燃料電池システム
【課題】次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮する。
【解決手段】システム停止時、三方弁制御手段９が、冷却液の循環流路をバイパス流路６側に切り替えるように三方弁７を制御する。これにより、次回起動時に、三方弁７がバイパス流路６側に切り替わるのを待つ必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。また、ラジエータ４を経由した冷たい冷却液が燃料電池１に流入するのを防ぐことができるので、暖機時間を短縮することができると共に、冷却液の温度ムラが発生することによって燃料電池１が劣化することを防止できる。
【解決手段】システム停止時、三方弁制御手段９が、冷却液の循環流路をバイパス流路６側に切り替えるように三方弁７を制御する。これにより、次回起動時に、三方弁７がバイパス流路６側に切り替わるのを待つ必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。また、ラジエータ４を経由した冷たい冷却液が燃料電池１に流入するのを防ぐことができるので、暖機時間を短縮することができると共に、冷却液の温度ムラが発生することによって燃料電池１が劣化することを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータを経由する循環流路とラジエータを迂回するバイパス流路との間で冷却液の循環流路を切り替える三方弁を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池の暖機時、ラジエータを経由する循環流路とラジエータを迂回するバイパス流路との間で冷却液の循環流路を切り替える三方弁をバイパス流路側に開くことにより、ラジエータにより冷却された冷却液が供給されることによって燃料電池の温度が低下することを防止し、燃料電池の暖機時間を短縮する燃料電池システムが知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５８２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで一般に、燃料電池の運転温度は、発電効率や反応ガスの湿度管理に影響するために、ステップモータによって三方弁の開度を細かく制御することにより精度高く制御する必要がある。しかしながら、三方弁の開度を細かく制御することにより燃料電池の運転温度を制御した場合、燃料電池の運転温度を精度高く制御することができるようにはなるが、三方弁の動きが遅くなるためにシステム起動時に三方弁がバイパス流路側に開くタイミングが遅くなり、起動時間が長くなってしまう。また、三方弁がバイパス流路側に開いていない状態で冷却液の循環ポンプを駆動すると、ラジエータによって冷却された冷却液が燃料電池に供給されることによって暖機時間が長くなってしまう。
【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、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮することが可能な燃料電池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】
【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は、システム停止時に冷却液を冷却するラジエータを迂回するバイパス流路側に冷却液の循環流路を切り替え、 システム停止時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えた状態を、次のシステム起動時まで維持し、次のシステム起動時に、冷却液の循環流路がバイパス流路側となっている状態で燃料電池の暖機を行う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムによれば、次回起動時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替える必要がないので、起動時間を短縮することができる。また、ラジエータを経由した冷たい冷却液が燃料電池に供給されることがないので、暖機時間を短縮することができる。また、ラジエータを迂回した冷却液が燃料電池に供給されることによって冷却液の温度ムラが発生することがないので、熱衝撃から燃料電池を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１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】図１に示す三方弁の内部構成を示す模式図である。
【図３】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。
【図４】本発明の実施形態となる起動時制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】図１に示す燃料電池システムの停止時及び起動時の動作を説明するための図である。
【図６】図３に示す停止時制御処理の応用例の流れを示すフローチャート図である。
【図７】本発明の第２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８】本発明の第１の実施形態となる停止後制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】燃料電池付近の冷却液温度に対する所定時間Ａの関係を外気温毎に示したマップ図である。
【図１０】燃料電池付近の冷却液温度と燃料電池から離れた位置の冷却液温度の温度差に対する所定時間Ｂの関係を示すマップ図である。
【図１１】本発明の第３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１２】本発明の第２の実施形態となる停止後制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第３の実施形態となる燃料電池システムの構成及びその動作について説明する。
【実施例１】
【００１０】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムは、車両の駆動動力源として使用され、図１に示すように、アノード及びカソード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１を備える。なお、この実施形態では、燃料電池１は、アノードとカソードにより挟持された電解質膜を備え、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、アノード及びカソードにおける電気化学反応及び燃料電池１全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。
【００１１】
〔アノード〕 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１）
〔カソード〕 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
〔冷却系の構成〕
上記燃料電池システムは、冷却液循環流路２を介して燃料電池１に冷却液を循環させる冷却液循環ポンプ３と、燃料電池１から排出された冷却液をラジエータ４により冷却した後に冷却液循環ポンプ３に供給するラジエータ流路５と、燃料電池１から排出された冷却液を直接冷却液循環ポンプ３に供給するバイパス流路６と、ラジエータ流路５とバイパス流路６との間で燃料電池１から排出された冷却液の流路を切り替える三方弁７とを備える。なお、この実施形態では、ラジエータ４は、ラジエータファン８から供給される外気と冷却液との間で熱交換を行うことにより冷却液を冷却する。また、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度は、図２に示すように、ステップモータ１１によってピストン部１２を並進移動することによって制御される。
【００１２】
〔制御系の構成〕
上記燃料電池システムは、燃料電池システムの停止指令や起動指令に応じてラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度を制御する三方弁制御手段９と、燃料電池システムの起動指令に応じて冷却液循環ポンプ３の駆動開始タイミングを制御するポンプ制御手段１０とを備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムは、以下に示す停止制御処理及び起動制御処理を実行することにより、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮する。以下、図３，図４に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理及び起動制御処理を実行する際の燃料電池システムの動作について説明する。
【００１３】
〔停止制御処理〕
図３に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、停止制御処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１４】
ステップＳ１の処理では、三方弁制御手段９が、燃料電池１に供給される冷却液の温度を調温するためにラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度を制御する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、冷却制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１５】
ステップＳ２の処理では、三方弁制御手段９が、入力されたシーケンス指令が停止指令であるか否かを判別する。そして、判別の結果、停止指令でない場合、三方弁制御手段９は停止制御処理をステップＳ１の処理に戻す。一方、停止指令である場合には、三方弁制御手段９は停止制御処理をステップＳ３の処理に進める。
【００１６】
ステップＳ３の処理では、三方弁制御手段９が、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対し三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になるように三方弁７の開度を制御する。運転停止時に三方弁７をバイパス流路６側に全開状態に制御することにより、次回起動時、三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になるまで待機する必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の停止制御処理は終了する。
【００１７】
〔起動制御処理〕
図４に示すフローチャートは、三方弁制御手段９及びポンプ制御手段１０に起動指令が入力されるのに応じて開始となり、起動制御処理はステップＳ１１の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ１１の処理では、三方弁制御手段９が、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対して三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になるように三方弁７の開度を制御する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、起動制御処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ１２の処理では、三方弁制御手段９が、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対して三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対し三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になっていない場合、三方弁制御手段９は起動制御処理をステップＳ１１の処理に戻す。一方、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対し三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になっている場合には、三方弁制御手段９は起動制御処理をステップＳ１３の処理に進める。
【００２０】
ステップＳ１３の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始し、燃料電池１への冷却液の循環を開始する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、起動制御処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００２１】
ステップＳ１４の処理では、三方弁制御手段９が、燃料電池１に供給される冷却液の温度を調温するためにラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度を制御する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、一連の起動制御処理は終了する。
【００２２】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、図５に示すように、システム停止時（ＩＧＮ ＯＦＦ時）、三方弁制御手段９が、冷却液の循環流路をバイパス流路６側に切り替えるように三方弁７を制御するので、次回起動時（ＩＧＮ ＯＮ時）に、三方弁７がバイパス流路６側に切り替わるのを待つ必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。また、ラジエータ４を経由した冷たい冷却液が燃料電池１に流入するのを防ぐことができるので、暖機時間を短縮することができると共に、冷却液の温度ムラが発生することによって燃料電池１が劣化することを防止できる。
【００２３】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、図５に示すように、次回起動時（ＩＧＮ ＯＮ時）、三方弁制御手段９が、冷却液の循環流路をバイパス流路６側に切り替えるように三方弁７を制御し、三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になった後にポンプ制御手段１０が冷却液循環ポンプ３の駆動を開始するので、フェール等によってシステムが停止することにより三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になっていない場合であっても、ラジエータ４を経由した冷たい冷却液が燃料電池１に流入するのを防ぎ、暖機時間を短縮することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、停止制御処理の際、三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になるように三方弁７の開度を制御したが、図６のステップＳ２３の処理のように、三方弁７がバイパス流路６側に略全開状態になるように三方弁７の開度を制御し、システム起動時に三方弁７をバイパス流路６側に完全に開くようにしてもよい。バイパス流路６側に完全に開いた状態で三方弁７を放置すると三方弁７に応力がかかったままの状態になる可能性があるが、このような停止制御処理によれば、三方弁７に加わる応力を低減することができるので、三方弁７の耐久性を向上させることができる。
【実施例２】
【００２５】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムは、図７に示すように、第１の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池１から排出された冷却水の温度を検出する温度センサ２１と、バイパス流路６を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ２２と、燃料電池システムの外気温を検出する温度センサ２３とを備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムは、上述の停止制御処理実行後、以下に示す停止後制御処理を実行することにより、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮する。以下、図８に示すフローチャートを参照して、この停止後制御処理を実行する際の燃料電池システムの動作について説明する。
【００２６】
〔停止後制御処理〕
図８に示すフローチャートは、燃料電池システムが停止するのに応じて開始となり、停止後制御処理はステップＳ３１の処理に進む。
【００２７】
ステップＳ３１の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１及び温度センサ２３により燃料電池１から排出された冷却液の温度及び外気温を検出し、図９に示すような冷却液の温度に対する所定時間Ａの関係を外気温毎に示したマップから検出された冷却液の温度及び外気温に対応する所定時間Ａを読み出す。そして、ポンプ制御手段９は、読み出された所定時間Ａを以下の処理において使用する所定時間Ａに設定する。なお、図９に示すマップでは、燃料電池１から排出された冷却液の温度が高い程、また外気温が低い程、燃料電池１内部で温度ムラが発生しやすいので、所定時間Ａが長くなるように設定されている。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３２の処理に進む。
【００２８】
ステップＳ３２の処理では、ポンプ制御手段１０が、システムが停止してからの経過時間を計測する。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００２９】
ステップＳ３３の処理では、ポンプ制御手段１０が、システムが停止してからの経過時間がステップＳ３１の処理において設定した所定時間Ａになったか否かを判別する。そして、判別の結果、所定時間Ａになっていない場合、ポンプ制御手段１０は停止後処理をステップＳ３２の処理に戻す。一方、所定時間Ａになった場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ３４の処理に進める。
【００３０】
ステップＳ３４の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始することにより燃料電池１内部に冷却液を循環させる。これにより、ステップＳ３４の処理は完了し、停止後制御処理をステップＳ３５の処理に進める。
【００３１】
ステップＳ３５の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１と温度センサ２２により燃料電池１から排出された冷却液の温度及びバイパス流路６を流れる冷却水の温度を検出し、冷却液の温度差を算出する。そして、ポンプ制御手段１０は、図１０に示すような冷却液の温度差に対する所定時間Ｂの関係を示したマップから算出された温度差に対応する所定時間Ｂを読み出し、読み出された所定時間Ｂを以下の処理において使用する所定時間Ｂに設定する。なお、図１０に示すマップでは、温度差が大きい程、燃料電池１内部で温度ムラが発生しやすいので、所定時間Ｂが長くなるように設定されている。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３６の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ３６の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始してからの経過時間を計測する。これにより、ステップＳ３６の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３７の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ３７の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始してからの経過時間がステップＳ３５の処理において設定された所定時間Ｂになったか否かを判別する。そして、判別の結果、所定時間Ｂになっていない場合、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ３６の処理に戻す。一方、所定時間Ｂになった場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ３８の処理に進める。
【００３４】
ステップＳ３８の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を停止する。これにより、ステップＳ３８の処理は完了し、一連の停止後制御処理は終了する。
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、外気温と燃料電池１から排出された冷却液温度により定まる所定時間Ａがシステム停止後から経過した後、燃料電池１から排出された冷却液温度とバイパス流路６内の冷却液温度の温度差により定まる所定時間Ｂだけ冷却液循環ポンプ３を駆動する。一般に、システム停止後は、燃料電池１内部の冷却液よりも配管内の冷却液の方が早く冷えるために、短時間放置後には、燃料電池１内部の冷却液とバイパス流路６内の冷却液に温度差が生じ、次回起動時にはこの温度差によって燃料電池１に熱衝撃を与える可能性がある。従って、上記のような構成によれば、冷却液の温度差が拡大することを防止し、燃料電池１を熱衝撃から保護することができる。
【００３６】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、燃料電池システムの外気温が低い程、所定時間Ａを短く設定する。一般に、外気温が低いほど配管内の冷却液が冷え、停止後短時間のうちに上述の温度差が発生する可能性が高い。従って、上記のような構成によれば、停止後短時間のうちに冷却液循環ポンプ３を駆動することにより、上述の温度差を小さくすることができる。
【００３７】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、燃料電池１付近の冷却液の温度が高い程、所定時間Ａを短く設定する。一般に、燃料電池１付近の冷却液の温度が高いほど停止後短時間のうちに上述の温度差が発生する可能性が高い。従って、上記のような構成によれば、停止後短時間のうちに冷却液循環ポンプ３を駆動することにより、上述の温度差を小さくすることができる。
【００３８】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、燃料電池１から排出された冷却液温度とバイパス流路６内の冷却液温度の温度差が大きい程、所定時間Ｂを長く設定するので、温度差が大きい程、冷却液循環ポンプ３を長時間駆動することにより、上述の温度差を小さくすることができる。
【実施例３】
【００３９】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、図１１に示すように、第１の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池１から排出された冷却水の温度を検出する温度センサ２１と、バイパス流路６を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ２２とを備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムは、上述の停止制御処理実行後、以下に示す停止後制御処理を実行することにより、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮する。以下、図１２に示すフローチャートを参照して、この停止後制御処理を実行する際の燃料電池システムの動作について説明する。
【００４０】
〔停止後制御処理〕
図１２に示すフローチャートは、燃料電池システムが停止するのに応じて開始となり、停止後制御処理はステップＳ４１の処理に進む。
【００４１】
ステップＳ４１の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１により燃料電池１から排出された冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４１の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４２の処理に進む。
【００４２】
ステップＳ４２の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２２によりバイパス流路６内の冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４２の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４３の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ４３の処理では、ポンプ制御手段１０が、ステップＳ４１の処理により検出された冷却液の温度とステップＳ４２の処理により検出された冷却液の温度の差を算出すし、算出された温度差が所定温度Ａ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、所定温度Ａ以上でない場合、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４１の処理に戻す。一方、所定温度Ａ以上である場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４４の処理に進める。
【００４４】
ステップＳ４４の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始することにより燃料電池１内部に冷却液を循環させる。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、停止後制御処理をステップＳ４５の処理に進める。
【００４５】
ステップＳ４５の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１により燃料電池１から排出された冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４５の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４６の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ４６の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２２によりバイパス流路６を流れる冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４６の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４７の処理に進む。
【００４７】
ステップＳ４７の処理では、ポンプ制御手段１０が、ステップＳ４５の処理により検出された冷却液の温度とステップＳ４６の処理により検出された冷却液の温度の差を算出すし、算出された温度差が所定温度Ｂ（＜所定温度Ａ）以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、所定温度Ｂ以上でない場合、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４５の処理に戻す。一方、所定温度Ｂ以上である場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４８の処理に進める。
【００４８】
ステップＳ４８の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を停止する。これにより、ステップＳ４８の処理は完了し、一連の停止後制御処理は終了する。
【００４９】
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０が、システム停止後、燃料電池１から排出された冷却液の温度とバイパス流路６内の冷却液の温度の差が所定温度Ａ以上になった場合、冷却液循環ポンプ３を駆動するので、上述の温度差を小さくすることができる。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１：燃料電池
２：冷却液循環流路
３：冷却液循環ポンプ
４：ラジエータ
５：ラジエータ側流路
６：バイパス流路
７：三方弁
８：ラジエータファン
９：三方弁制御手段
１０：ポンプ制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータを経由する循環流路とラジエータを迂回するバイパス流路との間で冷却液の循環流路を切り替える三方弁を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池の暖機時、ラジエータを経由する循環流路とラジエータを迂回するバイパス流路との間で冷却液の循環流路を切り替える三方弁をバイパス流路側に開くことにより、ラジエータにより冷却された冷却液が供給されることによって燃料電池の温度が低下することを防止し、燃料電池の暖機時間を短縮する燃料電池システムが知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５８２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで一般に、燃料電池の運転温度は、発電効率や反応ガスの湿度管理に影響するために、ステップモータによって三方弁の開度を細かく制御することにより精度高く制御する必要がある。しかしながら、三方弁の開度を細かく制御することにより燃料電池の運転温度を制御した場合、燃料電池の運転温度を精度高く制御することができるようにはなるが、三方弁の動きが遅くなるためにシステム起動時に三方弁がバイパス流路側に開くタイミングが遅くなり、起動時間が長くなってしまう。また、三方弁がバイパス流路側に開いていない状態で冷却液の循環ポンプを駆動すると、ラジエータによって冷却された冷却液が燃料電池に供給されることによって暖機時間が長くなってしまう。
【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、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮することが可能な燃料電池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】
【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は、システム停止時に冷却液を冷却するラジエータを迂回するバイパス流路側に冷却液の循環流路を切り替え、 システム停止時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えた状態を、次のシステム起動時まで維持し、次のシステム起動時に、冷却液の循環流路がバイパス流路側となっている状態で燃料電池の暖機を行う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムによれば、次回起動時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替える必要がないので、起動時間を短縮することができる。また、ラジエータを経由した冷たい冷却液が燃料電池に供給されることがないので、暖機時間を短縮することができる。また、ラジエータを迂回した冷却液が燃料電池に供給されることによって冷却液の温度ムラが発生することがないので、熱衝撃から燃料電池を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１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】図１に示す三方弁の内部構成を示す模式図である。
【図３】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。
【図４】本発明の実施形態となる起動時制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】図１に示す燃料電池システムの停止時及び起動時の動作を説明するための図である。
【図６】図３に示す停止時制御処理の応用例の流れを示すフローチャート図である。
【図７】本発明の第２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８】本発明の第１の実施形態となる停止後制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】燃料電池付近の冷却液温度に対する所定時間Ａの関係を外気温毎に示したマップ図である。
【図１０】燃料電池付近の冷却液温度と燃料電池から離れた位置の冷却液温度の温度差に対する所定時間Ｂの関係を示すマップ図である。
【図１１】本発明の第３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１２】本発明の第２の実施形態となる停止後制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第３の実施形態となる燃料電池システムの構成及びその動作について説明する。
【実施例１】
【００１０】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムは、車両の駆動動力源として使用され、図１に示すように、アノード及びカソード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１を備える。なお、この実施形態では、燃料電池１は、アノードとカソードにより挟持された電解質膜を備え、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、アノード及びカソードにおける電気化学反応及び燃料電池１全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。
【００１１】
〔アノード〕 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１）
〔カソード〕 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
〔冷却系の構成〕
上記燃料電池システムは、冷却液循環流路２を介して燃料電池１に冷却液を循環させる冷却液循環ポンプ３と、燃料電池１から排出された冷却液をラジエータ４により冷却した後に冷却液循環ポンプ３に供給するラジエータ流路５と、燃料電池１から排出された冷却液を直接冷却液循環ポンプ３に供給するバイパス流路６と、ラジエータ流路５とバイパス流路６との間で燃料電池１から排出された冷却液の流路を切り替える三方弁７とを備える。なお、この実施形態では、ラジエータ４は、ラジエータファン８から供給される外気と冷却液との間で熱交換を行うことにより冷却液を冷却する。また、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度は、図２に示すように、ステップモータ１１によってピストン部１２を並進移動することによって制御される。
【００１２】
〔制御系の構成〕
上記燃料電池システムは、燃料電池システムの停止指令や起動指令に応じてラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度を制御する三方弁制御手段９と、燃料電池システムの起動指令に応じて冷却液循環ポンプ３の駆動開始タイミングを制御するポンプ制御手段１０とを備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムは、以下に示す停止制御処理及び起動制御処理を実行することにより、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮する。以下、図３，図４に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理及び起動制御処理を実行する際の燃料電池システムの動作について説明する。
【００１３】
〔停止制御処理〕
図３に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、停止制御処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１４】
ステップＳ１の処理では、三方弁制御手段９が、燃料電池１に供給される冷却液の温度を調温するためにラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度を制御する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、冷却制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１５】
ステップＳ２の処理では、三方弁制御手段９が、入力されたシーケンス指令が停止指令であるか否かを判別する。そして、判別の結果、停止指令でない場合、三方弁制御手段９は停止制御処理をステップＳ１の処理に戻す。一方、停止指令である場合には、三方弁制御手段９は停止制御処理をステップＳ３の処理に進める。
【００１６】
ステップＳ３の処理では、三方弁制御手段９が、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対し三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になるように三方弁７の開度を制御する。運転停止時に三方弁７をバイパス流路６側に全開状態に制御することにより、次回起動時、三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になるまで待機する必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の停止制御処理は終了する。
【００１７】
〔起動制御処理〕
図４に示すフローチャートは、三方弁制御手段９及びポンプ制御手段１０に起動指令が入力されるのに応じて開始となり、起動制御処理はステップＳ１１の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ１１の処理では、三方弁制御手段９が、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対して三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になるように三方弁７の開度を制御する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、起動制御処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ１２の処理では、三方弁制御手段９が、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対して三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対し三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になっていない場合、三方弁制御手段９は起動制御処理をステップＳ１１の処理に戻す。一方、ラジエータ流路５側及びバイパス流路６側に対し三方弁７がそれぞれ全閉状態及び全開状態になっている場合には、三方弁制御手段９は起動制御処理をステップＳ１３の処理に進める。
【００２０】
ステップＳ１３の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始し、燃料電池１への冷却液の循環を開始する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、起動制御処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００２１】
ステップＳ１４の処理では、三方弁制御手段９が、燃料電池１に供給される冷却液の温度を調温するためにラジエータ流路５側及びバイパス流路６側の三方弁７の開度を制御する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、一連の起動制御処理は終了する。
【００２２】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、図５に示すように、システム停止時（ＩＧＮ ＯＦＦ時）、三方弁制御手段９が、冷却液の循環流路をバイパス流路６側に切り替えるように三方弁７を制御するので、次回起動時（ＩＧＮ ＯＮ時）に、三方弁７がバイパス流路６側に切り替わるのを待つ必要が無くなり、起動時間を短縮することができる。また、ラジエータ４を経由した冷たい冷却液が燃料電池１に流入するのを防ぐことができるので、暖機時間を短縮することができると共に、冷却液の温度ムラが発生することによって燃料電池１が劣化することを防止できる。
【００２３】
また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、図５に示すように、次回起動時（ＩＧＮ ＯＮ時）、三方弁制御手段９が、冷却液の循環流路をバイパス流路６側に切り替えるように三方弁７を制御し、三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になった後にポンプ制御手段１０が冷却液循環ポンプ３の駆動を開始するので、フェール等によってシステムが停止することにより三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になっていない場合であっても、ラジエータ４を経由した冷たい冷却液が燃料電池１に流入するのを防ぎ、暖機時間を短縮することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、停止制御処理の際、三方弁７がバイパス流路６側に全開状態になるように三方弁７の開度を制御したが、図６のステップＳ２３の処理のように、三方弁７がバイパス流路６側に略全開状態になるように三方弁７の開度を制御し、システム起動時に三方弁７をバイパス流路６側に完全に開くようにしてもよい。バイパス流路６側に完全に開いた状態で三方弁７を放置すると三方弁７に応力がかかったままの状態になる可能性があるが、このような停止制御処理によれば、三方弁７に加わる応力を低減することができるので、三方弁７の耐久性を向上させることができる。
【実施例２】
【００２５】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムは、図７に示すように、第１の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池１から排出された冷却水の温度を検出する温度センサ２１と、バイパス流路６を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ２２と、燃料電池システムの外気温を検出する温度センサ２３とを備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムは、上述の停止制御処理実行後、以下に示す停止後制御処理を実行することにより、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮する。以下、図８に示すフローチャートを参照して、この停止後制御処理を実行する際の燃料電池システムの動作について説明する。
【００２６】
〔停止後制御処理〕
図８に示すフローチャートは、燃料電池システムが停止するのに応じて開始となり、停止後制御処理はステップＳ３１の処理に進む。
【００２７】
ステップＳ３１の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１及び温度センサ２３により燃料電池１から排出された冷却液の温度及び外気温を検出し、図９に示すような冷却液の温度に対する所定時間Ａの関係を外気温毎に示したマップから検出された冷却液の温度及び外気温に対応する所定時間Ａを読み出す。そして、ポンプ制御手段９は、読み出された所定時間Ａを以下の処理において使用する所定時間Ａに設定する。なお、図９に示すマップでは、燃料電池１から排出された冷却液の温度が高い程、また外気温が低い程、燃料電池１内部で温度ムラが発生しやすいので、所定時間Ａが長くなるように設定されている。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３２の処理に進む。
【００２８】
ステップＳ３２の処理では、ポンプ制御手段１０が、システムが停止してからの経過時間を計測する。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００２９】
ステップＳ３３の処理では、ポンプ制御手段１０が、システムが停止してからの経過時間がステップＳ３１の処理において設定した所定時間Ａになったか否かを判別する。そして、判別の結果、所定時間Ａになっていない場合、ポンプ制御手段１０は停止後処理をステップＳ３２の処理に戻す。一方、所定時間Ａになった場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ３４の処理に進める。
【００３０】
ステップＳ３４の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始することにより燃料電池１内部に冷却液を循環させる。これにより、ステップＳ３４の処理は完了し、停止後制御処理をステップＳ３５の処理に進める。
【００３１】
ステップＳ３５の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１と温度センサ２２により燃料電池１から排出された冷却液の温度及びバイパス流路６を流れる冷却水の温度を検出し、冷却液の温度差を算出する。そして、ポンプ制御手段１０は、図１０に示すような冷却液の温度差に対する所定時間Ｂの関係を示したマップから算出された温度差に対応する所定時間Ｂを読み出し、読み出された所定時間Ｂを以下の処理において使用する所定時間Ｂに設定する。なお、図１０に示すマップでは、温度差が大きい程、燃料電池１内部で温度ムラが発生しやすいので、所定時間Ｂが長くなるように設定されている。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３６の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ３６の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始してからの経過時間を計測する。これにより、ステップＳ３６の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ３７の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ３７の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始してからの経過時間がステップＳ３５の処理において設定された所定時間Ｂになったか否かを判別する。そして、判別の結果、所定時間Ｂになっていない場合、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ３６の処理に戻す。一方、所定時間Ｂになった場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ３８の処理に進める。
【００３４】
ステップＳ３８の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を停止する。これにより、ステップＳ３８の処理は完了し、一連の停止後制御処理は終了する。
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、外気温と燃料電池１から排出された冷却液温度により定まる所定時間Ａがシステム停止後から経過した後、燃料電池１から排出された冷却液温度とバイパス流路６内の冷却液温度の温度差により定まる所定時間Ｂだけ冷却液循環ポンプ３を駆動する。一般に、システム停止後は、燃料電池１内部の冷却液よりも配管内の冷却液の方が早く冷えるために、短時間放置後には、燃料電池１内部の冷却液とバイパス流路６内の冷却液に温度差が生じ、次回起動時にはこの温度差によって燃料電池１に熱衝撃を与える可能性がある。従って、上記のような構成によれば、冷却液の温度差が拡大することを防止し、燃料電池１を熱衝撃から保護することができる。
【００３６】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、燃料電池システムの外気温が低い程、所定時間Ａを短く設定する。一般に、外気温が低いほど配管内の冷却液が冷え、停止後短時間のうちに上述の温度差が発生する可能性が高い。従って、上記のような構成によれば、停止後短時間のうちに冷却液循環ポンプ３を駆動することにより、上述の温度差を小さくすることができる。
【００３７】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、燃料電池１付近の冷却液の温度が高い程、所定時間Ａを短く設定する。一般に、燃料電池１付近の冷却液の温度が高いほど停止後短時間のうちに上述の温度差が発生する可能性が高い。従って、上記のような構成によれば、停止後短時間のうちに冷却液循環ポンプ３を駆動することにより、上述の温度差を小さくすることができる。
【００３８】
また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０は、燃料電池１から排出された冷却液温度とバイパス流路６内の冷却液温度の温度差が大きい程、所定時間Ｂを長く設定するので、温度差が大きい程、冷却液循環ポンプ３を長時間駆動することにより、上述の温度差を小さくすることができる。
【実施例３】
【００３９】
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、図１１に示すように、第１の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池１から排出された冷却水の温度を検出する温度センサ２１と、バイパス流路６を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ２２とを備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムは、上述の停止制御処理実行後、以下に示す停止後制御処理を実行することにより、次回起動時の起動時間及び暖機時間を短縮する。以下、図１２に示すフローチャートを参照して、この停止後制御処理を実行する際の燃料電池システムの動作について説明する。
【００４０】
〔停止後制御処理〕
図１２に示すフローチャートは、燃料電池システムが停止するのに応じて開始となり、停止後制御処理はステップＳ４１の処理に進む。
【００４１】
ステップＳ４１の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１により燃料電池１から排出された冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４１の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４２の処理に進む。
【００４２】
ステップＳ４２の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２２によりバイパス流路６内の冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４２の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４３の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ４３の処理では、ポンプ制御手段１０が、ステップＳ４１の処理により検出された冷却液の温度とステップＳ４２の処理により検出された冷却液の温度の差を算出すし、算出された温度差が所定温度Ａ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、所定温度Ａ以上でない場合、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４１の処理に戻す。一方、所定温度Ａ以上である場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４４の処理に進める。
【００４４】
ステップＳ４４の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を開始することにより燃料電池１内部に冷却液を循環させる。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、停止後制御処理をステップＳ４５の処理に進める。
【００４５】
ステップＳ４５の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２１により燃料電池１から排出された冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４５の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４６の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ４６の処理では、ポンプ制御手段１０が、温度センサ２２によりバイパス流路６を流れる冷却液の温度を検出する。これにより、ステップＳ４６の処理は完了し、停止後制御処理はステップＳ４７の処理に進む。
【００４７】
ステップＳ４７の処理では、ポンプ制御手段１０が、ステップＳ４５の処理により検出された冷却液の温度とステップＳ４６の処理により検出された冷却液の温度の差を算出すし、算出された温度差が所定温度Ｂ（＜所定温度Ａ）以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、所定温度Ｂ以上でない場合、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４５の処理に戻す。一方、所定温度Ｂ以上である場合には、ポンプ制御手段１０は停止後制御処理をステップＳ４８の処理に進める。
【００４８】
ステップＳ４８の処理では、ポンプ制御手段１０が、冷却液循環ポンプ３の駆動を停止する。これにより、ステップＳ４８の処理は完了し、一連の停止後制御処理は終了する。
【００４９】
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムによれば、ポンプ制御手段１０が、システム停止後、燃料電池１から排出された冷却液の温度とバイパス流路６内の冷却液の温度の差が所定温度Ａ以上になった場合、冷却液循環ポンプ３を駆動するので、上述の温度差を小さくすることができる。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１：燃料電池
２：冷却液循環流路
３：冷却液循環ポンプ
４：ラジエータ
５：ラジエータ側流路
６：バイパス流路
７：三方弁
８：ラジエータファン
９：三方弁制御手段
１０：ポンプ制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を循環させることにより燃料電池を冷却する循環ポンプと、
冷却液を冷却するラジエータを経由するラジエータ流路と、当該ラジエータを迂回するバイパス流路との間で前記冷却液の循環流路を切り替える三方弁と、
システム停止時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えるように前記三方弁を制御する制御手段とを備え、
システム停止時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えた状態を、次のシステム起動時まで維持し、次のシステム起動時に、冷却液の循環流路がバイパス流路側となっている状態で前記燃料電池の暖機を行う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、
前記制御手段は、システム起動時、冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えるように前記三方弁を制御し、当該三方弁がバイパス流路側に全開状態になった後に前記循環ポンプの駆動を開始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、
前記制御手段は、システム停止時、バイパス流路側に略全開状態になるように三方弁を制御し、システム起動時、バイパス流路側に全開状態になるように三方弁を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、システム停止後から外気温と冷却液温度により定まる第１の所定時間が経過した後、燃料電池付近の冷却液温度と燃料電池から離れた位置の冷却液温度の温度差により定まる第２の所定時間だけ前記循環ポンプを駆動することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
外気温を検出する外気温検出手段を備え、
前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出された外気温が低い程、前記第１の所定時間を短く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池付近の冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度が高い程、前記第１の所定時間を短く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池付近の冷却液の温度を検出する第１の冷却液温度検出手段と、
前記燃料電池から離れた位置の冷却液の温度を検出する第２の冷却液温度検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度と前記第２の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度の差が大きい程、前記第２の所定時間を長く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池付近の冷却液の温度を検出する第１の冷却液温度検出手段と、
前記燃料電池から離れた位置の冷却液の温度を検出する第２の冷却液温度検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電停止時後に前記第１の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度と前記第２の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度の差が所定温度以上になった場合、前記循環ポンプを駆動することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を循環させることにより燃料電池を冷却する循環ポンプと、
冷却液を冷却するラジエータを経由するラジエータ流路と、当該ラジエータを迂回するバイパス流路との間で前記冷却液の循環流路を切り替える三方弁と、
システム停止時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えるように前記三方弁を制御する制御手段とを備え、
システム停止時に冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えた状態を、次のシステム起動時まで維持し、次のシステム起動時に、冷却液の循環流路がバイパス流路側となっている状態で前記燃料電池の暖機を行う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、
前記制御手段は、システム起動時、冷却液の循環流路をバイパス流路側に切り替えるように前記三方弁を制御し、当該三方弁がバイパス流路側に全開状態になった後に前記循環ポンプの駆動を開始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、
前記制御手段は、システム停止時、バイパス流路側に略全開状態になるように三方弁を制御し、システム起動時、バイパス流路側に全開状態になるように三方弁を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、システム停止後から外気温と冷却液温度により定まる第１の所定時間が経過した後、燃料電池付近の冷却液温度と燃料電池から離れた位置の冷却液温度の温度差により定まる第２の所定時間だけ前記循環ポンプを駆動することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
外気温を検出する外気温検出手段を備え、
前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出された外気温が低い程、前記第１の所定時間を短く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池付近の冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度が高い程、前記第１の所定時間を短く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池付近の冷却液の温度を検出する第１の冷却液温度検出手段と、
前記燃料電池から離れた位置の冷却液の温度を検出する第２の冷却液温度検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度と前記第２の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度の差が大きい程、前記第２の所定時間を長く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池付近の冷却液の温度を検出する第１の冷却液温度検出手段と、
前記燃料電池から離れた位置の冷却液の温度を検出する第２の冷却液温度検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電停止時後に前記第１の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度と前記第２の冷却液温度検出手段により検出された冷却液の温度の差が所定温度以上になった場合、前記循環ポンプを駆動することを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２３０５４（Ｐ２０１２−２３０５４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４５０９（Ｐ２０１１−２１４５０９）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【分割の表示】特願２００５−２０７８１３（Ｐ２００５−２０７８１３）の分割
【原出願日】平成１７年７月１５日（２００５．７．１５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【分割の表示】特願２００５−２０７８１３（Ｐ２００５−２０７８１３）の分割
【原出願日】平成１７年７月１５日（２００５．７．１５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]