(57)【要約】【課題】  燃料電池内の冷却液圧力を許容値以内に抑制し、冷却液流路のシール性を確保することを課題とする。【解決手段】  燃料電池１を循環する冷却液の流量が、三方弁制御手段１０で求められた三方弁５の目標開度に基づいて三方弁上限流量演算手段１１で演算された冷却液の上限流量、又は冷却液目標流量生成手段９で生成された目標流量となるように、冷却液を循環させるポンプ２の回転数を冷却液流量制御手段１２で設定し、燃料電池１を流れる冷却液の圧力を許容圧以下となるように制御して構成される。【選択図】  図１
2005150018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を冷却する冷却液を循環させるポンプと、
冷却液を冷やすラジエタに冷却液を流すラジエタ側流路と、前記ラジエタをバイパスして冷却液を循環させるラジエタバイパス側流路とに冷却液を分流調整する三方弁と
を有する燃料電池の冷却系を制御する燃料電池の冷却系制御装置において、
前記三方弁の開度を求め、求めた開度に基づいて前記三方弁を駆動制御し、冷却液を分流調整する三方弁制御手段と、
前記三方弁制御手段で求められた前記三方弁の開度に応じた冷却液の上限流量を演算する三方弁上限流量演算手段と、
前記燃料電池から取り出される取り出し電力に応じた冷却液の目標流量を生成する冷却液目標流量生成手段と、
前記燃料電池を循環する冷却液の流量が、前記三方弁上限流量演算手段で得られた冷却液の上限流量、又は前記冷却液目標流量生成手段で生成された目標流量となるように、前記ポンプを駆動制御する冷却液流量制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項２】
燃料電池を冷却する冷却液を循環させるポンプと、
冷却液を冷やすラジエタに冷却液を流すラジエタ側流路と、前記ラジエタをバイパスして冷却液を循環させるラジエタバイパス側流路とに冷却液を分流調整する三方弁と
を有する燃料電池の冷却系を制御する燃料電池の冷却系制御装置において、
前記燃料電池から取り出される取り出し電力に応じた冷却液の目標流量を生成する冷却液目標流量生成手段と、
前記冷却液目標流量生成手段で生成された目標流量に応じた前記三方弁の三方弁上限開度を演算する三方弁上限開度演算手段と、
冷却液の温度に基づいて前記三方弁の開度を求め、求めた開度、又は前記三方弁上限開度演算手段で得られた三方弁上限開度に基づいて前記三方弁を駆動制御し、冷却液を分流調整する三方弁制御手段と、
前記三方弁制御手段で求めた三方弁の開度、又は前記三方弁上限開度演算手段で得られた三方弁上限開度に対して、前記燃料電池を循環する冷却液の流量が、前記冷却液目標流量生成手段で生成された目標流量となるように、前記ポンプを駆動制御する冷却液流量制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項３】
燃料電池を冷却する冷却液を循環させるポンプと、
冷却液を冷やすラジエタに冷却液を流すラジエタ側流路と、前記ラジエタをバイパスして冷却液を循環させるラジエタバイパス側流路とに冷却液を分流調整する三方弁と
を有する燃料電池の冷却系を制御する燃料電池の冷却系制御装置において、
前記三方弁の開度を求め、求めた開度に基づいて前記三方弁を駆動制御し、冷却液を分流調整する三方弁制御手段と、
前記燃料電池から取り出される取り出し電力に応じた冷却液の目標流量を生成する冷却液目標流量生成手段と、
冷却液の温度に応じた冷却液の温度上限流量を演算する温度上限流量演算手段と、
前記燃料電池を循環する冷却液の流量が、前記温度上限流量演算手段で得られた冷却液の温度上限流量、又は前記冷却液目標流量生成手段で生成された目標流量となるように、前記ポンプを駆動制御する冷却液流量制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項４】
前記燃料電池を流れる冷却液の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段で検出された冷却液の圧力が、許容圧に近づいたときの前記三方弁の三方弁開度と、その時の冷却液の流量との関係を記憶する三方弁開度−上限流量記憶手段とを有し、
前記三方弁上限流量演算手段は、前記三方弁開度−上限流量記憶手段に記憶された三方弁開度と冷却液の流量との関係に基づいて、冷却液の上限流量を更新して補正する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項５】
前記燃料電池を流れる冷却液の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段で検出された冷却液の圧力が、許容圧に近づいたときの冷却液の流量と、その時の前記三方弁の三方弁開度との関係を記憶する冷却液流量−三方弁上限開度記憶手段とを有し、
前記三方弁上限開度演算手段は、前記冷却液流量−三方弁上限開度記憶手段に記憶された冷却液の流量と三方弁開度との関係に基づいて、三方弁上限開度を更新して補正する
ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項６】
前記燃料電池を流れる冷却液の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段で検出された冷却液の圧力が、許容圧に近づいたときの冷却液の温度と、その時の冷却液の流量との関係を記憶する冷却液温度−上限流量記憶手段を有し、
前記温度上限流量演算手段は、前記冷却液温度−上限流量記憶手段に記憶された冷却液の温度と冷却液の流量との関係に基づいて、冷却液の温度上限流量を更新して補正する
ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項７】
前記燃料電池を流れる冷却液の圧力を検出する圧力検出手段を有し、
前記冷却液流量制御手段は、前記圧力検出手段で検出された冷却液の圧力が許容圧よりも低い値に設定された所定の圧力に達した場合には、冷却液の流量を制限する
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５及び６のいずれか１項に記載の燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項８】
前記冷却液が常温時に、前記燃料電池の冷却系を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池の冷却系制御装置。
【請求項９】
前記冷却液が低温時に、前記燃料電池の冷却系を制御する
ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池の冷却系制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された燃料電池を冷却する冷却系を制御する燃料電池の冷却系制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の冷却方法に関する技術としては、例えば以下に示す文献に記載されものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載された燃料電池システムの冷却系は、冷却水を必要に応じてラジエータをバイパスさせるための温調バルブと、燃料電池とラジエータに冷却水を循環させるためのウォータポンプが設けられ、三方弁と同等に機能する温調バルブにより冷却水を流す方向をラジエータ側、もしくはラジエータバイパス側に調整し、燃料電池を調温するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−８３６２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した燃料電池の冷却技術にあっては、燃料電池へ冷却液を多く流している時に、圧損が高い側、例えばラジエータバイパス側へ温調バルブが作動すると、燃料電池内の冷却液の圧力が上昇する。また、冷却液には不凍液のエチレングリコールなどが一般的に用いられるので、燃料電池の暖気時等冷却液がまだ低温である時には冷却液の粘度が高くなり、冷却液の圧力がさらに上昇する。
【０００４】
このように、冷却液の圧力が上昇すると、冷却液流路のシール性が保てなくなり、冷却液が燃料電池の反応ガスの流路となる純水流路やガス流路へ漏れるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池内の冷却液圧力を許容値以内に抑制し、冷却液流路のシール性を確保することができる燃料電池の冷却系制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料電池を冷却する冷却液を循環させるポンプと、冷却液を冷やすラジエタに冷却液を流すラジエタ側流路と、前記ラジエタをバイパスして冷却液を循環させるラジエタバイパス側流路とに冷却液を分流調整する三方弁とを有する燃料電池の冷却系を制御する燃料電池の冷却系制御装置において、前記三方弁の開度を求め、求めた開度に基づいて前記三方弁を駆動制御し、冷却液を分流調整する三方弁制御手段と、前記三方弁制御手段で求められた前記三方弁の開度に応じた冷却液の上限流量を演算する三方弁上限流量演算手段と、前記燃料電池から取り出される取り出し電力に応じた冷却液の目標流量を生成する冷却液目標流量生成手段と、前記燃料電池を循環する冷却液の流量が、前記三方弁上限流量演算手段で得られた冷却液の上限流量、又は前記冷却液目標流量生成手段で生成された目標流量となるように、前記ポンプを駆動制御する冷却液流量制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、三方弁開度に応じて冷却液の流量を設定し、冷却液が設定した流量となるようにポンプを駆動制御するようにしたので、燃料電池内の冷却液の圧力を許容値以内に抑制することが可能となる。これにより、冷却液流路のシール性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池の冷却系制御装置を備えた燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示す実施例１の燃料電池システムは、水素ガスと空気との電気化学反応により発電を行う燃料電池１、燃料電池１に冷却液を循環させるポンプ２、必要に応じて冷却液を冷却するラジエタ３ならびにラジエタファン４、冷却液をラジエタ側とラジエタバイパス側（熱交換器７側）に分流する三方弁５、燃焼器６ならびに熱交換器７を備えている。さらに燃料電池システムは、ポンプ２ならびに三方弁５の冷却系を制御する冷却系制御装置の常温時の構成要素として、燃料電池１の入口の冷却液の温度を検出する温度検出手段８、冷却液目標流量生成手段９、三方弁制御手段１０、冷却液流量制御手段１２、燃料電池１の入口の冷却液の圧力を検出する圧力検出手段１５ならびに三方弁開度−上限流量記憶手段１６を備えている。また、この実施例１は、冷却液が常温時に実施されるものである。
【００１０】
燃料電池１は、アノードに水素ガスが、カソードに空気が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。
【００１１】
（式１）
アノード（水素極）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード（酸素極）：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（1／2）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
このような電気化学反応において生成される生成水がガス流路に詰まると、供給ガスが反応膜まで流れ届かなくなり、セル電圧が降下して、電力を取り出すことが困難になる。そのため、パージにより燃料電池１で生成された生成水を除去して水詰まりを回避し、セル電圧を回復させる。
【００１２】
燃焼器６は、パージにより排出される水素を燃焼させる。燃焼排気ガスは、熱交換器７で燃料電池１を循環する冷却液によって冷やされてから車外へ排出される。ポンプ２は、冷却液流量制御手段１２によって目標回転数が演算され、回転数制御することによって冷却液を燃料電池１やラジエタ３、ラジエタバイパス方向の燃焼器６ならびに熱交換器７に循環させる。
【００１３】
冷却液目標流量生成手段９は、予め用意されて、目標出力（取り出し電力）と冷却液目標流量との関係を表すテーブルに基づいて、燃料電池１からの取り出し電力に応じて冷却液の目標流量を求め、求めた目標流量を冷却液流量制御手段１２へ出力する。
【００１４】
目標流量は、燃料電池１の取り出し電力が大きくなるほど燃料電池１の発熱量が大きくなるので、冷却液の目標流量を増量して燃料電池１の出入口温度差の上昇を抑制するとともに、ラジエタ３の放熱特性を良くする。一方、燃料電池１の取り出し電力が小さい場合には、ポンプ２の消費電力を節約するため目標流量を少なく設定する。
【００１５】
次に、図２に示す制御ブロック図を参照して、三方弁５の開度ならびに冷却液の上限流量に基づいたポンプ２の回転数の制御について説明する。
【００１６】
三方弁制御手段１０は、温度検出手段８によって検出された燃料電池入口の冷却液温度と燃料電池入口の目標冷却液温度との誤差をフィードバックして燃料電池１を調温するための三方弁５の目標開度を演算する。三方弁５をラジエタ側に動かすだけでは冷却液を所望の温度に冷やせないときには、ラジエタファン４も駆動する。
【００１７】
三方弁上限流量演算手段１１は、三方弁制御手段１０で演算された三方弁５の目標開度に応じて、冷却液の上限流量を演算する。三方弁上限流量演算手段１１は、図２に示すように、三方弁５がラジエタ側又はラジエタバイパス側のいずれか圧損の大きい方へ動くにつれて流量制限量を増加させるような、すなわち上限流量を低下させるようなテーブル（冷却液上限流量テーブル）を設定し、このテーブルに基づいて上限流量を求め、求めた上限流量を冷却液流量制御手段１２へ出力する。なお、実施例１、ならびに後述する実施例２、実施例３ではラジエタ側の方がラジエタバイパス側に比べて圧損が少ないものとする。
【００１８】
三方弁上限流量演算手段１１のテーブルは、燃料電池入口の冷却液圧力が許容上限圧力になる冷却液流量（上限流量）と三方弁開度との関係を予め実測し、この実測結果に基づいて設定される。三方弁上限流量演算手段１１は、三方弁開度−上限流量記憶手段１６に記憶された三方弁開度と冷却液流量との関係に基づいて、後述する学習機能により上記テーブルを更新して補正する。
【００１９】
冷却液流量制御手段１２は、冷却液目標流量生成手段９が出力する冷却液の目標流量と三方弁上限流量演算手段１１が出力する上限流量のいずれか小さい値の流量を選択し、選択した流量と、三方弁制御手段１０で求められた三方弁５の目標開度に応じてポンプ２の目標回転数を演算する。
【００２０】
冷却液流量制御手段１２は、圧力検出手段１５によって検出された燃料電池入口の冷却液圧力が許容圧に近い許容圧以下の所定圧以上になったときには、前制御周期の目標流量から所定値（α）を差し引き、冷却液圧力が上記所定圧未満になるまで目標流量を減少させる。
【００２１】
冷却液流量制御手段１２は、三方弁５の開度に応じてポンプ２の回転数と冷却液流量との関係を予め実測し、あるいはポンプ２の特性と冷却液循環経路の圧力損失から予測し、この実測結果あるいは予測結果に基づいて、目標流量を達成するためのポンプ２の回転数と冷却液流量（目標流量）との関係をマップとして設定する。
【００２２】
冷却液流量制御手段１２は、設定したマップに基づいて、三方弁制御手段１０で求められた三方弁５の目標開度と、冷却液目標流量生成手段９で求められた目標流量と三方弁上限流量演算手段１１で求められた上限流量のいずれか小さい流量とに基づいてポンプ２の目標回転数を求める。なお、三方弁５の開度によって冷却液循環経路の圧力損失が変わり、冷却液の流量が変化するため、ポンプ２の目標回転数を演算する際には、上述したように、上記のマップを用いることで三方弁５の開度を考慮している。
【００２３】
三方弁開度−上限流量記憶手段１６は、圧力検出手段１５によって検出された燃料電池入口の冷却液圧力が許容圧に近い許容圧以下の所定圧になったときの三方弁５の目標開度と冷却液流量制御手段１２で選択された冷却液の目標流量との関係を記憶する。
【００２４】
次に、図３を参照して、三方弁開度−上限流量記憶手段１６に記憶された内容に基づいて、三方弁上限流量演算手段１１のテーブルを学習機能により更新して補正する手法について説明する。図３（ａ）は燃料電池の入口ならびに出口における冷却液温度の時間変化の様子を示す図、同図（ｂ）は三方弁開度の時間変化の様子を示す図、同図（ｃ）は冷却液圧力の時間変化の様子を示す図、同図（ｄ）は冷却液の目標流量の時間変化の様子を示す図、同図（ｅ）は燃料電池１の発電出力の時間変化の様子を示す図、同図（ｆ）は三方弁上限流量演算手段１１のテーブルにおける上限流量の更新の様子を示す図である。
【００２５】
燃料電池入口の冷却液圧力が許容圧に近い所定圧（＝許容圧−α（α＝一定値））になったとき、図３（ｂ）に示すａ点及びｂ点の三方弁開度値と冷却液流量値に基づいて、図３（ｆ）に示すように冷却液上限流量テーブルを更新する。テーブルの初期設定値よりも実際に守るべき上限流量の方が小さい場合には、学習が進んで多くの学習値が得られると上限流量値は、図３（ｆ）に示す破線のような値に収束し学習が完了する。すなわち、冷却系部品のバラツキに対応した上限流量テーブルが完成することになる。
【００２６】
このような、学習機能を採用することで、冷却系部品の経年変化に対しても学習機能が働き、上限流量テーブルがメンテナンスされる。なお、上限流量テーブルの初期設定値よりも実際に守るべき上限流量の方が大きい場合には、学習機能は働かず、冷却液圧力は許容圧以下に守られる。
【００２７】
以上説明したように、実施例１では、燃料電池入口の冷却液の温度を目標温度に調温するための三方弁５の目標開度を求め、この目標開度に応じて燃料電池１を循環する冷却液の上限流量を求め、この上限流量、又は燃料電池１の取り出し電力に対応した冷却液の目標流量のいずれか小さい流量を選択し、三方弁５の目標開度において選択した目標流量を得るために必要なポンプ２の回転数を求めるようにしている。これにより、冷却液流路の圧損が高い側へ三方弁５が動いた場合に、冷却液の流量が制限されて燃料電池１内の冷却液の圧力上昇を抑制することができる。したがって、冷却液流路のシール性を確保することができる。なお、ポンプ２の回転数やポンプ２の駆動電力を制限することは、冷却液流量を制限することと等価である。
【００２８】
また、実施例１では、冷却液の圧力を検出し、冷却液の圧力が許容値を超えそうなときの三方弁開度と冷却液流量の関係を記憶し、この記憶情報に基づいて学習機能により冷却液上限流量を更新補正するようにしている。これにより、燃料電池１や冷却系部品の圧損の製品ばらつき、圧損の経年変化に対しても冷却液圧力を許容圧以内に抑制することができる。さらに、冷却液の圧力が許容値に近づいた時に冷却液の流量を制限するようにしたので、燃料電池１内の冷却液の圧力を許容圧以下に抑えることができる。
【００２９】
なお、実施例１では、冷却液の圧力上昇を抑制できる一方、圧力を抑制することの副作用として冷却液の温度制御の精度に影響が及ぶことになる。しかし、冷却液の圧力を抑制することで、冷却液流量が制限されてラジエタ３の放熱量が制限されるが、三方弁開度を変えることが可能なので、必要なラジエタ放熱量が確保できる範囲では調温が可能である。
【００３０】
また、ラジエタ側流路の圧損の方がラジエタバイパス側流路の圧損よりも小さければ、冷却液を冷やす必要があるときには冷却液をラジエタ側に流すようにすれば、冷却液の流量が制限されないようになり、冷却液の温度変動の影響を少なくすることができる。
【実施例２】
【００３１】
図４は本発明の実施例２に係る燃料電池の冷却系制御装置を備えた燃料電池システムの構成を示す図である。図４に示す実施例２の特徴とするところは、先の実施例１に比べて、実施例１の三方弁上限流量演算手段１１に代えて冷却液の上限流量を演算する温度上限流量演算手段１４を設け、三方弁開度−上限流量記憶手段１６に代えて冷却液温度−上限流量記憶手段１８を設け、冷却液の温度が低温の場合の実施例である。また、この実施例２は、先の実施例１と共に実施される。すなわち、先の実施例１は、冷却液が常温時に実施され、この実施例２は、冷却液が低温になった場合に実施される。
【００３２】
図４において、温度上限流量演算手段１４は、温度検出手段８によって検出された燃料電池入口の冷却液温度に基づいて、冷却液の上限流量を演算し、得られた上限流量は冷却液流量制御手段１２に出力される。
【００３３】
次に、図５に示す制御ブロック図を参照して、冷却液の温度ならびに冷却液の上限流量に基づいたポンプ２の回転数の制御について説明する。
【００３４】
温度上限流量演算手段１４では、図５に示すように、冷却液の温度が上がるにつれて上限流量を多くするようなテーブル（冷却液上限流量テーブル）を設定する。このテーブルは、燃料電池入口の冷却液の圧力が許容上限圧力となる燃料電池出口の冷却液温度と冷却液流量との関係を予め実測し、その実測結果に基づいて設定される。
【００３５】
冷却液流量制御手段１２は、冷却液の温度に応じてポンプ２の回転数と冷却液流量との関係をあらかじめ実測し、この実測結果に基づいて冷却液の目標流量を達成するためのポンプ２の回転数と冷却液流量（目標流量）との関係をマップとして設定する。冷却液流量制御手段１２は、固定される三方弁開度を考慮せずに、設定したマップ、ならびに温度検出手段８によって検出された冷却液温度と、冷却液目標流量生成手段９によって生成された目標流量と、温度上限流量演算手段１４によって演算された上限流量とに基づいて、ポンプ２の目標回転数を演算する。すなわち、冷却液の温度によって圧損が変わるため、冷却液温度を考慮してポンプ２の目標回転数を決めるようにしている。
【００３６】
冷却液温度−上限流量記憶手段１８は、圧力検出手段１５によって検出された燃料電池入口の冷却液圧力が許容圧に近い許容圧以下の所定圧になったときの冷却液温度と冷却液流量との関係を記憶する。
【００３７】
温度上限流量演算手段１４は、冷却液温度−上限流量記憶手段１８に記憶された冷却液温度と流量との関係に基づいて、学習機能により冷却液の上限流量を更新して補正する。
【００３８】
次に、図６を参照して、冷却液温度−上限流量記憶手段１８に記憶された内容に基づいて、温度上限流量演算手段１４のテーブルを学習機能により更新して補正する手法について説明する。図６（ａ）は冷却液温度の時間変化の様子を示す図、同図（ｂ）は三方弁開度の時間変化の様子を示す図、同図（ｃ）は冷却液圧力の時間変化の様子を示す図、同図（ｄ）は冷却液の目標流量の時間変化の様子を示す図、同図（ｅ）は燃料電池１の発電出力の時間変化の様子を示す図、同図（ｆ）は冷却液上限流量テーブルにおける上限流量の更新の様子を示す図である。
【００３９】
燃料電池入口の冷却液圧力が許容圧に近い所定圧（＝許容圧−α（α＝一定値））になったとき、図６（ａ）に示すａ点及びｂ点の冷却液温度値と冷却液流量値に基づいて、図６（ｆ）に示すように冷却液上限流量テーブルを更新する。テーブルの初期設定値よりも実際に守るべき上限流量の方が小さい場合には、学習が進んで多くの学習値が得られると上限流量値は、図６（ｆ）に示す破線のような値に収束して学習が完了する。すなわち、冷却系部品のバラツキに対応した上限流量テーブルが完成することになる。
【００４０】
このような、学習機能を採用することで、冷却系部品の経年変化に対しても学習機能が働き、上限流量テーブルがメンテナンスされる。なお、上限流量テーブルの初期設定値よりも実際に守るべき上限流量の方が大きい場合には、学習機能は働かず、冷却液圧力は許容圧以下に守られる。
【００４１】
以上説明したように、実施例２は、冷却液の温度が低いときに三方弁５をラジエタバイパス側に固定して燃料電池１を暖気しているときの制御方法であり、燃料電池入口の冷却液の温度に基づいて冷却液の上限流量を求め、この上限流量、又は燃料電池１の取り出し電力に対応した冷却液の目標流量のいずれか小さい流量を選択し、冷却液の温度において選択した目標流量を得るために必要なポンプ２の回転数を求めるようにしている。これにより、冷却液の温度が低いときには冷却液の流量が少なくなるように制限し、燃料電池内の冷却液の圧力上昇を抑制することができる。
【００４２】
また、実施例２では、冷却液の圧力を検出し、冷却液の圧力が許容値を超えそうなときの冷却液温度と冷却液流量との関係を記憶し、この記憶情報に基づいて学習機能により冷却液上限流量を更新補正するようにしている。これにより、燃料電池１や冷却系部品の圧損の製品ばらつき、圧損の経年変化に対しても冷却液圧力を許容圧以内に抑制することができる。さらに、冷却液の圧力が許容値に近づいた時に冷却液の流量を制限するようにしたので、燃料電池１内の冷却液の圧力を許容圧以下に抑えることができる。
【００４３】
さらに、先の実施例１で説明したように、三方弁５の開度で分流調整を行うような常温域では、冷却液の粘性の温度変化は少なく、圧力の上昇は主に三方弁５の開度に起因するのに対して、実施例２で説明したように、ラジエタバイパス側に三方弁５が固定されているような低温域では、冷却液の粘性の温度変化も大きくなり、かつ三方弁５が固定されていることから、圧力の上昇は温度に起因することになる。したがって、実施例２では、先の実施例１と共に実施することで、すなわち、冷却液の温度域に応じて制御を組み合わせることにより、広い温度域で圧力上昇を抑制することができる。
【実施例３】
【００４４】
図７は本発明の実施例３に係る燃料電池の冷却系制御装置を備えた燃料電池システムの構成を示す図である。図７に示す実施例３の特徴とするところは、先の実施例１に比べて、実施例１の三方弁上限流量演算手段１１に代えて三方弁５の上限開度を演算する三方弁上限開度演算手段１３を設け、三方弁開度−上限流量記憶手段１６に代えて冷却液流量−三方弁上限開度記憶手段１７を設け、冷却液の流量に応じて三方弁５の上限開度を求め、求めた三方弁５の上限開度における冷却液流量に対応したポンプ２の回転数を求め、冷却液の圧力を制御するようにしたことにある。
【００４５】
図７において、三方弁上限開度演算手段１３は、冷却液目標流量生成手段９によって生成された目標流量に基づいて三方弁５の上限開度を演算し、得られた三方弁５の上限開度を三方弁制御手段１０に出力する。
【００４６】
次に、図８に示す制御ブロック図を参照して、冷却液の目標流量ならびに三方弁５の上限開度に基づいたポンプ２の回転数の制御について説明する。
【００４７】
三方弁上限開度演算手段１３では、図８に示すように、冷却液の目標流量が増えるにつれて三方弁５がラジエタ側又はラジエタバイパス側のいずれか圧損の小さい方へ動くようなテーブル（三方弁上限開度テーブル）を設定する。このテーブルは、燃料電池入口の冷却液圧力が許容上限圧力になる冷却液流量と三方弁開度との関係を予め実測し、その実測結果に基づいて設定される。
【００４８】
三方弁制御手段１０は、温度検出手段８によって検出された燃料電池入口の冷却液温度と燃料電池入口の目標冷却液温度との誤差をフィードバックして燃料電池１を調温するための三方弁５の目標開度を演算し、得られた目標開度又は三方弁上限開度演算手段１３で得られた上限開度のいずれか小さい方を選択し、選択した開度を目標開度とする。
【００４９】
冷却液流量制御手段１２は、三方弁５の開度に応じてポンプ２の回転数と冷却液流量との関係を予め実測し、この実測結果に基づいて冷却液の目標流量を達成するためのポンプ２の回転数と冷却液流量（目標流量）との関係をマップとして設定する。冷却液流量制御手段１２は、設定したマップ、ならびに三方弁上限開度演算手段１３で演算された上限開度又は三方弁制御手段で求められた目標開度の選択された開度と、冷却液目標流量生成手段９によって生成された目標流量とに基づいて、ポンプ２の目標回転数を演算する。
【００５０】
冷却液流量−三方弁上限開度記憶手段１７は、圧力検出手段１５によって検出された燃料電池入口の冷却液圧力が許容圧に近い許容圧以下の所定圧になったときの冷却液流量と三方弁開度との関係を記憶する。
【００５１】
三方弁上限開度演算手段１３は、冷却液流量−三方弁上限開度記憶手段１７に記憶された冷却液流量と三方弁上限開度との関係に基づいて、学習機能により三方弁５の上限開度を更新して補正する。
【００５２】
次に、図９を参照して、冷却液流量−三方弁上限開度記憶手段１７に記憶された内容に基づいて、三方弁上限開度演算手段１３のテーブルを学習機能により更新して補正する手法について説明する。図９（ａ）は冷却液温度の時間変化の様子を示す図、同図（ｂ）は三方弁開度の時間変化の様子を示す図、同図（ｃ）は冷却液圧力の時間変化の様子を示す図、同図（ｄ）は冷却液の目標流量の時間変化の様子を示す図、同図（ｅ）は燃料電池１の発電出力の時間変化の様子を示す図、同図（ｆ）は三方弁上限開度テーブルにおける上限開度の更新の様子を示す図である。
【００５３】
燃料電池入口の冷却液圧力が許容圧に近い所定圧（＝許容圧−α（α＝一定値））になったとき、図９（ｂ）に示すａ点及びｂ点の冷却液温度値と三方弁開度値に基づいて、図９（ｆ）に示すように三方弁上限開度テーブルを更新する。テーブルの初期設定値よりも実際に守るべき上限開度の方が小さい場合には、学習が進んで多くの学習値が得られると上限開度値は、図９（ｆ）に示す破線のような値に収束して学習が完了する。すなわち、冷却系部品のバラツキに対応した上限開度テーブルが完成することになる。
【００５４】
このような、学習機能を採用することで、冷却系部品の経年変化に対しても学習機能が働き、上限開度テーブルがメンテナンスされる。なお、上限開度テーブルの初期設定値よりも実際に守るべき上限開度の方が大きい場合には、学習機能は働かず、冷却液圧力は許容圧以下に守られる。
【００５５】
以上説明したように、実施例３は、冷却液目標流量生成手段９で生成された目標流量に基づいて、三方弁上限開度演算手段１３で三方弁上限開度を求め、得られた三方弁上限開度又は三方弁制御手段１０で求めた目標開度を三方弁制御手段１０で選択し、選択された開度において冷却液目標流量生成手段９で生成された目標流量を達成するポンプ２の回転数を冷却液流量制御手段１２で求めるようにしている。すなわち、冷却液流量に応じて三方弁開度を上限開度（圧損が低い側の開度に留まる）に制限するようにしている。これにより、冷却液流路の圧損が低い側の開度に三方弁が留まり、燃料電池内の冷却液の圧力上昇が抑制され、冷却液の圧力を許容圧以下に抑えることができる。なお、三方弁駆動電力を制限することは、三方弁開度を制限することと等価である。
【００５６】
なお、実施例３では、冷却液の圧力上昇を抑制できる一方、圧力を抑制することの副作用として冷却液の温度制御の精度に影響が及ぶことになる。すなわち、実施例３では、冷却液流量は確保できるが、三方弁開度の動作が制限されるため冷却液の調温に影響が及ぶことになる。ラジエタ側流路の圧損の方がラジエタバイパス側流路の圧損よりも小さければ、三方弁５はラジエタ側に開くように制限されるため、冷却液温度は下がるようになる。逆に、ラジエタ側流路の圧損の方がラジエタバイパス側流路の圧損よりも大きければ、三方弁５はラジエタバイパス側に開くように制限されるため、冷却液温度は上がるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池の冷却系制御装置を備えた燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】実施例１における動作制御の様子を示す制御ブロック図である。
【図３】実施例１における冷却液上限流量テーブルの更新の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る燃料電池の冷却系制御装置を備えた燃料電池システムの構成を示す図である。
【図５】実施例２における動作制御の様子を示す制御ブロック図である。
【図６】実施例２における冷却液上限流量テーブルの更新の様子を示す図である。
【図７】本発明の実施例３に係る燃料電池の冷却系制御装置を備えた燃料電池システムの構成を示す図である。
【図８】実施例３における動作制御の様子を示す制御ブロック図である。
【図９】実施例３における三方弁上限開度テーブルの更新の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…燃料電池
２…ポンプ
３…ラジエタ
４…ラジエタファン
５…三方弁
６…燃焼器
７…熱交換器
８…温度検出手段
９…冷却液目標流量生成手段
１０…三方弁制御手段
１１…三方弁上限流量演算手段
１２…冷却液流量制御手段
１３…三方弁上限開度演算手段
１４…温度上限流量演算手段
１５…圧力検出手段
１６…三方弁開度−上限流量記憶手段
１７…冷却液流量−三方弁上限開度記憶手段
１８…冷却液温度−上限流量記憶手段
【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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