(57)【要約】  本発明は冷却装置（１）に関する。この冷却装置（１）は、発熱部材（４）の温度を調整することができる主冷却回路（２）と、並列に取り付けられた少なくとも２つの熱交換器（１０、１１）からなる第１アセンブリ（９）を含む副冷却回路（３）と、主冷却回路（２）と副冷却回路（３）との間の熱的結合手段（５）とを含む。冷却装置（１）は、更に、副冷却回路（３）に直列に、且つ第１アセンブリ（９）の下流に取り付けられる温度センサ（１３）と、状態モニタを利用して、第１アセンブリの各熱交換器の流出口温度を、第１アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び温度センサ（１３）により測定される値に基づいて推定することができる第１手段を含む制御ユニットとを備える。
2012513654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車の牽引システムにおいて使用される発熱部材（４）の冷却装置（１）であって、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路（２）と、並列に取り付けられた少なくとも２つの熱交換器（１０、１１）からなる第１アセンブリ（９）を含む副冷却回路（３）と、主冷却回路（２）と副冷却回路（３）との間の熱的結合手段（５）とを備え、副冷却回路（３）上において直列に、且つ第１アセンブリ（９）の下流に取り付けられる温度センサ（１３）と、状態観測器を利用して、第１アセンブリ（９）の各熱交換器（１０、１１）の流出口温度を、第１アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度と、温度センサ（１３）により測定される変数とに基づいて推定することができる第１手段（２７）を含む制御ユニット（２５）とを更に備えることを特徴とする、冷却装置（１）。
【請求項２】
副冷却回路（３）が迂回流路（１４）を含み、迂回流路（１４）の一方の端部が、温度センサ（１３）の下流且つ熱接触手段（５）の上流に取り付けられ、迂回流路（１４）の他方の端部が、熱交換器からなる第１アセンブリ（９）の下流且つ温度センサ（１３）の上流に取り付けられ、迂回流路（１４）が、並列に取り付けられる少なくとも２つの熱交換器（１７、１８）からなる第２アセンブリ（１６）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１手段（２７）が、更に、状態観測器を利用して、第２アセンブリ（１６）の各熱交換器（１７、１８）の流出口温度を、第２アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度と、温度センサ（１３）により測定される変数とに基づいて推定することができる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
副冷却回路（３）が、更に、交換器からなる第１及び第２アセンブリ（９、１６）にそれぞれ接続される第１及び第２ラジエータ（８、１５）を含む、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
第１及び第２ラジエータを短絡させる調整可能手段を更に備えており、制御ユニット（２５）が、更に、第１及び第２ラジエータを短絡させる調整可能手段を制御する第３手段（２８）を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
制御ユニット（２５）が、各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度を、温度センサ（１３）により測定される変数に基づいて決定することができる第２手段（２６）を含む、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
熱交換器からなる各アセンブリ（９、１６）の流入口における冷媒の流入口温度を測定することができる温度センサを更に備えており、制御ユニット（２５）が、第１及び第２ラジエータ（８、１５）を循環する冷媒の流量を、温度センサにより測定される変数に基づいてモニタリングすることができる第４手段を含む、請求項４又は５に記載の装置。
【請求項８】
発熱部材が燃料電池を含んでおり、熱接触手段（５）が、主冷却回路（２）と副冷却回路（３）との間に配置される熱交換器である、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
交換器からなる第２アセンブリ（１６）が、燃料電池から排出される流出口ガスの温度を調整することができ、第３手段（２８）が、燃料電池で消費されて、冷却装置によって回収される水の収支に応じて、第２ラジエータ（１５）を短絡させる調整可能手段を制御することができる、請求項５及び８に記載の装置。
【請求項１０】
特に自動車の牽引システムにおいて使用される発熱部材（４）を冷却する装置の制御方法であって、装置は、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路（２）と、並列に取り付けられる少なくとも２つの熱交換器（１０、１１）からなる第１アセンブリ（９）を含む副冷却回路（３）と、主冷却回路（２）と副冷却回路（３）との間の熱的結合手段（５）とを備えており、
−冷媒の温度を、熱交換器からなる第１アセンブリ（９）の下流で測定することと、
−副回路（３）の冷媒の温度を、熱交換器の流入口において決定することと、
−状態観測器を利用して、各熱交換器の流出口温度を、熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度と、測定された冷媒の温度とに基づいて推定することと
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の発熱部材に関するものであり、特にこのような部材の冷却装置に関するものである。
【０００２】
本発明の特に有利な適用形態は、燃料電池システムの冷却、特に電池の水素を生成するために使用される一体型改質装置を備える燃料電池システムの冷却に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、アノードでの水素酸化反応及びカソードでの酸素還元反応により電気エネルギーを生成するように設計されている。全体反応は次のように表わされる：
１／２Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋電気＋熱
【０００４】
このように、燃料電池システムでは、化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。電池の内部で行なわれる反応によって熱も発生し、この熱を放散して電池の正しい動作を確保し、電池の寿命期間を長くし、当該システムの全体の効率を高める必要がある。
【０００５】
一体型改質器を備える燃料電池システムでは、化学反応から発生する熱の量は相当に大きい。この量は、電池が約７５ｋＷの電力を有する場合に約６０ｋＷである。燃料電池システムの公称動作温度は比較的低く、このため当該システムの発熱調整は比較的難しい。
【０００６】
更に、水は、改質器において行なわれる反応の主な反応物質のうちの１つの反応物質を構成する。必要な量の水を供給するために、パワーモジュールからの燃焼ガスの経路に沿って凝縮器及び分離器を設置して、燃料電池によって生成される水を冷却により回収する。しかしながら、これによって排熱すべき熱量が更に増える。
【０００７】
内燃機関に関しては、冷却回路はエネルギーの約３分の１を消費する必要があると推定される。更に、電気回路のような補助回路の他に、エンジンオイルを冷却する必要もある。
【０００８】
冷却回路は、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００９】
自動車の燃料電池又は内燃機関の従来の冷却装置は、２つの冷却回路、すなわち電池又は内燃機関を冷却するために使用される主冷却回路と、主冷却回路と熱交換器を介して熱交換を行なう関係にある副冷却回路とを備えることができる。
【００１０】
この種の冷却装置では、副冷却回路が更に熱交換器を備えることにより、牽引システムから回収される熱エネルギーを放出するか、場合によっては熱エネルギーを供給することができる。しかしながら、熱エネルギーの種々の交換を制御するためには、多数の温度センサを使用する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】英国特許第２４０９７６３号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０２２７１２５号
【発明の概要】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、この欠点を解決することにある。
【００１３】
本発明の別の目的は、自動車の発熱部材の冷却装置を提案することであり、この冷却装置は、起こり得る故障の診断も可能である。
【００１４】
したがって、第１の特徴による本発明の主題は、特に自動車の牽引システムに使用される発熱部材の冷却装置であり、本冷却装置は、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路と、並列に取り付けられる少なくとも２つの熱交換器からなる第１アセンブリを含む副冷却回路と、主冷却回路と副冷却回路との間の熱的結合手段とを備える。冷却装置は、更に、副冷却回路上において直列に、且つ第１アセンブリの下流に取り付けられる温度センサと、状態観測器、例えば大きなゲインを有する状態観測器を利用して、第１アセンブリの各熱交換器の流出口温度を、第１アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び温度センサにより測定される変数に基づいて推定することができる第１手段を含む制御ユニットとを備える。
【００１５】
したがって、冷却装置の異なる箇所における温度、特に第１アセンブリの熱交換器の領域における温度を、装置内のセンサの数を少なく抑えながら決定することができる。
【００１６】
本発明の別の特徴によれば、副冷却回路は迂回流路を含むことができ、迂回流路の一方の端部は、温度センサの下流、且つ熱接触手段の上流に取り付けられ、迂回流路の他方の端部は、熱交換器からなる第１アセンブリの下流、且つ温度センサの上流に取り付けられ、この迂回流路は、並列に取り付けられる少なくとも２つの熱交換器からなる第２アセンブリを含む。
【００１７】
この場合、第１手段は、更に、状態観測器、例えば大きなゲインを有する状態観測器を利用して、第２アセンブリの各熱交換器の流出口温度を、第２アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び温度センサにより測定される変数に基づいて推定することができる。
【００１８】
したがって、電子制御ユニットの第１手段を使用して、第１アセンブリと第２アセンブリ両方の熱交換器の流入口温度を決定することができる。
【００１９】
副冷却回路は更に、交換器からなる第１及び第２アセンブリにそれぞれ接続された第１及び第２ラジエータを含むことができる。
【００２０】
この場合、冷却装置は更に、第１及び第２ラジエータを短絡する調整可能手段を備えることができ、制御ユニットは更に、第１及び第２ラジエータを短絡する調整可能手段を制御する第３手段を含むことができる。
【００２１】
本発明の１つの実施形態によれば、制御ユニットは、各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度を、温度センサにより測定される変数に基づいて決定することができる第２手段を含む。
【００２２】
具体的には、熱交換器の作動方程式、及びシステムの他の変数に基づいて、第２手段は、各交換器の流入口における冷媒の温度を決定することができるので、装置内の温度センサの数を減らすことができる。
【００２３】
本発明の別の実施形態によれば、冷却装置は更に、熱交換器からなる各アセンブリの流入口における冷媒の流入口温度を測定することができる温度センサを備えることができ、制御ユニットは、第１及び第２ラジエータを循環する冷媒の流量を、温度センサにより測定される変数に基づいてモニタリングすることができる第４手段を含むことができる。
【００２４】
この場合、熱交換器の作動方程式は、熱交換器の流入口における冷媒の温度を決定するために使用されることはないが、ラジエータを循環する冷媒の流量を見積もって、故障の診断を可能にするために使用される。
【００２５】
１つの実施形態では、発熱部材は燃料電池を含み、熱接触手段は、主冷却回路と副冷却回路との間に配置される熱交換器である。
【００２６】
この場合、交換器からなる第２アセンブリは、燃料電池から排出される流出口ガスの温度を調整することができ、第３手段は、燃料電池によって消費され、且つ冷却装置によって回収される水の収支に応じて、第２ラジエータを短絡する調整可能手段を制御することができる。
【００２７】
第２の特徴によれば、本発明の主題はまた、特に自動車の牽引システムに使用される発熱部材を冷却する装置であって、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路と、並列に取り付けられる少なくとも２つの熱交換器からなる第１アセンブリを含む副冷却回路と、主冷却回路と副冷却回路との間の熱的結合手段とを備える装置を制御する方法である。具体的には、方法によれば、
−冷媒の温度を、熱交換器からなる第１アセンブリの下流で測定し、
−副回路の冷媒の温度を、熱交換器の流入口において決定し、
−状態観測器、例えば大きなゲインを有する状態観測器を利用して、熱交換器の各熱交換器の流出口温度を、熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び冷媒の測定温度に基づいて推定する。
【００２８】
本発明の更なる課題、特徴、及び利点は、添付図面を参照する、例示のみを目的とした後述の説明を一読することにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、発熱部材、及び発熱部材の冷却装置の一般的なアーキテクチャを示している。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による、冷却装置の副回路の異なる箇所における温度を決定する手段のアーキテクチャを示す概要図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態による、副冷却回路をモニタリングする方法の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１には、本発明による冷却装置１の第１の実施形態の概略的アーキテクチャが示されている。この冷却装置１は、発熱部材、例えば自動車の牽引システムを高効率で冷却することができ、且つ、車両を循環する種々の要素又は流体から、熱エネルギーを供給又は回収することができる。
【００３１】
この点に関して、図１に示す冷却装置１は、主回路２と、副回路３とを備える。具体的には、自動車の発熱部材４は主回路２に設置される。
【００３２】
冷却装置１には更に、主回路２と副回路３とを熱的に結合する熱交換器５が配置される。
【００３３】
主回路２に関して、当該主回路２は、基本的に、冷媒が循環する循環流路を備え、この循環流路には、交換器５及び発熱部材４が設置される。主回路２は更に、冷媒の循環を可能にするポンプ６と、発熱部材４の下流の主回路２の冷媒の温度Ｔ１を測定することができる温度センサ７とを備える。
【００３４】
次に、副回路３は、同様に冷媒を含む循環流路を備え、この循環流路は主回路２の循環流路に交換器５を介して熱的に結合する。
【００３５】
副回路３の循環流路を循環する冷媒の循環に関連して、当該循環流路は第１ラジエータ８を備える。第１ラジエータ８は高温ラジエータであり、交換器５の下流に設置される。第１ラジエータ８は、具体的には、熱交換器５により取り出される熱エネルギーを、主回路２の循環流路を循環する冷媒に放出するために使用される。副回路３の循環流路は、更に、第１ラジエータ８の下流に、並列に配置された熱交換器１０、１１からなる第１アセンブリ９を備え、これらの熱交換器１０、１１は、自動車を循環する要素又は流体の調整を可能にする。
【００３６】
副回路３は、最後にポンプ１２を備え、熱交換器５の流入口に接続される。ポンプ１２によって、副回路３の冷媒を循環させることができる。副回路３の冷媒の温度を測定することができる温度センサ１３は、ポンプ１２の上流に、且つ第１アセンブリ９の下流に取り付けられる。
【００３７】
副回路３は、更に、車両を循環する他の要素又は流体を冷却するために使用される迂回流路１４を備える。迂回流路１４の入口は、熱交換器５の上流、且つポンプ１２の下流に取り付けられ、これに対し、迂回流路１４の出口は、第１アセンブリ９の下流、且つ温度センサ１３の上流に取り付けられる。
【００３８】
迂回流路１４は第２ラジエータ１５を備える。第２ラジエータ１５は低温ラジエータである。具体的には、第２ラジエータ１５を循環する冷媒は、熱交換器５を通過したものではない。したがって、第２ラジエータによって自動車を流れる他の要素又は流体から熱エネルギーを回収することができる。迂回流路１４は、更に、第２ラジエータ１５の下流に、並列に配置された熱交換器１７、１８からなる第２アセンブリ１６を備え、これらの熱交換器１７、１８は、自動車を循環する要素又は流体を調整する。
【００３９】
第１及び第２ラジエータ８、１５に第１及び第２調整可能手段をそれぞれ設ける。これらの第１及び第２調整可能手段は第１及び第２ラジエータ８、１５に並列に配置されて、ラジエータを短絡させる。具体的には、前記第１及び第２調整可能手段は、それぞれ、第１迂回流路管２０に取り付けられる第１バルブ１９と、第２迂回流路管２２に取り付けられる第２バルブ２１とを備える。
【００４０】
熱交換器５の、具体的には副回路３の領域には、熱交換器５を短絡させる第３調整可能手段を配置する。第３調整可能手段は、第３迂回流路管２４に取り付けられる第３バルブ２３からなる。
【００４１】
第３バルブ２３、及び当該第３バルブ２３が取り付けられる第３迂回流路管２４を使用して、主回路２の制御を副回路３の制御から分離することができる。具体的には、第３調整可能手段によって、副回路３によって乱されることなく発熱部材４の温度を調整することができる。
【００４２】
更に、第１及び第２バルブ１９、２１、及びこれら第１及び第２バルブ１９、２１が取り付けられる第１及び第２迂回流路管２０及び２２を使用して、熱交換器１０、１１、１７、１８の温度を自動的に制御することができる。
【００４３】
自動車の発熱部材４の種類に応じて、交換器１０、１１、１７、１８が、要素又は種々の流体の温度の調整を可能にする。
【００４４】
したがって、自動車の発熱部材４が内燃機関を含む場合、交換器１０、１１を使用して、例えば自動変速機の温度、又はエンジンオイルの温度を調整することができるのに対し、交換器１７、１８を使用して、電子パワーモジュールの温度、又は吸気路の温度を調整することができる。
【００４５】
自動車の発熱部材４が燃料電池を含む場合、交換器１０、１１を使用して、燃料電池に供給されるガスの温度を調整することにより、特に燃料電池に流入するガスを加熱して、これらのガスの温度を燃料電池の動作温度に近づける。更に、交換器１７、１８を使用して、今度は、燃料電池から流出するガス又は燃焼ガスを冷却することにより、燃料電池から生成されて、流出ガスに蒸気の形態で含まれる水を回収することができる。
【００４６】
したがって、燃料電池から生成されて燃焼ガスに含まれる水を凝縮することにより、自動車において更に有利な水収支を実現することができる。
【００４７】
本説明の残りの部分では、発熱部材４が燃料電池を含むことを前提とする。
【００４８】
冷却装置１、特に、バルブ１９、２１、及び２３は、車載電子制御ユニット２５により制御される。この車載電子制御ユニット２５の概要構造を図２に示す。
【００４９】
電子制御ユニット２５は、その入力で、冷却装置１の主要部材から測定信号を受信する。したがって、電子制御ユニット２５は、発熱部材の流出口における冷媒の温度を測定する温度センサ７から信号Ｔ１を受信し、副回路３から第１及び第２アセンブリ９、１６の下流に流れる冷媒の温度を測定する温度センサ１３から信号Ｔ２を受信する。制御ユニットは、冷却装置１外部の要素から、例えば自動車を循環する図示しない他の要素又は流体の温度を示す信号のような別の信号も受信する。
【００５０】
信号Ｔ１、Ｔ２は第２手段２６に供給される。この第２手段２６は、信号Ｔ１及びＴ２、及び外部要素からの別の信号に基づいて、第１アセンブリ９の流入口、及び第２アセンブリ１６の流入口における冷媒の温度、すなわち各熱交換器１０、１１、１７、及び１８の流入口における冷媒の温度を決定することができる。このために、第２手段２６は、副回路３の冷媒の温度が、ポンプ１２の流入口と流出口との間で略一定の状態を保持することを前提としている。
【００５１】
第１アセンブリ９の流入口における冷媒の温度を決定するために、第２手段２６は、第１ステップで、交換器５の流出口における冷媒の温度を決定する。このために、第２手段は、信号Ｔ１及びＴ２と、静止状態における交換器５のモデルを表わす方程式を使用する。このようにして、第２手段２６は、これらの信号及び方程式から、交換器５の流出口における流体の温度を推定することができる。
【００５２】
第２ステップでは、第２手段２６は、第１ラジエータ８の流出口における流体の温度を、具体的には、第１ラジエータ８のマッピング、及び第１ラジエータ８を循環する第２流体（図示せず）、例えば空気の、流入口温度及び流出口温度に基づいて決定する。したがって、第２手段２６は、その出力において、第１アセンブリ９の流入口における冷媒の温度を供給することができる。
【００５３】
具体的には、第２手段２６は、以下の形式のモデル（１）を使用することができる。
2012513654.tif 000003
上式中、
−Ｑａｉｒは、ラジエータ８を通過する空気の流量を表わし、
−Ｑｆｃ８は、ラジエータ８を通過する冷媒の流量を表わし、
−
2012513654.tif 000004
は、ラジエータ８の流出口における冷媒の温度を表わし、
−
2012513654.tif 000005
は、ラジエータ８の流入口における冷媒の温度を表わし、この温度は、第２手段２６によって、静止状態における交換器５のモデルを表わす方程式に従って決定することができ、
−
2012513654.tif 000006
は、ラジエータ８に流入する空気の温度を表わし、
−
2012513654.tif 000007
は、ラジエータ８から流出する空気の温度を表わす。
【００５４】
第２アセンブリ１６の流入口における冷媒の温度を決定するために、第２手段２６は、第２ラジエータ１５の流出口における流体の温度を、具体的には、第２ラジエータ１５のマッピング（第１ラジエータ８と同様にして）に基づいて決定する。このように、第２手段２６は、その出力から、第２アセンブリ１６の流入口における冷媒の温度を供給することができる。
【００５５】
したがって、第２手段２６によって決定された信号は、第１手段２７に送信される。前記第１手段は温度センサ１３から信号Ｔ２も受信する。第１手段２７によって、各熱交換器１０、１１、１７、及び１８を循環する冷媒の流出口温度を推定することができる。具体的には、第２手段２７は、熱交換器の動的方程式を使用し、この動的方程式は次のベクトル形式で表わされる。
2012513654.tif 000008
上式中、
−Ｔｉは、交換器ｉ（ｉ＝１０、１１、１７、１８）の温度ベクトルを表わし、
2012513654.tif 000009
（ここで、Ｔｆｃｉは、交換器ｉを循環する冷媒の温度を表わし、Ｔｇｉは、交換器ｉを循環するガスの温度であって、交換器ｉによって調整されるガスの温度を表わし、Ｔｐｉは交換器ｉの壁の温度を表わす）
−
2012513654.tif 000010
は、温度ベクトルＴｉの経時的な変化量を表わし、
−
2012513654.tif 000011
及び
2012513654.tif 000012
は、交換器ｉを循環する冷媒の流入口温度及び流出口温度をそれぞれ表わし、
−Ａｉ及びＢｉは、交換器ｉに固有の行列を表わし、交換器ｉを循環するガスの流量に依存し、ガスの温度は交換器ｉによって調整され、
−νｉはベクトル
2012513654.tif 000013
を表わし（ここで、εは、交換器ｉを循環するガスの流量に応じて変化し、このガスの温度は交換器ｉによって調整される）、
−ｂは、交換器ｉに固有のベクトルを表わし、
−Ｃは、ベクトル：Ｃ＝[１  ０  ０]を表わし、
−ｕｉは、交換器ｉを循環する冷媒の流量を表わす。
【００５６】
交換器１０及び１１を流れる冷媒の流入口温度
2012513654.tif 000014
及び
2012513654.tif 000015
は、ラジエータ８の流出口における冷媒の温度
2012513654.tif 000016
に等しく、
2012513654.tif 000017
は、第２手段２６により決定される。更に、異なる交換器を循環する冷媒の流出口温度は、次の数式により関連付けられる。
2012513654.tif 000018
上式中、
2012513654.tif 000019
及びＱｆｃｉは、それぞれ、交換器ｉを循環する冷媒の流出口温度、及び流出口における流量を表わす。
【００５７】
このように、これらの異なる方程式と、第２手段２６によって決定された交換器１０、１１、１７、１８を循環する冷媒の流入口温度と、温度センサ１３からの信号Ｔ２とに基づいて、第１手段２７は状態観測器、好ましくは大きなゲインを有する状態観測器を使用して、第１アセンブリ９及び第２アセンブリ１６の各交換器を循環する冷媒の流出口温度
2012513654.tif 000020
を推定することができる。
【００５８】
具体的には、状態観測器によって、熱交換器のモデルに基づき、交換器ｉの温度ベクトルＴｉ、特に冷媒の流出口温度
2012513654.tif 000021
を推定することができる。得られたこれらの値を測定値Ｔ２と比較することにより、第１手段２７は、モデルを補正することができるので、推定温度ベクトルＴｉの値を微調整することができる。
【００５９】
このように、各熱交換器１０、１１、１７、１８の流入口温度を、冷却装置内の温度センサの数を制限しながら推定することができる。
【００６０】
このように、第１手段２７により推定される温度は第３手段２８に供給される。第３手段２８は、異なる調整可能短絡手段のバルブ１９、２１、及び２３を、具体的には前記バルブの開度α１９、α２１の割合を計算することにより、制御することができる。信号α１９、α２１によって、ラジエータ８及び１５をそれぞれ通過する必要がある流量の割合を制御することができる。
【００６１】
このように、第３手段２８によって、副回路３を流れる冷媒の循環を調節して、当該副回路内の熱交換を向上させることができる。
【００６２】
１つの実施形態によれば、第３手段２８を使用して、具体的には、交換器１７、１８によって燃料電池の燃焼ガスから回収される水を測定することにより、水収支をモニタリングすることもできる。
【００６３】
期間Ｔにおける水収支は、次の関係式により与えられる。
2012513654.tif 000022
上式中、Ｑｉ１は熱交換器ｉで凝縮される水量を指し、Ｑ２は改質器において消費される水量である。具体的には、熱交換器ｉで凝縮される水量Ｑｉ１は、次の方程式から計算することができる。
2012513654.tif 000023
上式中、
−ＱｉＩＮ（蒸気）は、交換器ｉの流入口における蒸気の流量であり、
−ＰｉＩＮ（ガス）は、交換器ｉの流入口におけるガスの圧力であり、
−ＴｉＩＮ（ガス）は、交換器ｉの流入口におけるガスの温度であり、
−Ｔｉ（ガス）は、交換器ｉの領域におけるガスの平均温度である。
【００６４】
更に、改質器によって消費される水の流量Ｑ２は、次の数式により計算することができる：
2012513654.tif 000024
上式中、
−Ｆはファラデー定数であり、
−Ｎｃｅｌｌは燃料電池のセル数であり、
−ηは改質器の改質率であり、
−比Ｓ／Ｃは炭素の流量に対する水の流量を表わし、
−Ｉは燃料電池によって供給される電流であり、
−Ｒａはアノード化学量論であり、
−ＰＣＩｆｕｅｌは改質器に流入する燃料の低位発熱量を表わし、
−ＰＣＩＨ２は、改質器から流出する水素の低位発熱量を表わし、
−ｘは、改質器に供給される燃料（化学式ＣｘＨｙＯｚで表わされる）中の炭素の割合である。
【００６５】
したがって、Ｂを計算することにより、改質器の下流の水位を検出するために補助センサを追加することを回避することができる。更に、値Ｂを所定の閾値と比較することにより、燃料電池による水の消費量と、水タンクの容量とを診断することもできる。
【００６６】
本発明の第２の実施形態によれば、冷却装置は、更に、第１アセンブリ９の流入口における冷媒の温度、及び第２アセンブリ１６の流入口における冷媒の温度をそれぞれ測定することができる２つの追加の温度センサを備えることができる。この場合、電子制御ユニット２５は、第１アセンブリ９及び第２アセンブリ１６それぞれの流入口における冷媒の温度を決定する第２手段２６を備えなくて済む。第１手段２７が、温度センサ１３によって測定される変数、及び第１及び第２アセンブリの流入口における冷媒を測定する温度センサによって測定される変数を、直接受信する。
【００６７】
しかしながら、この実施形態では、電子制御ユニットは、更に、調整可能バルブの故障を診断する第４手段（図示せず）を備えることができる。
【００６８】
具体的には、第４手段は、ラジエータ８、１５のモデル、及び／又は熱交換器５のモデルを使用して、前記ラジエータ８、１５又は熱交換器５を通過する冷媒の流量を決定することにより、バルブ１９、２１、２３を制御する信号α１９、α２１、α２３と比較して、バルブ１９、２１、２３のうちの１つのバルブの故障の可能性を診断する。
【００６９】
例えば、ラジエータ８のモデルを表わす方程式（１）の逆解法を行なうことにより、ラジエータ８の流出口温度Ｔｆｃ８ＯＵＴ（温度センサによって測定される）が分かれば、Ｑｆｃ８を計算し、この値をα１９と比較することができる。決定された流量Ｑｆｃ８の値と被制御値α１９との差ｅ８を表わす値を計算することもできる。
ｅ８＝（Ｑｆｃ８−α１９・Ｑ９）２          （８）
上式中、Ｑ９は、第１アセンブリ９を通過する冷媒の流量を表わす。
【００７０】
同様に、流量Ｑｆｃ１５を計算し、例えば、変数ｅ１５を計算することにより、当該流量を値α２１と比較することもできる。
ｅ１５＝（Ｑｆｃ１５−α２１・Ｑ１６）２        （９）
上式中、Ｑ１６は、第２アセンブリ１６を通過する冷媒の流量を表わす。
【００７１】
具体的には、副回路３を流れる冷媒の合計流量Ｑｆｃは次式で表わされる。
Ｑｆｃ＝Ｑ９＋Ｑ１６                      （１０）
【００７２】
同様に、流量Ｑｆｃ５を計算し、例えば、変数ｅ５を計算することにより、当該流量を値α２３と比較することもできる。
ｅ５＝（Ｑｆｃ５−α２３・Ｑ９）２          （１１）
【００７３】
計算される種々の差と、閾値とに基づいて、第４手段は、冷却回路をモニタリングする方法を実行することができる。
【００７４】
第４手段により副冷却回路をモニタリングする方法の１つの例示的な実施形態を図３の図に示す。
【００７５】
プロセスは、熱交換器５、ラジエータ８、及び／又はラジエータ１５にそれぞれ供給される冷媒の流量Ｑｆｃ５、Ｑｆｃ８、及び／又はＱｆｃ１５を測定するステップ２９から始まる。
【００７６】
ステップ３０では、第４手段は、上に定義した差ｅ５を計算し、次に、得られた値を、燃料電池の動作パラメータに応じて保存又は決定されている閾値Ｓ１と比較する。
【００７７】
差ｅ５が閾値Ｓ１を上回る場合、方法はステップ３１に進み、このステップ３１では、主回路２を循環する冷媒の温度Ｔ１を閾値Ｓ２と比較する。温度Ｔ１が閾値Ｓ２を上回る場合、冷却装置は、発熱部材から放出される熱を正しく排熱することができず、車両をステップ３２中に停車させることができる。値Ｔ１が閾値Ｓ２を下回る場合、アラーム信号を作動させることができ、プロセスは再びステップ２９から始まる。
【００７８】
差ｅ５が閾値Ｓ１以下である場合、熱交換器５を循環する流量は設定値α２３に相当し、第３調整可能手段には顕著な漏れ又は故障は生じていない。方法はステップ３３にすすむ。
【００７９】
ステップ３３では、第４手段は、上に定義される差ｅ８及び／又は差ｅ１５を計算し、次に、得られた値を、それぞれ燃料電池の動作パラメータに応じて保存又は決定された閾値Ｓ８及び／又は閾値Ｓ１５と比較する。
【００８０】
差ｅ８及び差ｅ１５のそれぞれが、閾値Ｓ８及び閾値Ｓ１５のそれぞれを上回る場合、方法はステップ３４に進み、このステップ３４では、副回路３を循環する冷媒の温度Ｔ２を閾値Ｓ３と比較する。温度Ｔ２が閾値Ｓ３を上回る場合、副回路３は、主回路からの熱を正しく再分配することができず、バルブ１９及びバルブ２１のそれぞれが、ステップ３５中に全開になる（それぞれα１９＝１及びα２１＝１）。
【００８１】
値Ｔ２が閾値Ｓ３以下である場合、アラーム信号を作動させることができ、方法はステップ２９に進む。
【００８２】
このように、電子制御ユニット２５の異なる手段により、冷却装置１に対する制御を、当該冷却装置内のセンサの数を少なく抑えながらモニタリングし、場合によっては、再構成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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