JP2018181654A - 燃料電池冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水循環流路に異常が発生した際に、異常発生箇所の特定を容易に行うことができる燃料電池冷却システムを提供する。【解決手段】燃料電池冷却システム１は、ラジエータ流路ＲＬとバイパス流路ＢＬとの両方に冷却水を流している状態において、流路異常状態がＥＣＵ１００により判定された場合に、三方弁５０のバイパス流路側の閉弁により流路異常状態が解消されたときにバイパス流路ＢＬの異常と判定し、三方弁５０のラジエータ流路側の閉弁により流路異常状態が解消されたときにラジエータ流路ＲＬの異常と判定し、三方弁５０の開度制御によって流路異常状態が解消しないときにスタック流路ＳＬの異常と判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池冷却システムに関する。

燃料電池は、一般に、燃料電池セル（以下、セルとも称する）が複数積層された燃料電池スタックとして使用されている。各セルは、電解質膜とその両面にそれぞれ接合されたアノード（燃料極）及びカソード（空気極）とから構成されたＭＥＡを、一対のセパレータで挟持することで構成されている。

燃料電池には電解質膜の種類によって決まる好適な運転温度範囲がある。燃料電池の内部温度がその運転温度範囲より高温でも、逆に低温でも十分な発電性能を得ることができない。このため、各セルのセパレータには、アノードに燃料ガスを供給するためのガス流路やカソードに酸化ガスを供給するためのガス流路とともに、冷却水を流すための冷却水流路が設けられており、燃料電池は冷却水によって冷却されることで反応熱による温度上昇を抑え、適正な運転温度に温度調整されている。

燃料電池を冷却するための冷却水は、通常、繰り返し再使用される。このため、燃料電池システムには、冷却水を燃料電池に循環供給するための冷却水循環流路が設けられている。例えば下記特許文献１に記載の冷却水循環流路は、燃料電池に冷却水を流すためのスタック流路と、このスタック流路に接続され、ラジエータを有するラジエータ流路と、ラジエータを迂回するバイパス流路とを備えており、このラジエータ流路又はバイパス流路に流す冷却水の流量比率を切り替える三方弁が設けられている。

特開２００５−２８５４８９号公報

ところで、上記冷却水循環流路において例えば冷却水漏れ等の異常が発生した場合に、その発生を速やかに検出する必要がある。従来では、このような冷却水漏れを検知する技術が提案されているものの、冷却水循環流路のうちスタック流路、ラジエータ流路、バイパス流路のいずれに異常が発生したかを判別できず、異常発生箇所の特定が困難であった。

そこで、本発明は、冷却水循環流路に異常が発生した際に、異常発生箇所の特定を容易に行うことができる燃料電池冷却システムを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池冷却システムは、燃料電池と、燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水循環流路と、冷却水循環流路に設けられ、冷却水を循環させる冷却水ポンプと、を備えた燃料電池システムであって、冷却水循環流路は、燃料電池に冷却水を流すためのスタック流路と、冷却水の熱を外部へ放出するラジエータを有し、該ラジエータと燃料電池間で冷却水が循環されるようにスタック流路の両端に接続されるラジエータ流路と、スタック流路の両端のうちの一端から分岐して他端に合流し、ラジエータ流路を迂回して冷却水を流すためのバイパス流路と、を備え、スタック流路の両端のうちの一端に設けられ、ラジエータ流路及びバイパス流路に流入する冷却水の流量比率を調節する三方弁と、冷却水ポンプの回転数及び冷却水の温度に基づいて推定された推定流量と、冷却水のポンプの消費電力と、に基づき流路異常状態を判定するためのマップを記憶した制御部と、を有し、ラジエータ流路とバイパス流路との両方に冷却水を流している状態において、流路異常状態と制御部により判定された場合には、三方弁のバイパス流路側の閉弁により流路異常状態が解消されたときにバイパス流路の異常と判定し、三方弁のラジエータ流路側の閉弁により流路異常状態が解消されたときにラジエータ流路の異常と判定し、三方弁の開度制御によって流路異常状態が解消しないときにスタック流路の異常と判定する。

かかる構成によれば、推定流量と消費電力との関係に基づいたマップに基づき流路異常状態を判定し、三方弁におけるラジエータ流路側又はバイパス流路側の閉弁により上記流路異常状態が解消されたか否かを判定することにより、冷却水循環流路のうちのスタック流路、バイパス流路又はラジエータ流路のどの流路に異常が発生したかを判別することができる。これにより、冷却水循環流路における異常発生箇所の特定を容易に行うことができる。

本発明によれば、冷却水循環流路に異常が発生した際に、異常発生箇所の特定を容易に行うことができる燃料電池冷却システムを提供することができる。

本実施形態における燃料電池冷却システムの概略構成図である。 異常発生箇所特定フローの一例を示すフローチャートである。 ポンプの推定流量と消費電力との関係に基づくマップを示すグラフである。 バイパス流路閉塞時のフェールセーフ処理の一例を示すフローチャートである。 ラジエータ流路閉塞時のフェールセーフ処理の一例を示すフローチャートである。 制限開始温度及び制限率について説明するためのグラフである。 ポンプ回転数算出方法及び三方弁目標開度算出方法について説明するための図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

本実施形態の燃料電池冷却システム１は、例えば車両に搭載される。図１に示すように、燃料電池冷却システム１は、燃料電池スタック１０（燃料電池）と、循環流路２０（冷却水循環流路）と、ラジエータ３０と、温度センサ４１、４２と、三方弁５０と、ウォーターポンプ６０（冷却水ポンプ）と、インタークーラ７０と、ＥＣＵ１００（制御部）等を備えている。

燃料電池スタック１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池セルを複数積層したスタック構造を有する。各燃料電池セルは電解質膜、アノード及びカソードを備える。アノードおよびカソードは、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した電極触媒層である。電解質膜は、その両側に接合されたアノードとカソードと共に膜電極接合体（ＭＥＡ）を構成する。燃料電池セルは、このＭＥＡを一対のセパレータで挟持した構成を備える。

循環流路２０は、燃料電池を冷却する冷却水が燃料電池スタック１０から流出して燃料電池スタック１０へ戻るように、冷却水を燃料電池スタック１０の外部に循環させる流路である。循環流路２０は、燃料電池スタック１０の図示下部の冷却水流出口と図示上部の冷却水流入口とを繋いでいる。冷却水としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液等を用いることができる。

循環流路２０は、スタック流路ＳＬと、バイパス流路ＢＬと、ラジエータ流路ＲＬとを備える。スタック流路ＳＬは、燃料電池スタック１０に冷却水を流すために燃料電池スタック１０入口側及び出口側に接続される流路である。スタック流路ＳＬの両端は、バイパス流路ＢＬの両端（言い換えれば、ラジエータ流路ＲＬの両端）に接続されている。ラジエータ流路ＲＬは、冷却水の熱を外部へ放出するラジエータ３０を有し、ラジエータ３０と燃料電池スタック１０間で冷却水が循環されるようにスタック流路ＳＬの両端と接続される流路である。バイパス流路ＢＬは、スタック流路ＳＬの両端のうちの一端から分岐して他端に合流し、ラジエータ流路ＲＬを迂回して冷却水を流通させるための流路である。なお、図１において、スタック流路ＳＬ、バイパス流路ＢＬ、及び、ラジエータ流路ＲＬの示す領域は、概略図として示すものであり、図１に示す領域に限定されるものではない。

ラジエータ流路ＲＬに設けられるラジエータ３０は、冷却水の熱を外気との熱交換により外部へ放出する機能を有する。なお、図１に示すように、ラジエータ流路ＲＬにラジエータ３０を設ける構成に加え、ラジエータ３０による熱交換機能を補助するサブラジエータ３５を設ける構成としても良い。

ラジエータ３０を迂回して冷却水を流通させるバイパス管２１は、スタック流路ＳＬの両端（すなわち、スタック流路ＳＬとラジエータ流路ＲＬの接続箇所）のうちの一端（ラジエータ流路ＲＬ上流側）でラジエータ流路ＲＬから分岐し、スタック流路ＳＬの両端のうちの他端（ラジエータ流路ＲＬ下流側）に合流する流路である。言い換えれば、バイパス管２１は、ラジエータ３０よりも冷却水流れ上流側の分岐位置でラジエータ流路ＲＬから分岐すると共に、ラジエータ３０よりも冷却水流れ下流側の合流位置でラジエータ流路ＲＬに接続される流路である。このようにバイパス管２１を設け、後述する三方弁５０の開度を制御することにより、ラジエータ流路ＲＬをバイパスしてスタック流路ＳＬとバイパス管２１とで冷却水を循環させることができる。バイパス管２１には、バイパス管２１に並列接続した冷却水通路が設けられており、この冷却水通路にはイオン吸着手段をなすイオン交換器７５が配設されている。イオン交換器７５内には例えばイオン交換樹脂が充填されている。冷却水は燃料電池スタック１０内において燃料電池に接するため、イオン交換器７５において冷却水からイオンを吸着除去し、冷却水の導電率の上昇を抑止するようになっている。なお、本明細書において、バイパス管２１及びイオン交換器７５を通る管を含む流路を、バイパス流路ＢＬと称して説明する。

ラジエータ流路ＲＬの上流側においてバイパス流路ＢＬに分岐する分岐点（すなわち、スタック流路ＳＬの両端のうちの一端）には、三方弁５０が設けられている。言い換えれば、ラジエータ流路ＲＬとスタック流路ＳＬとの接続位置のうちの一方側（ラジエータ流路ＲＬ上流側）に、三方弁５０が設けられている。三方弁５０は、ラジエータ流路ＲＬへ流す冷却水とバイパス流路ＢＬへ流す冷却水との流量比率を調節する弁装置である。三方弁５０は、上流側から流入する冷却水の導入口を有すると共に、冷却水をラジエータ３０側へ流出させる第１流出口、及び、冷却水をバイパス管２１側へ流出させる第２流出口を有し、この第１流出口と第２流出口の開度を各々調整可能に構成されている。

ウォーターポンプ６０は、循環流路２０に冷却水を循環させるための循環ポンプである。ウォーターポンプ６０は、ラジエータ流路ＲＬの下流側におけるバイパス流路ＢＬの合流点よりも冷却水流れ下流側に配設されている。詳細には、ウォーターポンプ６０は、ラジエータ流路ＲＬの下流側におけるバイパス流路ＢＬの合流点よりも下流側、且つ、燃料電池スタック１０よりも上流側に配設されている。ウォーターポンプ６０は、例えば、ポンプハウジング内でインペラをモータ６１駆動により回転させるポンプ装置とすることができる。

循環流路２０には、燃料電池スタック１０をバイパスする冷却水通路が設けられており、この冷却水通路にはインタークーラ７０が配設されている。インタークーラ７０は、燃料電池スタック１０に供給される空気と冷却水とを熱交換する熱交換器であり、燃料電池スタック１０に供給される空気を好適な温度に温度調節するようになっている。

循環流路２０には、冷却水の温度を検出する温度検出手段である温度センサ４１、４２が配設されている。温度センサ４１（ラジエータ出口温度センサ）は、ラジエータ３０よりも冷却水流れ下流側に配設され、温度センサ４２（スタック出口温度センサ）は、燃料電池スタック１０よりも冷却水流れ下流側に配設され、各温度センサ４１、４２が検出する冷却水の温度情報はＥＣＵ１００に出力される。

ＥＣＵ１００は、システム内の各種機器の動作を制御するものであり、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。ＥＣＵ１００は、例えば、燃料電池スタック１０が出力する燃料電池の発熱量もしくは発電量に関する情報や、温度センサ４１、４２が出力する温度情報を入力し、これらの入力情報に基づいて三方弁５０やウォーターポンプ６０を駆動制御する。またＥＣＵ１００は、例えば、ウォーターポンプ６０の消費電力を監視し、記憶する。またＥＣＵ１００は、例えば、温度センサ４２が検出する燃料電池スタック１０の出口における冷却水の温度情報に基づいて三方弁５０の開度を制御する。三方弁５０の開度制御方法として、例えば、温度センサ４２により検出された冷却水の温度が所定値よりも高い場合には、ラジエータ３０へ冷却水を流して冷却するように三方弁５０を制御する一方、所定値よりも低い場合には、イオン交換器７５を含むバイパス流路ＢＬに冷却水を流すように三方弁５０を制御する。またＥＣＵ１００は、例えば、循環流路２０の導電率を所定の導電率検出手段（図示略）により検出し、導電率が所定値よりも低い場合には、イオン交換器７５を含むバイパス流路ＢＬに冷却水を流し、導電率を低下させるように三方弁５０を制御する。本実施形態における三方弁５０の開度調整については、図２を参照しながら後述する。

またＥＣＵ１００には、ウォーターポンプ６０の回転数及び冷却水の温度に基づくマップ（或いは、ウォーターポンプ６０の回転数と冷却水との関係を示す計算式）が記憶されている。ＥＣＵ１００は、このマップ（或いは計算式）に基づいてウォーターポンプ６０の消費電力の推定値を算出する。

またＥＣＵ１００には、図３（Ａ）に示すように、ウォーターポンプ６０としてターボ型（羽根車）のポンプを用いた場合の、ウォーターポンプ６０によって圧送される冷却水の推定流量及びウォーターポンプ６０の消費電力の関係に基づくマップ（或いは、推定流量及び消費電力の関係を示す計算式）が記憶されている。なお、図３（Ａ）に示す推定流量は、例えばウォーターポンプ６０の回転数（rpm）に基づき推定することができる。図３（Ａ）のマップ（横軸は推定流量（rpm）、縦軸は消費電力（ｗ））に基づけば、図３（Ａ）に示す正常時の推定流量−消費電力ライン（以下、推定ラインＲ１とも称する）よりも上方側領域である場合、言い換えれば、所定流量のときのウォーターポンプ６０の消費電力の測定値が、図３（Ａ）に示す推定ラインＲ１以上の場合には、正常（流路閉塞無し、流路漏れ無し）と判定することができ、図３（Ａ）に示す推定ラインＲ１未満の場合には、異常（流路閉塞、冷却水漏れ）と判定することができる。

またＥＣＵ１００には、図３（Ｂ）に示すように、ウォーターポンプ６０として容積型のポンプを用いた場合の、ウォーターポンプ６０によって圧送される冷却水の推定流量及びウォーターポンプ６０の消費電力の関係に基づくマップ（或いは、推定流量及び消費電力の関係を示す計算式）も記憶されている。図３（Ａ）と同様に、図３（Ｂ）に示す横軸は推定流量（rpm）、縦軸は消費電力（w）を示す。図３（Ｂ）に示すマップに基づけば、図３（Ｂ）に示す正常時の推定流量−消費電力ライン（以下、推定ラインＲ２とも称する）よりも上方側領域である場合、言い換えれば、所定流量のときのウォーターポンプ６０の消費電力の測定値が、図３（Ｂ）に示す推定ラインＲ２以上の場合には、異常（流路閉塞、冷却水漏れ）と判定することができ、図３（Ｂ）に示す推定ラインＲ２未満の場合には、正常（流路閉塞無し、流路漏れ無し）と判定することができる。

なお、本実施形態において、ウォーターポンプ６０（以下、図示のように「ポンプ」とも称する）の回転数目標値及び三方弁５０の目標開度を、次のように算出する。図７に示すように、まず、ポンプの回転数目標値を算出し、当該ポンプの回転数目標値に基づいて制御信号をポンプへ出力する（図７に示す信号Ａ１）。ポンプの消費電力及び回転数を、ポンプからＥＣＵへ入力する（図７に示す信号Ａ２）。入力される消費電力及び回転数はＥＣＵで記憶され、該記憶情報に基づき流路閉塞判定（後述）が行われる。ＥＣＵは、流路閉塞判定の結果を踏まえて三方弁５０の目標開度を算出し、目標開度を駆動信号へ変換した上、三方弁５０の開度を制御する。またＥＣＵは、流路閉塞判定を踏まえてポンプ回転数目標値を算出し、ポンプへ出力する。

続いて、上記した燃料電池冷却システムにおいて実行される異常発生箇所特定フローについて説明する。図２は、異常発生箇所特定フローの一例を示すフローチャートである。以下で説明する、異常発生箇所を特定するための判定処理は、例えば、始動時、部品交換時或いは運転中常時のタイミングで実行される。

まず、ステップＳ１１０では、他のダイアグノーシス情報（例えば、センサが正常に動作しているか否か等を含むセンサ断線短絡）の有無を判定し、有る場合には（ステップＳ１１０（ＮＯ））、判定終了する。一方、他のダイアグノーシス情報が無い場合には（ステップＳ１１０（ＹＥＳ））、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１２０では、三方弁５０の開度を５０％に調整する。すなわち、三方弁５０のラジエータ３０側の開度と三方弁５０のバイパス流路ＢＬ側の開度とを調整して、ラジエータ３０側に流す冷却水流量と、バイパス流路ＢＬ側に流す冷却水流量との比率が等しくなるように三方弁５０の開度を調整する。このように三方弁５０の開度を調整後、ステップＳ１３０に移行する。

ステップＳ１３０では、ウォーターポンプ６０の消費電力の測定値（以下、単に「測定値」とも称する）がウォーターポンプ６０の消費電力の推定値（以下、単に「推定値」とも称する）より小さいか否かが判定される。ウォーターポンプ６０の消費電力の推定値は、例えばウォーターポンプ６０によって圧送される冷却水流量（以下、「ポンプ流量」とも称する）から推定しても良い。この冷却水流量は、冷却水温度及びウォーターポンプ６０の回転数に基づくマップ（或いは、冷却水温度とウォーターポンプ６０の回転数との関係を示す計算式）により推定される。なお、冷却水温度は、ウォーターポンプ６０近傍に配置した温度センサによる検出値を利用することが好適であるが、例えばラジエータ３０出口に配置した温度センサ４１等の検出値を利用することができる。また、ポンプ流量は、ウォーターポンプ６０の入口及び出口に圧力センサ（図示略）を設置してウォーターポンプ６０の揚程を計測し、当該計測値に基づき推定しても良いし、或いは、ポンプ流量を推定するための流量センサを設置しても良い。上記のような推定値の算出方法とは別の方法として、ウォーターポンプ６０の消費電力の推定値を、冷却水温度及びウォーターポンプ６０の回転数に基づくマップ（或いは、冷却水温度及びウォーターポンプ６０の回転数の関係を示す計算式）により直接算出することとしても良い。

ウォーターポンプ６０の消費電力の測定値がウォーターポンプ６０の消費電力の推定値以上の場合には（ステップＳ１３０（ＮＯ））、図２に示す判定フローを終了する。一方、ウォーターポンプ６０の消費電力の測定値がウォーターポンプ６０の消費電力の推定値より小さい場合には（ステップＳ１３０（ＹＥＳ））、図３（Ａ）に示すマップに基づき冷却水循環流路に異常有り（すなわち、冷却水流路閉塞又は冷却水漏れの異常有り）と判定する（ステップＳ１４０）。

次いで、ステップＳ１５０では、三方弁５０を全開にしてラジエータ流路ＲＬに冷却水全量を流す。言い換えれば、三方弁５０のバイパス流路ＢＬ側を閉弁する。

次いで、ステップＳ１６０では、ウォーターポンプ６０の消費電力の測定値が、ウォーターポンプ６０の消費電力の推定値以上か否かを判定する。このようにラジエータ流路ＲＬに冷却水全量を流しているときに、測定値が推定値以上のときは（ステップＳ１６０（ＹＥＳ））、図３（Ａ）に示すマップに基づきラジエータ流路ＲＬは正常すなわちラジエータ流路ＲＬは閉塞していないと判定する。つまりこの場合は、バイパス流路ＢＬの異常と判定する。このように本実施形態では、三方弁５０のバイパス流路ＢＬ側の閉弁により異常状態（冷却水流路の閉塞、冷却水漏れ）が解消されたときにはバイパス流路ＢＬの異常と判定する。一方で、測定値が推定値未満のときは（ステップＳ１６０（ＮＯ））、ステップＳ１７０に移行する。

ステップＳ１７０では、三方弁５０を全閉にしてバイパス流路ＢＬに冷却水全量を流す。つまり、三方弁５０のラジエータ流路ＲＬ側を閉弁する。

次いで、ステップＳ１８０では、ウォーターポンプ６０の消費電力の測定値が、ウォーターポンプ６０の消費電力の推定値以上か否かを判定する。このようにバイパス流路ＢＬに冷却水全量を流しているときに、測定値が推定値以上のときは（ステップＳ１８０（ＹＥＳ））、図３（Ａ）に示すマップに基づきバイパス流路ＢＬは正常すなわちバイパス流路ＢＬは閉塞していないと判定する。つまりこの場合は、ラジエータ流路ＲＬの異常と判定する。このように本実施形態では、三方弁５０のラジエータ流路ＲＬ側の閉弁により異常状態（冷却水流路の閉塞、冷却水漏れ）が解消されたときにはラジエータ流路ＲＬの異常と判定する。一方で、測定値が推定値未満のときは（ステップＳ１８０（ＮＯ））、次のステップＳ１９０に移行する。

ステップＳ１９０では、ラジエータ流路ＲＬに冷却水を流してもバイパス流路ＢＬに冷却水を流しても、流路の閉塞が生じているため、三方弁５０の開度に関係なく流路が閉塞しているとしてスタック流路ＳＬの閉塞と判定する。このように本実施形態では、三方弁５０におけるバイパス流路ＢＬ側及びラジエータ流路ＲＬ側のいずれの閉弁によっても異常状態（すなわち、ポンプ消費電力の測定値が推定値より小さい状態）が解消しないとき、スタック流路ＳＬの閉塞と判定する。

以上説明したように、本実施形態では、ウォーターポンプ６０の消費電力の減少により、循環流路２０（スタック流路ＳＬ、ラジエータ流路ＲＬ及びバイパス流路ＢＬ）における冷却水漏れだけでなく、流路閉塞をも検知することができる。また以上説明したように、三方弁５０の開度を変えたときの消費電力の変化を監視することで、循環流路２０における閉塞箇所を特定することができる。

なお、図２を参照しながら説明したステップＳ１３０、ステップＳ１６０、ステップＳ１８０において、ウォーターポンプ６０の消費電力の測定値がウォーターポンプ６０の消費電力の推定値より小さい場合に、図３（Ａ）に示すマップに基づき、流路異常有り（すなわち、流路閉塞有り又は冷却水漏れ有り）と判定しているが、本実施形態における流路異常状態の判定としてはこの例に限定されない。すなわち、ウォーターポンプ６０として用いるポンプの方式によって、流路閉塞等によって生じる圧力損失の変化と消費電力の変化の関係が異なるため、この関係に応じて上述した流路異常状態の判定と異なる判定条件としても良い。一例として、ターボ型（羽根車）のポンプをウォーターポンプ６０として用いた場合には、流路閉塞等により圧力損失が上昇すると、等回転数で冷却水流量が低下し、消費電力も低下するため、上述した流路異常状態の判定条件（図２に示すステップＳ１３０、ステップＳ１６０、ステップＳ１８０）と同じ判定条件とする。一方、他の例として、容積型のポンプをウォーターポンプ６０として用いた場合、流路閉塞等により圧力損失が上昇しても等回転数で冷却水流量が同じであり、消費電力が上昇するため、上述した流路異常状態の判定条件（ステップＳ１３０、ステップＳ１６０、ステップＳ１８０）と逆の判定条件とする。すなわち、ウォーターポンプ６０の消費電力の測定値がウォーターポンプ６０の消費電力の推定値より大きい場合に、図３（Ｂ）に示すマップに基づき流路異常有りと判定する。

続いて、上記のように閉塞箇所を特定したときの退避走行（フェールセーフ）について説明する。図４は、バイパス流路ＢＬの閉塞が特定されたときのフェールセーフの一例を示すフローチャートである。図５は、ラジエータ流路ＲＬの閉塞が特定されたときのフェールセーフの一例を示すフローチャートである。

図４に示すように、バイパス流路ＢＬの閉塞を特定したときには、「バイパス流路閉塞」の警告ランプを点灯させる（ステップＳ２１０）。これにより、ユーザーにバイパス流路の異常を知らせることができる。

次いで、ステップＳ２２０では、冷却系部品交換直後であるか否かが判定される。冷却系部品交換直後である場合には（ステップＳ２２０（ＹＥＳ））、直前に交換した部品を異常発生源と特定し（ステップＳ２３０）、部品の交換後（ステップＳ２３２）、上記した異常発生箇所特定フローに移行する（ステップＳ２３４）。

ステップＳ２２０に戻り、冷却系部品交換直後でない場合には（ステップＳ２２０（ＮＯ））、バイパス流路閉塞時の冷却制御を行う（ステップＳ２４０）。具体的には、三方弁５０（図１）を全開にしてラジエータ流路ＲＬ側に冷却水全量を流し、ウォーターポンプ６０により圧送される流量を絞り、冷却水温度の目標値を通常より高くする。

次いで、ステップＳ２５０では、セル電圧が下限閾値より低いか否かが判定され、セル電圧が下限閾値以上の場合には（ステップＳ２５０（ＮＯ））、セル電圧が下限閾値より低いと判定されるまでステップＳ２５０を繰り返す。セル電圧が下限閾値より低いと判定された場合には（ステップＳ２５０（ＹＥＳ））、出力制限を行う（ステップＳ２６０）。

次いで、ステップＳ２７０では、セル電圧が下下限より低いか否かが判定され、セル電圧が下下限以上の場合には（ステップＳ２７０（ＮＯ））、セル電圧が下下限より低いと判定されるまでステップＳ２７０を繰り返す。セル電圧が下下限より低いと判定された場合には（ステップＳ２７０（ＹＥＳ））、燃料電池は使用せずにバッテリで退避走行を行う。

続いて、図５を参照しながらラジエータ流路ＲＬの閉塞が特定されたときの退避走行制御について説明する。

ラジエータ流路ＲＬの閉塞が特定されたときは、まず、ステップＳ３１０において、ラジエータ流路閉塞の警告ランプを点灯する。これにより、ユーザーにラジエータ流路ＲＬの閉塞状況を知らせることができる。

次いで、ステップＳ３２０では、冷却系部品交換直後であるか否かが判定される。冷却系部品交換直後である場合には（ステップＳ３２０（ＹＥＳ））、直前に交換した部品を異常発生源と特定し（ステップＳ３３０）、部品の交換後（ステップＳ３３２）、図２を参照しながら説明した異常発生箇所特定フローに移行する（ステップＳ３３４）。

ステップＳ３２０に戻り、冷却系部品交換直後でない場合には（ステップＳ３２０（ＮＯ））、ステップＳ３４０に移行し、ラジエータ流路ＲＬ閉塞時の冷却制御を実行する。ラジエータ流路ＲＬ閉塞時の冷却制御とは、三方弁５０を全閉にしてバイパス流路ＢＬ側に冷却水全量を流し、ウォーターポンプ６０によって圧送される流量を大きくする制御である。

次いで、ステップＳ３５０では、ラジエータ流路ＲＬ閉塞時の退避走行を実行する。図６に示すように、異常発生時すなわち故障時は、正常時（図６に示す点線Ｇ１）よりも、制限開始温度を低く設定し、制限率を大きくする（図６に示す実線Ｇ２）。外気温が高い場合には、制限開始温度を更に低く設定し、制限率も更に大きくする（図６に示す実線Ｇ３）。

以上説明した本実施形態によれば、ウォーターポンプ６０の回転数及び冷却水の温度に基づいた推定流量と、ウォーターポンプ６０の消費電力と、の関係を示すマップ（図３参照）に基づき流路異常状態（冷却水漏れ、流路閉塞等）を判定することができる。そして、三方弁５０におけるラジエータ流路側又はバイパス流路側の閉弁により流路異常状態が解消されたか否かを判定することにより、循環流路２０のうちのスタック流路ＳＬ、バイパス流路ＢＬ、又はラジエータ流路ＲＬのどの流路に異常が発生したかを判別することができる。これにより、循環流路２０における異常発生箇所の特定を容易に行うことができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…燃料電池冷却システム
１０…燃料電池スタック
２０…循環流路
２１…バイパス管
３０…ラジエータ
４１、４２…温度センサ
５０…三方弁
６０…ウォーターポンプ
７０…インタークーラ
７５…イオン交換器
１００…制御部
ＢＬ…バイパス流路
ＲＬ…ラジエータ流路
ＳＬ…スタック流路

Claims (1)

1. 燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水循環流路と、前記冷却水循環流路に設けられ、前記冷却水を圧送する冷却水ポンプと、を備えた燃料電池システムであって、
   前記冷却水循環流路は、
   前記燃料電池に冷却水を流すためのスタック流路と、
   前記冷却水の熱を外部へ放出するラジエータを有し、該ラジエータと前記燃料電池間で冷却水が循環されるように前記スタック流路の両端に接続されるラジエータ流路と、
   前記スタック流路の両端のうちの一端から分岐して他端に合流し、前記ラジエータ流路を迂回して冷却水を流すためのバイパス流路と、を備え、
   前記スタック流路の両端のうちの一端に設けられ、前記ラジエータ流路及び前記バイパス流路に流入する冷却水の流量比率を調節する三方弁と、
   前記冷却水ポンプの回転数及び前記冷却水の温度に基づいて推定された推定流量と、前記冷却水のポンプの消費電力と、に基づき流路異常状態を判定するためのマップを記憶した制御部と、を有し、
   前記ラジエータ流路と前記バイパス流路との両方に前記冷却水を流している状態において、前記流路異常状態と前記制御部により判定された場合には、
   前記三方弁の前記バイパス流路側の閉弁により前記流路異常状態が解消されたときに前記バイパス流路の異常と判定し、
   前記三方弁の前記ラジエータ流路側の閉弁により前記流路異常状態が解消されたときに前記ラジエータ流路の異常と判定し、
   前記三方弁の開度制御によって前記流路異常状態が解消しないときに前記スタック流路の異常と判定する、ことを特徴とする燃料電池システム。

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