(57)【要約】【課題】冷却水の導電率が上昇することによる燃料電池の性能低下や損傷を抑制すると共に燃料電池システムの次回の起動時間を短縮する。【解決手段】運転停止時、燃料電池システム制御装置１０が、所定時間経過する度毎に二次電池７の蓄電電力を利用して冷却水ポンプ４を駆動することにより、イオン交換フィルター６に冷却水を循環させ、冷却水の導電率を低減させる。これにより、運転停止時に冷却水の導電率が上昇することによる燃料電池２の性能低下や損傷を抑制することができる。またこの結果、次回起動時に、冷却水の導電率を低減するための処理を行う必要がなくなるので、燃料電池システム１の起動時間を短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池を経由する冷却水循環流路に冷却水を循環させることにより燃料電池を冷却する冷却水ポンプと、
前記冷却水循環流路に設けられ、内部を通過する冷却水に含まれるイオンを捕捉することにより冷却水の導電率を低減するイオン交換フィルターと、
前記燃料電池の発電電力を蓄電する二次電池と、
システム停止時、所定時間経過する度毎に前記二次電池の蓄電電力を利用して前記冷却水ポンプを駆動する制御装置と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記冷却水循環流路中の冷却水の導電率を検出する導電率計を備え、
前記制御装置は、前記導電率計により検出された導電率が所定値以下になったタイミングで前記冷却水ポンプの駆動を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記冷却水の導電率が所定閾値以上、又は、前記二次電池の充電量が所定値以下である場合、燃料電池システムの起動を促す、又は、前記イオン交換フィルターの機能低下を警告することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池を経由する冷却水循環流路に冷却水を循環させることにより燃料電池を冷却する冷却水ポンプと、冷却水循環流路に設けられ、内部を通過する冷却水に含まれるイオンを捕捉することにより冷却水の導電率を低減するイオン交換フィルターと、燃料電池の発電電力を蓄電する二次電池とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
システム停止時、所定時間経過する度毎に前記二次電池の蓄電電力を利用して前記冷却水ポンプを駆動するステップ
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に冷却水を循環させることにより燃料電池を冷却する冷却系を備える燃料電池システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素に伴う地球温暖化に対する対策の一つとして、クリーンな排気及び高エネルギー効率運転を可能にする燃料電池技術が注目されている。中でも、電解質膜として固体高分子膜を用いる固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易である上に高い出力密度を有することから、自動車等の移動体の駆動動力源としての用途が期待されている。ところで、燃料電池は発電反応に伴い発熱することから、一般に、燃料電池システムには燃料電池に純水等の冷却水を循環させることにより燃料電池を冷却する冷却系が備えられている。ところが、このような燃料電池システムでは、燃料電池や配管からのイオン溶出によって冷却水の導電率が所定値以上になった場合、燃料電池内部で短絡が生じ、漏電や電極触媒の劣化が生じたり、燃料電池と冷却系との間の絶縁性を確保できなくなることがある。このような背景から、従来の燃料電池システムは、イオン交換フィルターによって冷却水中のイオンを捕捉することにより冷却水の導電率を低減し、冷却水の導電率を所定値以下に維持するようにしている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１６８１７号公報
【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、従来の燃料電池システムは、燃料電池の発電電力を利用して冷却水ポンプを駆動し、この冷却水ポンプによってイオン交換フィルターに冷却水を循環させることにより、冷却水の導電率を低減するように構成されているために、燃料電池の発電停止時は冷却水の導電率を低減することができない。すなわち、従来の燃料電池システムでは、運転停止後は、再起動時まで冷却水の導電率を低減することができない。
【０００４】
従って、従来の燃料電池システムによれば、運転停止時、冷却水の導電率が上昇することによる燃料電池の性能低下や損傷を抑制することはできない。またこの結果、次回起動時には、冷却水の導電率を低減するための処理時間が必要となるので、燃料電池システムの起動時間が長くなる。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却水の導電率が上昇することによる燃料電池の性能低下や損傷を抑制すると共に次回の起動時間を短縮することが可能な燃料電池システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システム及びその制御方法は、システム停止時、所定時間経過する度毎に二次電池の蓄電電力を利用して冷却水ポンプを駆動する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システム及びその制御方法によれば、システム停止時、イオン交換フィルターに冷却水を循環させ、冷却水の導電率を低減させることができるので、冷却水の導電率が上昇することによる燃料電池の性能低下や損傷を抑制すると共に次回の起動時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成と動作について説明する。
【０００９】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の実施形態となる燃料電池システム１は、車両の駆動動力源として使用され、図１に示すように、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池２を備える。なお、燃料電池２は、燃料極と酸化剤極により挟持された電解質膜を備え、本実施形態では、この電解質膜は、高エネルギー密度化，低コスト化，及び軽量化を考慮して、固体高分子電解質膜により形成されている。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等のイオン（プロトン）伝導性を有する高分子膜から成るものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。また、燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池２全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。
【００１０】
〔燃料極〕    Ｈ2 →  ２Ｈ+  ＋２ｅ-               …（１）
〔酸化剤極〕  1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ-  → Ｈ2Ｏ     …（２）
〔全体〕      Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2     → Ｈ2Ｏ           …（３）
また、上記燃料電池システム１は、冷却系として、冷却水循環流路３を介して燃料電池２に冷却水を循環させる冷却水ポンプ４と、冷却水循環流路３中の冷却水を冷却するラジエータ５と、冷却水循環流路３を構成する配管や燃料電池２から冷却水中に溶出したイオンを捕捉することにより冷却水の導電率を低減するイオン交換フィルター６とを備える。また、上記燃料電池システム１は、燃料電池２により発電された余剰電力や車両からの回生電力を蓄電する複数の単セルから成る二次電池７と、二次電池７から出力される電力の電圧を調整して冷却水ポンプ４に供給する電圧昇降圧器８と、冷却水循環流路３中の冷却水の導電率を検出する導電率計（Ｉｏｎ）９とを備える。
【００１１】
また、上記燃料電池システム１は、制御系として、燃料電池システム１全体の動作を制御する燃料電池システム制御装置１０と、燃料電池システム制御装置１０からの指示に従って二次電池７から冷却水ポンプ４への電力供給量を制御する二次電池制御装置１１とを備える。なお、本実施形態では、二次電池制御装置１１は二次電池７を構成する単セル間の電圧バラツキを補正するための内部抵抗を有する。また、上記燃料電池システム１は、燃料電池システム制御装置１０からの指示に従って、燃料電池システム１の管理者や操作者側に設けられた携帯端末等のデータ受信装置１４に中継局１３を介して各種信号を無線送信するデータ送信装置１２を備える。
【００１２】
そして、このような構成を有する燃料電池システム１では、運転停止時、燃料電池システム制御装置１０が以下に示す停止時制御処理を実行することにより、冷却水の導電率が上昇することによる燃料電池２の性能低下や損傷を抑制すると共に燃料電池システム１の次回の起動時間を短縮する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この停止時制御処理を実行する際の燃料電池システム制御装置１０の動作について詳しく説明する。
【００１３】
〔停止時制御処理〕
図２に示すフローチャートは、燃料電池システム１の運転が停止してから所定時間経過したタイミングで開始となり、停止時制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この停止時制御処理は前回の停止時制御処理終了後から所定時間経過する度毎に繰り返し実行される。また、この所定時間は、冷却水の導電率が燃料電池２に影響を及ぼす導電率になるまでの冷却水ポンプ４の駆動停止時間及び冷却水の導電率が燃料電池２に影響を及ぼさない導電率以下になるまでの冷却水ポンプ４の駆動時間を予め実験により測定し、測定された時間に基づいて設定される。
【００１４】
ステップＳ１の処理では、燃料電池システム制御装置１０が、二次電池７の充電量が所定値以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、二次電池７の充電量が所定値以下である場合、燃料電池システム制御装置１０は、冷却水ポンプ４の駆動が困難であると判断し、停止時制御処理をステップＳ３の処理に進める。一方、二次電池７の充電量が所定値以下でない場合には、燃料電池システム制御装置１０は、冷却水ポンプ４の駆動が可能であると判断し、停止時制御処理をステップＳ２の処理に進める。なお、本実施形態では、上記所定値として二次電池７の放電限界閾値より大きな任意の充電量を設定する。
【００１５】
ステップＳ２の処理では、燃料電池システム制御装置１０が、導電率計９を利用して冷却水循環流路３中の冷却水の導電率を検出し、冷却水の導電率が所定閾値以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、冷却水の導電率が所定閾値以上である場合、燃料電池システム制御装置１０は、冷却水ポンプ４の駆動により導電率を所定値以下に低減させることが困難であると判断し、停止時制御処理をステップＳ３の処理に進める。一方、冷却水の導電率が所定閾値以上でない場合には、燃料電池システム制御装置１０は、冷却水ポンプ４の駆動により導電率を所定値以下に低減させることが可能であると判断し、停止時制御処理をステップＳ４の処理に進める。
【００１６】
ステップＳ３の処理では、燃料電池システム制御装置１０が、データ送信装置１２を利用して、燃料電池システム１の起動を促す信号又はイオン交換フィルター６の機能が低下している旨を示す信号をデータ受信装置１４に送信し、燃料電池システム１の管理者や操作者に対して燃料電池システム１の起動又はイオン交換フィルター６の交換を促す。
【００１７】
このような処理によれば、燃料電池システム１を起動することにより燃料電池２の発電電力を利用して冷却水ポンプ４を駆動することが可能になり、またイオン交換フィルター６を交換することにより冷却水の導電率を所定閾値以下に低減させることができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の停止時制御処理は終了する。
【００１８】
ステップＳ４の処理では、燃料電池システム制御装置１０が、二次電池制御装置１１を制御することにより二次電池７の充電電力を電圧昇降圧器８を介して冷却水ポンプ４に供給し冷却水ポンプ４を駆動する。このような処理によれば、冷却水循環流路３中の冷却水をイオン交換フィルター６に循環させ、イオン交換フィルター６によって冷却水に含まれるイオンを捕捉することにより、冷却水の導電率を低下させることができる。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、停止時制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ５の処理では、燃料電池システム制御装置１０が、導電率計９を利用して冷却水循環流路３中の冷却水の導電率を検出し、冷却水の導電率が所定値以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、冷却水の導電率が所定値以下でない場合、燃料電池システム制御装置１０は停止時制御処理をステップＳ４の処理に戻す。一方、冷却水の導電率が所定値以下である場合には、燃料電池システム制御装置１０は、冷却水ポンプ４の駆動を停止制御し、一連の停止時制御処理を終了する。
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる燃料電池システム１では、運転停止時、燃料電池システム制御装置１０が、所定時間経過する度毎に二次電池７の蓄電電力を利用して冷却水ポンプ４を駆動することにより、イオン交換フィルター６に冷却水を循環させ、冷却水の導電率を低減させるので、運転停止時に冷却水の導電率が上昇することによる燃料電池２の性能低下や損傷を抑制することができる。またこの結果、次回起動時に、冷却水の導電率を低減するための処理を行う必要がなくなるので、燃料電池システム１の起動時間を短縮することができる。
【００２１】
また、燃料電池システム制御装置１０は、冷却水の導電率ではなく所定時間が経過したか否かに応じて冷却水ポンプ４の始動を判断するので、必ずしも導電率計９がなくても運転停止時に冷却水の導電率を低減させることができる。また、一般に、冷却水へのイオン溶出は、冷却水循環流路３からよりも燃料電池２の内部からの方が多いので、導電率計９が冷却水循環流路３側に設けられている場合であっても、運転停止時に冷却水の導電率を低減させることができる。
【００２２】
また、本発明の実施形態となる燃料電池システム１では、燃料電池システム制御装置１０は、導電率計９により検出された導電率が所定値以下になったタイミングで冷却水ポンプ４の駆動を停止するので、冷却水ポンプ４を最小限の時間駆動し、消費電力を最小限に抑えることができる。
【００２３】
また、本発明の実施形態となる燃料電池システム１では、燃料電池システム制御装置１０は、冷却水の導電率が所定閾値以上、又は、二次電池７の充電量が所定値以下である場合、燃料電池システム１の起動を促す、又は、イオン交換フィルター６の機能低下を警告するので、長期放置している間に冷却水の導電率が極度に上昇し、燃料電池２の性能が低下したり、燃料電池２が損傷することを抑制できる。
【００２４】
なお、一般に、二次電池を構成する複数の単セル間の長期放置に伴う電圧バラツキは、燃料電池システムや二次電池への電力供給システムを起動するまでは補正することができないので、二次電池は、所定期間以上放置された場合、電圧バラツキによって充放電できなくなることがある。
【００２５】
これに対して、本発明の実施形態となる燃料電池システム１では、冷却水ポンプ４を駆動する際、二次電池制御装置１１を作動させるので、燃料電池システム１が停止している状態であっても二次電池制御装置１１の内部抵抗によって二次電池７を構成している単セルのうち電圧値が高い単セルの電力を消費し、単セル間の電圧バラツキを補正することができる。
【００２６】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の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。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、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】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態となる停止時制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：燃料電池システム
２：燃料電池
３：冷却水循環流路
４：冷却水ポンプ
５：ラジエータ
６：イオン交換フィルター
７：二次電池
８：二次電池制御装置
９：導電率計
１０：燃料電池システム制御装置
１１：二次電池制御装置
１２：データ送信装置
１３：中継局
１４：データ受信装置
【図１】
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【図２】
2007128811.tif 000004