場合には、ステップＳ３の処理として、出口冷媒温度と目標温度との間の温度偏差が所定量以上であるか否かを判定し、温度偏差が所定量以上でない場合、ステップＳ４の処理として、燃料電池本体２２の発電量が所定量以上であるか否かを判定する。そして、発電量が所定量以上でない場合、この制御処理をステップＳ６の処理に進め、発電量が所定量以上である場合には、制御処理をステップＳ７の処理に進める。
【００４２】
一方、ステップＳ３の処理において、温度偏差が所定量以上である場合には、ステップＳ７に処理を進める。
【００４３】
ステップＳ７の処理では、燃料電池本体２２の温度を所定の応答速度で制御する冷媒ポンプ回転速度と冷却ファン回転速度を算出し（速度優先冷却条件算出手段）、ステップＳ８へ進む。
【００４４】
ステップＳ７における速度優先冷却条件算出には、例えば、温度制御によく利用されるＰＩ制御が利用できる。
【００４５】
また、ステップＳ４の処理において、発電量に代えて、燃料電池本体２２の発熱量が所定量以上か否かを判定し、発熱量が所定量を超えない場合にはＳ６へ進み、超える場合にはＳ７へ進むように変更してもよい。
【００４６】
例えば図９に示すような燃料電池本体２２の電流電圧特性を予め測定しておくことにより、冷却制御装置１は、燃料電池本体２２の発熱量を予め知ることもできる。具体的には、冷却制御装置１は、アクセル開度等のパラメータを参照して負荷装置３７の要求負荷電力を算出し、算出した要求負荷電力を電圧センサ３８が検出した電圧値で割ることにより、要求負荷電力を実現するための目標負荷電流を算出する。そして、冷却制御装置１は、算出した目標負荷電流と予め測定した電流電圧特性とを比較することにより燃料電池本体２２の発熱量を知ることができる。
【００４７】
例えば、燃料電池セルの理論発電電圧は無負荷時には１．２３［Ｖ］である。しかし、実際は、発電電圧の中に熱損失に変わるものが含まれるために、無負荷時の発電電圧は１．２３［Ｖ］より低くなる。さらに、燃料電池内には電気抵抗があるため、電流の増加に伴って熱損失も大きくなる。このため、燃料電池が示す電流電圧特性は、負荷電流が大きくなるのに応じて電圧が下がるものとなる。従って、以下に示す式（１）により発熱量を知ることができる。
【００４８】
【数１】
熱損失がないとした時の理論発電量［Ｗ］−実発電量［Ｗ］
＝１．２３［Ｖ］×セル数×目標負荷電流［Ａ］−実電力［Ｗ］    …（１）
また、ステップＳ４の処理において、発熱量の変化率が所定の値を超えるか否かを判定し、発熱量の変化率が所定の値を超える場合はステップＳ７の処理、発熱量の変化率が所定の値を超えない場合にはステップＳ６の処理にそれぞれ制御処理を進めるようにしてもよい。
【００４９】
〔省電力優先冷却条件算出処理〕
次に、ステップＳ６の処理における省電力優先冷却条件算出処理について詳しく説明する。
【００５０】
通常、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力との和を最小にする冷媒ポンプ回転速度と冷却ファン回転速度は、線形計画法等を使って消費電力を最小化する最適化計算を行うことにより算出することができる。しかしながら、この計算方法は、多くの計算時間を必要とするので、車両のような速い制御が要求されるリアルタイム制御には不向きである。
【００５１】
そこで、本実施形態では、予め行った実験の実験データに基づいて実行された消費電力最小化の最適化計算の結果を記憶しておき、省電力優先冷却条件算出手段２は、この結果を参照することにより、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力の和を最小にする冷媒ポンプ回転速度と冷却ファン回転速度を算出する。
【００５２】
なお、上記実験において、入口冷媒温度、出口冷媒温度、燃料電池電圧、燃料電池電流の種々の条件下において、出口冷媒温度が目標温度となるような冷媒ポンプ回転速度と冷却ファン回転速度の各種組み合わせ毎に消費電力データを採取する。そして、消費電力の合計が最小となった冷媒ポンプ及び冷却ファンの回転速度の組み合わせを制御マップとして省電力優先冷却条件算出手段、或いは冷却制御装置としてのマイクロコンピュータに記憶しておくことにより、消費電力最小化最適化計算が実行できる。
【００５３】
〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態の冷却制御装置の構成を示すブロック図である。同図において、冷却制御装置１は、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力との和が最小となる条件で、燃料電池本体２２の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度を算出する省電力優先冷却条件算出手段２と、所定の応答速度で燃料電池本体の温度が目標温度に達するように冷媒ポンプ３２の回転速度と冷却ファン３３の回転速度とを算出する速度優先冷却条件算出手段３と、燃料電池本体２２の状態に応じて、省電力優先冷却条件算出手段２または速度優先冷却条件算出手段３の何れかを選択する冷却条件選択手段４と、冷却条件選択手段４が選択した算出手段による回転速度で動作するように冷媒ポンプ３２を制御する冷媒ポンプ制御手段５と、冷却条件選択手段４が選択した算出手段による回転速度で動作するように冷却ファン３３を制御する冷却ファン制御手段６とを備えている点では、第１実施形態と同様である。
【００５４】
さらに、第２実施形態では、省電力優先冷却条件算出手段２は、燃料電池本体２２の発熱量推定値に基づいて冷媒ポンプの消費電力と冷却ファンの消費電力との和を最小化する冷媒の流量及び燃料電池入口の冷媒温度を求めるための制御マップである消費電力最小化冷媒流量温度制御マップ７を備え、速度優先冷却条件算出手段８は、所定の応答速度で燃料電池本体２２の温度が目標温度となるように冷媒の流量及び燃料電池入口の冷媒温度を算出する速度優先冷媒流量温度算出手段８を備え、冷媒流量に基づいて冷媒ポンプ３２の目標回転速度を算出する冷媒ポンプ回転速度算出手段９及び燃料電池入口の冷媒温度に基づいて冷却ファン３３の目標回転速度を算出する冷却ファン回転速度算出手段１０を、省電力優先冷却条件算出手段２と速度優先冷却条件算出手段３との間で共有している点に特徴がある。
【００５５】
また、第２実施形態では、冷却条件選択手段４は、消費電力最小化冷媒流量温度制御マップ７から読み出された目標冷媒流量及び目標冷媒温度の組、或いは速度優先冷媒流量温度算出手段８により算出された目標冷媒流量及び目標冷媒温度の組の何れかの組を選択し、選択した組の目標冷媒流量及び目標冷媒温度をそれぞれ冷媒ポンプ回転速度算出手段９及び冷却ファン回転速度算出手段１０に与える。
【００５６】
冷媒ポンプ回転速度算出手段９には、与えられた目標冷媒流量と流量センサ３４から入力される冷媒流量により、例えばＰＩ制御により冷媒ポンプ３２の目標回転速度を算出して、冷媒ポンプ制御手段５へ出力する。冷媒ポンプ制御手段５は、第１実施形態と同様に、目標回転速度となるように冷媒ポンプ３２の回転速度を制御する。
【００５７】
冷却ファン回転速度算出手段１０には、与えられた目標冷媒温度と入口温度センサ３５から入力される入口冷媒温度により、例えばＰＩ制御により冷却ファン３３の目標回転速度を算出して、冷却ファン制御手段６へ出力する。冷却ファン制御手段６は、第１実施形態と同様に、目標回転速度となるように冷却ファン３３の回転速度を制御する。
【００５８】
次に、本実施形態における燃料電池本体２２の熱的なモデルを示す。
【００５９】
燃料電池本体２２の熱量変化は、冷媒により出入りする熱量と内部発生熱量、及び冷媒の熱的な特性から、以下の式（２）のように表現することができる。
【００６０】
【数２】
（ρ×Ｃｐ×Ｖ）×ｄ（Ｔ２）／ｄｔ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ＋Ｄ−Ｅ［Ｊ／ｓ］  …（２）
ここで、
パラメータＡは、冷媒の持ち込み熱量（ρ×Ｃｐ×Ｆ１×Ｔ１）［Ｊ／ｓ］、
パラメータＢは、冷媒の持ち出し熱量（ρ×Ｃｐ×Ｆ１×Ｔ２）［Ｊ／ｓ］、
パラメータＣは、反応熱（４８．６）［ｋＪ／ｍｏｌ］、
パラメータＤは、燃料電池本体２２の電気抵抗による発熱量（１．２３×２７６×実電流−実電力）［Ｊ／ｓ］をそれぞれ示す。
【００６１】
また、パラメータＥ，Ｆ１，Ｔ１，Ｔ２，ρ，Ｃｐ，Ｖはそれぞれ順に、放熱損失［Ｊ／ｓ］，冷媒流量［ｍ３／ｓ］，冷媒入口温度［Ｋ］，冷媒出口温度［Ｋ］，冷媒密度［ｋｇ／ｍ３］，冷媒比熱［Ｊ／Ｋ＊ｋｇ］，燃料電池内冷媒容量［ｍ３］を示す。
【００６２】
なお、本実施形態では、セル数は２７６枚、理想開放電圧は１．２３［Ｖ］とする。また、計算の簡単化のために、燃料電池本体から冷媒を介さずに放熱する熱量である放熱損失Ｅは０とし、冷媒を除いた燃料電池本体の熱容量も無視する。
【００６３】
〔消費電力最小化冷媒流量温度制御マップ〕
次に、消費電力最小化冷媒流量温度制御マップ７について、詳しく説明する。通常、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力の和を最小にする冷媒流量目標値と冷媒温度目標値は、線形計画法等を使って消費電力最小化最適化計算を行うことにより算出することができる。しかしながら、この計算方法は、多くの計算時間を必要とするので、車両のような速い制御が要求されるリアルタイム制御には不向きである。
【００６４】
そこで、本実施形態では、予め行った実験の実験データに基づいて実行された消費電力最小化最適化計算の結果を制御マップとして記憶しておき、省電力優先冷却条件算出手段２は、この結果を参照することにより、冷媒ポンプ３２の電力と冷却ファン３３の電力の和を最小にする冷媒流量目標値と冷媒温度目標値を算出する。なお、消費電力最小化最適化計算は、入口冷媒温度、出口冷媒温度、燃料電池電圧、燃料電池電流の種々の条件下において、出口冷媒温度が目標温度となるような冷媒流量と入口冷媒温度の各種組み合わせ毎に消費電力データを採取する。そして、消費電力の合計が最小となった冷媒流量と入口冷媒温度の組み合わせを制御マップとして省電力優先冷却条件算出手段、或いは冷却制御装置としてのマイクロコンピュータに記憶しておくことにより、消費電力最小化最適化計算が実行できる。
【００６５】
燃料電池本体２２の熱量変化を示す式（２）において、冷媒流量と冷媒温度に関する数式の箇所はＡ−Ｂ＝ρ×Ｃｐ×Ｆ１×（Ｔ１−Ｔ２）の部分である。
【００６６】
そこで、ρ×Ｃｐ×Ｆ１×（Ｔ１−Ｔ２）を新たにパラメータＫと置き直して、パラメータＫを実現するパラメータＦ１とパラメータＴ１の組み合わせのうち、消費電力が最小になる組み合わせを探索する。探索されたパラメータＦ１とパラメータＴ１をそれぞれ冷媒流量目標値及び冷媒温度目標値として発電電力毎に記憶することにより、冷媒ポンプ３２の電力と冷却ファン３３の電力の和を最小にする冷媒流量目標値と冷媒温度目標値を求めることができる。ここで、パラメータＴ２は、目標温度を維持するように実験したデータなので、一定である。
【００６７】
なお、パラメータＫを実現するパラメータＦ１とパラメータＴ１の組み合わせのうち、消費電力が最小になるものは、例えば、以下の式（３）が示す関数Ｊが最小になる値を、以下に示す制約条件下で算出することにより探索することができる。
【００６８】
【数３】
Ｊ＝Ｑ１×（Ｆ１）２＋Ｑ２×（Ｔ１−Ｔ２）２  …（３）
（制約条件）
制約条件１：下限値≦Ｔ１≦Ｔ２
制約条件２：下限値≦Ｆ１≦上限値
制約条件３：ρ×Ｃｐ×Ｆ１×（Ｔ１−Ｔ２）＝Ｋ
ここで、Ｑ１，Ｑ２は任意の係数を示し、関数Ｊが収束するように適当に変更する。具体的には、係数Ｑ１，Ｑ２は電力消費が小さくなるように設定するとよい。具体的には、冷媒ポンプ３２の方が冷却ファン３３よりも電力を必要とするシステムであれば、冷媒流量を積極的に減らすと同時に、冷媒ポンプ３２の負荷を下げるとよく、この場合、係数Ｑ１は大きな値に設定して計算を行う。
【００６９】
また、Ｑ１、Ｑ２が消費電力の関数として求めることができる場合には、以下のように計算してもよい。本実施形態ではこの方法を採用している。
【００７０】
制約条件：下限値＜Ｆ１＜上限値、下限値＜Ｔ１＜上限値
目的関数  ｍｉｎ．Ｊ＝Ｑ１×（冷媒流量Ｆ１）−Ｑ２×（入口冷媒温度Ｔ１）
Ｑ１＝（冷媒ポンプ上限消費電力−下限消費電力）／（上限Ｆ１−下限Ｆ１）
Ｑ２＝（冷却ファン上限消費電力−下限消費電力）／（上限Ｔ１−下限Ｔ１）
また、算出した冷媒流量目標値及び冷媒温度目標値となるように冷媒ポンプ３２と冷却ファン３３の回転速度を制御している際に、燃料電池システムの特性や環境の変化によって目標温度との間で定常偏差が生じることがある。そして、この場合、パラメータＦ１とパラメータＴ１を予め計算しておく方法では偏差によって誤差が生じてしまう。
【００７１】
そこで、この場合には、以下の式（４）が示す関数ΔＴが最大となるパラメータΔＦ１とパラメータΔＴ１を以下に示す（制約条件）下で予め算出して、記憶しておき、燃料電池本体２２から排出される冷媒の温度が目標温度を超えた偏差を相殺することができる温度変化分ΔＴのうち、消費電力増加分Δｐｏｗｅｒが最小になるパラメータΔＦ１とパラメータΔＴ１の組み合わせを選択する。
【００７２】
【数４】
ΔＴ＝ρ×Ｃｐ×ΔＦ１×ΔＴ１      …（４）
（制約条件）
制約条件１：Δｐｏｗｅｒ＝ΔＦ１×Ｒ１＋ΔＴ１×Ｒ２
制約条件２：下限値≦ΔＴ１≦上限値
制約条件３：下限値≦ΔＦ１≦上限値
〔速度優先冷媒流量温度算出処理〕
次に、速度優先冷媒流量温度算出処理について詳しく説明する。
【００７３】
本実施形態では、スライディングモード非線形制御理論を適用して、所定の応答速度で燃料電池本体の温度制御を行うものとする。
【００７４】
スライディングモード非線形制御理論では、Ｓ×ｄＳ／ｄｔ＜０であれば、冷媒出口温度Ｔ２を目標温度Ｔｍに追従させることができる。ここで、Ｓはすべり面と呼ばれ、スライディングモード非線形制御理論ではＳが０になるように制御する。本実施形態では、Ｓ＝Ｔ２−Ｔｍと表され、前述の式（１）を用いると、Ｓ×ｄＳ／ｄｔ＜０の関係は以下の式（５）のように表される。
【００７５】
【数５】
Ｓ×ｄＳ／ｄｔ
＝｛（Ｔ２−Ｔｍ）×ρ×Ｃｐ×Ｆ１×（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｃ＋Ｄ｝／（ρ×Ｃｐ×Ｖ）…（５）
（ρ×Ｃｐ×Ｖ）＞０であるので、Ｓ×ｄＳ／ｄｔ＜０は、以下の式（５’）と表すことができる。
【００７６】
【数６】
｛（Ｔ２−Ｔｍ）×ρ×Ｃｐ×Ｆ１×（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｃ＋Ｄ｝＜０        …（５’）
この式（５’）から、（Ｔ２−Ｔｍ）＞０の時にＳ×ｄＳ／ｄｔ＜０の関係が満たされるためには、（ρ×Ｃｐ×Ｆ１×（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｃ＋Ｄ）＜０でなければならないことがわかる。そして、この式を整理すると、式（６）となり、式（７）が成立すれば、式（６）の不等号関係は満たされることがわかる。
【００７７】
【数７】
Ｆ１＜（−Ｃ−Ｄ）／（ρ×Ｃｐ×（Ｔ１−Ｔ２））              …（６）
Ｆ１＝Φ×（−Ｃ−Ｄ）／（ρ×Ｃｐ×（Ｔ１−Ｔ２））（Φ＞１）…（７）
なお、本実施形態では、冷媒入口温度Ｔ１の目標値Ｔ１ｍをＴ１ｍ＝Ｔ１×Φとして算出するように、式（８）に変形している。
【００７８】
【数８】
Ｆ１＝（−Ｃ−Ｄ）（ρ×Ｃｐ×（Φ×Ｔ１−Ｔ２））（Φ＜１）    …（８）
一方、（Ｔ２−Ｔｍ）＜０の時にＳ×ｄＳ／ｄｔ＜０の関係が満たされるためには、式（９）が成立しなければならないことがわかる。そして、この式（９）を整理すると、式（１０）となる。
【００７９】
【数９】
（ρ×Ｃｐ×Ｆ１×（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｃ＋Ｄ）＞０              …（９）
Ｆ１＞（−Ｃ−Ｄ）／（ρ×Ｃｐ×（Ｔ１−Ｔ２））            …（１０）
Ｆ１＝Φ×（−Ｃ−Ｄ）（ρ×Ｃｐ×（Ｔ１−Ｔ２））（Φ＜１）…（１１）
そして、式（１１）が成立すれば、式（９）の不等号関係は満たされることがわかる。
【００８０】
なお、本実施形態では、冷媒入口温度Ｔ１の目標値Ｔ１ｍをＴ１ｍ＝Ｔ１×Φとして算出するように、式（１２）に変形している。
【００８１】
【数１０】
Ｆ１＝（−Ｃ−Ｄ）（ρ×Ｃｐ×（Φ×Ｔ１−Ｔ２））（Φ１＞１）  …（１２）
そして、この速度優先処理では、冷却制御装置１は、上記の数式を利用してパラメータＦ１とパラメータＴ１ｍを算出し、算出したパラメータＦ１及びパラメータＴｍを冷媒流量目標値及び冷媒温度目標値として、それぞれ冷媒ポンプ回転速度算出手段９及び冷却ファン回転速度算出手段１０に出力する。これにより、目標とする応答速度で温度を制御することが可能な回転速度で冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３を動作させることができる。
【００８２】
なお、目標とする応答速度で温度を制御するためには、パラメータΦを調整しなければならない。但し、予め実験を行うことによりパラメータΦの値を幾つか用意し、目標とする応答速度に応じてパラメータΦの値を変更してもよい。
【００８３】
次に、図５に示すフローチャートを参照して、本実施形態における冷却制御装置１の制御処理について説明する。尚、本実施形態においては、冷媒出口２２ｆの温度センサ３６が検出する出口冷媒温度を燃料電池本体２２の動作温度とみなして、出口冷媒温度を目標温度に維持する際の冷却制御装置１の制御処理について説明する。
【００８４】
図５に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、制御処理はステップＳ１０の処理に進む。
【００８５】
ステップＳ１０の処理では、燃料電池の状態として、流量センサ３４，温度センサ３５，３６、電圧センサ３８，電流センサ３９の各検出値を入力する。
【００８６】
ステップＳ１１の処理では、温度センサ３６の検出値を参照して、出口冷媒温度が目標温度を超えたか否かを判定する。そして、出口冷媒温度が目標温度を超えていないと判定した場合、ステップＳ１５へ進む。
【００８７】
ステップＳ１５では、冷媒ポンプ３２の消費電力と冷却ファン３３の消費電力の和を最小にする冷媒流量目標値と冷媒温度目標値を消費電力最小化冷媒流量温度制御マップ７を参照して算出する。
【００８８】
次いで、ステップＳ１７へ進み、目標冷媒流量となる冷媒ポンプ回転速度を算出し、ステップＳ１８で、目標冷媒温度となる冷却ファン回転速度を算出し、ステップＳ１９で、算出した冷媒ポンプ回転速度及び冷却ファン回転速度を制御目標として冷媒ポンプ制御手段５及び冷却ファン制御手段６へ出力する。
【００８９】
この消費電力最小化最適化処理によれば、出口冷媒温度が目標温度を上回った場合、冷却制御装置１は、図１０の線Ａに示すように、出口冷媒温度（図１０（ａ））、入口冷媒温度（図１０（ｂ））、入口冷媒流量（図１０（ｃ））を目標値にするまでの時間（応答速度）は遅いが、消費電力（図１０（ｄ））を小さくして制御を行うことができる。
【００９０】
ここで、本実施形態では、算出した冷媒流量目標値と冷媒温度目標値となるように、冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３の回転速度を制御するフィードバック制御を行うこととするが、流量と回転速度の関係を示すマップを参照して、いわゆるフィードフォワード制御によって回転速度を制御してもよい。
【００９１】
一方、ステップＳ１１の処理において、出口冷媒温度が目標温度を超えていると判定した場合には、冷却制御装置１は、ステップＳ１２の処理として、出口冷媒温度と目標温度との間の温度偏差が所定量以上であるか否かを判定し、温度偏差が所定量以上でない場合、次に、冷却制御装置１は、ステップＳ１３の処理として、燃料電池本体２２の発電量が所定量以上であるか否かを判定する。燃料電池の発電量は、電圧センサ３８の検出値と電流センサ３９の検出値の積として算出される。
【００９２】
そして、ステップＳ１３の判定で、発電量が所定量以上でない場合、ステップＳ１５の処理に進む。ステップＳ１３の判定で、発電量が所定量以上である場合には、制御処理をステップＳ１６の処理に進める。
【００９３】
一方、ステップＳ１２の処理において、温度偏差が所定量以上である場合には、ステップＳ１６に処理を進める。
【００９４】
ステップＳ１６の処理では、速度優先冷媒流量温度算出手段８が、燃料電池本体２２の温度を所定の応答速度で制御する冷媒流量目標値と冷媒温度目標値を算出する。この算出内容は、上記式（５）〜（１２）を用いて説明した通りである。次いで、ステップＳ１７以下の処理へ進み、算出した冷媒流量目標値と冷媒温度目標値となるように、冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３の回転速度を制御する。
【００９５】
この応答速度制御処理によれば、出口冷媒温度が目標温度を上回った場合、冷却制御装置１は、図１０の線Ｂで示すように、出口冷媒温度（図１０（ａ））、入口冷媒温度（図１０（ｂ））、冷媒流量（図１０（ｃ））を目標値に所定の応答速度で制御することができる。
【００９６】
また、ステップＳ１３の処理において、燃料電池の発電量が所定値以上か否かの判定に代えて、燃料電池の発熱量が所定値以上か否かを判定し、所定値以上であれば、ステップＳ１６へ進んで、速度優先温度制御処理を行い、逆に所定値以上でなければ、ステップＳ１５へ進んで省電力優先温度制御処理を行うように変更してもよい。
【００９７】
この場合、例えば図９に示すような燃料電池本体２２の電流電圧特性を予め測定しておくことにより、冷却制御装置１は、燃料電池本体２２の発熱量を推定することもできる。具体的には、冷却制御装置１は、アクセル開度等のパラメータを参照して負荷装置３７の要求負荷電力を算出し、算出した要求負荷電力を電圧センサ３８が測定した電圧値で割ることにより、要求負荷電力を実現するための目標負荷電流を算出する。そして、冷却制御装置１は、算出した目標負荷電流と予め測定した電流電圧特性とを比較することにより燃料電池本体２２の発熱量を推定することができる。
【００９８】
この発熱量の推定方法の詳細は、第１実施形態の式（１）の説明で述べたので繰り返さない。
【００９９】
また、ステップＳ１３の処理において、冷却制御装置１は、発熱量の変化率が所定の値を超えるか否かを判定し、発熱量の変化率が所定の値を超える場合はステップＳ１６の処理、発熱量の変化率が所定の値を超えない場合にはステップＳ１５の処理にそれぞれ制御処理を進めるようにしてもよい。
【０１００】
また、本実施形態では、冷却制御装置１は、高温状態に長時間置かれることで燃料電池本体２２が劣化することを防止するために、ステップＳ１１，ステップＳ１２，ステップＳ１３の処理の順で処理を実行して、高温になりやすい高負荷状態では所定の応答速度で目標温度になるように制御している。しかしながら、冷却制御装置１を適用する燃料電池システムの特徴によって、ステップＳ１１，ステップＳ１２，ステップＳ１３の処理の順序を適当に変更してもよい。
【０１０１】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２実施形態となる冷却制御装置によれば、冷却制御装置１が、冷媒の温度と燃料電池本体２２の発電量に応じて省電力優先冷却条件算出処理又は速度優先冷却条件算出処理を実行することにより、冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３の回転速度を算出し、算出した回転速度で動作するように冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３を制御するので、燃料電池冷却用の電力を節約することと、応答性よく燃料電池本体２２の温度制御を行うことを両立することができる。
【０１０２】
また、燃料電池本体２２の発電量が所定量より多い場合、冷却制御装置１は、速度優先冷却条件算出処理を実行することにより、燃料電池本体２２を所定の応答速度で目標温度にするように制御するので、燃料電池本体２２が高温の状態が長く続き、熱によって燃料電池本体２２が劣化することを防止することができる。
【０１０３】
さらに、冷却制御装置１は、燃料電池本体２２の発熱量を推定することができるので、燃料電池本体２２の発熱量が変化するのに応じて速やかに冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３の回転速度を制御し、冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３を過剰に動作させないように制御することができる。
【０１０４】
また、燃料電池本体２２の動作温度と目標温度との温度偏差が所定量を超える場合、冷却制御装置１は、応答制速度制御処理を実行することにより、燃料電池本体２２を所定の応答速度で目標温度にするように制御するので、燃料電池本体２２が高温の状態が長く続き、熱によって燃料電池本体２２が劣化することを防止することができる。
【０１０５】
〔第３実施形態〕
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態となる冷却制御装置が適用される燃料電池システムの構成について説明する。
【０１０６】
図６に示すように、第３実施形態が適用される燃料電池システムは、図１に示した燃料電池システムの構成に加えて、電力を一時貯蔵する蓄電池またはコンデンサ等の蓄電手段４０と、燃料電池本体２２が発電した電圧を蓄電手段４０の電圧に変換すると共に、蓄電手段４０から負荷装置３７に供給する電圧を調整する電力変換装置４１と、蓄電手段４０の蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段４２とを備えている。その他の構成要素は、図１に示した第１実施形態が適用される燃料電池システムの構成要素と同じなので、同一構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【０１０７】
蓄電手段４０は、例えば蓄電池として、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等が適している。また蓄電手段４０として、電気二重層コンデンサは、充放電時に化学反応を伴わないので、大電流による急速充放電が可能であるので、車両駆動用電源として好ましい。
【０１０８】
第３実施形態の冷却制御装置は、図２に示した第１実施形態の冷却制御装置と同様に、省電力優先冷却条件算出手段２と、速度優先冷却条件算出手段３と、冷却条件選択手段４と、冷媒ポンプ制御手段５と、冷却ファン制御手段６とを備えているが、蓄電残量検出手段４２の検出結果が冷却条件選択手段４の入力に追加されている点が異なる。その他の冷却制御装置の構成要素は、第１実施形態の冷却制御装置と同様であるので、重複する説明を省略する。
【０１０９】
次に、図７のフローチャートを参照して、本実施形態における冷却制御装置１の動作について説明する。なお、本実施形態においては、ステップＳ５の処理が追加されている以外は、図３に示した第１実施形態のフローチャートと同じであるので、同一ステップには、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【０１１０】
図７において、冷却制御装置１は、ステップＳ３またはＳ４の処理において、判定結果が肯定である場合、制御処理をステップＳ５の処理に進める。
【０１１１】
ステップＳ５の処理として、蓄電残量検出手段４２が検出した蓄電手段４０の蓄電残量が所定量（例えば、満充電の３０％）以上であるか否かを判定する（冷却条件選択手段）。そして、判定の結果、蓄電残量が所定量未満である場合、冷却制御装置１は制御処理をステップＳ６の省電力優先冷却条件算出処理に進める。一方、蓄電残量が所定量以上である場合には、冷却制御装置１は制御処理をステップＳ７の速度優先冷却条件算出処理に進める。
【０１１２】
このように、蓄電手段の蓄電残量が所定量以下である場合には、燃料電池の冷却に消費する電力を最小化する冷却制御を選択することにより、消費電力を節約して、燃料電池から蓄電手段への充電する可能性を向上させ、蓄電手段の電力を消費し尽くして急加速力が不足したり、停止後の再起動ができなくなることを防止することができる。
【０１１３】
なお、この場合、ステップＳ３の処理において温度偏差が所定量以上であるか否かを判定する閾値と、ステップＳ４の処理において発電量が所定量以上であるか否かを判定する閾値は、上限値に設定せず、上限値より少し低い値に設定することが望ましい。これは、蓄電手段の蓄電残量が少ない場合には、応答速度優先の冷却制御より省電力優先の冷却制御を選択したので、燃料電池本体２２から排出される冷媒の温度が目標温度になるまでに比較的長い時間を要し、燃料電池本体２２を劣化させる上限値を超えてしまうことを防止するためである。
【０１１４】
また、燃料電池の発電を継続して蓄電手段の蓄電残量が回復したら、応答速度を優先した制御に切り換えるようにしてもよい。また、蓄電手段の蓄電残量が回復した際、燃料電池本体２２から排出される冷媒の温度が目標温度に戻っていたら、省電力優先冷却制御を継続して行うようにしてもよい。
【０１１５】
以上の説明から明らかなように、第３実施形態によれば、蓄電手段の蓄電残量が少ない場合、冷却制御装置１が省電力優先冷却条件算出処理を実行することにより、図１０の線Ａに示すように、冷媒ポンプ３２及び冷却ファン３３の消費電力の和が最小となるように制御するので、燃料電池本体２２の冷却に要する消費電力を節約し、蓄電手段の蓄電残量の回復を早めることができる。
【０１１６】
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態となる冷却制御装置が適用される燃料電池システムの構成は、図６に示した第３実施形態が適用される構成と同様である。
【０１１７】
第４実施形態の冷却制御装置の制御ブロック図は、図４に示した第２実施形態の制御ブロック図とほぼ同様である。第２実施形態との相違は、蓄電残量検出手段４２の検出結果が冷却条件選択手段４の入力に追加されている点が異なる。その他の冷却制御装置の構成要素は、第２実施形態の冷却制御装置と同様であるので、重複する説明を省略する。
【０１１８】
次に、図８のフローチャートを参照して、本実施形態における冷却制御装置１の動作について説明する。なお、本実施形態においては、ステップＳ１４の処理が追加されている以外は、図５に示した第２実施形態のフローチャートと同じであるので、同一ステップには、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【０１１９】
図８において、冷却制御装置１は、ステップＳ１２またはＳ１３の処理において、判定結果が肯定である場合、制御処理をステップＳ１４の処理に進める。
【０１２０】
ステップＳ１４の処理として、蓄電残量検出手段４２が検出した蓄電手段４０の蓄電残量が所定量（例えば、満充電の３０％）以上であるか否かを判定する（冷却条件選択手段）。そして、判定の結果、蓄電残量が所定量未満である場合、冷却制御装置１は制御処理をステップＳ１５の省電力優先冷却条件算出処理に進める。一方、蓄電残量が所定量以上である場合には、冷却制御装置１は制御処理をステップＳ１６の速度優先冷却条件算出処理に進める。
【０１２１】
このように、蓄電手段の蓄電残量が所定量以下である場合には、燃料電池の冷却に消費する電力を最小化する冷却制御を選択することにより、消費電力を節約して、燃料電池から蓄電手段への充電する可能性を向上させ、蓄電手段の電力を消費し尽くして、急加速力が不足したり、停止後の再起動ができなくなることを防止することができる。
【０１２２】
〔その他の実施形態〕
以上、好ましい実施形態について説明したが、これらの実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、これらの実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２実施形態となる冷却制御装置が適用される燃料電池システムの構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態となる冷却制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の冷却制御装置の動作の流れを示すフローチャート図である。
【図４】本発明の第２実施形態となる冷却制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態の冷却制御装置の動作の流れを示すフローチャート図である。
【図６】本発明の第３、第４実施形態となる冷却制御装置が適用される燃料電池システムの構成を示すシステム構成図である。
【図７】第３実施形態の冷却制御装置の動作の流れを示すフローチャート図である。
【図８】第４実施形態の冷却制御装置の動作の流れを示すフローチャート図である。
【図９】燃料電池本体の電流電圧特性を示す図である。
【図１０】省電力優先冷却制御と速度優先冷却制御の違いを説明するための図である。
【符号の説明】
１…冷却制御装置、２…省電力優先冷却条件算出手段、３…速度優先冷却条件算出手段、４…冷却条件選択手段、５…冷媒ポンプ制御手段、６…冷却ファン制御手段、７…消費電力最小化冷媒流量温度制御マップ、８…速度優先冷媒流量温度算出手段、９…冷媒ポンプ回転速度算出手段、１０…冷却ファン回転速度算出手段、２１…燃料電池システム、２２…燃料電池本体、２２ａ…空気極入口、２２ｂ…空気極出口、２２ｃ…水素極入口、２２ｄ…水素極出口、２２ｅ…冷媒入口、２２ｆ…冷媒出口、２３…空気供給装置、２４…空気圧調整バルブ、２５…水素供給装置、２６…水素供給バルブ、２７…パージバルブ、２８…水素循環路、２９…水素循環ポンプ、３０…ラジエータ、３１…冷媒循環ポンプ、３２…冷媒ポンプ、３３…冷却ファン、３４…流量センサ、３５，３６…温度センサ、３７…負荷装置、３８…電圧センサ、３９…電流センサ、４０…蓄電手段、４１…電力変換装置、４２…蓄電残量検出手段
【図１】
2004288516.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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