(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を流入させて前記燃料電池を冷却し、前記燃料電池を冷却することにより暖められた冷却液を冷却して再び燃料電池に送り込む冷却液循環系と、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
基準となる電圧値から前記電圧検出手段により検出された出力電圧の値を減じた電圧低下量と、前記燃料電池の取出電流値とから、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定する冷却液流量決定手段と、
前記冷却液流量決定手段により決定された量の冷却液を循環させる冷却液循環手段と、を備え、
前記基準となる電圧値は、前記燃料電池から電流を取り出していないときの前記燃料電池の電圧値である
ことを特徴とする燃料電池冷却システム。
【請求項２】
前記燃料電池の取出電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記冷却液流量決定手段は、前記電流検出手段により検出された取出電流の値を、前記燃料電池の取出電流値として、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項３】
前記冷却液流量決定手段は、前記燃料電池から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値を、前記燃料電池の取出電流値として、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項４】
前記燃料電池の取出電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記冷却液流量決定手段は、前記電流検出手段により検出された取出電流の値と前記燃料電池から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値とのうち大きい方を、前記燃料電池の取出電流値として、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項５】
前記冷却液流量決定手段は、前記電圧低下量と前記燃料電池の取出電流値との積から、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項６】
前記燃料電池の取出電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記冷却液流量決定手段は、前記電流検出手段により検出された取出電流の値と前記電圧低下量との積と、前記燃料電池から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値と前記電圧低下量との積とのうち大きい方から、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液循環流量を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項７】
前記冷却液循環系内の冷却液温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記冷却液流量決定手段は、前記温度検出手段により検出された温度が低くなるに従って、決定した冷却液の循環流量を減少させるように補正する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項８】
前記冷却液流量決定手段は、前記燃料電池へのガス供給量が所定流量以上となった時点から所定時間経過したとき以降について、電圧低下量と取出電流値とから、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項９】
前記冷却液流量決定手段は、前記燃料電池へのガス供給量が所定流量未満となるまで、電圧低下量と取出電流値とから、前記冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の発電量を検出し、この発電量に応じて冷却液の流量を調整する燃料電池冷却システムが知られている。この燃料電池冷却システムでは、燃料電池の発電量が大きくなると同様に発熱量が大きくなるため、冷却液の流量を多くするようにしている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０５−０２９０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、燃料電池冷却システムでは、各燃料電池のバラツキや、経年劣化によって出力特性が変化して、発電量及び発熱量に変化が生じる。例えば、経年劣化によって、燃料電池の出力電圧が低下し、同様に発電量は低下するが、発電量が低下したとしても、燃料電池の発電ロスが熱に変わるため発熱量は増加する。
【０００４】
しかし、従来の燃料電池冷却システムでは、上記のように発電ロスにより発熱量が増加する場合であっても、発電量から冷却液の流量を決定するため、本来燃料電池に供給すべき流量よりも少ない冷却液を燃料電池に供給することとなってしまう。
【０００５】
一方、このような事情を考慮して、最初から冷却液の流量を多めにしておくと、冷却液を循環させる冷却液ポンプの消費電力が多くなり、燃料電池の運転効率が低下してしまう。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、燃料電池の冷却に必要な流量を燃料電池に供給しつつも、燃料電池の運転効率の低下を抑制することが可能な燃料電池冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池冷却システムは、燃料電池と、冷却液循環系と、電圧検出手段と、冷却液流量決定手段と、冷却液循環手段とを備えている。燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行うものであり、冷却液循環系は、燃料電池に冷却液を流入させて燃料電池を冷却し、燃料電池を冷却することにより暖められた冷却液を冷却して再び燃料電池に送り込むものである。電圧検出手段は、燃料電池の出力電圧を検出するものであり、冷却液流量決定手段は、基準となる電圧値から電圧検出手段により検出された出力電圧の値を減じた電圧低下量と、燃料電池の取出電流値とから、冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定するものである。冷却液循環手段は、冷却液流量決定手段により決定された量の冷却液を循環させるものである。基準となる電圧値は、燃料電池から電流を取り出していないときの燃料電池の電圧値である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基準となる電圧値から検出された出力電圧の値を減じた電圧低下量と、燃料電池の取出電流値とから、冷却液循環系にて循環させる冷却液の循環流量を決定することとしている。ここで、燃料電池の電圧低下量と燃料電池の取出電流値とから燃料電池の発熱量を推定することができる。例えば、電圧低下量と燃料電池の取出電流値との積から発熱量を推定することができる。このため、電圧低下量と燃料電池の取出電流値とから冷却液の循環流量を決定することで、供給すべき流量の冷却液を燃料電池に提供することができる。また、供給すべき流量の冷却液を燃料電池に提供するため、燃料電池の運転効率の低下にもつながらない。従って、燃料電池の冷却に必要な流量を燃料電池に供給しつつも、燃料電池の運転効率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において同一または同様の要素には同一の符号を付して重複する説明を省略するものとする。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池冷却システムの構成図である。図１に示すように、燃料電池冷却システム１は、燃料電池１０と、冷却液循環系２０と、電圧センサ（電圧検出手段）３０と、パワーマネージャー４０と、冷却液流量決定部（冷却液流量決定手段）５０と、ポンプ制御部６０とからなっている。
【００１１】
燃料電池１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行うものであり、燃料極と酸化剤極とを有している。燃料極には燃料ガスである水素ガスが供給され、酸化剤極には酸化剤ガスである酸素（空気）が供給され、以下の電気化学反応により発電が行われる。また、燃料極と酸化剤極とは電解質を挟んで重ね合わされて発電セルを構成している。このため、燃料電池１０は、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造となっている。 
燃料極  ：Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−
酸化剤極：２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  ＋（１／２）Ｏ２  →Ｈ２Ｏ
【００１２】
冷却液循環系２０は、燃料電池１０を冷却すべく冷却液を循環させるものであって、燃料電池１０に冷却液を流入させて燃料電池１０を冷却し、燃料電池１０を冷却することにより暖められた冷却液を冷却して再び燃料電池１０に送り込む構成となっている。具体的に冷却液循環系２０は、冷却液循環配管２１と、ラジエタ２２と、ラジエタファン２３と、ポンプ（冷却液循環手段）２４とを有している。
【００１３】
冷却液循環配管２１は、燃料電池１０からラジエタ２２を介して再び燃料電池１０に冷却液を循環させる流路となるものである。ラジエタ２２は、燃料電池１０を冷却したことにより温度上昇した冷却液を冷却するものである。ラジエタファン２３は、ラジエタ２２に送風してラジエタ２２の熱交換を促進させるためのものである。ポンプ２４は、冷却液循環配管２１上に設けられ、冷却液循環配管２１の冷却液を循環させるものである。
【００１４】
このような構成であるため、冷却液は、ポンプ２４によって冷却液循環配管２１を通じて燃料電池１０及びラジエタ２２の間を循環させられることとなる。また、燃料電池１０にて暖められて排出された冷却液は、冷却液循環配管２１を通じてラジエタ２２に至り、ラジエタ２２にて冷却される。そして、ラジエタ２２にて冷却された冷却液は、再び冷却液循環配管２１を通じて燃料電池１０に至り、燃料電池１０を冷却することとなる。
【００１５】
電圧センサ３０は、燃料電池１０の出力電圧を検出するものである。パワーマネージャー（以下ＰＭと略す）４０は、燃料電池１０から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値の情報を入力し、入力した目標取出電流値に従って、燃料電池１０から電流を取り出すものである。
【００１６】
冷却液流量決定部５０は、燃料電池１０の電圧低下量と取出電流値とから燃料電池１０の発熱量を推定し、冷却液循環系２０において循環させる冷却液の循環流量を決定するものである。ここで、電圧低下量は、初期電圧（基準となる電圧）から電圧センサ３０により検出された電圧値を減じたものであり、取出電流値は本実施形態では燃料電池１０から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値である。
【００１７】
図２は、図１に示した冷却液流量決定部５０の説明図である。なお、図２において縦軸は出力電圧を示し、横軸は取出電流を示している。同図に示すように、燃料電池１０には電流−電圧特性があり、燃料電池１０から電流を取り出すと電圧値が低下する。この電圧低下は発熱量と相関があるため、冷却液流量決定部５０は、この電圧低下量と取り出す電流の値とから、発熱量を推定することができる。具体的に冷却液流量決定部５０は、電圧低下量と取出電流値との積から発熱量を推定することができる。
【００１８】
なお、電圧低下量を求める際の初期電圧は、例えば燃料電池１０から電流を取り出していないときの燃料電池１０の電圧値、または無負荷状態における燃料電池１０の電圧値であることが望ましい。これらの電圧値であると、基準電圧をもとに電圧低下量を求め易いためである。なお、初期電圧は特にこれらに限られるものではない。
【００１９】
以上、冷却液流量決定部５０は、電圧低下量と取出電流値との積から発熱量を推定し、推定した発熱量をもとに、冷却液循環系２０において循環させる冷却液の循環流量を決定する。
【００２０】
ポンプ制御部６０は、冷却液流量決定部５０により決定された流量の冷却液を循環させるように、ポンプ２４の回転数を制御するものである。このポンプ制御部６０は、冷却液流量決定部５０により決定された流量からポンプ２４の回転数を求めるテーブルを記憶しており、テーブルに基づいてポンプ２４の回転数を決定する。このテーブルは、冷却液循環配管２１の圧損とポンプ２４のＰＱ特性とに基づいて作成される。また、テーブルは、ポンプ回転数に応じた循環流量の実測結果に基づいて作成されてもよい。
【００２１】
次に、燃料電池冷却システム１の動作を説明する。図３は、燃料電池冷却システム１の動作を示す説明図である。図３に示すように、冷却液流量決定部５０は、ＰＭ４０が取り出すべき目標取出電流値の情報と、電圧センサ３０により検出された燃料電池１０の出力電圧値の情報とを入力する。
【００２２】
次に、冷却液流量決定部５０は、初期電圧から、電圧センサ３０により検出された出力電圧値を減じ、電圧低下量を求める。次いで、冷却液流量決定部５０は、電圧低下量と、目標取出電流値との積から発熱量を推定する。
【００２３】
ここで、冷却液流量決定部５０は、燃料電池の発熱量（ｋＷ）から、冷却液の循環流量（Ｌ／ｍｉｎ）を求めるテーブルを予め記憶しており、推定した発熱量をこのテーブルに当てはめることにより、冷却液の循環流量を求める。そして、冷却液流量決定部５０は、求めた冷却液の循環流量の情報を、ポンプ制御部６０に送信する。
【００２４】
ポンプ制御部６０は、冷却液の循環流量からポンプ２４の回転数を求めるテーブルを記憶しており、入力した循環流量の情報をこのテーブルに当てはめることにより、ポンプ２４の回転数を求める。そして、ポンプ制御部６０は、求めた回転数に従ってポンプ２４の回転数を制御する。これにより、ポンプ２４は、冷却液流量決定部５０により決定された量の冷却液を循環させることとなる。
【００２５】
なお、冷却液流量決定部５０は、実際に取り出した電流値でなく、燃料電池１０から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値に基づいて発熱量を推定する。これにより、早期に目的とする循環流量に到達させることができる。
【００２６】
ここで、取出電流の増加時において、実際の取出電流値は、目標取出電流値よりも僅かならが遅れて変化する。すなわち、実際の取出電流値よりも目標取出電流値の方が先に上昇する。このため、実際の取出電流値に基づいて冷却液の循環流量を決定するよりも、目標取出電流値に基づいて冷却液の循環流量を決定する方が早期に目的とする循環流量に到達させることができる
次に、経年劣化によって燃料電池１０の出力特性が変化した場合を説明する。図４は、燃料電池１０の出力特性及び冷却液の循環流量等を示す説明図であり、（ａ）は取出電流値を一定とした場合における劣化時及び正常時（非劣化時）の発熱量の相違を示し、（ｂ）は取出電流値を一定とした場合における劣化時及び正常時（非劣化時）の冷却液の循環流量の相違を示している。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、劣化時には燃料電池１０の出力特性が悪化し、取出電流が同じであっても正常時より出力電圧値が低くなる。このため、仮に取出電流の値に応じて冷却液の循環流量を決定した場合、燃料電池１０の劣化時に適切な量の冷却液を循環させることができなくなる。
【００２８】
ところが、本実施形態では、電圧低下量と目標取出電流との積から発熱量を推定し、推定した発熱量から冷却液の循環流量を求めている。このため、図４（ｂ）に示すように、冷却液流量決定部５０は、正常時においては正常時の発熱量ａに応じた循環流量に決定し、劣化時においては劣化時の発熱量ａ＋ｂに応じた循環流量に決定することとなる。
【００２９】
故に、本実施形態では、燃料電池１０の劣化時においても、供給すべき流量の冷却液を燃料電池１０に提供することができる。また、供給すべき流量の冷却液を燃料電池１０に提供するため、冷却液の循環流量を予め多めにする必要がなく、燃料電池１０の運転効率の低下にもつながらなくなっている。
【００３０】
図５は、燃料電池１０の出力特性及び冷却液の循環流量等を示す説明図であり、（ａ）は正常時（非劣化時）の発熱量の例を示し、（ｂ）は（ａ）と発電量を同じとした場合の劣化時の発熱量の例を示し、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）の例での冷却液の循環流量を示している。
【００３１】
上記したように、発熱量は電圧低下量と取出電流値との積から求められる。図５（ａ）に示す例では発熱量はａとなっている。ここで、発電電力は出力電圧値と取出電流値との積から求められ、図５（ｂ）では図５（ａ）の例と同じ発電電力であるが、燃料電池１０が経年劣化している分だけ、発熱量が図５（ａ）の例よりも多くなっている。
【００３２】
ここで、従来のように発電量に応じて冷却液の循環流量を決定すると、劣化時と正常時との発電量が同じであるため、冷却液の循環流量は劣化時と正常時とで同じになる。ところが、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、電力量が同じであっても、正常時の発熱量がａであるのに対し、劣化時の発熱量はｃ（ｃ＞ａ）となり、劣化時の発熱量が高いことがわかる。従って、従来技術では適切に冷却液の循環流量を適切とできない。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、発熱量を推定し、推定した発熱量から冷却液循環流量を決定するため、たとえ図５（ａ）及び（ｂ）に示すように電力量が同じであっても、発熱量ａ，ｃの相違から適切な冷却液の循環流量を決定することができる。
【００３４】
故に、本実施形態では、供給すべき流量の冷却液を燃料電池１０に提供することができる。また、供給すべき流量の冷却液を燃料電池１０に提供するため、冷却液の循環流量を予め多めにする必要がなく、燃料電池１０の運転効率の低下にもつながらなくなっている。
【００３５】
このようにして、第１実施形態に係る燃料電池冷却システムによれば、初期電圧値から出力電圧値を減じた電圧低下量と、燃料電池１０の取出電流値とから、冷却液循環系２０にて循環させる冷却液の循環流量を決定することとしている。ここで、燃料電池１０の電圧低下量と燃料電池１０の取出電流値とから燃料電池の発熱量を推定することができる。例えば、電圧低下量と燃料電池の取出電流値との積から発熱量を推定することができる。このため、電圧低下量と取出電流値とから冷却液の循環流量を決定することで、供給すべき流量の冷却液を燃料電池１０に提供することができる。また、供給すべき流量の冷却液を燃料電池１０に提供するため、燃料電池１０の運転効率の低下にもつながらない。従って、燃料電池１０の冷却に必要な流量を燃料電池１０に供給しつつも、燃料電池１０の運転効率の低下を抑制することができる。
【００３６】
また、燃料電池１０から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値を、上記燃料電池１０の取出電流値として、冷却液循環系２０にて循環させる冷却液の循環流量を決定することとしている。ここで、取出電流の増加時においては、実際の取出電流値よりも目標取出電流値の方が先に上昇する。このため、目標取出電流値に基づいて冷却液の循環流量を決定する方が、実際の取出電流値に基づいて冷却液の循環流量を決定するよりも早期に目的とする流量に到達させることができる。
【００３７】
また、基準電圧は、燃料電池１０から電流を取り出していないときの燃料電池１０の電圧値または無負荷状態における燃料電池１０の電圧値としている。このため、基準電圧をもとに電圧低下量を求め易く、冷却液の循環流量を正確に決定することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る燃料電池冷却システムは、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。
【００３９】
図６は、第２実施形態に係る燃料電池冷却システム２の構成図である。図６に示すように、第２実施形態において燃料電池冷却システム２は、新たに電流センサ（電流検出手段）７０を備えている。電流センサ７０は、燃料電池１０から実際に取り出される電流の値を検出するものである。また、電流センサ７０を備えるため、燃料電池冷却システム２は、図７に示すような動作を行う。
【００４０】
図７は、第２実施形態に係る燃料電池冷却システム２の動作を示す説明図である。図７に示すように、冷却液流量決定部５０は、ＰＭ４０が取り出すべき目標取出電流値の情報と、電流センサ７０により検出された取出電流値とを比較し、大きい方を選択する。そして、目標取出電流値と実際の取出電流値との大きい方と、電圧低下量との積から発熱量を推定するようになっている。これにより、循環流量は図８に示すように変化することとなる。
【００４１】
図８は、目標取出電流値と実際の取出電流値とによる制御の相違を示すタイムチャートであり、（ａ）は電流値の相違を示し、（ｂ）は冷却液の循環流量の相違を示している。冷却液流量決定部５０は目標取出電流値と実際の取出電流値との大きい方を選択する。このため、図８（ａ）に示すように、冷却液流量決定部５０は取出電流の増加時において目標取出電流を選択し、取出電流の減少時において実際の取出電流値を選択することとなる。
【００４２】
これにより、取出電流の増加時においては、第１実施形態において説明したように、早期に目的となる流量に到達させることができる。一方、取出電流の減少時においては、早期に循環流量を低下させて発熱量よりも低い熱量しか冷却できなくなってしまうことを防止している。
【００４３】
このようにして、第２実施形態に係る燃料電池冷却システム２によれば、第１実施形態と同様に、燃料電池１０の冷却に必要な流量を燃料電池１０に供給しつつも、燃料電池１０の運転効率の低下を抑制することができる。また、基準電圧をもとに電圧低下量を求め易く、冷却液の循環流量を正確に決定することができる。
【００４４】
さらに、第２実施形態によれば、電流センサ７０により検出された取出電流値と燃料電池１０から取り出すべき電流値を示す目標取出電流値とのうち大きい方を、上記燃料電池１０の取出電流値として、発熱量を推定し、冷却液循環系２０にて循環させる冷却液の循環流量を決定することとしている。ここで、取出電流の増加時においては実際の取出電流値よりも目標取出電流値の方が先に上昇するので、早期に目的とする流量に到達させることができる。一方、取出電流の減少時においては実際の取出電流値よりも目標取出電流値の方が先に減少するので、実際の取出電流値に基づいて冷却液の循環流量を決定することとなる。これにより、発熱量よりも低い熱量しか冷却できなくなってしまうことを防止することができる。
【００４５】
なお、上記に代えて電流センサ７０により検出された取出電流値と電圧低下量との積と、目標取出電流値と電圧低下量との積とのうち大きい方から、発熱量を推定し、冷却液循環系２０にて循環させる冷却液循環流量を決定するようにしてもよい。これによっても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、第２実施形態では、目標取出電流値と実際の取出電流値との大きい方を選択することとしているが、実際の取出電流値のみから発熱量を求めるようにすることで、燃料電池１０での発熱量よりも低い熱量しか冷却できなくなってしまうことについては防止することができる。
【００４７】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る燃料電池冷却システムは、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。
【００４８】
図９は、第３実施形態に係る燃料電池冷却システム３の構成図である。図９に示すように、第３実施形態において燃料電池冷却システム３は、新たに温度センサ（温度検出手段）８０を備えている。温度センサ８０は、冷却液循環系２０内の冷却液温度を検出するものである。また、温度センサ８０を備えるため、第３実施形態に係る冷却液流量決定部５０は、温度センサ８０により検出された温度が低くなるに従って、決定した冷却液の循環流量を減少させるように補正する。
【００４９】
図１０は、図９に示した冷却液流量決定部５０の説明図である。なお、図１０において縦軸は出力電圧を示し、横軸は取出電流を示している。同図に示すように、冷却液温度が低い場合、すなわち燃料電池１０自体の温度が低い場合には、電圧低下量が大きくなる。このため、発熱量についても大きくなる。従って、温度センサ８０により検出された温度が低くなるに従って循環流量を増加させることが適切かのようにも考えられる。しかし、燃料電池１０が低温である場合、燃料電池１０を早期に暖めることが望ましく、冷却液の循環流量をあまりに大きくすべきでない。このため、冷却液温度が低くなるに従って循環流量を減少させるように補正することで、燃料電池１０の暖機を促進させるようにしている。
【００５０】
図１１は、第３実施形態に係る燃料電池冷却システム３の動作を示す説明図である。図１１に示すように、冷却液流量決定部５０は、予め冷却液温度と補正係数との相関を示すテーブルを記憶している。この補正係数とは、決定した循環流量を補正するための係数である。また、上記テーブルは、冷却液温度がＴ０である場合に補正係数が「１」を示し、冷却液温度がＴ０から低くなるに従って補正係数が「１」から徐々に小さい値を示し、冷却液温度がＴ０から高くなるに従って補正係数が「１」から徐々に大きい値を示すようになっている。なお、温度Ｔ０は、燃料電池１０の理想的な運転温度としておくことが望ましい。
【００５１】
このため、冷却液温度が低温である場合（温度Ｔ０よりも低い場合）、補正係数は「１」未満となり、決定した循環流量が小さくなるように補正されることとなる。他方、冷却液温度が高温である場合（温度Ｔ０よりも高い場合）、補正係数は「１」を超える値となり、決定した循環流量が大きくなるように補正されることとなる。
【００５２】
このようにして、第３実施形態に係る燃料電池冷却システム３によれば、第１実施形態と同様に、燃料電池１０の冷却に必要な流量を燃料電池１０に供給しつつも、燃料電池１０の運転効率の低下を抑制することができる。また、早期に目的とする流量に到達させることができ、冷却液の循環流量を正確に決定することができる。
【００５３】
さらに、第３実施形態によれば、温度センサ８０により検出された温度が低くなるに従って、決定した冷却液の循環流量を減少させるように補正することとしている。ここで、燃料電池１０は低温時において電圧値が低下し発熱量が大きくなるが、低温時では燃料電池１０を早期に暖めることが望ましく、冷却液の循環流量をあまりに大きくすべきでない。このため、温度が低くなるに従って循環流量を減少させるように補正することで、燃料電池１０の暖機を促進させることができる。
【００５４】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態に係る燃料電池冷却システムは、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。
【００５５】
図１２は、第４実施形態に係る燃料電池冷却システム４の構成図である。図１２に示すように、第４実施形態において燃料電池冷却システム４は、冷却液流量決定部５０が新たに供給目標ガス流量の情報を取り込むようになっている。また、第４実施形態に係る冷却液流量決定部５０は、燃料電池１０の燃料極及び酸化剤極に供給すべきガスの流量を示す供給目標ガス流量の情報に基づいて、第１実施形態のように発熱量を推定して冷却液の循環流量を求める第１モードと、冷却液の循環流量を固定とする第２モードとを切り替えるようになっている。
【００５６】
図１３は、第４実施形態に係る燃料電池冷却システム４の動作を示す説明図である。図１３に示すように、冷却液流量決定部５０は、供給目標ガス流量の情報を入力する。そして、冷却液流量決定部５０は、燃料電池１０へガスが供給されて供給目標ガス流量（燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方）が所定値以上となり所定時間経過すると第１モードとし、それ以外の場合には第２モードとする。
【００５７】
図１４は、第４実施形態に係る燃料電池冷却システム４の動作を説明するタイムチャートである。まず、時刻０において燃料電池システムの起動が開始されたとする。この燃料電池システムの起動直後では、燃料電池１０の出力電圧は当然に低い値となっているため、この低い電圧値に基づいて冷却液の循環流量を決定すると、冷却液の循環流量が不正確となってしまう。このため、冷却液流量決定部５０は、第２モードとし、冷却液の循環流量を固定とする。
【００５８】
次に、時刻ｔ１において燃料電池１０へのガス供給が開始されたとする。そして、所定時間経過し、時刻ｔ２となったとする。このとき、ガス供給が開始してから所定時間経過したため、冷却液流量決定部５０は、第１モードに切り替え、燃料電池１０の発熱量を推定し、推定した発熱量から冷却液の循環流量を決定する。
【００５９】
そして、時刻ｔ３においてガス供給が停止したとする。このとき、冷却液流量決定部５０は、ガス供給停止により第２モードに切り替え、冷却液の循環流量を固定とする。その後、燃料電池システムの停止が完了する。
【００６０】
なお、上記では、ガスが供給されて所定時間経過したときに第１モードに切り替えているが、これに限らず、ガス供給量が所定流量（流量「０」を含む）以上となってから所定時間経過したときに第１モードに切り替えるようにしてもよい。また、上記では、ガス供給が停止したときに第２モードに切り替えているが、これに限らず、ガス供給量が所定流量（流量「０」を含む）未満となったときに第２モードに切り替えるようにしてもよい。
【００６１】
このようにして、第４実施形態に係る燃料電池冷却システム４によれば、第１実施形態と同様に、燃料電池１０の冷却に必要な流量を燃料電池１０に供給しつつも、燃料電池１０の運転効率の低下を抑制することができる。また、早期に目的とする流量に到達させることができ、冷却液の循環流量を正確に決定することができる。
【００６２】
さらに、第４実施形態によれば、燃料電池１０へのガス供給量が所定流量以上となった時点から所定時間経過したとき以降について、電圧低下量と取出電流値とから、冷却液循環系２０にて循環させる冷却液の循環流量を決定することとしている。例えば、燃料電池システムの起動直後では、燃料電池１０の出力電圧は低い値となっているため、この低い電圧値に基づいて冷却液の循環流量を決定すると、冷却液の循環流量が不正確となってしまう。このため、燃料電池１０へのガス供給量が所定流量以上となった時点から所定時間経過したとき以降について、電圧低下量に基づく循環流量を決定することで、適切に冷却液を燃料電池１０に提供することができる。
【００６３】
また、燃料電池１０へのガス供給量が所定流量未満となるまで、電圧低下量と取出電流値とから、冷却液循環系２０にて循環させる冷却液の循環流量を決定することとしている。例えば、燃料電池システムを停止させる場合、システム停止前に燃料電池１０へのガス供給を停止させるため、燃料電池１０へのガス供給量が所定流量未満となることが通常である。よって、燃料電池１０の出力電圧は低い値となる。ここで、燃料電池システムの停止直前において得られる低い電圧値に基づいて冷却液の循環流量を決定すると、冷却液の循環流量が不正確となってしまう。従って、燃料電池へのガス供給が停止し出力電圧が下降するまで、冷却液の循環流量を決定することで、適切に冷却液を燃料電池に提供することができる。
【００６４】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池冷却システムの構成図である。
【図２】図１に示した冷却液流量決定部の説明図である。
【図３】燃料電池冷却システムの動作を示す説明図である。
【図４】燃料電池の出力特性及び冷却液の循環流量等を示す説明図であり、（ａ）は取出電流値を一定とした場合における劣化時及び正常時（非劣化時）の発熱量の相違を示し、（ｂ）は取出電流値を一定とした場合における劣化時及び正常時（非劣化時）の冷却液の循環流量の相違を示している。
【図５】燃料電池の出力特性及び冷却液の循環流量等を示す説明図であり、（ａ）は正常時（非劣化時）の発熱量の例を示し、（ｂ）は（ａ）と発電量を同じとした場合の劣化時の発熱量の例を示し、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）の例での冷却液の循環流量を示している。
【図６】第２実施形態に係る燃料電池冷却システムの構成図である。
【図７】第２実施形態に係る燃料電池冷却システムの動作を示す説明図である。
【図８】目標取出電流値と実際の取出電流値とによる制御の相違を示すタイムチャートであり、（ａ）は電流値の相違を示し、（ｂ）は冷却液の循環流量の相違を示している。
【図９】第３実施形態に係る燃料電池冷却システムの構成図である。
【図１０】図９に示した冷却液流量決定部の説明図である。
【図１１】第３実施形態に係る燃料電池冷却システムの動作を示す説明図である。
【図１２】第４実施形態に係る燃料電池冷却システムの構成図である。
【図１３】第４実施形態に係る燃料電池冷却システムの動作を示す説明図である。
【図１４】第４実施形態に係る燃料電池冷却システムの動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１〜４…燃料電池冷却システム
１０…燃料電池
２０…冷却液循環系
２１…冷却液循環配管
２２…ラジエタ
２３…ラジエタファン
２４…ポンプ（冷却液循環手段）
３０…電圧センサ（電圧検出手段）
４０…パワーマネージャー
５０…冷却液流量決定部（冷却液流量決定手段）
６０…ポンプ制御部
７０…電流センサ（電流検出手段）
８０…温度センサ（温度検出手段）
【図１】
0005210490.tif 000002
【図２】
0005210490.tif 000003
【図３】
0005210490.tif 000004
【図４】
0005210490.tif 000005
【図５】
0005210490.tif 000006
【図６】
0005210490.tif 000007
【図７】
0005210490.tif 000008
【図８】
0005210490.tif 000009
【図９】
0005210490.tif 000010
【図１０】
0005210490.tif 000011
【図１１】
0005210490.tif 000012
【図１２】
0005210490.tif 000013
【図１３】
0005210490.tif 000014
【図１４】
0005210490.tif 000015