JP3899811B2

JP3899811B2 - 燃料電池システムの保護装置

Info

Publication number: JP3899811B2
Application number: JP2000383693A
Authority: JP
Inventors: 則夫久保
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2020-12-18
Also published as: JP2002184435A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムの保護装置に係り、特に、温度異常が検出される以前に冷却系の故障を検出することができる燃料電池システムの保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境問題、特に自動車の排気ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に対して、クリーンな排気及び高いエネルギー効率を可能とする電力源、あるいは動力源として、燃料電池技術が注目されている。
【０００３】
燃料電池は、その燃料となる水素あるいは水素濃度の高いガス、および酸化剤となる酸素、あるいは酸素を含んだ空気を電解質と電極触媒との複合体であるスタックに供給し、電気化学反応を起こして、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるエネルギー変換システムである。燃料電池の中でも特に高い出力密度を有する固体高分子電解質型燃料電池が自動車等の移動体用動力源として注目されている。
【０００４】
燃料電池は、スタック内の燃料と酸素との反応熱を外部へ強制的に放出しなければ、スタック温度が上昇し、電解質等の燃料電池構成部材の耐熱温度を超えるため、冷媒をスタック内に循環させることで、スタック温度を制御している。固体高分子電解質型燃料電池は、スタック温度が約８５℃以下になるよう制御されるのが一般的なため、冷媒には水を用いることが多い。
【０００５】
図１６は、従来の燃料電池システムの冷却系を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池スタック１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０１上には、冷媒ポンプ２０２と、燃料電池スタック１０３の入口付近に温度センサ３００、同出口付近に温度センサ３０１とが設けられている。そして、燃料電池スタック１０３の内部の冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷媒が循環して、燃料電池スタック１０３を冷媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱するようになっている。
【０００６】
制御装置４００へは、温度センサ３００、３０１からの温度計測信号が入力される一方、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可能となっている。
【０００７】
通常運転時には、制御装置４００は、温度センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動作温度を所定範囲に維持している。一方、冷却系や制御系に異常が生じて、温度センサ３００または３０１の検出する温度が所定値を超えた場合には、制御装置４００により温度異常判定がなされ、燃料電池システムの停止などによる処置を行い、燃料電池スタック１０３の内部温度上昇による寿命低下を回避する。
【０００８】
また、燃料電池システムには、空気を圧縮して酸素分圧を高めた圧縮空気を用いるタイプがあり、このタイプの従来例のシステム構成を図１７に示す。同図において、空気圧縮装置１００は燃料電池で使用する空気を圧縮し、断熱圧縮されて温度が上昇した空気を熱交換装置１０１で冷却し、冷却した空気を加湿装置１０２により加湿し、加湿された空気を燃料電池スタック１０３に供給し、燃料電池スタック１０３から排出される空気流量を空気流量制御弁１０４により制御している。
【０００９】
熱交換装置１０１は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０１上には、冷媒ポンプ２０２と、熱交換装置１０１の冷媒入口付近に冷媒温度センサ３０１が設けられている。そして、熱交換装置１０１の内部の冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷媒が循環して、熱交換装置１０１を冷媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱するようになっている。
【００１０】
制御装置４００へは、空気温度センサ３００、冷媒温度センサ３０１からの温度計測信号が入力される一方、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可能となっている。
【００１１】
通常運転時には、制御装置４００は、空気温度センサ３００、冷媒温度センサ３０１が検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０３を制御することにより、加湿装置１０２に供給される空気の温度を所定範囲に維持している。一方、冷却系や制御系に異常が生じて、空気温度センサ３００または冷媒温度センサ３０１の検出する温度が所定値を超えた場合には、制御装置４００により温度異常判定がなされ、空気圧縮装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などによる異常処置を行い、空気温度の異常上昇による加湿装置１０２や燃料電池スタック１０３の寿命低下を回避する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の燃料電池システムにおいては、燃料電池を冷却する冷媒温度が徐々に上昇するような故障モードに対しては、温度センサが温度異常を検出したことにより、異常時の処置を行っても燃料電池の寿命低下を回避することができた。しかしながら、冷媒回路の瞬時閉塞、冷媒漏れ、エアロック、冷媒ポンプの瞬時停止等の突然故障が生じた場合には、温度センサが温度異常を検出したときには、既に燃料電池スタック内部の温度が寿命低下限界を超えていて、燃料電池の寿命低下が避けられないという問題点があった。
【００１３】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、温度センサによる温度異常検出前に、燃料電池システムの冷却系の異常を検出し、寿命低下限界温度を超える前に異常制御を行って、突発的な異常発生に基づく寿命低下を回避することができる燃料電池システムの保護装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、燃料電池の発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システムの保護装置であって、前記冷媒ポンプ出口付近に設けられ前記冷媒の圧力値を検出する第１の圧力検出手段と、前記冷媒ポンプ出口から前記燃料電池の発熱部の冷媒入口までの冷媒流路以外の冷媒流路に設けられ前記冷媒の圧力値を検出する第２の圧力検出手段と、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差分に基づいて前記冷媒の流量値を推定する流量検出手段と、これら圧力検出手段及び流量検出手段による圧力値及び流量値が正常か異常かを判定する判定手段と、この判定手段が異常と判定したとき燃料電池の出力を制限又は運転を停止させることにより前記発熱部の発熱を制限する異常制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池システムの保護装置において、前記判定手段による判定に際し、前記圧力値に対する前記流量値が正常範囲より少ない方へ偏移、または前記流量値に対する前記圧力値が正常範囲より高い方へ偏移している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプの故障があると判定し、前記圧力値に対する前記流量値が正常範囲より多い方へ偏移、または前記流量値に対する前記圧力値が正常範囲より低い方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があると判定することを要旨とする。
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、燃料電池の発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システムの保護装置であって、前記冷媒ポンプの駆動トルク値を検出するトルク検出手段と、前記冷媒ポンプの回転速度値を検出する回転速度検出手段と、これら検出された駆動トルク値および回転速度値が正常か異常かを判定する判定手段と、この判定手段が異常と判定したとき、燃料電池の出力を制限又は運転を停止させる異常制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、請求項３記載の燃料電池システムの保護装置において、前記判定手段は、前記冷媒ポンプの回転速度が一定でない場合に、前記駆動トルク値を補正して正常か異常かを判定することを要旨とする。
【００１９】
上記目的を達成するため、請求項５記載の発明は、請求項３または請求項４記載の燃料電池システムの保護装置において、前記判定手段による判定に際し、前記回転速度値に対する前記駆動トルク値が正常範囲より駆動トルク値が大きい方へ偏移している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプ故障があると判定し、前記回転速度値に対する前記駆動トルク値が正常範囲より駆動トルク値が小さい方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があると判定することを要旨とする。
【００２０】
上記目的を達成するため、請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料電池システムの保護装置において、前記判定手段による故障状況の判定結果を記憶する記憶手段を更に備えたことを要旨とする。
【００２１】
上記目的を達成するため、請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池システムの保護装置において、前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタックであることを要旨とする。
【００２２】
上記目的を達成するため、請求項８記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池システムの保護装置において、前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタックに供給する圧縮空気を冷却する冷却器であることを要旨とする。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、冷却系に異常が生じた場合、温度が寿命低下限界に至る前に、確実且つ速やかに寿命低下回避のための異常制御を行うことができるとともに、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差分に基づいて冷媒の流量値を推定するようにしたので、第１及び第２の圧力検出手段により、冷媒の圧力値および流量値を検出できるようになり、直接冷媒流量を検出することが困難な構成においても燃料電池システムの保護装置の検出手段の構成を簡素化し、コスト低減を可能にするという効果がある。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、冷却系に異常が生じた場合、温度が寿命低下限界に至る前に、確実且つ速やかに寿命低下回避のための異常制御を行うことができるとともに、前記判定手段による判定に際し、前記圧力値に対する前記流量値が正常範囲より少ない方へ偏移、または前記流量値に対する前記圧力値が正常範囲より高い方へ偏移している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプの故障があると判定し、前記圧力値に対する前記流量値が正常範囲より多い方へ偏移、または前記流量値に対する前記圧力値が正常範囲より低い方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があると判定するようにしたので、故障修理時の故障モード判別を容易とすることができるという効果がある。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、燃料電池の発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システムの保護装置であって、前記冷媒ポンプの駆動トルク値を検出するトルク検出手段と、前記冷媒ポンプの回転速度値を検出する回転速度検出手段と、これら検出された駆動トルク値および回転速度値が正常か異常かを判定する判定手段と、この判定手段が異常と判定したとき、燃料電池の出力を制限又は運転を停止させる異常制御手段と、を備えたので、冷媒の漏洩原因となる圧力及び流量の検出センサ類のための冷媒回路接続部を増加させることなく、冷却系に異常が生じた場合温度が寿命低下限界に至る前に、確実且つ速やかに寿命低下回避のための異常制御を行うことができるという効果がある。特に、冷媒ポンプの制御装置が既にトルク検出手段と回転速度検出手段とを備えている場合には、燃料電池システムの保護装置の構成を簡素化しコスト低減を可能にするという効果も加えられる。
【００２７】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、前記判定手段は、前記冷媒ポンプの回転速度が一定でない場合に、前記駆動トルク値を補正して正常か異常かを判定するようにしたので、冷媒ポンプが一定速度でなく、加速時または減速時にも正確な冷媒圧力を推定して、異常判定を行うことができるという効果がある。
【００２８】
請求項５記載の発明によれば、請求項３または請求項４記載の発明の効果に加えて、前記判定手段による判定に際し、前記回転速度値に対する前記駆動トルク値が正常範囲より駆動トルク値が大きい方へ偏移している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプ故障があると判定し、前記回転速度値に対する前記駆動トルク値が正常範囲より駆動トルク値が小さい方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があると判定するようにしたので、故障修理時の故障モード判別を容易とすることができるという効果がある。
【００２９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし請求項５に記載の発明の効果に加えて、前記判定手段による故障状況の判定結果を記憶する記憶手段を更に備えたので、燃料電池システムの修理時に、記憶された故障状況の判定結果を読み出して、故障原因追求を容易にするという効果がある。
【００３０】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタックであるとしたので、燃料電池スタックの温度上昇が検出されるよりも早期に冷媒循環系の故障を検出し、燃料電池スタックの温度上昇により引き起こされる寿命低下を回避することができるという効果がある。
【００３１】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタックに供給する圧縮空気を冷却する冷却器であるとしたので、圧縮空気の温度上昇が検出されるよりも早期に圧縮空気冷却系の異常を検出し、圧縮空気の温度上昇により引き起こされる燃料電池システムの寿命低下を回避することができるという効果がある。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、第１ないし第５実施形態において、冷却対象となる燃料電池の発熱部を燃料電池スタックとした実施形態を説明し、次いで、第６実施形態ないし第９実施形態において冷却対象となる燃料電池の発熱部を圧縮空気冷却器とした実施形態を説明する。
【００３３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第１実施形態を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池スタック１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０１には、冷媒を循環させる冷媒ポンプ２０２と、冷媒ポンプ２０２の流量を検出する流量検出器３０２と、冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を検出する圧力検出器３０３と、燃料電池スタック１０３の入口付近の温度を計測する温度センサ３００と、同出口付近の温度を計測する温度センサ３０１とが設けられている。
【００３４】
流量検出器３０２は、特に限定されないが、冷媒配管２０１の内部に翼車やスクリュー等の回転体を設けて流体速度を回転体の回転速度に変換して検出する速度式流量計、流れの順逆両方向の音速を測定して流量を検出する超音波流量計、ベルヌーイの定理及び連続の式に基づく差圧流量計等を利用することができる。
【００３５】
圧力検出器３０３は、特に限定されないが、ダイヤフラムの変位を静電容量の変化として検出する容量式圧力センサ、半導体ダイアフラムの歪みにより圧力を検出する半導体圧力センサ等を利用することができる。特に後者は、温度補償回路や増幅回路等も含めて半導体チップに集積化したもので、実装上好ましい。
【００３６】
そして、燃料電池スタック１０３の内部の冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷媒が循環して、燃料電池スタック１０３を冷媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱するようになっている。
【００３７】
流量検出器３０２、圧力検出器３０３、温度センサ３００、及び温度センサ３０１からの計測信号は、それぞれ制御装置４００へ入力される。制御装置４００は、正常流量範囲データ、正常吐出圧力範囲データ、及び正常温度範囲データを記憶する内部データ記憶部を内蔵し、これらセンサ類からの計測信号を内部データと照合して、正常範囲か否かの判断ができるようになっている。また、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可能となっている。
【００３８】
通常運転時には、制御装置４００は、温度センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動作温度を所定範囲に維持している。
【００３９】
一方、冷却系や制御系に異常が生じて、流量検出器３０２が検出する流量、または圧力検出器３０３が検出する圧力、または流量と圧力との組合せが所定の正常範囲から外れた場合には、制御装置４００により冷却系異常判定がなされ、燃料電池システムの出力制限や発電停止などによる処置を行い、燃料電池スタック１０３の内部温度上昇による寿命低下を回避するようになっている。
【００４０】
図２は、第１実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートである。制御装置４００は、この異常検出動作以外に、燃料電池の出力や冷媒温度に応じた冷媒ポンプ２０２の駆動制御及びラジエータファン２０３の制御等の主制御動作を行っているが、本発明の要旨とは直接関係がないので説明を省略する。
【００４１】
図２のフローチャートによる動作は、特に限定されないが、例えば、前記主制御動作の中から一定時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎に呼び出されるサブルーチンとして構成されている。
【００４２】
図２において、まず、流量検出器３０２により冷媒ポンプ２０２による冷媒の流量が検出され（ステップ１０、以下ステップをＳと略す）、検出された流量が内部データと照合されて、例えば燃料電池出力に応じた正常流量範囲か否かが判定される（Ｓ１２）。正常流量範囲でなければ、Ｓ２０の異常判定へ移る。
【００４３】
正常流量範囲であれば、次いで圧力検出器３０３により冷媒ポンプ２０２の吐出圧力が検出され（Ｓ１４）、検出された吐出圧力が内部データと照合されて、流量に応じた正常吐出圧力範囲か否かが判定される（Ｓ１６）。正常吐出圧力範囲でなければ、Ｓ２０の異常判定へ移る。正常吐出圧力範囲であれば、異常はないとして処理を終了し、メインルーチンへリターンする。
【００４４】
Ｓ２０の異常判定では、冷媒流量異常（多／少）を検出したのか、冷媒吐出圧力異常（高／低）を検出したのか、或いは流量に対する吐出圧力異常（高／低）を検出したのかを示す故障モードを修理時の参考のために、図示しない不揮発性メモリに記憶する。
【００４５】
冷媒流量が正常範囲より多い場合、冷媒回路の漏洩故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモードとし、冷媒流量が正常範囲より少ない場合、冷媒回路の閉塞故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモードとして記憶する。
【００４６】
冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。
【００４７】
次いで、冷却系に異常が検出された場合の異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常発生を告知して（Ｓ２２）、メインルーチンへリターンする。
【００４８】
図３は、冷媒ポンプの吐出圧力と吐出流量との関係を説明するグラフである。図中、正常圧力上限線Ａは流量に対する正常圧力の上限を示し、正常圧力下限線Ｂは流量に対する正常圧力の下限を示す。ＡとＢとに挟まれた領域が正常運転範囲である。
【００４９】
また、閉塞判定線Ｃは、この線を圧力が超えれば、冷媒回路に閉塞が生じたか、或いは圧力損失異常上昇若しくはポンプ故障が生じたと判定する基準である。漏洩判定線Ｄは、この線より圧力が低下すれば、冷媒回路に漏れが生じたか、或いはエアロック故障若しくはポンプ故障が生じたと判定する基準である。
【００５０】
正常運転範囲の上下に沿って存在する領域、即ちＡとＣとで挟まれた領域と、ＢとＣとで挟まれた領域とは、正常／異常の判定を保留する判定保留領域としてもよい。この判定保留領域において、測定温度が正常温度の上限に達したという他の冷却系異常の兆候があれば、直ちに異常判定を行って、異常制御へ移る。
【００５１】
尚、判定保留領域を設けず、正常圧力上限線Ａと閉塞判定線Ｃとを一致させ、正常圧力下限線Ｂと漏洩判定線Ｄとを一致させた制御を行うことも可能である。
【００５２】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第２実施形態を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池スタック１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０１には、冷媒を循環させる冷媒ポンプ２０２と、燃料電池スタック１０３の入口付近の温度を計測する温度センサ３００と、同出口付近の温度を計測する温度センサ３０１と、冷媒ポンプ２０２の回転数（回転速度）を検出する回転数検出器３０２と、冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出するトルク検出器３０３とが設けられている。
【００５３】
回転数検出器３０２は、冷媒ポンプ２０２を駆動する電動機等の回転数を検出することで冷媒ポンプ２０２の回転数を検出するものであってもよい。通常、冷媒ポンプ２０２を駆動する電動機には、回転数制御のための回転数検出器が設けられているので、別途冷媒ポンプ２０２のための回転数検出器３０２を設けることなく、前記検出器の出力を用いてもよい。
【００５４】
トルク検出器３０３は、冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出するもので、上記のように電動機を駆動源をとして用いる場合、電動機の駆動電流値から負荷である冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出することができる。
【００５５】
そして、燃料電池スタック１０３の内部の冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷媒が循環して、燃料電池スタック１０３を冷媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱するようになっている。
【００５６】
回転数検出器３０２、トルク検出器３０３、温度センサ３００、及び温度センサ３０１からの計測信号は、それぞれ制御装置４００へ入力される。
【００５７】
制御装置４００は、冷媒ポンプ２０２の目標回転数範囲データ、冷媒ポンプ２０２の回転数を冷媒流量に変換するポンプ特性データ、冷媒ポンプ２０２のトルクを冷媒吐出圧力に変換するポンプ特性データ、正常流量範囲データ、正常吐出圧力範囲データ、及び正常温度範囲データを記憶する内部データ記憶部を内蔵し、これらセンサ類からの計測信号を内部データと照合して、正常範囲か否かの判断ができるようになっている。また、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可能となっている。
【００５８】
通常運転時には、制御装置４００は、温度センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動作温度を所定範囲に維持している。
【００５９】
一方、冷却系や制御系に異常が生じて、回転数検出器３０２が検出する冷媒ポンプ回転数、または冷媒ポンプ回転数に基づく冷媒流量、またはトルク検出器３０３が検出する冷媒ポンプ駆動トルクに基づく冷媒吐出圧力と前記冷媒流量との組合せが所定の正常範囲から外れた場合には、制御装置４００により冷却系異常判定がなされ、燃料電池システムの出力制限や発電停止などによる処置を行い、燃料電池スタック１０３の内部温度上昇による寿命低下を回避するようになっている。
【００６０】
図５は、第２実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートであり、特に限定されないが、第１実施形態で説明したように、一定時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎に呼び出されるサブルーチンとして構成されている。
【００６１】
図５において、まず、回転数検出器３０２により冷媒ポンプ２０２の回転数が検出され（Ｓ３０）、検出された回転数が制御装置４００に記憶された目標回転数範囲データと照合されて、目標回転数範囲か否かが判定される（Ｓ３２）。目標回転数範囲でなければ、Ｓ４６の異常判定へ移る。
【００６２】
目標回転数範囲であれば、トルク検出器３０３により冷媒ポンプ２０２の駆動トルクが検出される（Ｓ３４）。次いで前記回転数と制御装置４００内部に記憶されたポンプ特性データとを使用して、冷媒ポンプ２０２の流量を推定し（Ｓ３６）、前記トルクとポンプ特性データとを使用して冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を推定し（Ｓ３８）、推定した流量が正常流量範囲か否かを判定する（Ｓ４０）。正常流量範囲でなければ、Ｓ４６の異常判定へ移る。正常流量範囲であれば、次いで正常吐出圧力範囲か否かが判定され（Ｓ４２）、正常吐出圧力範囲でなければ、Ｓ４６の異常判定へ移る。正常吐出圧力範囲であれば、異常はないとして処理を終了し、メインルーチンへリターンする。
【００６３】
Ｓ４６の異常判定では、冷媒ポンプ回転数異常（高／低）を検出したのか、冷媒流量異常（多／少）を検出したのか、冷媒吐出圧力異常（高／低）を検出したのか、或いは流量に対する吐出圧力異常（高／低）を検出したのかを示す故障モードを修理時の参考のために、図示しない不揮発性メモリに記憶する。
【００６４】
冷媒ポンプ２０２の回転数が目標回転数範囲と異なる場合、冷媒ポンプ若しくは冷媒ポンプ制御装置の故障モードとして記憶する。
【００６５】
冷媒流量が正常範囲より多い場合、冷媒回路の漏洩故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモードとし、冷媒流量が正常範囲より少ない場合、冷媒回路の閉塞故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモードとして記憶する。
【００６６】
冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。
【００６７】
次いで、冷却系に異常が検出された場合の異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常発生を告知して（Ｓ４８）、メインルーチンへリターンする。
【００６８】
〔第３実施形態〕
図６は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第３実施形態の動作を説明するフローチャートである。第３実施形態の構成は、図４に示した第２実施形態の構成と同様である。第３実施形態では、冷媒ポンプ２０２の回転数が定常状態ではなく、加速または減速過程にある場合に、冷媒及び冷媒ポンプの慣性エネルギが変化することにより生じる、冷媒ポンプ２０２の駆動トルクと冷媒ポンプ２０２の吐出圧力との相関ずれを補正し、冷媒ポンプ回転数が変化過程にあっても精度よく冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を推定可能としたものである。
【００６９】
このため、図６のＳ３４の次に、冷媒ポンプ回転数変化速度検出ステップ（Ｓ３５）が追加されている。
【００７０】
Ｓ３０における最初の冷媒ポンプ回転数をＮ１、Ｓ３５における冷媒ポンプ回転数をＮ２、Ｓ３０の実行時刻からＳ３５の実行時刻までの時間をｔとすれば、冷媒ポンプ回転数の変化速度（変化率）αは、次の式（１）で示される。
【００７１】
【数１】
α＝（Ｎ２−Ｎ１）／ｔ …（１）
そして、Ｓ３８における冷媒ポンプ吐出圧力推定において、この変化速度αを参照して、この変化速度αが正の時は、その変化速度に応じて冷媒及び冷媒ポンプを加速するために駆動トルクが使われるので、冷媒吐出圧力はその分だけ低く推定し、逆に変化速度αが負の時は、その変化速度に応じて冷媒及び冷媒ポンプの慣性力が働くために、駆動トルクに比べて冷媒吐出圧力はその分だけ高く推定する。
【００７２】
このような冷媒ポンプ回転数変化速度に応じた冷媒ポンプ吐出圧力推定値の補正値は、冷媒回路のシミュレーション結果や燃料電池装置における実験値等に基づいて作成し、制御装置４００の内部データとして記憶しておくものとする。
【００７３】
その他のステップは、第２実施形態の同じステップ番号が付与されたステップと同じ動作であるので、説明を省略する。
【００７４】
本実施形態によれば、冷媒ポンプ回転数が一定速度ではなく、加速または減速している場合にも冷媒吐出圧力を正確に推定して、燃料電池スタックの温度上昇が検出されるよりも早期に冷媒循環系の故障を検出し、燃料電池スタックの温度上昇により引き起こされる寿命低下を回避することができる。
【００７５】
〔第４実施形態〕
次に、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第４実施形態を説明する。本実施形態における流量検知手段は、冷媒ポンプ出口付近に設けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検出手段とは異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検出手段とを備え、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差分に基づいて冷媒の流量値を推定するものである。
【００７６】
図７は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第４実施形態を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池スタック１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０１には、冷媒を循環させる冷媒ポンプ２０２と、燃料電池スタック１０３の入口付近の温度を計測する温度センサ３００と、同出口付近の温度を計測する温度センサ３０１と、冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を検出する第１の圧力検出手段である圧力検出器３０２と、第２の圧力検出手段である燃料電池スタック１０３の出口付近の冷媒圧力を検出する圧力検出器３０３とが設けられている。
【００７７】
圧力検出器３０２、３０３は、特に限定されないが、ダイヤフラムの変位を静電容量の変化として検出する容量式圧力センサ、半導体ダイアフラムの歪みにより圧力を検出する半導体圧力センサ等を利用することができる。特に後者は、温度補償回路や増幅回路等も含めて半導体チップに集積化したもので、実装上好ましい。
【００７８】
圧力検出器３０２は、冷媒ポンプ２０２の出口付近に設けられ、冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を検出する。圧力検出器３０３は、圧力検出器３０２とは異なる冷媒配管２０１の位置に設けられている。そして、制御装置４００は、第１の圧力検出器３０２の設置位置から第２の圧力検出器３０３の設置位置までの冷媒回路の回路圧損に関するデータを記憶し、圧力検出器３０２、３０３からの圧力信号の差分と回路圧損データにより、冷媒流量を推定可能となっている。
【００７９】
そして、燃料電池スタック１０３の内部の冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷媒が循環して、燃料電池スタック１０３を冷媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱するようになっている。
【００８０】
温度センサ３００、３０１、及び圧力検出器３０２、３０３からの計測信号は、それぞれ制御装置４００へ入力される。制御装置４００は、正常流量範囲データ、正常吐出圧力範囲データ、及び正常温度範囲データを記憶する内部データ記憶部を内蔵し、これらセンサ類からの計測信号を内部データと照合して、正常範囲か否かの判断ができるようになっている。また、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可能となっている。
【００８１】
通常運転時には、制御装置４００は、温度センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動作温度を所定範囲に維持している。
【００８２】
一方、冷却系や制御系に異常が生じて、圧力検出器３０２が検出する冷媒ポンプ吐出圧力、または圧力検出器３０２と３０３との検出値の差圧に基づく冷媒流量、または流量と圧力との組合せが所定の正常範囲から外れた場合には、制御装置４００により冷却系異常判定がなされ、燃料電池システムの出力制限や発電停止などによる処置を行い、燃料電池スタック１０３の内部温度上昇による寿命低下を回避するようになっている。
【００８３】
図８は、第４実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートであり、特に限定されないが、第１実施形態で説明したように、一定時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎に呼び出されるサブルーチンとして構成されている。
【００８４】
図８において、まず、圧力検出器３０２により冷媒ポンプ２０２の吐出圧力が検出され（Ｓ５０）、検出された圧力が内部データと照合されて、正常吐出圧力範囲か否かが判定される（Ｓ５２）。正常吐出圧力範囲でなければ、Ｓ６２の異常判定へ移る。
【００８５】
正常吐出圧力範囲であれば、次いで圧力検出器３０３により燃料電池スタック１０３の出口付近の冷媒圧力が検出され（Ｓ５４）、この検出された圧力及びＳ５０で検出された冷媒ポンプ吐出圧力の差圧と、冷媒回路の回路圧損とに基づいて、冷媒ポンプ流量を推定し（Ｓ５６）、推定された冷媒流量と内部データとを照合して、正常流量範囲か否かを判定する（Ｓ５８）。正常流量範囲でなければ、Ｓ６２の異常判定へ移る。正常流量範囲であれば、異常はないとして処理を終了し、メインルーチンへリターンする。
【００８６】
Ｓ６２の異常判定では、冷媒流量異常（多／少）を検出したのか、冷媒吐出圧力異常（高／低）を検出したのか、或いは流量に対する吐出圧力異常（高／低）を検出したのかを示す故障モードを修理時の参考のために、図示しない不揮発性メモリに記憶する。
【００８７】
冷媒流量が正常範囲より多い場合、冷媒回路の漏洩故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモードとし、冷媒流量が正常範囲より少ない場合、冷媒回路の閉塞故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモードとして記憶する。
【００８８】
冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。
【００８９】
次いで、冷却系に異常が検出された場合の異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常発生を告知して（Ｓ６４）、メインルーチンへリターンする。
【００９０】
本実施形態によれば、冷媒ポンプ吐出圧力を検出する第１の圧力検出手段と、冷媒回路の他の部分の圧力を検出する第２の圧力検出手段により、冷媒の圧力値および流量値を検知できるようになり、直接冷媒流量を検出することが困難な構成においても燃料電池システムの保護装置の検出手段の構成を簡素化し、コスト低減を可能にするという効果がある。
【００９１】
尚、第１の圧力検出手段である圧力検出器３０２は、冷媒ポンプの吐出圧力を検出するために冷媒ポンプ２０２の出口付近に配置したが、冷媒流量を推定するための差圧を得るための第２の圧力検出手段である圧力検出器３０３は、冷媒回路内で安定した圧力損失特性が得られる限りにおいて、取付部位は任意に設定することができる。
【００９２】
〔第５実施形態〕
図９は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第５実施形態を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池スタック１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０１には、冷媒を循環させる冷媒ポンプ２０２と、燃料電池スタック１０３の入口付近の温度を計測する温度センサ３００と、同出口付近の温度を計測する温度センサ３０１と、冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を検出する圧力検出器３０２とが設けられている。
【００９３】
本実施形態と第４実施形態との構成上の相違は、第４実施形態における第２の圧力検出手段である圧力検出器３０３が削除されていることと、制御装置４００に、冷媒ポンプ２０２の回転数制御値（ほぼ流量に対応する）に対して決まる正常吐出圧力範囲を内部データとして記憶していることである。その他の構成は、第９実施形態と同様である。
【００９４】
図１０は、第５実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートであり、特に限定されないが、第１実施形態で説明したように、一定時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎に呼び出されるサブルーチンとして構成されている。
【００９５】
図１０において、まず、圧力検出器３０２により冷媒ポンプ２０２の吐出圧力が検出され（Ｓ８０）、検出された圧力と、そのときの冷媒ポンプ回転数制御値に対応する正常吐出圧力範囲を示す内部データとの照合により、正常吐出圧力範囲か否かを定する（Ｓ８２）。正常吐出圧力範囲でなければ、Ｓ８６の異常判定へ移る。
【００９６】
正常吐出圧力範囲であれば、正常判定として（Ｓ８４）、処理を終了し、メインルーチンへリターンする。
【００９７】
Ｓ８６の異常判定では、冷媒吐出圧力異常（高／低）を検出したのか、或いは冷媒ポンプ回転数制御値に対する吐出圧力異常（高／低）を検出したのかを示す故障モードを修理時の参考のために、図示しない不揮発性メモリに記憶する。
【００９８】
冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。
【００９９】
次いで、冷却系に異常が検出された場合の異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常発生を告知して（Ｓ８８）、メインルーチンへリターンする。
【０１００】
本実施形態によれば、従来の冷却系に対して、冷媒ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、制御装置の内部データ及び僅かのプログラムの追加だけで、冷却系に異常が生じた場合、温度が寿命低下限界に至る前に、確実且つ速やかに寿命低下回避のための異常制御を行うことができるという効果がある。
【０１０１】
また本実施形態によれば、第１ないし第４実施形態のような詳細な故障モードの判定は困難であるが、簡易的に冷媒システムの故障状況の記憶が可能であり、費用対効果の点からも適用性が高い。
【０１０２】
〔第６実施形態〕
図１１は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第６実施形態を説明するシステム構成図である。同図において、空気圧縮装置１００は燃料電池で使用する空気を圧縮し、断熱圧縮されて温度が上昇した空気を熱交換装置１０１で冷却し、冷却した空気を加湿装置１０２により加湿し、加湿された空気を燃料電池スタック１０３に供給し、燃料電池スタック１０３から排出される空気流量を空気流量制御弁１０４により制御している。
【０１０３】
熱交換装置１０１は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０１上には、冷媒ポンプ２０２と、熱交換装置１０１の冷媒入口付近に冷媒温度センサ３０１が設けられている。そして、熱交換装置１０１の内部の冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷媒が循環して、熱交換装置１０１を冷媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱するようになっている。
【０１０４】
制御装置４００へは、空気温度センサ３００、冷媒温度センサ３０１からの温度計測信号が入力される一方、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可能となっている。
【０１０５】
通常運転時には、制御装置４００は、熱交換装置１０１から加湿装置１０２に供給される空気温度を検出する空気温度センサ３００、冷媒温度センサ３０１が検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０３を制御することにより、加湿装置１０２に供給される空気の温度を所定範囲に維持している。
【０１０６】
一方、冷却系や制御系に異常が生じて、流量検出器３０２が検出する流量、または圧力検出器３０３が検出する圧力、または流量と圧力との組合せが所定の正常範囲から外れた場合には、制御装置４００により冷却系異常判定がなされ、空気圧縮装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などによる異常処置を行い、空気温度の異常上昇による加湿装置１０２や燃料電池スタック１０３の寿命低下を回避するようになっている。
【０１０７】
第６実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートは、第１実施形態で説明した図２とほぼ同様であるが、Ｓ２２の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わる点が第１実施形態と異なる。
【０１０８】
〔第７実施形態〕
図１２は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第７実施形態を説明するシステム構成図である。図１２において、第６実施形態（図１１）の流量検出器３０２及び圧力検出器３０３に代えて、冷媒ポンプ２０２の回転数を検出する回転数検出器３０２及び同駆動トルクを検出するトルク検出器３０３が設けられている点が異なる。その他の構成要素は同じである。
【０１０９】
回転数検出器３０２は、冷媒ポンプ２０２を駆動する電動機等の回転数を検出することで冷媒ポンプ２０２の回転数を検出するものであってもよい。通常、冷媒ポンプ２０２を駆動する電動機には、回転数制御のための回転数検出器が設けられているので、別途冷媒ポンプ２０２のための回転数検出器３０２を設けることなく、前記検出器の出力を用いてもよい。
【０１１０】
トルク検出器３０３は、冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出するもので、上記のように電動機を駆動源をとして用いる場合、電動機の駆動電流値から負荷である冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出することができる。
【０１１１】
第７実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートは、第２実施形態で説明した図５とほぼ同様であるが、Ｓ４８の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わる点が第２実施形態と異なる。
【０１１２】
〔第８実施形態〕
第８実施形態の構成は、図１２に示した第７実施形態の構成と同様である。第８実施形態では、冷媒ポンプ２０２の回転数が定常状態ではなく、加速または減速過程にある場合に、冷媒及び冷媒ポンプの慣性エネルギが変化することにより生じる、冷媒ポンプ２０２の駆動トルクと冷媒ポンプ２０２の吐出圧力との相関ずれを補正し、冷媒ポンプ回転数が変化過程にあっても精度よく冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を推定可能としたものである。
【０１１３】
第８実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートは、第３実施形態で説明した図６とほぼ同様であるが、Ｓ４８の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わる点が第３実施形態と異なる。
【０１１４】
〔第９実施形態〕
図１３は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第９実施形態を説明するシステム構成図である。第４実施形態と同様に、本実施形態における流量検知手段は、冷媒ポンプ出口付近に設けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検出手段とは異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検出手段とを備え、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差分に基づいて冷媒の流量値を推定するものである。
【０１１５】
図１３において、第６実施形態（図１１）の流量検出器３０２及び圧力検出器３０３に代えて、冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を検出する第１の圧力検出手段である圧力検出器３０２及び熱交換装置１０１の出口付近の冷媒圧力を検出する第２の圧力検出手段である圧力検出器３０３が設けられている点が異なる。その他の構成要素は同じである。
【０１１６】
図１４は、第９実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートである。同図は、第４実施形態で説明した図８とほぼ同様であるが、図８のＳ５４に代えて図１４のＳ５５で熱交換装置出口の冷媒圧力を検出していること、及びＳ６４の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わる点が第４実施形態と異なる。
【０１１７】
〔第１０実施形態〕
図１５は、本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第１０実施形態を説明するシステム構成図である。
【０１１８】
本実施形態と第９実施形態との構成上の相違は、第９実施形態における第２の圧力検出手段である圧力検出器３０３が削除されていることと、制御装置４００に、冷媒ポンプ２０２の回転数制御値（ほぼ流量に対応する）に対して決まる正常吐出圧力範囲を内部データとして記憶していることである。その他の構成は、第９実施形態と同様である。
【０１１９】
第１０実施形態における制御装置４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートは、第５実施形態で説明した図１０とほぼ同様であるが、Ｓ８８の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わる点が第５実施形態と異なる。
【０１２０】
以上、好ましい実施の形態について説明したが、これらは本発明を限定するものではない。特に、各実施形態で示した、冷媒の圧力値を検出または推定する圧力検知手段と、冷媒の流量値を検出または推定する流量検知手段とは、対象システムに応じて適宜選択されるべきものであり、具体的な手段や組合せは任意である。
【０１２１】
また、流量検知手段として、冷媒ポンプ出口付近に設けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検出手段とは異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検出手段と、を備え、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差分に基づいて冷媒の流量値を推定する場合、第２の圧力検出手段は、冷媒回路内で安定した圧力損失特性が得られる限りにおいて、取付位置は任意に設定することができる。
【０１２２】
また、冷媒ポンプの流量と圧力とによる異常判定においては、正常運転範囲と故障判定範囲との間に第２領域である判定保留領域を設けてもよい。そして、流量及び圧力の判定結果が判定保留領域となった場合、直ちに燃料電池システムの停止処置を行わず、出力制限して運転を継続し、温度検知信号など他の診断信号が該信号の判定保留領域となるなど、さらに異常の兆候が現れたとき、運転停止処置を行うようにすると、さらに信頼性の高いシステムを構築することができる。
【０１２３】
さらに、実施形態においては、冷媒ポンプの回転数と駆動トルクとを検出し、これらに基づいて冷媒ポンプの流量と吐出圧力とを推定し、流量及び吐出圧力が正常運転範囲か否かを判定したが、回転数と駆動トルクから流量と吐出圧力を推定する過程を省略し、冷媒ポンプの回転数や駆動トルクそのもの値の正常運転範囲との比較に基づいて異常判定を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】第１実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】冷媒ポンプ吐出流量と冷媒ポンプ吐出圧力との正常運転範囲、異常範囲、判定を保留する第２領域をそれぞれ示す図である。
【図４】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第２、第３実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図５】第２実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】第３実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第４実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図８】第４実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第５実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図１０】第５実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第６実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図１２】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第７、第８実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図１３】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第９実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図１４】第９実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図１５】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第１０実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図１６】第１の従来技術の構成を示すシステム構成図である。
【図１７】第２の従来技術の構成を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１０３燃料電池スタック
２００ラジエータ
２０１冷媒配管
２０２冷媒ポンプ
２０３ラジエータファン
３００温度センサ
３０１温度センサ
３０２流量検出器
３０３圧力検出器
４００制御装置

Claims

燃料電池の発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システムの保護装置であって、
前記冷媒ポンプ出口付近に設けられ前記冷媒の圧力値を検出する第１の圧力検出手段と、
前記冷媒ポンプ出口から前記燃料電池の発熱部の冷媒入口までの冷媒流路以外の冷媒流路に設けられ前記冷媒の圧力値を検出する第２の圧力検出手段と、
第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差分に基づいて前記冷媒の流量値を推定する流量検出手段と、
これら圧力検出手段及び流量検出手段による圧力値及び流量値が正常か異常かを判定する判定手段と、
この判定手段が異常と判定したとき燃料電池の出力を制限又は運転を停止させることにより前記発熱部の発熱を制限する異常制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システムの保護装置。
燃料電池の発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システムの保護装置であって、
冷媒の圧力値を検出または推定する圧力検出手段と、
冷媒の流量値を検出または推定する流量検出手段と、
これら圧力検出手段及び流量検出手段による圧力値及び流量値が正常か異常かを判定する判定手段と、
この判定手段が異常と判定したとき燃料電池の出力を制限又は運転を停止させることにより前記発熱部の発熱を制限する異常制御手段と、を備え、
前記判定手段による判定に際し、
前記圧力値に対する前記流量値が正常範囲より少ない方へ偏移、または前記流量値に対する前記圧力値が正常範囲より高い方へ偏移している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプの故障があると判定し、
前記圧力値に対する前記流量値が正常範囲より多い方へ偏移、または前記流量値に対する前記圧力値が正常範囲より低い方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があると判定することを特徴とする燃料電池システムの保護装置。
燃料電池の発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システムの保護装置であって、
前記冷媒ポンプの駆動トルク値を検出するトルク検出手段と、
前記冷媒ポンプの回転速度値を検出する回転速度検出手段と、
これら検出された駆動トルク値および回転速度値が正常か異常かを判定する判定手段と、
この判定手段が異常と判定したとき、燃料電池の出力を制限又は運転を停止させる異常制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システムの保護装置。
前記判定手段は、
前記冷媒ポンプの回転速度が一定でない場合に、前記駆動トルク値を補正して正常か異常かを判定することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システムの保護装置。
前記判定手段による判定に際し、
前記回転速度値に対する前記駆動トルク値が正常範囲より駆動トルク値が大きい方へ偏移している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプ故障があると判定し、
前記回転速度値に対する前記駆動トルク値が正常範囲より駆動トルク値が小さい方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があると判定することを特徴とする請求項３または請求項４記載の燃料電池システムの保護装置。
前記判定手段による故障状況の判定結果を記憶する記憶手段を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料電池システムの保護装置。
前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタックであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池システムの保護装置。
前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタックに供給する圧縮空気を冷却する冷却器であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池システムの保護装置。