(57)【要約】【課題】冷媒の通流状態を好適に判定可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】カソード流路１３及び冷媒流路１４を有する燃料電池スタック１０と、冷媒流路１４に向けて冷媒を圧送する冷媒ポンプ４１と、カソード流路１３から排出されたカソードオフガスの温度Ｔｃを検出する温度センサ３３と、冷媒流路１４から排出された冷媒の温度Ｔｗを検出する温度センサ４５と、カソードオフガスの温度Ｔｃが冷媒の温度Ｔｗよりも所定温度差ΔＴ１以上高い場合、冷媒流路１４における冷媒の通流状態が異常であると判定する異常判定手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガス流路及び冷媒流路を有する燃料電池と、
前記冷媒流路に向けて冷媒を圧送する冷媒圧送手段と、
前記反応ガス流路から排出された反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出手段と、
前記冷媒流路から排出された冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記反応ガスの温度が前記冷媒の温度よりも所定温度差以上高い場合、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であると判定する異常判定手段と、
を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷媒流路を経由するように冷媒を循環させる冷媒循環流路と、
前記冷媒圧送手段の起動からの起動時間を計測する計測手段と、
を備え、
前記冷媒圧送手段は、前記冷媒循環流路に設けられ、
前記起動時間が前記冷媒循環流路における冷媒の温度が均一であると判断される所定起動時間以上である場合、前記異常判定手段は、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷媒流路を経由するように冷媒を循環させる冷媒循環流路を備え、
所定時間における冷媒の温度の変化幅が前記冷媒循環流路における冷媒の温度が均一であると判断される所定変化幅以内である場合、前記異常判定手段は、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の発電開始後であって前記燃料電池の暖機が完了した後、前記異常判定手段は、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記異常判定手段が異常であると判定した場合、前記冷媒圧送手段は冷媒の流量を増加させる
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】
前記異常判定手段が異常であると判定した場合、前記燃料電池の出力する電流を制限する電流制限手段を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料スタックを経由するように冷媒を通流させ、燃料電池スタックを冷却する技術が知られている。そして、特許文献１では、燃料電池スタックに流入する冷媒の温度（入口冷媒温度）と、燃料電池スタックから流出する冷媒の温度（出口冷媒温度）とに基づいて、冷媒供給手段に異常が発生したか否か判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１０９６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料電池スタック内における冷媒の通流状態に異常が発生している場合、入口冷媒温度及び出口冷媒温度に基づいて、異常判定することは困難である。具体的に例えば、燃料電池スタック内において冷媒流路が複数の冷媒セル流路に分岐し各単セルを経由した後に集合する構成であって、冷媒セル流路の一部においてエア溜り（空気溜り）が形成されエア噛みが発生している場合、このエア溜りの形成された単セルを冷媒が通流しない。そうすると、冷媒の通流しない単セルは冷却されずに異常昇温するうえ、この異常状態は出口冷媒温度にも反映されず、異常状態を検知できない虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、冷媒の通流状態を好適に判定可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガス流路及び冷媒流路を有する燃料電池と、前記冷媒流路に向けて冷媒を圧送する冷媒圧送手段と、前記反応ガス流路から排出された反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出手段と、前記冷媒流路から排出された冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記反応ガスの温度が前記冷媒の温度よりも所定温度差以上高い場合、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。
【０００７】
ここで、反応ガス（水素、空気等）は、気体であるので、エア溜りが発生せず、燃料電池全体を通流する。したがって、反応ガス流路から排出された反応ガスの温度は、燃料電池の温度に良好に追従する。
また、前記所定温度差は、反応ガスの温度が冷媒の温度よりも高く、その温度差が所定温度差以上である場合、燃料電池の冷媒流路においてエア溜り等の異常が発生していると判断される温度に設定される。
【０００８】
このような構成によれば、異常判定手段が、反応ガスの温度が冷媒の温度よりも所定温度差以上高い場合、冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であると判定できる。これにより、異常であると判定された場合、例えば、後記する実施形態のように、冷媒の流量を増加等することで、異常状態を解消できる。また、燃料電池の出力する電流を制限することで、発電に伴う発熱量を小さくし、熱劣化を防止できる。
【０００９】
また、燃料電池システムにおいて、前記冷媒流路を経由するように冷媒を循環させる冷媒循環流路と、前記冷媒圧送手段の起動からの起動時間を計測する計測手段と、を備え、前記冷媒圧送手段は、前記冷媒循環流路に設けられ、前記起動時間が前記冷媒循環流路における冷媒の温度が均一であると判断される所定起動時間以上である場合、前記異常判定手段は、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定することが好ましい。
【００１０】
ここで、冷媒循環流路は冷媒圧送手段の停止中において温度の低下の程度が均一でないため、冷媒圧送手段の起動時、冷媒循環流路において冷媒の温度はばらついており、均一でない。そして、冷媒圧送手段の起動から所定起動時間までは、冷媒循環流路において、冷媒の温度はばらついたままであり、均一でない、と判断される。
【００１１】
このような構成によれば、起動時間が所定起動時間以上であり、冷媒循環流路における冷媒の温度が均一であると判断される所定起動時間以上である場合、異常判定手段が冷媒の温度に基づいて冷媒の通流状態が異常であるか否か判定するので、異常判定手段の誤判定を防止できる。
【００１２】
また、燃料電池システムにおいて、前記冷媒流路を経由するように冷媒を循環させる冷媒循環流路を備え、所定時間における冷媒の温度の変化幅が前記冷媒循環流路における冷媒の温度が均一であると判断される所定変化幅以内である場合、前記異常判定手段は、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定することが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、所定時間における冷媒の温度の変化幅が、冷媒循環流路における冷媒の温度が均一であると判断される所定変化幅以内である場合、異常判定手段が例の温度に基づいて冷媒の通流状態が異常であるか否か判定するので、異常判定手段の誤判定を防止できる。
【００１４】
また、燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の発電開始後であって前記燃料電池の暖機が完了した後、前記異常判定手段は、前記冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定することが好ましい。
【００１５】
ここで、燃料電池の発電開始後であって、燃料電池の暖機が完了するまで、燃料電池の温度が良好に安定せず、反応ガスの温度、冷媒の温度も安定しない。したがって、反応ガスの温度及び／又は冷媒の温度に基づいて判定すると、誤判定し易い。
【００１６】
このような構成によれば、燃料電池の発電開始後であって燃料電池の暖機が完了した後、異常判定手段が冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定するので、異常判定手段の誤判定を防止できる。
【００１７】
また、燃料電池システムにおいて、前記異常判定手段が異常であると判定した場合、前記冷媒圧送手段は冷媒の流量を増加させることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、異常判定手段が異常であると判定した場合、冷媒圧送手段が冷媒の流量を増加させるので、燃料電池の冷媒流路にエア溜りが仮に形成されていた場合、このエア溜りを燃料電池外に押し出すことができる。これにより、冷媒の通流異常状態を解消できる。
【００１９】
また、燃料電池システムにおいて、前記異常判定手段が異常であると判定した場合、前記燃料電池の出力する電流を制限する電流制限手段を備えることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、異常判定手段が異常であると判定した場合、電流制限手段が燃料電池の出力する電流を制限するので、燃料電池の発電に伴う発熱量を小さくできる。これにより、燃料電池の熱劣化（例えば電解質膜の破損）を防止できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、冷媒の通流状態を好適に判定可能な燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池システムの異常判定処理を示すフローチャートである。
【図３】本実施形態に係る燃料電池システムの冷媒制御処理を示すフローチャートである。
【図４】冷媒の通流状態の正常時におけるカソードオフガスの温度Ｔｃ、冷媒の温度Ｔｗのタイムチャートである。
【図５】冷媒の通流状態の異常時におけるカソードオフガスの温度Ｔｃ、冷媒の温度Ｔｗのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２４】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０を経由するように冷媒を循環させる冷媒系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２５】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル（燃料電池）が積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。なお、図１では、便宜的に、２つの単セル１１Ａ、１１Ｂを記載している。単セル１１Ａ、１１Ｂは、それぞれ、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
【００２６】
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードと、を備えている。
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
【００２７】
そして、各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０とモータ５１等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
【００２８】
２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ- …（１）
Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ …（２）
【００２９】
また、燃料電池スタック１０内には、アノード流路１２、カソード流路１３、冷媒流路１４が形成されている。アノード流路１２、カソード流路１３、冷媒流路１４は、アノードセパレータ、カソードセパレータに形成された溝、孔によって構成されている。
【００３０】
＜アノード流路＞
アノード流路１２は、単セル１１Ａ、１１Ｂのアノードに対して、水素を給排する流路である。アノード流路１２は、単セルの積層方向に延びるアノード分配マニホールド１２Ｘと、アノード分配マニホールド１２Ｘから分岐したアノードセル流路１２Ａ及びアノードセル流路１２Ｂと、単セルの積層方向に延びるアノード集合マニホールド１２Ｙと、を備えている。
【００３１】
アノード分配マニホールド１２Ｘは、配管２４ａ（外部）からの水素を、アノードセル流路１２Ａとアノードセル流路１２Ｂとに分配する流路である。
【００３２】
アノードセル流路１２Ａは、単セル１１Ａのアノードに対して水素を給排する流路であり、アノードセル流路１２Ｂは、単セル１１Ｂのアノードに対して水素を給排する流路である。アノードセル流路１２Ａは、図１において、１本記載しているが、実際には、複数のアノードセル流路１２Ａが単セル１１Ａ内で並列に配置されている。アノードセル流路１２Ｂについても同様である。
【００３３】
アノード集合マニホールド１２Ｙは、アノードセル流路１２Ａ、１２Ｂからのアノードオフガスを集合させ、配管２４ｂ（外部）に排出する流路である。
【００３４】
＜カソード流路＞
カソード流路１３は、単セル１１Ａ、１１Ｂのカソードに対して、空気（酸素）を給排する流路である。カソード流路１３は、単セルの積層方向に延びるカソード分配マニホールド１３Ｘと、カソード分配マニホールド１３Ｘから分岐したカソードセル流路１３Ａ及びカソードセル流路１３Ｂと、単セルの積層方向に延びるカソード集合マニホールド１３Ｙと、を備えている。
【００３５】
カソード分配マニホールド１３Ｘは、配管３１ａ（外部）からの空気を、カソードセル流路１３Ａとカソードセル流路１３Ｂとに分配する流路である。
【００３６】
カソードセル流路１３Ａは、単セル１１Ａのカソードに対して空気を給排する流路であり、カソードセル流路１３Ｂは、単セル１１Ｂのカソードに対して空気を給排する流路である。カソードセル流路１３Ａは、図１において、１本記載しているが、実際には、複数のカソードセル流路１３Ａが単セル１１Ａ内で並列に配置されている。カソードセル流路１３Ｂについても同様である。
【００３７】
カソード集合マニホールド１３Ｙは、カソードセル流路１３Ａ、１３Ｂからのカソードオフガスを集合させ、配管３２ａ（外部）に排出する流路である。
【００３８】
＜冷媒流路＞
冷媒流路１４は、単セル１１Ａ、１１Ｂを経由するように冷媒を通流させ、単セル１１Ａ、１１Ｂを温度調整するための流路である。冷媒流路１４は、単セルの積層方向に延びる冷媒分配マニホールド１４Ｘと、冷媒分配マニホールド１４Ｘから分岐した冷媒セル流路１４Ａ及び冷媒セル流路１４Ｂと、単セルの積層方向に延びる冷媒集合マニホールド１４Ｙと、を備えている。
【００３９】
冷媒分配マニホールド１４Ｘは、配管４１ａ（外部）からの冷媒を、冷媒セル流路１４Ａと冷媒セル流路１４Ｂとに分配する流路である。
【００４０】
冷媒セル流路１４Ａは単セル１１Ａを経由する流路であり、冷媒セル流路１４Ｂは単セル１１Ｂを経由する流路である。冷媒セル流路１４Ａは、図１において、１本記載しているが、実際には、複数の冷媒セル流路１４Ａが単セル１１Ａ内で並列に配置されている。冷媒セル流路１４Ｂについても同様である。
【００４１】
冷媒集合マニホールド１４Ｙは、冷媒セル流路１４Ａ、１４Ｂからのカソードオフガスを集合させ、配管４２ａ（外部）に排出する流路である。
【００４２】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１（燃料ガス供給手段）と、常閉型の遮断弁２２と、インジェクタ２３と、エゼクタ２４と、パージ弁２５と、を備えている。
【００４３】
水素タンク２１は、水素が高圧で貯蔵された容器である。水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、インジェクタ２３、配管２３ａ、エゼクタ２４、配管２４ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ７０によって、遮断弁２２が開かれ、インジェクタ２３が水素を噴射（吐出）すると、水素タンク２１の水素が配管２１ａ等を通ってアノード流路１２に供給されるようになっている。
【００４４】
すなわち、水素タンク２１からアノード流路１２に向かう水素が通流する燃料ガス供給流路は、配管２１ａと、配管２２ａと、配管２３ａと、配管２４ａと、を備えて構成されている。
【００４５】
遮断弁２２は、例えば、ＥＣＵ７０の指令に従って開閉する電磁式の開閉弁である。パージ弁２５も同様の構成である。
【００４６】
インジェクタ２３は、ＥＣＵ７０がＰＷＭ制御することでニードルが進退し、水素タンク２１からの新規水素を、そのノズルから断続的に噴射する電子制御式の水素噴射装置である。このようにインジェクタ２３が水素を噴射することで、アノード流路１２を通流する水素の圧力、流量が制御されるようになっている。例えば、インジェクタ２３において、所定インターバルにおけるＯＮ時間（水素の噴射時間、ＯＮデューティ）が長くなるにつれて、水素の圧力が高くなり、水素の流量が多くなる。
【００４７】
エゼクタ２４は、インジェクタ２３からの新規水素をそのノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管２４ｂのアノードオフガスを吸引し、新規水素とアノードオフガスとを混合し、アノード流路１２に向けて噴射するものである。
【００４８】
アノード流路１２の出口は、配管２４ｂ（燃料ガス排出流路、反応ガス排出流路）を介して、エゼクタ２４の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１２からの水素を含むアノードオフガスが配管２４ｂを通ってエゼクタ２４に吸気されるようになっている。これにより、水素がアノード流路１２を経由して循環するようになっている。なお、配管２４ｂには、アノードオフガスに同伴する水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。
【００４９】
配管２４ｂの途中は、配管２５ａ、パージ弁２５、配管２５ｂを介して、配管３２ｂに接続されている。パージ弁２５は、システムの起動時や燃料電池スタック１０の発電時おいて、配管２４ｂを循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ７０によって開かれる設定となっている。そして、排出されたアノードオフガス（水素）は、配管３２ｂを通流しながらカソードオフガスで希釈され、車外に排出されるようになっている。
【００５０】
なお、ＥＣＵ７０は、例えば、燃料電池スタック１０を構成する単セル１１Ａ、１１Ｂの電圧（セル電圧）が所定セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁２５を開く設定となっている。セル電圧は、例えば、単セル１１Ａ等の電圧を検出する電圧センサ（セル電圧モニタ）を介して検出される。
【００５１】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段）と、背圧弁３２と、温度センサ３３（反応ガス温度検出手段）と、を備えている。
【００５２】
コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ３１がＥＣＵ７０の指令に従って作動すると、車外の酸素を含む空気がコンプレッサ３１に吸気圧縮され、配管３１ａを通ってカソード流路１３に供給されるようになっている。
【００５３】
カソード流路１３の出口には、配管３２ａ、背圧弁３２、配管３２ｂが順に接続されている。そして、カソード流路１３からのカソードオフガスは、配管３２ａ等を通って、車外に排出されるようになっている。すなわち、カソードオフガスを排出するカソードオフガス排出流路（反応ガス排出流路）は、配管３２ａと、配管３２ｂとを備えて構成されている。
【００５４】
背圧弁３２は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はＥＣＵ７０によって制御される。具体的には、背圧弁３２の開度が小さくなると、カソード流路１３における空気の圧力（カソード圧力）が高くなるようになっている。
【００５５】
温度センサ３３は、配管３２ａの燃料電池スタック１０側に取り付けられている。そして、温度センサ３３は、カソード流路１３から排出されたカソードオフガスの温度Ｔｃを検出し、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００５６】
≪冷媒系≫
冷媒系は、冷媒ポンプ４１（冷媒圧送手段）と、ラジエータ４２（放熱器）と、サーモスタット４３（方向切換弁）と、ファン４４と、温度センサ４５（冷媒温度検出手段）と、を備えている。
【００５７】
冷媒ポンプ４１の吐出口は、配管４１ａを介して、冷媒流路１４の入口に接続されている。冷媒流路１４の出口は、配管４２ａ、ラジエータ４２、配管４２ｂ、サーモスタット４３、配管４３ａを介して、冷媒ポンプ４１の吸込口に接続されている。そして、ＥＣＵ７０の指令に従って冷媒ポンプ４１が作動すると、冷媒が、圧送され、冷媒流路１４及びラジエータ４２を経由するように循環する。これにより、燃料電池スタック１０が適宜に冷却されるようになっている。すなわち、冷媒流路１４を経由するように冷媒を循環させる冷媒循環流路は、配管４１ａと、配管４２ａと、配管４２ｂと、配管４３ａとを備えて構成されている。
【００５８】
配管４２ａの途中は、配管４２ｃを介して、サーモスタット４３に接続されている。すなわち、配管４２ｃはサーモスタット４３をバイパスしている。そして、低温起動時等において冷媒の温度が低い場合、低温の冷媒が配管４２ｂを通流することでラジエータ４２をバイパスし、燃料電池スタック１０が早期に暖機されるようになっている。すなわち、サーモスタット４３は、冷媒の温度に対応して、冷媒の通流方向を切り換えるようになっている。
【００５９】
ファン４４は、冷媒がラジエータ４２で良好に放熱するように、ラジエータ４２に向けて冷却風を送る送風機である。ファン４４からの冷却風量（ファン４４の回転速度）は、ＥＣＵ７０によって制御されるようになっている。
【００６０】
温度センサ４５は、配管４２ａの燃料電池スタック１０側に取り付けられている。そして、温度センサ４５は、冷媒流路１４から排出された冷媒の温度Ｔｗを検出し、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００６１】
＜電力消費系＞
電力消費系は、
モータ５１と、電力制御器５２と、バッテリ５３と、を備えている。
モータ５１は、電力制御器５２を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。バッテリ５３は、電力制御器５２に接続されている。なお、モータ５１と電力制御器５２との間にインバータ（ＰＤＵ：Power Drive Unit）が設けられており、電力制御器５２と燃料電池スタック１０との間にコンタクタ（ＯＮ／ＯＦＦスイッチ）が設けられている。
【００６２】
モータ５１は、燃料電池スタック１０及び／又はバッテリ５３を電源とする外部負荷であって、燃料電池車の駆動力を発生する動力源である。なお、コンプレッサ３１、冷媒ポンプ４１、ファン４４、遮断弁２２、インジェクタ２３、パージ弁２５及び背圧弁３２も、燃料電池スタック１０及び／又はバッテリ５３を電源としている。
【００６３】
電力制御器５２は、ＥＣＵ７０からの指令に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（出力電流、出力電圧）、バッテリ５３の充電／放電を制御する機器であり、ＤＣ／ＤＣチョッパ等の電子回路を備えている。
【００６４】
バッテリ５３は、複数本の単電池が組み合わせてなる組電池で構成されている。単電池は、例えば、リチウムイオン型で構成されている。
【００６５】
＜その他機器＞
ＩＧ６１は、燃料電池車（燃料電池システム１）の起動スイッチであり、運転席周りに配置されている。ＩＧ６１は、ＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は、ＩＧ６１のＯＮ信号／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００６６】
アクセル開度センサ６２は、アクセル開度（アクセルの踏み込み量）を検出し、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００６７】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ＥＣＵ７０は、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行し、各種機器を制御するようになっている。
【００６８】
＜ＥＣＵ−異常判定機能＞
ＥＣＵ７０（異常判定手段）は、燃料電池スタック１０の冷媒流路における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定する機能を備えている。具体的な判定方法は後で説明する。
【００６９】
＜ＥＣＵ−計測機能＞
ＥＣＵ７０（計測手段）は、内蔵するクロックを利用して、冷媒ポンプ４１のＯＮ時（起動時）から現在までのＯＮ時間（起動時間）を計測する機能を備えている。
【００７０】
＜ＥＣＵ−電流制限機能＞
ＥＣＵ７０（電流制御手段）は、電力制御器５２を制御して、燃料電池スタック１０の電流を制限する機能を備えている。すなわち、燃料電池スタック１０の出力する電流を制限する電流制限手段は、ＥＣＵ７０と、電力制御器５２とを備えて構成されている。
【００７１】
≪燃料電池システムの動作・効果≫
燃料電池システム１の動作・効果を説明する。
【００７２】
＜空気・冷媒の通流特性＞
ここで、カソード流路１３における空気の通流特性を説明する。カソード流路１３を通流する空気は気体であり、空気の粘性（流動抵抗）は、液体である冷媒の粘性（流動抵抗）よりも小さいので、空気が燃料電池スタック１０を構成する全単セルを均等に通流する。すなわち、温度センサ３３の検出するカソードオフガスの温度Ｔｃは燃料電池スタック１０の温度に良好に追従する。
【００７３】
次に、冷媒流路１４における冷媒の通流特性を説明する。冷媒流路１４を通流する冷媒は液体であり、冷媒の粘性（流動抵抗）は、気体である空気の粘性（流動抵抗）よりも大きいので、冷媒流路１４においてエア溜り等が形成され易い。そして、エア溜りが形成された部分には、冷媒が通流し難くなる。具体的に例えば、冷媒セル流路１４Ａにエア溜りが形成された場合、冷媒が、冷媒セル流路１４Ａを通流せず、冷媒セル流路１４Ｂを通流するようになる。
【００７４】
そうすると、単セル１１Ａの熱が冷媒に放熱されず、温度センサ４５の検出する冷媒の温度Ｔｗ（出口冷媒温度）が、正常に冷媒が通流した場合における本来の冷媒の温度Ｔｗよりも低くなる。また、単セル１１Ａの熱が冷媒に放熱されないので、単セル１１Ａが過昇温し、熱劣化してしまう虞がある。
【００７５】
すなわち、冷媒流路１４においてエア溜りが形成されず、冷媒が正常に循環している場合（正常時）、図４に示すように、冷媒の温度Ｔｗは、カソードオフガスの温度Ｔｗよりも若干高くなり易い。そして、冷媒の温度Ｔｗは、カソードオフガスの温度Ｔｗと同様に変化する。
これに対し、冷媒流路１４においてエア溜りが形成され、冷媒が正常に循環していない場合（異常時）、図５に示すように、冷媒の温度Ｔｗは、冷媒に燃料電池スタック１０の熱の一部が放熱されないので、カソードオフガスの温度Ｔｗよりも低くなる。
【００７６】
＜本実施形態の特徴＞
そこで、本実施形態では、温度センサ３３の検出するカソードオフガスの温度Ｔｃ（出口空気温度）と、温度センサ４５の検出する冷媒の温度Ｔｗ（出口冷媒温度）とに基づいて、冷媒流路１４における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定することを特徴としている。
【００７７】
＜異常判定フロー（異常判定処理）＞
図２を参照して、燃料電池スタック１０における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定する異常判定フローを説明する。なお、図２の異常判定フローと、後記する図３の冷媒制御フローとは、ＥＣＵ７０が内蔵する別のＣＰＵによって並行して実行される。
【００７８】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、冷媒ポンプ４１がＯＮ状態（作動中）であるか否か、かつ、冷媒の循環が安定し配管４１ａ等で構成される冷媒循環流路における冷媒の温度Ｔｗが均一であるか否か（温度Ｔｗが安定しているか否か）、かつ、カソードオフガスの温度Ｔｃが所定暖機完了温度Ｔ１以上である否か、について判定する。
【００７９】
具体的には、ＥＣＵ７０が冷媒ポンプ４１にＯＮ指令（駆動指令）を出力している場合、冷媒ポンプ４１はＯＮ状態であると判定される。なぜなら、冷媒ポンプ４１がＯＦＦされており、冷媒が循環していない状態において、冷媒の温度Ｔｗは燃料電池スタック１０の温度が反映されないからである。なお、システム起動時において低温環境下（外気温度が０℃以下）である場合、燃料電池スタック１０の暖機促進するために、暖機が完了するまで冷媒ポンプ４１をＯＦＦ状態で維持することもある。
【００８０】
冷媒ポンプ４１の起動（作動開始）からの起動時間が、所定起動時間以上である場合、冷媒循環流路における冷媒の温度Ｔｗが均一であると判定される。所定時間は、冷媒ポンプ４１の起動により冷媒循環流路において冷媒が良好に循環し（例えば２循環以上）、冷媒循環流路における冷媒の温度Ｔｗが均一となり、燃料電池スタック１０の温度が冷媒の温度Ｔｗに反映されていると判断される時間に設定される。このように、冷媒ポンプ４１の起動時間が、所定起動時間以上である場合、後記するステップＳ１０２〜Ｓ１０６に係る異常判定処理を実行するので、誤判定を防止できる。
【００８１】
所定暖機完了温度Ｔ１は、燃料電池スタック１０の発電開始後においてカソードオフガスの温度Ｔｃが所定暖機完了温度Ｔ１以上である場合、燃料電池スタック１０の暖機が完了していると判断される温度（例えば７０〜８０℃）に設定される。このように、燃料電池スタック１０の暖機が完了し、燃料電池スタック１０の温度が安定していると判断された後、後記するステップＳ１０２〜Ｓ１０６に係る異常判定処理を実行するので、誤判定を防止できる。
【００８２】
冷媒ポンプ４１がＯＮ状態であり、かつ、冷媒循環流路における冷媒の温度Ｔｗが均一であり、かつ、カソードオフガスの温度Ｔｃが所定暖機完了温度Ｔ１以上である場合、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６に係る冷媒の通流状態が異常であるか否か判定する異常判定処理を実行する。
【００８３】
冷媒ポンプ４１がＯＮ状態でない場合、冷媒循環流路における冷媒の温度Ｔｗが均一ででない場合、または、カソードオフガスの温度Ｔｃが所定暖機完了温度Ｔ１以上でない場合、ＥＣＵ７０の処理は、リターンを通って、スタートに戻る。すなわち、この場合、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６に係る異常判定処理を実行しない。
【００８４】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、冷媒の通流状態が異常であると記憶しているか否か判定する。具体的には、冷媒の通流状態に係る冷媒フラグが「１」である場合、冷媒の通流状態が異常であると判定される。一方、冷媒の通流状態に係る冷媒フラグが「０」である場合、冷媒の通流状態が異常でない、つまり、正常であると判定される。
【００８５】
冷媒の通流状態が異常であると記憶している場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０４に進む。冷媒の通流状態が異常でないと記憶している場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０３に進む。
【００８６】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、カソードオフガスの温度Ｔｃから冷媒の温度Ｔｗを減じて求められた温度差が、所定温度差ΔＴ１以上であるか否か判定する。すなわち、カソードオフガスの温度Ｔｃが冷媒の温度Ｔｗよりも所定温度差ΔＴ１以上であるか否か判定する。
【００８７】
温度差が所定温度差ΔＴ１以上であると判定した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、カソードオフガスの温度Ｔｃが冷媒の温度Ｔｗよりも所定温度差ΔＴ１以上高いと判定した場合、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０５に進む。
【００８８】
温度差が所定温度差ΔＴ１以上でないと判定した場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はリターンを通ってスタートに戻る。この場合、冷媒の通流状態は正常であると判断され、冷媒フラグは「０」のまま維持される。
【００８９】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ７０は、冷媒フラグに「１」を代入し、燃料電池スタック１０における冷媒の通流状態が異常であることを記憶する。
【００９０】
その後、ＥＣＵ７０の処理はリターンに進む。
【００９１】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、カソードオフガスの温度Ｔｃから冷媒の温度Ｔｗを減じた温度差が、所定温度差ΔＴ２以下であるか否か判定する。所定温度差ΔＴ２は所定温度差ΔＴ１よりも小さい温度差に設定される。これにより、ステップＳ１０３で「Ｙｅｓ」と判定した後の次の制御ループにおいて、直ちに、「ステップＳ１０４・Ｙｅｓ」とならないように設定されている。
【００９２】
温度差が所定温度差ΔＴ２以下であると判定した場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０６に進む。温度差が所定温度差ΔＴ２以下でないと判定した場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はリターンに進む。このようにリターンに進む場合、冷媒の通流状態は現在も異常であると判断され、冷媒フラグは「１」で維持される。
【００９３】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ７０は、冷媒フラグに「０」を代入し、燃料電池スタック１０における冷媒の通流状態が正常であることを記憶する。この場合、後記する冷媒制御フローにおける冷媒の吐出圧、通流量の増加により、冷媒流路１４におけるエア噛みが解消したと判断される。
【００９４】
その後、ＥＣＵ７０の処理はリターンに進む。
【００９５】
＜冷媒制御フロー（冷媒制御処理）＞
図３を参照して、冷媒の通流を制御する冷媒制御フローを説明する。
【００９６】
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０における冷媒の通流状態が異常であるか否か判定する。冷媒フラグが「１」である場合、異常であると判定され、冷媒フラグが「０」である場合、異常でない（正常である）と判定される。
【００９７】
異常であると判定した場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０３に進む。異常でないと判定した場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０２に進む。
【００９８】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ７０は、冷媒を通常に通流させる。
具体的には、ＥＣＵ７０は、冷媒ポンプ４１及びファン４４の回転速度を通常に設定する。なお、燃料電池スタック１０の発電量が大きくなるにつれて、冷媒ポンプ４１及びファン４４の通常の回転速度が高くなる関係となっている。ただし、アクセル開度に基づいて冷媒ポンプ４１及びファン４４の回転速度を変更してもよい。
【００９９】
その後、ＥＣＵ７０の処理は、リターンを通って、スタートに戻る。
【０１００】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ７０は、カソードオフガスの温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上であるか否か判定する。所定温度Ｔ２は、カソードオフガスの温度Ｔｃが所定温度Ｔ２以上である場合、燃料電池スタック１０を構成する電解質膜が熱劣化する虞のある温度に設定される。
【０１０１】
カソードオフガスの温度Ｔｃは所定温度Ｔ２以上であると判定した場合（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０５に進む。カソードオフガスの温度Ｔｃは所定温度Ｔ２以上でないと判定した場合（Ｓ２０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０４に進む。
【０１０２】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ７０は、冷媒ポンプ４１の回転速度を高める。例えば、カソードオフガスの温度ＴｃとステップＳ２０３における判定基準である所定温度Ｔ２との差が大きくなるにつれて、冷媒ポンプ４１の回転速度の増加量を大きくする。
【０１０３】
これにより、冷媒ポンプ４１から吐出される冷媒の流量が大きくなり、吐出圧が高くなる。したがって、冷媒流路１４における冷媒の流量、圧力も大きくなり、冷媒流路１４にエア溜りが形成されていた場合、このエア溜りを燃料電池スタック１０外に押し出すことができる。これにより、冷媒の通流異常状態を解消できる。
【０１０４】
また、ＥＣＵ７０は、ファン４４の回転速度を高める。例えば、カソードオフガスの温度ＴｃとステップＳ２０３における判定基準である所定温度Ｔ２との差が大きくなるにつれて、ファン４４の回転速度の増加量を大きくする。
【０１０５】
これにより、冷媒ポンプ４１の回転速度を高めたことで、エア溜りが押し出され、高温の冷媒が排出されたとしても、この高温の冷媒をラジエータ４２において好適に冷却できる。
【０１０６】
その後、ＥＣＵ７０の処理はリターンに進む。なお、ステップＳ２０４の後、ＥＣＵ７０の処理がステップＳ２０６に進む構成としてもよい。
【０１０７】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ７０は、冷媒ポンプ４１の回転速度を最大回転速度とする。
これにより、冷媒ポンプ４１から吐出される冷媒の流量、吐出圧が最大となる。したがって、冷媒流路１４における冷媒の流量、圧力も最大となり、冷媒流路１４にエア溜りが形成されていた場合、このエア溜りを燃料電池スタック１０外に直ちに押し出すことができる。これにより、冷媒の通流異常状態を直ちに解消できる。
【０１０８】
また、ＥＣＵ７０は、ファン４４の回転速度を最大回転速度とする。
これにより、冷媒ポンプ４１の回転速度を最大としたことで、エア溜りが直ちに押し出され、高温の冷媒が直ちに排出されたとしても、この高温の冷媒をラジエータ４２において好適に冷却できる。
【０１０９】
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ７０は、電力制御器５２を制御して燃料電池スタック１０の出力する電流を、通常制御時（Ｓ２０２）に対して制限する。例えば、カソードオフガスの温度ＴｃとステップＳ２０３における判定基準である所定温度Ｔ２との差が大きくなるにつれて、電流の制限量（低下量）を大きくする。これにより、発電に伴う燃料電池スタック１０の発熱量が小さくなり、燃料電池スタック１０（電解質膜等）の熱劣化が防止される。
【０１１０】
その後、ＥＣＵ７０の処理はリターンに進む。
【０１１１】
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
【０１１２】
前記した実施形態では、図２のステップＳ１０１において、冷媒ポンプ４１の起動からの起動時間が所定起動時間以上である場合、冷媒の循環が安定し冷媒の温度Ｔｗが均一であると判断する構成と例示したが、次のように変更してもよい。
所定時間（例えば、５〜２０ｓ）における冷媒の温度Ｔｗの変化幅が、所定変化幅ΔＴｗ以内（例えば、３〜５℃以内）である場合、冷媒の循環が安定し冷媒の温度Ｔｗが均一であると判断する構成としてもよい。
【０１１３】
前記した実施形態では、カソードオフガスの温度Ｔｃと冷媒の温度Ｔｗとに基づいて判定する構成を例示したが、その他に例えば、配管２４ｂにアノードオフガスの温度を検出する温度センサを取り付け、アノードオフガスの温度Ｔａ（反応ガスの温度）と冷媒の温度Ｔｗとに基づいて判定する構成としてもよい。
【０１１４】
前記した実施形態では、カソードオフガスの温度Ｔｃが所定暖機完了温度Ｔ１以上となった場合（Ｓ１０１）、燃料電池スタック１０の暖機が完了したと判定する構成を例示したが、その他に例えば、冷媒の温度Ｔｗがカソードオフガスの温度Ｔｃ以上となった場合（Ｔｗ≧Ｔｃ）、燃料電池スタック１０の暖機が完了したと判定する構成としてもよい。なぜなら、燃料電池スタック１０の暖機中、一般に冷媒ポンプ４１はＯＦＦされ、冷媒の温度Ｔｗはカソードオフガスの温度Ｔｃに遅れて上昇するからである。
【符号の説明】
【０１１５】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池スタック（燃料電池）
１１Ａ、１１Ｂ  単セル（燃料電池）
１２    アノード流路（反応ガス流路）
１３    カソード流路（反応ガス流路）
１３Ａ、１３Ｂ  カソードセル流路
１３Ｘ  カソード分配マニホールド
１３Ｙ  カソード集合マニホールド
１４    冷媒流路
１４Ａ、１４Ｂ  冷媒セル流路
１４Ｘ  冷媒分配マニホールド
１４Ｙ  冷媒集合マニホールド
３３    温度センサ（反応ガス温度検出手段）
４１    冷媒ポンプ（冷媒圧送手段）
４１ａ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ  配管（冷媒循環流路）
４５    温度センサ（冷媒温度検出手段）
５２    電力制御器（電流制限手段）
７０    ＥＣＵ（異常判定手段、計測手段、電流制限手段）
Ｔｃ    カソードオフガス（反応ガス）の温度
Ｔｗ    冷媒の温度
Ｔ１    所定暖機完了温度
【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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