(57)【要約】【課題】補機消費電力を抑制しつつ、燃料電池内の水分量を適正に保持する。【解決手段】アノードに燃料ガスを供給しカソードに酸化剤ガスを供給することで発電をする燃料電池２と、冷媒を燃料電池２とラジエータ８に通流させて循環するラジエータ循環経路Ｃ１と、冷媒を燃料電池２に通流させ且つラジエータ８には通流させないで循環するバイパス循環経路Ｃ２と、を備え、燃料電池２の起動時に、冷媒の温度が第１温度閾値以下のときには冷媒をバイパス循環経路Ｃ２に通流させ、冷媒の温度が第１温度閾値を越えるときには冷媒をラジエータ循環経路Ｃ１に通流させる燃料電池の起動方法において、燃料電池２の温度を検出し、検出した燃料電池２の温度が、第１温度閾値よりも低い温度に設定された第２温度閾値以下のときには、冷媒をバイパス循環経路Ｃ２に間欠的に通流させる。【選択図】図１
2013229140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに燃料ガスを供給しカソードに酸化剤ガスを供給することで発電をする燃料電池と、
前記燃料電池の冷却を行う冷媒の放熱を行うラジエータと、
前記冷媒の循環を行う冷媒ポンプと、
前記燃料電池の温度を把握する温度把握手段と、
前記燃料電池に冷媒を導入する冷媒導入路と、
前記燃料電池を通流した後の冷媒を排出する冷媒排出路と、
前記ラジエータを通流して前記冷媒排出路から前記冷媒導入路へ冷媒を循環させるラジエータ循環路と、
前記ラジエータをバイパスして前記冷媒排出路から前記冷媒導入路へ冷媒を循環させるバイパス循環路と、
前記バイパス循環路と、前記冷媒導入路あるいは前記冷媒排出路との接続部に設けられ、前記冷媒の温度が第1温度閾値以下となった場合に、前記バイパス循環路へ冷媒を通流するように設定された流路切替弁と、を備える燃料電池システムであって、
前記温度把握手段により把握された温度に基づいて前記冷媒ポンプの駆動モードを選択する駆動モード判断手段、
をさらに備え、
前記駆動モード判断手段は、前記燃料電池システムの起動時であって、前記温度把握手段により把握された温度が、前記第1温度閾値よりも低い温度に設定された第2温度閾値以下の場合には、前記冷媒ポンプを間欠運転する第１駆動モードを選択することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記駆動モード判断手段は、
前記温度把握手段により把握された温度が、前記第1温度閾値よりも低い温度に設定され且つ前記第2温度閾値よりも高い温度に設定された第3温度閾値以下であって、前記第2温度閾値以上の場合には、前記燃料電池に負荷している電流値に応じた冷媒流量に設定して前記冷媒ポンプを連続運転する第２駆動モードを選択し、
前記温度把握手段により把握された温度が、前記第1温度閾値よりも高い温度に設定された暖機完了判定閾値以下であって、前記第3温度閾値以上である場合には、前記第２駆動モードよりも大きい冷媒流量に設定して前記冷媒ポンプを連続運転する第３駆動モードを選択することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷媒ポンプは、
前記バイパス循環路により形成されるバイパス循環経路内に配設される第1冷媒ポンプと、
前記バイパス循環経路外であって、前記ラジエータ循環路により形成されるラジエータ循環経路内に配設される第2冷媒ポンプと、
から構成され、
前記第１駆動モード及び第２駆動モードでは前記第1冷媒ポンプのみを駆動し、
前記第３駆動モードでは前記第1冷媒ポンプと前記第2冷媒ポンプをそれぞれ最低流量で駆動することを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の電流値を積算する電流積算手段をさらに有し、
前記駆動モード判断手段には、前記第１駆動モードを終了する閾値となる第１駆動モード終了積算電流値と、前記第２駆動モードを終了する閾値となる第２駆動モード終了積算電流値と、前記第３駆動モードを終了する閾値となる第３駆動モード終了積算電流値とが設定されていて、
前記駆動モード判断手段は、各駆動モードが選択された場合であっても、前記電流積算手段により積算された積算電流値が、選択された駆動モードに対応した前記駆動モード終了積算電流値を上回る場合には、選択された駆動モードを終了することを特徴とする請求項2または請求項3記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記温度把握手段は、前記冷媒温度検出手段により検出された冷媒の温度に基づいて、あるいは、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの温度に基づいて、あるいは、起動開始時の前記燃料電池の温度を初期値として、前記冷媒ポンプの連続運転時の回転数、前記冷媒ポンプの間欠運転時の駆動時間と停止時間、前記燃料電池の負荷電流値のうち少なくともいずれか１つを用いて予測される温度変化値に基づいて、前記燃料電池の温度を把握することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
アノードに燃料ガスを供給しカソードに酸化剤ガスを供給することで発電をする燃料電池と、冷媒を前記燃料電池とラジエータに通流させて循環するラジエータ循環経路と、冷媒を前記燃料電池に通流させ且つ前記ラジエータには通流させないで循環するバイパス循環経路と、を備える燃料電池システムの起動時に、冷媒の温度が第１温度閾値以下のときには冷媒を前記バイパス循環経路に通流させ、冷媒の温度が第１温度閾値を越えるときには冷媒を前記ラジエータ循環経路に通流させる燃料電池システムの起動方法において、
前記燃料電池の温度を検出または推定して把握し、把握した前記燃料電池の温度が、前記第１温度閾値よりも低い温度である第２温度閾値以下のときには、冷媒を前記バイパス循環経路に間欠的に通流させることを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項７】
前記把握した前記燃料電池の温度が、前記第２温度閾値以上であり、且つ前記第１温度閾値より低く前記第２温度閾値よりも高い温度である第３温度閾値以下のときは、前記燃料電池に負荷している電流値に応じた流量で冷媒を前記バイパス循環経路に連続的に通流させるようにし、
前記検出または推定された前記燃料電池の温度が、前記第３温度閾値以上であり、且つ前記第１温度閾値よりも高い暖機完了判定閾値以下のときには、前記電流値に応じた流量よりも大きい流量で冷媒を前記バイパス循環経路または前記ラジエータ循環経路に連続的に通流させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献1には、燃料電池の温度に基づいて反応ガスのストイキ（供給量）を増減させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３７７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池に供給する酸化剤ガスとしての空気は、発電のための反応ガスとしての機能だけでなく、燃料電池内の水分を持ち出す（排出する）機能を有しており、この機能によって、燃料電池内のフラッディングを防止するとともに、膜電極構造体の含水量を適正に保持している。
【０００５】
しかしながら、燃料電池の低温起動時は、空気の飽和水蒸気量が少ないため、燃料電池に供給された空気による水分の持ち出し効果が低い。したがって、低温起動時に、燃料電池の膜電極構造体が過剰に水分を含むことを防止するために、エアポンプを高回転で運転し空気の供給量を増大しても、その効果は低い。そのため、低温起動時は、膜電極構造体の含水量を適正に保持するのが難しかった。
【０００６】
また、燃料電池の起動時は元々発電が不安定であり、そのような状況において空気量を増大させるためにエアポンプを高回転させるのは、補機消費電力が増大するので、エネルギマネージメント上、好ましくない。
【０００７】
そこで、この発明は、補機消費電力を抑制しつつ、燃料電池内の水分量を適正に保持することができる燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、アノードに燃料ガスを供給しカソードに酸化剤ガスを供給することで発電をする燃料電池（例えば、後述する実施形態における燃料電池２）と、前記燃料電池の冷却を行う冷媒の放熱を行うラジエータ（例えば、後述する実施形態におけるラジエータ８）と、前記冷媒の循環を行う冷媒ポンプ（例えば、後述する実施形態における第１冷却水ポンプ５、第２冷却水ポンプ９）と、前記燃料電池の温度を把握する温度把握手段（例えば、後述する実施形態における温度センサ１２）と、前記燃料電池に冷媒を導入する冷媒導入路（例えば、後述する実施形態における冷却水導入路４）と、前記燃料電池を通流した後の冷媒を排出する冷媒排出路（例えば、後述する実施形態における冷却水排出路６）と、前記ラジエータを通流して前記冷媒排出路から前記冷媒導入路へ冷媒を循環させるラジエータ循環路（例えば、後述する実施形態におけるラジエータ循環路７）と、前記ラジエータをバイパスして前記冷媒排出路から前記冷媒導入路へ冷媒を循環させるバイパス循環路（例えば、後述する実施形態におけるバイパス循環路１０）と、前記バイパス循環路と、前記冷媒導入路あるいは前記冷媒排出路との接続部に設けられ、前記冷媒の温度が第1温度閾値以下となった場合に、前記バイパス循環路へ冷媒を通流するように設定された流路切替弁（例えば、後述する実施形態におけるサーモスタットバルブ１１）と、を備える燃料電池システム（例えば、後述する実施形態における燃料電池システム１）であって、前記温度把握手段により把握された温度に基づいて前記冷媒ポンプの駆動モードを選択する駆動モード判断手段（例えば、後述する実施形態における駆動モード判断手段２１）、をさらに備え、前記駆動モード判断手段は、前記燃料電池システムの起動時であって、前記温度把握手段により把握された温度が、前記第1温度閾値よりも低い温度に設定された第2温度閾値以下の場合には、前記冷媒ポンプを間欠運転する第１駆動モードを選択することを特徴とする燃料電池システムである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記駆動モード判断手段は、前記温度把握手段により把握された温度が、前記第1温度閾値よりも低い温度に設定され且つ前記第2温度閾値よりも高い温度に設定された第3温度閾値以下であって、前記第2温度閾値以上の場合には、前記燃料電池に負荷している電流値に応じた冷媒流量に設定して前記冷媒ポンプを連続運転する第２駆動モードを選択し、前記温度把握手段により把握された温度が、前記第1温度閾値よりも高い温度に設定された暖機完了判定閾値以下であって、前記第3温度閾値以上である場合には、前記第２駆動モードよりも大きい冷媒流量に設定して前記冷媒ポンプを連続運転する第３駆動モードを選択することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記冷媒ポンプは、前記バイパス循環路により形成されるバイパス循環経路（例えば、後述する実施形態におけるバイパス循環経路Ｃ２）内に配設される第1冷媒ポンプ（例えば、後述する実施形態における第１冷却水ポンプ５）と、前記バイパス循環経路外であって、前記ラジエータ循環路により形成されるラジエータ循環経路（例えば、後述する実施形態におけるラジエータ循環経路Ｃ１）内に配設される第2冷媒ポンプ（例えば、後述する実施形態における第２冷却水ポンプ９）と、から構成され、前記第１駆動モード及び第２駆動モードでは前記第1冷媒ポンプのみを駆動し、前記第３駆動モードでは前記第1冷媒ポンプと前記第2冷媒ポンプをそれぞれ最低流量で駆動することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項2または請求項3に記載の発明において、前記燃料電池の電流値を積算する電流積算手段（例えば、後述する実施形態における電流積算カウンタ２２）をさらに有し、前記駆動モード判断手段には、前記第１駆動モードを終了する閾値となる第１駆動モード終了積算電流値と、前記第２駆動モードを終了する閾値となる第２駆動モード終了積算電流値と、前記第３駆動モードを終了する閾値となる第３駆動モード終了積算電流値とが設定されていて、前記駆動モード判断手段は、各駆動モードが選択された場合であっても、前記電流積算手段により積算された積算電流値が、選択された駆動モードに対応した前記駆動モード終了積算電流値を上回る場合には、選択された駆動モードを終了することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記温度把握手段は、前記冷媒温度検出手段により検出された冷媒の温度に基づいて、あるいは、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの温度に基づいて、あるいは、起動開始時の前記燃料電池の温度を初期値として、前記冷媒ポンプの連続運転時の回転数、前記冷媒ポンプの間欠運転時の駆動時間と停止時間、前記燃料電池の負荷電流値のうち少なくともいずれか１つを用いて予測される温度変化値に基づいて、前記燃料電池の温度を把握することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、アノードに燃料ガスを供給しカソードに酸化剤ガスを供給することで発電をする燃料電池（例えば、後述する実施形態における燃料電池２）と、冷媒を前記燃料電池とラジエータ（例えば、後述する実施形態におけるラジエータ８）に通流させて循環するラジエータ循環経路（例えば、後述する実施形態におけるラジエータ循環経路Ｃ１）と、冷媒を前記燃料電池に通流させ且つ前記ラジエータには通流させないで循環するバイパス循環経路（例えば、後述する実施形態におけるバイパス循環経路Ｃ２）と、を備える燃料電池システムの起動時に、冷媒の温度が第１温度閾値以下のときには冷媒を前記バイパス循環経路に通流させ、冷媒の温度が第１温度閾値を越えるときには冷媒を前記ラジエータ循環経路に通流させる燃料電池システムの起動方法において、前記燃料電池の温度を検出または推定して把握し、把握した前記燃料電池の温度が、前記第１温度閾値よりも低い温度である第２温度閾値以下のときには、冷媒を前記バイパス循環経路に間欠的に通流させることを特徴とする燃料電池システムの起動方法である。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の発明において、前記把握した前記燃料電池の温度が、前記第２温度閾値以上であり、且つ前記第１温度閾値より低く前記第２温度閾値よりも高い温度である第３温度閾値以下のときは、前記燃料電池に負荷している電流値に応じた流量で冷媒を前記バイパス循環経路に連続的に通流させるようにし、前記検出または推定された前記燃料電池の温度が、前記第３温度閾値以上であり、且つ前記第１温度閾値よりも高い暖機完了判定閾値以下のときには、前記電流値に応じた流量よりも大きい流量で冷媒を前記バイパス循環経路または前記ラジエータ循環経路に連続的に通流させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、燃料電池の温度が第２温度閾値以下である場合に第１駆動モードを選択して、冷媒ポンプを間欠運転するので、燃料電池の発電安定性が低いときに、暖機を促進させることができる。暖機を早めることができると、燃料電池内の水分を蒸発させ易くなり、また、燃料電池内の酸化剤ガスの温度も上昇するので酸化剤ガスの飽和水蒸気量も多くなり、その結果、燃料電池に供給される酸化剤ガスによって燃料電池内から持ち出される水分量を多くすることができる。これにより、膜電極構造体が水分過多になるのを防止することができ、膜電極構造体の水分量を適正にすることができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、燃料電池の温度が第２温度閾値から第３温度閾値の間の場合には第２駆動モードを選択し、燃料電池の温度が第３温度閾値から暖機完了判定閾値の間の場合には第３駆動モードを選択して、暖機が進むにしたがって冷媒流量を増大させているので、膜電極構造体が過熱されて固体高分子電解質膜がダメージを受けるのを確実に防止することができる。しかも、低温域では流量を少なくしているので、膜電極構造体の昇温が促進され、膜電極構造体が水分過多となるのを確実に防止することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、複数の小型の冷媒ポンプで構成して、流量の細かい制御が可能となり、各駆動モードに対する制御も簡便となる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、燃料電池の温度が各駆動モードを終了する温度閾値に達していなくても、当該駆動モードを適切に終了させて、次の駆動モードへ切り替えることができる。特に、第３駆動モードを適切に終了させることができるので、膜電極構造体が過熱されるのを確実に防止することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、簡単な構成で燃料電池の温度を把握することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、燃料電池の温度が第２温度閾値以下である場合に冷媒を前記バイパス循環経路に間欠的に通流させるので、燃料電池の発電安定性が低いときに、暖機を促進させることができる。暖機を早めることができると、燃料電池内の水分を蒸発させ易くなり、また、燃料電池内の酸化剤ガスの温度も上昇するので酸化剤ガスの飽和水蒸気量も多くなり、その結果、燃料電池に供給される酸化剤ガスによって燃料電池内から持ち出される水分量を多くすることができる。これにより、膜電極構造体が水分過多になるのを防止することができ、膜電極構造体の水分量を適正にすることができる。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、暖機が進むにしたがって冷媒流量を増大させることができるので、膜電極構造体が過熱されて固体高分子電解質膜がダメージを受けるのを確実に防止することができる。しかも、低温域では流量を少なくしているので、膜電極構造体の昇温が促進され、膜電極構造体が水分過多となるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明に係る燃料電池システムの実施形態１の構成図である。
【図２】前記実施形態１における駆動モード判断処理を示すフローチャートである。
【図３】前記実施形態１の第１駆動モードにおける冷却水ポンプ運転制御を示すフローチャートである。
【図４】前記第１駆動モードにおいて用いられるＯＦＦ時間マップである。
【図５】前記実施形態１の第２駆動モードにおける冷却水ポンプ運転制御を示すフローチャートである。
【図６】前記実施形態１の第３駆動モードにおける冷却水ポンプ運転制御を示すフローチャートである。
【図７】この発明に係る燃料電池システムの実施形態２における構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法の実施形態を図１から図７の図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態における燃料電池システムは、燃料電池で発電した電気で駆動モータを動作させ走行する燃料電池車両に搭載された態様である。
【００２４】
図１は、実施形態１における燃料電池システム１の概略構成を示した図である。
燃料電池２は、反応ガスを化学反応させて電力を得るタイプのもので、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側にアノードガス流路とカソードガス流路を備えてなるセルを複数積層しＦＣスタックとして構成されており、アノードガス流路に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソードガス流路に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード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通過してカソードまで移動して、カソード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。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。
【００２５】
また、燃料電池２は内部に冷却水通路３を備えており、この冷却水通路３に冷却水（冷媒）を通流させることによって燃料電池２から熱を奪い、発電に伴う発熱で燃料電池２が所定の上限温度を越えないよう冷却している。
燃料電池２における冷却水通路３の入口ポート３ａには、燃料電池２に冷却水を導入する冷却水導入路（冷媒導入路）４が接続されている。冷却水導入路４の途中には冷却水を昇圧する第１冷却水ポンプ（第１冷媒ポンプ）５が設置されている。
燃料電池２における冷却水通路３の出口ポート３ｂには、燃料電池２の冷却水通路３を通流し出口ポート３ｂから排出される冷却水を燃料電池２の外部に排出する冷却水排出路（冷媒排出路）６が接続されている。
【００２６】
冷却水導入路４と冷却水排出路６は、途中にラジエータ８を備えたラジエータ循環路７によって接続されている。ラジエータ８は、冷却水が有する熱を空気中に放熱し、冷却水を空冷するための手段である。ラジエータ８よりも下流側のラジエータ循環路７には、冷却水を昇圧する第２冷却水ポンプ（第２冷媒ポンプ）９が設置されている。
冷却水導入路４と冷却水排出路６とラジエータ循環路７によって、ラジエータ８を通流した冷却水を燃料電池２の冷却水通路３に循環させるラジエータ循環経路Ｃ１が形成される。
【００２７】
また、冷却水導入路４と冷却水排出路６は、ラジエータ８及びラジエータ循環路７をバイパスして冷却水を通流させるバイパス循環路１０によっても接続されている。冷却水導入路４と冷却水排出路６とバイパス循環路１０によって、冷却水をラジエータ８をバイパスさせて燃料電池２の冷却水通路３に循環させるバイパス循環経路Ｃ２が形成される。
【００２８】
冷却水導入路４とラジエータ循環路７とバイパス循環路９との接続部には、サーモスタットバルブ（流路切替弁）１１が設けられている。サーモスタットバルブ１１は、冷却水の温度が第１温度閾値Ｔ１（例えば、６５゜Ｃ）よりも低いときには、冷却水導入路４とバイパス循環路１０とを接続し、冷却水導入路４とラジエータ循環路７とを遮断するように作動し（以下、このサーモスタットバルブ１１の作動状態を「閉」という）、また、冷却水の温度が第１温度閾値Ｔ１を越えると、冷却水導入路４とラジエータ循環路７とを接続し、冷却水導入路４とバイパス循環路１０とを遮断するように作動する（以下、このサーモスタットバルブ１１の作動状態を「開」という）。
【００２９】
したがって、冷却水の温度が第１温度閾値Ｔ１以下のときにはサーモスタットバルブ１１が閉じて、冷却水は、冷却水導入路４と冷却水排出路６とバイパス循環路１０により構成されるバイパス循環経路Ｃ２を通流して循環可能となり、冷却水の温度が第１温度閾値Ｔ１を越えたときにはサーモスタットバルブ１１が開いて、冷却水は、冷却水導入路４と冷却水排出路６とラジエータ循環路７により構成されるラジエータ循環経路Ｃ１を通流して循環可能となる。
冷却水がラジエータ循環経路Ｃ１を循環するときには、冷却水はラジエータ８を通流する際に冷却されるので、冷却された冷却水が再び燃料電池２に供給されることとなる。一方、冷却水がバイパス循環経路Ｃ２を循環するときには、冷却水はラジエータ８を通流しないので、冷却されずに再び燃料電池２に供給されることとなる。
【００３０】
冷却水排出路６には、燃料電池２から排出される冷却水の温度を検出する温度センサ１２が設置されており、温度センサ１２は検出した温度に応じた電気信号を制御装置２０に出力する。
また、燃料電池２は負荷１３に電気的に接続されており、発電した電気を負荷１３に供給可能となっている。負荷１３としては、例えば、車両を走行させる駆動モータや、蓄電池や、燃料電池２を運転するために必要な補機が含まれる。さらに、補機には、第１冷却水ポンプ５、第２冷却水ポンプ９、燃料電池２に空気を供給するためのエアポンプ（図示略）等が含まれる。燃料電池２は、燃料電池２から出力される電流値を検出する電流センサ１４を備えており、電流センサ１４は検出した電流値に応じた電気信号を制御装置２０に出力する。
【００３１】
制御装置２０は、第１冷却水ポンプ５及び第２冷却水ポンプ９の駆動モードを判断する駆動モード判断手段２１と、電流積算カウンタ（電流積算手段）２２を備えている。
電流積算カウンタ２２は、電流センサ１４で検出した電流値を積算する。
駆動モード判断手段２１は、冷却水ポンプ５，９の駆動モードを決定し、決定した駆動モードに応じて第１冷却水ポンプ５及び第２冷却水ポンプ９の運転を制御する。駆動モード判断手段２１については後で詳述する。
【００３２】
この燃料電池システム１では、低温起動時に、燃料電池２の膜電極構造体が水分過多になることを防止するために、二つの冷却水ポンプ５，９の運転に工夫をすることで暖機を促進している。暖機を促進すると、発電に伴って生じる生成水の発生量を低減することができる。また、暖機を促進すると、燃料電池２内を迅速に昇温することができるので、燃料電池２内の水分を蒸発させ易くなり、また、燃料電池２内の空気温度も上昇するので空気の飽和水蒸気量も多くなり、その結果、燃料電池２に供給される空気により燃料電池２内から持ち出される水分量を多くすることができるので、膜電極構造体が水分過多になるのを防止することができ、膜電極構造体の水分量を適正にすることができる。
【００３３】
また、この燃料電池システム１では、燃料電池２の膜電極構造体の水分量を適正に保持するための手段として、燃料電池２のカソードに空気を供給するエアポンプの回転数を上げるのではなく（換言すると、供給空気量を増大するのではなく）、二つの冷却水ポンプ５，９の運転を工夫することで、起動時の発電不安定なときに補機で消費される電力を抑制するようにしている。
【００３４】
以下、燃料電池システム１を低温起動するときの冷却水ポンプ５，９の運転方法を、図２から図６の図面を参照して詳しく説明する。
この燃料電池システム１では、低温起動時の冷却水ポンプ５，９の運転方法として予め三つの駆動モードが設定されている。そして、制御装置２０は、燃料電池２から排出される冷却水の温度に基づいて燃料電池２の内部温度（以下、燃料電池２の温度と略す）を推定し、制御装置２０の駆動モード判断手段２１は、推定された燃料電池２の温度に応じて、前記三つの駆動モードの中から一つを選択し、選択された駆動モードに応じて冷却水ポンプ５，９の運転を制御する。
【００３５】
なお、冷却水の温度と燃料電池２の温度は相関があるので、予め実験によりその相関関係を把握しておくことにより、マップあるいは計算により冷却水の温度から燃料電池２の温度を推定することができる。
ただし、この実施形態１では、冷却水の温度から推定した燃料電池２の温度を用いず、燃料電池２の温度との相関を考慮した上で、温度センサ１２で検出される冷却水の温度を用いるものとする。
【００３６】
初めに、駆動モード判断処理を図２のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップＳ１０１において、燃料電池システム１を前回停止してからの経過時間（すなわち、燃料電池システム１の停止時間）が予め設定した所定時間ｔ１（例えば、１時間）以内か否かを判定する。
【００３７】
ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」（停止時間≦ｔ１）である場合には、ステップＳ１０２に進み、温度センサ１２で検出した冷却水の温度が暖機完了判定閾値Ｔ４（例えば７０゜Ｃ）よりも高いか否かを判定する。なお、暖機完了判定閾値Ｔ４は、第１温度閾値Ｔ１よりも高い温度に設定されている（Ｔ４＞Ｔ１）。
ステップＳ１０２における判定結果が「ＹＥＳ」（冷却水温度＞Ｔ４）である場合には、低温起動ではなく、したがって暖機をする必要がないので、ステップＳ１０３に進み電流積算カウンタ２２をリセットし、さらにステップＳ１０４に進んで、第１駆動モード終了フラグと第２駆動モード終了フラグと暖機完了フラグをリセット（「０」）とする。
【００３８】
そして、ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進み、第１冷却水ポンプ５及び第２冷却水ポンプ９を通常制御により運転する（以下、通常運転という）。冷却水ポンプ５，９の通常運転とは、燃料電池２の温度を発電に最適な温度範囲に保持するように、第１冷却水ポンプ５及び第２冷却水ポンプ９を制御する運転方法である。
【００３９】
なお、ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合にステップＳ１０２に進んで冷却水の温度が暖機完了判定閾値Ｔ４を越えているか否かを判定しているのは、次の理由による。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、燃料電池システム１の停止時間が所定時間ｔ１以内であるので、通常であれば燃料電池２の温度がそれほど下がらず、燃料電池２の温度は暖機完了判定閾値Ｔ４よりも大きいはずである。したがって、暖機を行う必要がないので、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５に進んでよいはずである。
【００４０】
しかしながら、例えば、燃料電池システム１を所定時間ｔ１以上停止させた後に、燃料電池システム１を極短時間だけ運転して、燃料電池システム１を再び停止させた場合に、その再停止後の所定時間ｔ１以内に燃料電池システム１を運転した場合には、燃料電池２の温度が暖機完了判定閾値Ｔ４以下である場合が考えられる。このような場合に、ステップＳ１０２の処理がないと、暖機が必要であるにもかかわらず、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５に進んでしまい、暖機が行われなくなってしまう。このような事態が生じるのを防止するため、ステップＳ１０２で燃料電池２の温度が暖機完了判定閾値Ｔ４を越えているか否かを判定し、判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１０３に進まないようにしているのである。
【００４１】
ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」（停止時間＞ｔ１）である場合、及び、ステップＳ１０２における判定結果が「ＮＯ」（冷却水温度≦Ｔ４）である場合には、ステップＳ１０６に進み、暖機完了フラグが「１」か否かを判定する。
ステップＳ１０６における判定結果が「ＹＥＳ」（暖機完了フラグ＝１）である場合には、ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５と順に進み、第１冷却水ポンプ５及び第２冷却水ポンプ９を通常運転とする。
【００４２】
ステップＳ１０６における判定結果が「ＮＯ」（暖機完了フラグ≠１）である場合には、ステップＳ１０７に進み、温度センサ１２で検出した冷却水の温度が第３温度閾値Ｔ３（例えば、５０゜Ｃ）を越えているか否かを判定する。なお、第３温度閾値Ｔ３は第１温度閾値Ｔ１よりも小さい温度に設定されている（Ｔ３＜Ｔ１）。
【００４３】
ステップＳ１０７における判定結果が「ＮＯ」（冷却水温度≦Ｔ３）である場合には、ステップＳ１０８に進んで、温度センサ１２で検出した冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２（例えば、３０゜Ｃ）を越えているか否かを判定する。なお、第２温度閾値Ｔ２は第３温度閾値Ｔ３よりも小さい温度に設定されている（Ｔ２＜Ｔ３）。したがって、各温度閾値の大小関係は、設定温度の高い方から順に、暖機完了判定閾値Ｔ４、第１温度閾値Ｔ１、第３温度閾値Ｔ３、第２温度閾値Ｔ２とされている（Ｔ４＞Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２）。
【００４４】
ステップＳ１０８における判定結果が「ＮＯ」（冷却水温度≦Ｔ２）である場合には、ステップＳ１０９に進み、第２冷却水ポンプ９は停止し、第１冷却水ポンプ５だけを間欠運転させる第１駆動モードを選択し、これを実行する。
【００４５】
冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２以下ということは、燃料電池２の温度が極めて低い領域にあるので、燃料電池２の暖機を促進するためには冷却水ポンプ５，９を停止させておきたいところであるが、それでは燃料電池２内において温度が不均一になる虞がある。そこで、第１駆動モードでは、燃料電池２の温度の均一化を目的として、最小限の冷却水を燃料電池２の冷却水通路３に通流させるために、第１冷却水ポンプ５を間欠運転させる。ここで、第２冷却水ポンプ９を運転しないのは、冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２以下のときには、サーモスタットバルブ１１が閉じてラジエータ循環路７を遮断しているので、第２冷却水ポンプ９を運転しても無意味であること、及び、補機消費電力を低減するためである。
【００４６】
ステップＳ１０８における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｔ２＜冷却水温度≦Ｔ３）である場合には、ステップＳ１１０に進み、第２冷却水ポンプ９は停止し、第１冷却水ポンプ５だけを単独で連続運転する第２駆動モードを選択し、これを実行する。
冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２よりも大きく第３温度閾値Ｔ３以下ということは、燃料電池２内における生成水量が多い温度領域であるので、暖機を促進させて燃料電池２の温度を上昇させることで蒸発量を多くするとともに、燃料電池２内の空気温度を高くすることで飽和蒸気量を多くすることによって、燃料電池２内からの水分の持ち出し（排水）を増大させたい。また、この温度領域は膜電極構造体の面内温度の上昇率が高い領域であるので、燃料電池２の温度を均一化するために冷却水を燃料電池２の冷却水通路３に通流させる必要がある。そこで、第２駆動モードでは、燃料電池２の温度の均一化を目的として、冷却水を燃料電池２の冷却水通路３に通流させるために、第１冷却水ポンプ５を単独で連続運転させる。ここで、第２冷却水ポンプ９を運転しないのは、冷却水の温度が第３温度閾値Ｔ３以下のときには、サーモスタットバルブ１１が閉じてラジエータ循環路７を遮断しているので、第２冷却水ポンプ９を運転しても無意味であること、及び、補機消費電力を低減するためである。
【００４７】
なお、第２駆動モードにおいて第１冷却水ポンプ５を間欠運転ではなく連続運転としたのは、連続運転の方が温度コントロールを行い易いからである。第１冷却水ポンプ５を間欠運転にすると、第１冷却水ポンプ５が停止しているときに燃料電池２から大電流を出力すると、燃料電池２の温度が急上昇する虞がある。第１冷却水ポンプ５を連続運転すれば、そのような事態に陥り難くなるからである。
【００４８】
ステップＳ１０７における判定結果が「ＹＥＳ」（冷却水温度＞Ｔ３）である場合には、ステップＳ１１１に進み、第１冷却水ポンプ５と第２冷却水ポンプ９をそれぞれ運転可能な最低流量で連続運転する第３駆動モードを選択し、これを実行する。
冷却水の温度が第３温度閾値Ｔ３よりも大きいということは、暖機完了間際であり、燃料電池２の出力電流値に対する電熱速度（熱伝導効率）が早いため、スポット的な異常発熱が発生したり、制御遅れが生じると燃料電池２の温度が急上昇したりする虞がある。これを防止するためには、燃料電池２の冷却水通路３にある程度の流量で冷却水を通流させる必要がある。そこで、第３駆動モードでは、第１冷却水ポンプ５と第２冷却水ポンプ９を共に最低流量で連続運転することで、第２駆動モードのときよりも大きな冷却水流量を燃料電池２の冷却水通路３に通流させる。
【００４９】
サーモスタットバルブ１１の開閉閾値である第１温度閾値Ｔ１は、第３温度閾値Ｔ３よりも高く暖機完了判定閾値Ｔ４よりも低いので、第３駆動モードにおける高温域（第１温度閾値Ｔ１から暖機完了判定閾値Ｔ４までの温度域）では、サーモスタットバルブ１１が開くようになり、その結果、ラジエータ循環経路Ｃ１に冷却水が通流するようになって、ラジエータ８によって冷却された冷却水が燃料電池２の冷却水通路３に通流するようになる。これにより、燃料電池２の膜電極構造体の温度が過度に上昇するのを防止することができ、固体高分子電解質膜がダメージを受けるのを確実に防止することができる。
【００５０】
なお、第２駆動モードのときの冷却水流量を、第３駆動モードのときの冷却水流量よりも小さくするのは、第２駆動モードの温度領域は第３駆動モードの温度領域よりも低いので、固体高分子電解質膜にダメージを与える温度域まで昇温される虞が低く、第３駆動モードほどの冷却性能が必要ないからである。
【００５１】
次に、第１駆動モードにおける第１冷却水ポンプ５の運転制御を図３のフローチャートに従って説明する。
初めに、ステップＳ２０１において、図４に示すＯＦＦ時間マップを参照して、電流センサ１４により検出された燃料電池２の出力電流値に応じた第１冷却水ポンプ５のＯＦＦ時間を求め、このＯＦＦ時間を、間欠用タイマにＯＦＦ設定時間としてセットする。
【００５２】
図４に示すＯＦＦ時間マップは、電流値が大きいほどＯＦＦ時間が短く、電流値が小さいほどＯＦＦ時間が長くなるように設定されている。これは、燃料電池２の出力電流値が大きいときは燃料電池２における発熱量が大きいので、第１冷却水ポンプ５のＯＦＦ時間を短くすることにより、第１冷却水ポンプ５の運転頻度を多くし、燃料電池２の温度むらの発生を抑制して、燃料電池２の温度の均一化を図るためである。一方、燃料電池２の出力電流値が小さいときは燃料電池２における発熱量が小さいので、燃料電池２内において温度むらが生じ難い。したがって、第１冷却水ポンプ５のＯＦＦ時間を長くして第１冷却水ポンプ５の運転頻度を少なくしても、燃料電池２の温度の均一化を図ることができるからである。
【００５３】
次に、ステップＳ２０２に進み、次の二つの条件（１）、（２）のうち少なくともいずれか一方を満足しているか否かを判定する。
（１）電流積算カウンタ２２で積算された燃料電池２の電流積算値が第１電流積算閾値（第１駆動モード終了積算電流値）Ｓ１以上である。
（２）温度センサ１２で検出された冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２を越えている。
前記（２）における第２温度閾値Ｔ２は、図２に示した駆動モード判断処理のステップＳ１０８において、第２駆動モードを選択するときの判定閾値である。つまり、第２温度閾値Ｔ２を第１駆動モードの終了閾値として用いる。
また、燃料電池２の電流積算値から燃料電池２の温度を推定することができるので、燃料電池２の温度が第２温度閾値Ｔ２に達すると推定される電流積算値を第１電流積算閾値Ｓ１に設定しておく。このように、第１電流積算閾値Ｓ１を第１駆動モードの終了閾値として用いることにより、冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２を越えたことが検出されない場合であっても、第１駆動モードを適切に終了させて第２駆動モードへ切り替えることができる。
【００５４】
ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」である場合、すなわち前記（１）、（２）の条件をいずれも満足していない場合には、ステップＳ２０３に進み、間欠用タイマが「０」か否かを判断する。なお、このルーチンの初回実行時は間欠用タイマは０ではないので、ステップＳ２０３における判定結果は「ＮＯ」となる。
ステップＳ２０３における判定結果が「ＮＯ」（間欠用タイマ≠０）である場合には、ステップＳ２０４に進み、第１冷却水ポンプ５の回転数を０に設定し、さらにステップＳ２０５に進み、間欠用タイマをカウントダウンし、さらにステップＳ２０６に進み、電流積算カウンタ２２による電流積算を継続する。
次に、ステップＳ２０７に進み、第１駆動モード終了フラグが「１」か否かを判定する。
ステップＳ２０７における判定結果が「ＮＯ」（≠１）である場合には、ステップＳ２０２に戻る。
【００５５】
一方、ステップＳ２０３における判定結果が「ＹＥＳ」（間欠用タイマ≠０）である場合、すなわち第１冷却水ポンプ５の停止（回転数＝０）時間がステップＳ２０１またはステップＳ２１０でセットしたＯＦＦ設定時間に達した場合には、第１冷却水ポンプ５のＯＮ継続時間が予め設定したＯＮ設定時間に到達したか否かを判定する。つまり、第１冷却水ポンプ５の停止継続時間がＯＦＦ設定時間に達すると第１冷却水ポンプ５はＯＮされるので、そのＯＮ継続時間が予め設定した前記ＯＮ設定時間に達したか否かを判定する。
なお、ステップＳ２０８の初回の処理時には、ステップＳ２０９の処理を実行しておらず、したがってＯＮ設定時間に達していないので、ステップＳ２０８における判定結果は「ＮＯ」となる。
【００５６】
前記ＯＮ設定時間は、固定値（例えば、バイパス循環経路Ｃ２を冷却水が１周するのに必要な時間）としてもよいし、その時点の冷却水の温度に応じてマップ等を用いて設定してもよい。あるいは、第１冷却水ポンプ５をＯＦＦからＯＮへ切り替えてからの冷却水の温度低下率（ＯＮしているときの温度低下率）を監視し、温度低下率が小さい場合にはＯＮ時間を継続（ＯＮ時間延長）するようにフィードバック制御してもよい。
また、この実施形態１では、第１冷却水ポンプ５のＯＦＦ設定時間を可変としたが、ＯＦＦ設定時間を固定値としてもよい。
つまり、ＯＦＦ時間とＯＮ時間を両方とも可変値としてもよいし、ＯＦＦ設定時間のみを可変値とし、ＯＮ設定時間は固定値としてもよいし、ＯＦＦ設定時間を固定値とし、ＯＮ設定時間のみを可変値としてもよい。
【００５７】
ステップＳ２０８における判定結果が「ＮＯ」である場合には、第１冷却水ポンプ５のＯＮ継続時間が前記ＯＮ設定時間に達していないので、ステップＳ２０９に進み、第１冷却水ポンプ５の回転数を第１冷却水ポンプ５の最低流量に対応する回転数に設定し、ステップＳ２０６に進む。
一方、ステップＳ２０８における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、第１冷却水ポンプ５のＯＮ継続時間が前記ＯＮ設定時間に達したので、ステップＳ２１０に進み、図４に示すＯＦＦ時間マップを参照して、電流センサ１４により検出された燃料電池２の出力電流値に応じた第１冷却水ポンプ５のＯＦＦ時間を求め、このＯＦＦ時間を、間欠用タイマにＯＦＦ設定時間としてセットする。
【００５８】
一方、ステップＳ２０２における判定結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち、燃料電池２の電流積算値が第１電流積算閾値Ｓ１以上であるか、あるいは、温度センサ１２で検出された冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２を越えている場合には、ステップＳ２１１に進み、第１冷却水ポンプ５の回転数を適正流量に対応する回転数に設定する。
【００５９】
ここで、前記適正流量は次のいずれかの方法で決定することができる。
（ａ）燃料電池２の出力電流値に応じてマップ等に基づいて設定する。
（ｂ）燃料電池２の電流積算値と第１電流積算閾値Ｓ１との差分、あるいは、冷却水の温度と第２温度閾値Ｔ２との差分に基づいて設定し、差分が大きいほど大きい流量に設定する。
（ｃ）燃料電池２の冷却水通路３に滞留している冷却水がバイパス循環経路Ｃ２を少なくとも１回循環し、燃料電池２の温度が均一化されると想定される予め設定した固定値とする。
【００６０】
次に、ステップＳ２１２に進み、間欠用タイマをリセットし、さらにステップＳ２１３に進んで、第１駆動モード終了フラグを「１」とし、さらにステップＳ２０６へ進む。
ステップＳ２１３の処理を経て、ステップＳ２０６，Ｓ２０７に進んだときには、ステップＳ２０７における判定結果が「ＹＥＳ」となるので、第１駆動モードを終了する。
【００６１】
次に、第２駆動モードにおける第１冷却水ポンプ５の運転制御を図５のフローチャートに従って説明する。
初めに、ステップＳ３０１において、電流センサ１４で検出された燃料電池２の出力電流値に応じた冷却水流量をマップ等を用いて求め、第１冷却水ポンプ５の回転数を、前記冷却水流量に対応する回転数に設定し、該回転数で第１冷却水ポンプ５を連続運転する。
【００６２】
次に、ステップＳ３０２に進み、第１駆動モード終了フラグが「１」か否かを判定する。
ステップＳ３０２における判定結果が「ＹＥＳ」（第１駆動モード終了フラグ＝１）である場合、すなわち第１駆動モードを経てからこの第２駆動モードに入った場合には、ステップＳ３０３に進み、温度センサ１２で検出された冷却水の温度が第３温度閾値Ｔ３を越えているか否かを判定する。第３温度閾値Ｔ３は、図２示した駆動モード判断処理のステップＳ１０７において、第３駆動モードを選択するときの判定閾値である。つまり、第３温度閾値Ｔ３を第２駆動モードの終了閾値として用いる。
【００６３】
ステップＳ３０３における判定結果が「ＹＥＳ」（冷却水温度＞Ｔ３）である場合には、ステップＳ３０４に進み、第２駆動モード終了フラグを「１」とし、さらにステップＳ３０５に進み、第２駆動モード終了フラグが「１」か否かを判定する。なお、ステップＳ３０４の処理を経てステップＳ３０５に進んだときには、ステップＳ３０５における判定結果が「ＹＥＳ」となるので、第２駆動モードを終了する。
【００６４】
一方、ステップＳ３０３における判定結果が「ＮＯ」（冷却水温度≦Ｔ３）である場合には、ステップＳ３０５に進む。この場合には、ステップＳ３０４の処理を実行していないので、ステップＳ３０５の判定結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ３０１に戻る。つまり、この場合には第２駆動モードを継続する。
【００６５】
また、ステップＳ３０２における判定結果が「ＮＯ」（第１駆動モード終了フラグ≠１）である場合には、ステップＳ３０６に進み、電流積算カウンタ２２で積算された燃料電池２の電流積算値が第２電流積算閾値（第２駆動モード終了積算電流値）Ｓ２以上であるか否かを判定する。
燃料電池２の電流積算値から燃料電池２の温度を推定することができるので、燃料電池２の温度が第３温度閾値Ｔ３に達すると推定される電流積算値を第２電流積算閾値Ｓ２に設定しておく。このように、第２電流積算閾値Ｓ２を第２駆動モードの終了閾値として用いることにより、冷却水の温度が第３温度閾値Ｔ３を越えたことが検出されない場合であっても、第２駆動モードを適切に終了させて第３駆動モードへ切り替えることができる。
【００６６】
ステップＳ３０６における判定結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち、燃料電池２の電流積算値が第２電流積算閾値Ｓ２以上である場合には、ステップＳ３０４に進み、さらにステップＳ３０５に進む。この場合には、ステップＳ３０４で第２駆動モード終了フラグが「１」とされるので、ステップＳ３０５における判定結果は「ＹＥＳ」となり、第２駆動モードを終了する。
【００６７】
一方、ステップＳ３０６における判定結果が「ＮＯ」である場合、すなわち、燃料電池２の電流積算値が第２電流積算閾値Ｓ２未満であるには、ステップＳ３０７に進み、電流積算カウンタ２２による電流積算を継続する。
そして、ステップＳ３０７からステップＳ３０５に進む。この場合には、ステップＳ３０４の処理を実行していないので、ステップＳ３０５における判定結果が「ＮＯ」となる。
ステップＳ３０５における判定結果が「ＮＯ」である場合（第２駆動モード終了フラグ≠１）には、ステップＳ３０１に戻り、第２駆動モードを継続する。
【００６８】
次に、第３駆動モードにおける第１冷却水ポンプ５及び第２冷却水ポンプ９の運転制御を図６のフローチャートに従って説明する。
初めに、ステップＳ４０１において、第１冷却水ポンプ５の回転数を第１冷却水ポンプ５の最低流量に対応する回転数に設定するとともに、第２冷却水ポンプ９の回転数を第２冷却水ポンプ９の最低流量に対応する回転数に設定し、設定された回転数で両冷却水ポンプ５，９を連続運転する。
【００６９】
次に、ステップＳ４０２に進み、第２駆動モード終了フラグが「１」か否かを判定する。
ステップＳ４０２における判定結果が「ＹＥＳ」（第２駆動モード終了フラグ＝１）である場合、すなわち第２駆動モードを経てからこの第３駆動モードに入った場合には、ステップＳ４０３に進み、温度センサ１２で検出された冷却水の温度が暖機完了判定閾値Ｔ４を越えているか否かを判定する。つまり、暖機完了判定閾値Ｔ４を第３駆動モードの終了閾値として用いる。
【００７０】
ステップＳ４０３における判定結果が「ＹＥＳ」（冷却水温度＞Ｔ４）である場合には、ステップＳ４０４に進み、暖機完了フラグを「１」とし、さらにステップＳ４０７に進み、暖機完了フラグが「１」か否かを判定する。なお、ステップＳ４０４の処理を経てステップＳ４０７に進んだときには、ステップＳ４０７における判定結果が「ＹＥＳ」となるので、第３駆動モードを終了する。
【００７１】
一方、ステップＳ４０３における判定結果が「ＮＯ」（冷却水温度≦Ｔ４）である場合には、ステップＳ４０７に進む。この場合には、ステップＳ４０４の処理を実行していないので、ステップＳ４０７の判定結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ４０２に戻る。つまり、この場合には第３駆動モードを継続する。
【００７２】
また、ステップＳ４０２における判定結果が「ＮＯ」（第２駆動モード終了フラグ≠１）である場合には、ステップＳ４０５に進み、電流積算カウンタ２２で積算された燃料電池２の電流積算値が第３電流積算閾値（第３駆動モード終了積算電流値）Ｓ３以上であるか否かを判定する。
燃料電池２の電流積算値から燃料電池２の温度を推定することができるので、燃料電池２の温度が暖機完了判定閾値Ｔ４に達すると推定される電流積算値を第３電流積算閾値Ｓ３に設定しておく。このように、第３電流積算閾値Ｓ３を第３駆動モードの終了閾値として用いることにより、冷却水の温度が暖機完了判定閾値Ｔ４を越えたことが検出されない場合であっても、第３駆動モードを適切に終了させて、膜電極構造体が過熱されるのを確実に防止することができる。
【００７３】
ステップＳ４０５における判定結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち、燃料電池２の電流積算値が第３電流積算閾値Ｓ３以上である場合には、ステップＳ４０４に進み、さらにステップＳ４０７に進む。この場合には、ステップＳ４０４で暖機完了フラグが「１」とされるので、ステップＳ４０７における判定結果は「ＹＥＳ」となり、第２駆動モードを終了する。
【００７４】
一方、ステップＳ４０５における判定結果が「ＮＯ」である場合、すなわち、燃料電池２の電流積算値が第３電流積算閾値Ｓ３未満である場合には、ステップＳ４０６に進み、電流積算カウンタ２２による電流積算を継続する。
そして、ステップＳ４０６からステップＳ４０７に進む。この場合には、ステップＳ４０４の処理を実行していないので、ステップＳ４０７における判定結果が「ＮＯ」となる。
ステップＳ４０７における判定結果が「ＮＯ」である場合（暖機完了フラグ≠１）には、ステップＳ４０２に戻り、第３駆動モードを継続する。
【００７５】
このように、この実施形態１の燃料電池システム１においては、冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２以下である場合に第１駆動モードを選択して、第１冷却水ポンプ５だけを最低流量で間欠運転するので、極めて低い温度領域で燃料電池２の発電安定性が低いときに、暖機を促進させることができる。暖機を早めることができると、燃料電池２内の水分を蒸発させ易くなり、また、燃料電池２内の空気温度も上昇するので空気の飽和水蒸気量も多くなり、その結果、燃料電池２に供給される空気により燃料電池２内から持ち出される水分量を多くすることができる。これにより、膜電極構造体が水分過多になるのを防止することができ、膜電極構造体の水分量を適正にすることができる。
しかも、１台の第１冷却水ポンプ５を間欠運転させるので、補機の消費電力を抑制することができる。
【００７６】
また、暖機により膜電極構造体の昇温が進むにしたがって、膜電極構造体の温度上昇率は高くなるため、膜電極構造体の実際の温度と冷却水の温度の乖離が大きくなってしまうと、膜電極構造体が過熱され固体高分子電解質膜がダメージを受ける虞がある。
しかしながら、この実施形態１の燃料電池システム１においては、冷却水の温度が第２温度閾値Ｔ２から第３温度閾値Ｔ３の間の場合に第２駆動モードを選択して、燃料電池２の出力電流値に応じて冷却水の流量を決定し、該流量となるように第１冷却水ポンプ５だけを単独で連続運転し、さらに、冷却水の温度が第３温度閾値Ｔ３から暖機完了判定閾値Ｔ４の間の場合に第３駆動モードを選択して、第１冷却水ポンプ５と第２冷却水ポンプ９を最低流量で連続運転しており、暖機が進むにしたがって冷却水の流量を増大させているので、膜電極構造体が過熱されて固体高分子電解質膜がダメージを受けるのを確実に防止することができる。しかも、低温域では流量を少なくしているので、膜電極構造体の昇温が促進され、膜電極構造体が水分過多となるのを確実に防止することができる。
【００７７】
また、この実施形態１の燃料電池システム１においては、第２駆動モードでは第１冷却水ポンプ５のみを単独で運転し、第３駆動モードでは第１冷却水ポンプ５と第２冷却水ポンプ９の両方を運転しているので、第１冷却水ポンプ５と第２冷却水ポンプ９を小型にして流量の細かい制御が可能となり、各駆動モードに対する制御も簡便となる。
【００７８】
図７は、この発明の実施形態２における燃料電池システム１の概略構成を示した図である。
実施形態２における燃料電池システム１が前述した実施形態１のものと相違する点は第２冷却水ポンプ９の配置だけである。
すなわち、実施形態１では第２冷却水ポンプ９をラジエータ循環路７の途中に配置したが、実施形態２では第２冷却水ポンプ９を冷却水排出路６の途中に配置している。その他の構成は実施形態１のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
この実施形態２の燃料電池システム１においても、実施形態１の場合と同様に第１冷却水ポンプ５と第２冷却水ポンプ９を運転制御することができるので、実施形態１と同様の作用・効果を奏することができる。
【００７９】
なお、前述した実施形態１では、冷却水の温度に基づいて燃料電池２の温度を推定したが、冷却水の温度に代えて、燃料電池２から排出される空気（酸化剤ガス）の温度に基づいて燃料電池２の温度を推定することも可能である。
【００８０】
ところで、燃料電池２の温度の上昇速度は、燃料電池２の冷却水通路３を通流する冷却水の流量が少ないほど速い。
そして、第１冷却水ポンプ５、第２冷却水ポンプ９を連続運転しているときには、冷却水ポンプ５，９の回転数と燃料電池２の温度上昇速度との間に相関があり、冷却水ポンプ５，９の回転数が高いほど燃料電池２の温度上昇速度は遅い。そこで、予め実験により、冷却水ポンプ５，９の回転数と燃料電池２の温度上昇速度との関係を求めておき、冷却水ポンプ５，９の回転数から燃料電池２の温度上昇速度を求め、起動開始時の燃料電池２の温度を初期値として、起動後の燃料電池２の温度を推定してもよい。
【００８１】
また、第１冷却水ポンプ５を間欠運転しているときには、第１冷却水ポンプ５の駆動時間及び停止時間と燃料電池２の温度上昇速度との間に相関があり、第１冷却水ポンプ５の駆動時間が長いほど（換言すると、第１冷却水ポンプ５の停止時間が短いほど）、燃料電池２の温度上昇速度が遅い。そこで、予め実験により、第１冷却水ポンプ５の駆動時間（あるいは停止時間）と燃料電池２の温度上昇速度との関係を求めておき、第１冷却水ポンプ５の駆動時間（あるいは停止時間）から燃料電池２の温度上昇速度を求め、起動開始時の燃料電池２の温度を初期値として、起動後の燃料電池２の温度を推定してもよい。
【００８２】
さらに、燃料電池２の出力電流が大きいほど、燃料電池２における発熱量が大きくなるので、燃料電池の温度上昇速度は速い。そこで、予め実験により、燃料電池２の出力電流と燃料電池２の温度上昇速度との関係を求めておき、燃料電池２の出力電流値から燃料電池２の温度上昇速度を求め、起動開始時の燃料電池２の温度を初期値として、起動後の燃料電池２の温度を推定してもよい。
さらに、これらを組み合わせて燃料電池２の温度を推定してもよい。
【００８３】
前述した各実施形態では、冷媒ポンプを２台配置したが、１台の冷媒ポンプで構成することも可能である。
また、前述した各実施形態では、冷媒をバイパス循環路とバイパス循環路のいずれに通流させるかを切り替える流路切替弁をサーモスタットバルブで構成したが、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、冷媒温度検出手段で検出した温度に基づいて電磁アクチュエータを作動する流路を切り替える制御弁とから流路切替弁を構成することも可能である。
さらに、前述した実施形態では、流路切替弁を、バイパス循環路と冷媒導入路との接続部に設けたが、バイパス循環路と冷媒排出路との接続部に設けてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
４  冷却水導入路（冷媒導入路）
５  第１冷却水ポンプ（第１冷媒ポンプ）
６  冷却水排出路（冷媒排出路）
７  ラジエータ循環路
８  ラジエータ
９  第２冷却水ポンプ（第２冷媒ポンプ）
１０  バイパス循環路
１１  サーモスタットバルブ（流路切替弁）
１２  温度センサ（温度把握手段）
１３  負荷
２０  制御装置
２１  駆動モード判断手段
２２  電流積算カウンタ（電流積算手段）
Ｃ１  ラジエータ循環経路
Ｃ２  バイパス循環経路
【図１】
2013229140.tif 000003
【図２】
2013229140.tif 000004
【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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