JP2002313377A - 燃料電池システムの導電率管理装置 - Google Patents

燃料電池システムの導電率管理装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電率が許容限界値を超える以前に運転状態
に応じイオン除去装置など導電率低減装置への冷却液バ
イパス量を確保することにより、冷却性能や電力に余裕
がない状態で導電率が許容限界値を超える機会を低減し
てシステムの効率を高める。 【解決手段】 燃料電池２と熱交換器５との間に冷却液
を循環させる循環流路１０と、途中にイオン除去フィル
タ４を有するバイパス流路１１と、導電率が許容値を超
えたときにバイパス流路への冷却液流量割合が増大する
ように電磁バルブ６，７を制御する制御装置１とを備
え、前記導電率が許容値を超えない運転条件下であって
も循環ポンプ３の負荷が小さいときなど所定の運転条件
下ではイオン除去フィルタ４に冷却液を流して導電率を
常時的に低く抑え、導電率が許容値を超える機会を低減
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムの
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】固体高分子型燃料電池
はその燃料となる水素あるいは水素リッチな改質ガスお
よび空気を供給して電気化学反応を起こし電気エネルギ
を得ている。燃料電池システムには、このような化学反
応で発熱した燃料電池を８０℃程度の定常運転温度に維
持するために冷却系統が設けられている。冷却系統は、
冷却液を循環ポンプにより燃料電池へ供給し、燃料電池
を通過した冷却液はラジエータのような熱交換器によっ
て冷却した後にタンクに戻す循環系を構成している。
【０００３】冷却液としては一般に純度の高い純水が使
用される。純水の導電率が増加すると燃料電池内でショ
ートして発電量の低下さらには発電停止を起こすおそれ
を生じるので、純水の導電率を低減するためにイオン除
去フィルタなどの導電率低減装置が設けられる。このよ
うなイオン除去フィルタを設けたシステムとしては、特
開平９−２２７１６号公報に開示されているものが知ら
れている。これは、導電率計にて燃料電池の冷却液の導
電率を測定し、測定値に応じてイオン除去フィルタを作
動させて導電率を低く管理しようとするものである。
【０００４】しかしながら、こうした従来のイオン除去
装置では、例えば燃料電池の負荷が大きくて冷却装置に
冷却性能をフルに発揮させたい場合、あるいは燃料電池
が定常運転中であっても電力に余裕がない場合などに
は、冷却液の導電率が許容限界値に達したとしても、冷
却性能を優先させる必要からイオン除去処理ができず、
あるいはイオン交換用のポンプを駆動する余剰電力がな
くてイオン除去処理ができないという問題が生じるま
た、一般に導電率計は温度変化による測定精度の劣化が
大きく、定格使用温度（２５℃程度）に対して温度差が
大きくなるほど導電率値が実状とずれてくる。また、測
定保証温度範囲もおおむね０〜５０℃程度であり、した
がって燃料電池の定常運転温度である８０℃前後では測
定値の信頼性は低い。さらに、導電率計は耐熱性も約８
０℃と燃料電池の定常運転温度に対して余裕がないの
で、導電率計そのものの信頼性や耐久性も問題となる。
【０００５】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、導電率が許容限界値を超える以前
に運転状態に応じイオン除去装置など導電率低減装置へ
の冷却液バイパス量を確保することにより、冷却性能や
電力に余裕がない状態で導電率が許容限界値を超える機
会を低減してシステムの運用効率を高めることを目的と
している。また、本発明では、導電率検知の信頼性を高
めることをも目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、循環ポン
プにより燃料電池と熱交換器とのあいだで冷却液を循環
させる循環流路と、この循環流路から取り出した冷却液
を導電率低減装置を通して循環流路に戻すバイパス流路
と、循環流路からバイパス流路への冷却液バイパス割合
を調節するバルブと、冷却液の導電率を検知する導電率
検知装置と、前記導電率が基準値を超えたときに前記バ
ルブにより冷却液バイパス割合を増大させる制御装置と
を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システム
の運転状態を検出する運転状態検出装置を設けると共
に、前記制御装置を、前記導電率が基準値以下の条件下
にて前記運転状態に応じて前記バイパス割合を増大させ
るように構成した。
【０００７】第２の発明は、前記第１の発明の導電率検
知装置を、燃料電池システムの運転状態に基づいて導電
率の予測値を求めるように構成した。
【０００８】第３の発明は、前記第１または第２の発明
において、運転状態として循環ポンプの要求駆動力を検
出し、当該要求駆動力が基準値以下であるときに冷却液
バイパス割合を増大させるように制御装置を構成した。
【０００９】第４の発明は、前記第１または第２の発明
において、運転状態として冷却液の温度を検出し、当該
冷却液温度が基準値以下であるときに、冷却液バイパス
割合を増大させるように制御装置を構成した。
【００１０】第５の発明は、前記第１または第２の発明
の導電率検知装置を、冷却液循環流路内に外部から注入
される冷却液の導電率を計測する計測手段を備えた。
【００１１】第６の発明は、前記第１の発明の導電率検
知装置を、発電前の燃料電池スタックの任意のセパレー
タ間に電圧を印加し、この時の電流検出結果から導電率
を演算するように構成した。
【００１２】第７の発明は、前記第１の発明の導電率検
知装置を、発電中の燃料電池の出力電流値と基準電流値
との比較に基づいて導電率を演算するように構成した。
【００１３】第８の発明は、前記第２の発明の導電率検
知装置を、冷却液の温度を計測する計測手段を備え、当
該計測値に基づいて導電率の予測値を補正するように構
成した。
【００１４】第９の発明は、前記第２の発明の導電率検
知装置を、冷却液の流量を計測する計測手段を備え、燃
料電池の運転時間と冷却液の流量とに基づいて導電率の
予測値を補正するように構成した。
【００１５】第１０の発明は、前記第２の発明の導電率
検知装置を、燃料電池出力から冷却液の温度または流量
の少なくとも何れか一方を予測する予測手段を備え、当
該予測結果に基づいて導電率の予測値を補正するように
構成した。
【００１６】
【作用・効果】前記第１の発明以下の各発明によれば、
冷却液の導電率が低い状態であっても、燃料電池システ
ムの運転状態に応じて導電率低減装置への冷却液バイパ
ス割合を増大させ、例えば燃料電池の電力に余裕がある
ときあるいは冷却装置の要求放熱量が低いときなどに導
電率低減装置に冷却液を導入するように制御できるの
で、燃料電池での漏れ電流を常に低く抑えつつ、電力や
冷却性能に余裕がないときに導電率が基準値（許容限界
値）を超える機会を減少でき、したがって燃料電池シス
テムを効率よく運転することが可能となる。
【００１７】第２の発明によれば、導電率検知装置を、
燃料電池システムの運転状態に基づいて導電率の予測値
を求めるように構成したことから、導電率が基準値を超
えるような運転状態を事前に予測して導電率低減装置へ
の冷却液バイパス量を増大でき、これにより導電率が基
準値を超える機会をより低減しまたは導電率が基準値を
超える時期をより遅らせることができる。
【００１８】第３の発明によれば、運転状態として循環
ポンプの要求駆動力を検出し、当該要求駆動力が基準値
以下であるときに冷却液バイパス割合を増大させるよう
にしたことから、循環ポンプの能力の余裕を有効利用し
て、システムの効率を低下させることなく導電率の低減
を促進して導電率を常に低いレベルに維持できる。
【００１９】第４の発明によれば、運転状態として冷却
液の温度を検出し、当該冷却液温度が基準値以下である
ときに、冷却液バイパス割合を増大させるようしたこと
から、要求放熱量が少なくて冷却液の循環流量が少ない
状態で効率よく冷却液の導電率を低減することができ
る。
【００２０】第５の発明によれば、導電率検知装置を、
燃料電池システム内に外部から注入される冷却液の導電
率を計測する計測手段を備えるものとしたことから、高
温となる冷却液循環系にて導電率計等で計測する必要が
なく、それだけ導電率計測の信頼性が向上し、システム
の簡素化を図ることもできる。また、冷却液循環系に導
電率計を併設する場合においても、検知した導電率を冷
却液の初期の正確な導電率に基づいて補正し、導電率低
減装置へのバイパス割合をより正確に制御することが可
能となる。
【００２１】第６の発明によれば、燃料電池発電前の電
位が存在しない状態で任意のセパレータに電圧を印加す
ることにより求められる抵抗値から、冷却水の導電率を
正確に求めることができる。また、発電開始毎に計測す
ることができるので常に正確な導電率に基づいて導電率
低減装置への冷却液バイパス割合をより的確に制御する
ことができる。
【００２２】第７の発明によれば、導電率が増大したと
きの燃料電池の出力電流値の低下を、基準電流値との比
較で検知することができ、これにより導電率計を設ける
ことなく導電率低減装置への冷却液バイパス割合を制御
することが可能となる。
【００２３】第８の発明によれば、第２の発明の導電率
検知装置による導電率予測値を、冷却液の温度に基づい
て補正するようにしたことから、冷却液温度が上昇する
ほど導電率が悪化する傾向にしたがってより的確に導電
率予測を行うことができる。
【００２４】第９の発明によれば、第２の発明の導電率
検知装置による導電率予測値を、冷却液の流量に基づい
て補正するようにしたことから、冷却液流量が増大する
ほど導電率が悪化する傾向にしたがってより的確に導電
率予測を行うことができる。
【００２５】第１０の発明によれば、第２の発明の導電
率検知装置を、燃料電池出力から冷却液の温度または流
量の少なくとも何れか一方を予測し、その予測結果に基
づいて導電率の予測値を補正するように構成したことか
ら、燃料電池の出力値のみから導電率予測を行うことが
できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１において、１はマイクロコンピ
ュータおよびその周辺装置等から構成される制御装置、
２は電気化学反応により起電力を得る燃料電池（スタッ
ク）、３は冷却液として純水を供給する電動式の循環ポ
ンプ、４は冷却液の導電率を低減する導電率低減装置と
してのイオン除去フィルタ、５は冷却液を冷却する熱交
換器、６と７は冷却液の流路を切り替える電磁バルブ、
８は冷却液の導電率を検知する導電率検知装置である。
１０は冷却液を燃料電池２と熱交換器５との間で循環さ
せる循環流路、１１は循環流路１０の途中から前記電磁
バルブ６および７の開度に応じて分流させた冷却液を導
電率低減装置４を通して再び循環流路１０に戻すバイパ
ス流路である。なお図中の破線は制御系の信号経路を示
している。
【００２７】循環ポンプ３は吐出量の要求に応じて回転
数が可変制御される構成であり、制御装置１はその回転
数の指令値を燃料電池２の運転状態や冷却液温度に応じ
て決定し、循環ポンプ３の駆動を制御する。循環ポンプ
３や各種電気機器の電源としては前記燃料電池２の起電
力があてられる。
【００２８】化学反応に伴う燃料電池２の温度上昇を抑
制するために冷却液を循環ポンプ３により熱交換器６と
のあいだで循環させる。燃料電池２に供給する冷却液
は、燃料電池内でのショートにより発電量が低下するこ
とを防止するために導電率が低く抑えられていなければ
ならない。自動車等の移動体に搭載するような燃料電池
システムでは、外部の純水製造装置から導電率の低い冷
却液を自由に供給することができないため、冷却液の導
電率を低く維持することは重要である。しかしながら導
電性イオンが配管や熱交換器など純水が金属と接触する
部分から溶け出すことから、そのまま放置すれば導電率
は経時的に上昇してゆく。イオン除去フィルタ４はこの
溶け出した導電性イオンを除去する機能を有している。
【００２９】バイパス流路１１への流量を切り替える電
磁バルブ６と７は、制御装置１からの信号によって開度
が連続的または多段階的に可変制御され、循環流路１０
全開−バイパス流路１１全閉の状態から、その逆の状態
まで制御装置１からの信号を受け、2つの流路１０また
は１１への冷却液量を調節する。このような２つの電磁
バルブ６，７を設ける代わりに、流路１０と１１の分岐
部に開度が連続的に変化する特性の単一の三方電磁弁を
設けるようにしてもよい。
【００３０】導電率検知装置８としては、冷却液の電気
抵抗を測定する原理による導電率計を適用できるほか、
後述する各手段ないし手法により導電率の検知または予
測を行うことができる。制御装置１は、導電率検知装置
８からの冷却液の導電率検知結果に基づいて電磁バルブ
６，７ヘの指令値を演算し、循環流路１０からバイパス
流路１１にバイパスさせる冷却液流量の割合を決定して
いる。
【００３１】この実施形態では、導電率検知装置８の検
知結果にかかわらず、すなわち導電率が許容しうる上限
値（既定値）よりも低い条件下であっても、電磁バルブ
６，７の開度を調節してイオン除去フィルタ４にある程
度の冷却液をバイパスさせる。これにより、図２に示し
たように常に導電率を低く維持し、燃料電池２での漏れ
電流の発生を抑制する。
【００３２】図２は第２の実施形態であり、導電率検知
装置により導電率の変化予測を行い、例えば時間経過に
伴う導電率の変化から導電率が既定値を超えると予測さ
れたときにはイオン除去フィルタへの冷却液バイパス割
合を増大して導電率を低下させるようにしたものであ
る。これにより、導電率が既定値に達する回数をより低
減し、または既定値に達する時期をより遅らせてシステ
ム停止等のおそれを低減することができる。
【００３３】図４は本発明の第３の実施形態である。な
お図１と同一の部分には同一の符号を付して示す（以下
の各図につき同様）。この実施形態では、制御装置１に
循環ポンプ３の負荷をフィードバックしてポンプ能力の
余裕を計算し、その余裕代が大であるほどイオン除去フ
ィルタ４ヘの冷却液バイパス割合が増すように電磁バル
ブ６，７を制御するようにしている。これにより、循環
ポンプ３の能力の余裕を有効利用して、余裕代が有る範
囲で導電率低減を促進して、導電率を常に低いレベルに
維持することができる。なお、循環ポンプ３の余裕代の
みならず、冷却液の流量または温度を検出して、冷却液
流量または温度に余裕があるときに前記と同様の制御を
行うようにしてもよい。前記のような制御を実施する運
転条件としては次のような条件が想定される。 ・システム始動時で、スタック温度が低く冷却の要求が
ないかまたは小さい場合。 ・システム始動時等で、起動前放置により導電率が悪化
している場合。 ・アイドル運転時で、スタック発熱量が低減している場
合。 ・減速過渡応答時で、ポンプ負荷が低い場合。
【００３４】図５は本発明の第４の実施形態である。こ
れは、導電率検知装置としての導電率計８を、燃料電池
システムの内部ではなく、冷却液をシステム（冷却液循
環流路１０）に注入する外部流路１２に設け、システム
外部にて導電率を測定するようにしたものである。制御
装置１は、冷却液をシステムに注入する時に、前記シス
テム外の導電率計８により導電率を測定し、その測定結
果による導電率を用いて、または測定結果により以前の
導電率検知結果を補正して電磁バルブ６，７の開度を制
御する。この実施形態によれば、システム内に導電率計
８を設置しないので、流体温度の上昇による測定不良や
雰囲気温度の上昇による故障部品の発生を低減でき、シ
ステム信頼性が向上し、システム簡素化もできる。また
システム内に注入した冷却液の初期の正確な導電率を把
握できる。イオン除去フィルタ４ヘと流す冷却液の制御
を、正確な初期の導電率値を基により的確に行うことが
できる。また、冷却液循環系に導電率計を併設する場合
においても、検知した導電率を冷却液の正確な初期導電
率に基づいて補正することにより、より精度の高い制御
を行うことができる。
【００３５】図６は本発明の第５の実施形態である。こ
の実施形態では、制御装置１は発電前ないし非発電時の
燃料電池スタック２の任意のセパレータ２ａ間に電圧を
印加して当該セパレータ間の電流値ないし抵抗値を測定
し、その測定結果とセパレータ部の既知の流路形状およ
び長さから冷却液の導電率を算出する。この実施形態に
よれば、冷却液の導電率を冷却液供給時のみならず、毎
回の起動時に測定でき、すなわち導電率の測定頻度を高
めて測定精度を高めることができる。また、導電率計を
設けることなく導電率を検知することができる。
【００３６】図７は本発明の第６の実施形態である。こ
の実施形態では、制御装置１は燃料電池２の出力電流か
ら冷却液への漏れ電流値を計算する。これは、例えば燃
料電池２からの出力電流値が、低い導電率の時と比べた
低下分を冷却液への漏れ電流値とする。次にこの計算結
果と燃料電池２の既知の冷却液流路形状と絶縁範囲から
導電率を算出する。この実施形態によれば、図６の実施
形態と同様に導電率計を設けることなく、燃料電池の出
力電流値によって導電率を検出することができる。
【００３７】図８は本発明の第７の実施形態である。こ
の実施形態は、燃料電池２に供給する冷却液の温度を測
定する温度センサ１３を備え、制御装置１はこの温度検
出結果から導電率の経時変化を補正する。すなわち、制
御装置１は、前記検出温度に応じて冷却液の活性が変化
することによる導電率の経時変化を補正するのであり、
その結果に応じて電磁バルブ６，７を制御してイオン除
去フィルタ４へバイパスさせる冷却液の割合を制御して
導電率を低く保つ。制御装置１による前記導電率の演算
処理についてさらに図９と図１０を用いて説明する。図
９は冷却液温度と導電率の変化傾向を表した特性線図、
図１０は前記導電率演算の手順である。この演算処理で
はまず燃料電池システム起動時の導電率を測定または予
測する一方、起動後の経過時間と温度履歴に基づきその
後の温度変化を予測する。次いで、予測した温度変化に
基づき、システム起動時に測定または予測した導電率を
初期値として、例えば図９の特性を記憶装置上にマップ
化したものを検索して現在あるいは将来の導電率を求め
る。このようにして冷却液の温度変化を監視することで
導電率を検知し、導電率を低減する制御を効果的に行う
ことができる。
【００３８】図１１は本発明の第８の実施形態である。
この実施形態は、燃料電池２に循環させる冷却液の流量
を測定する流量センサ１４を備え、制御装置１はこの流
量検出結果から導電率の経時変化を補正する。すなわ
ち、制御装置１は、前記検出流量に応じて冷却液の活性
が変化することによる導電率の経時変化を補正するので
あり、その結果に応じて電磁バルブ６，７を制御してイ
オン除去フィルタ４へバイパスさせる冷却液の割合を制
御して導電率を低く保つ。制御装置１による前記導電率
の演算処理についてさらに図１２と図１３を用いて説明
する。図１２は冷却液流量と導電率の変化傾向を表した
特性線図、図１３は前記導電率演算の手順である。この
演算処理ではまず燃料電池システム起動時の導電率を測
定または予測する一方、起動後の経過時間と冷却液流量
履歴に基づきその後の流量変化を予測する。次いで、予
測した流量変化に基づき、システム起動時に測定または
予測した導電率を初期値として、例えば図１２の特性を
記憶装置上にマップ化したものを検索して現在あるいは
将来の導電率を求める。このようにして冷却液の流量変
化を監視することで導電率を補正し、導電率を低減する
制御を効果的に行うことができる。
【００３９】図１４は本発明の第９の実施形態である。
図は本実施形態の演算処理手順を示したもので、制御装
置１において冷却液の温度または流量を検出すると共
に、燃料電池２の要求出力値（または取出し出力値）を
検知し、その出力値変化から冷却液温度変化と冷却液流
量変化の両方またはいずれか一方を予測し、電磁バルブ
６，７の開度を制御するものである。この演算処理では
まず燃料電池システム起動時の導電率を測定または予測
する一方、燃料電池の要求出力値と、冷却液温度または
流量を検出する。次いで起動後の経過時間および要求出
力値と冷却液温度または流量の履歴に基づきその後の温
度または流量変化を予測する。さらに、予測した温度ま
たは流量変化に基づき、システム起動時に測定または予
測した導電率を初期値として、例えば温度については図
９、流量については図１２の特性を記憶装置上にマップ
化したものを検索して現在あるいは将来の導電率を求め
る。このようにして冷却液の温度または流量を予測する
ことで導電率を補正し、導電率を低減する制御を効果的
に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のシステム構成図。
【図２】前記第１の実施形態による導電率の変化特性の
説明図。
【図３】本発明の第２の実施形態による導電率の変化特
性の説明図。
【図４】本発明の第３の実施形態のシステム構成図。
【図５】本発明の第４の実施形態のシステム構成図。
【図６】本発明の第５の実施形態のシステム構成図。
【図７】本発明の第６の実施形態のシステム構成図。
【図８】本発明の第７の実施形態のシステム構成図。
【図９】前記第７の実施形態における冷却液温度と導電
率の関係を示す特性線図。
【図１０】前記第７の実施形態における導電率算出処理
手順の説明図。
【図１１】本発明の第８の実施形態のシステム構成図。
【図１２】前記第８の実施形態における冷却液流量と導
電率の関係を示す特性線図。
【図１３】前記実施形態における導電率算出処理手順の
説明図。
【図１４】本発明の第９の実施形態における導電率算出
処理手順の説明図。
【符号の説明】
１ 制御装置 ２ 燃料電池（スタック） ３ 循環ポンプ ４ イオン除去フィルタ（導電率低減装置） ５ 熱交換器 ６ 電磁バルブ ７ 電磁バルブ ８ 導電率検知装置 １０ 冷却液の循環流路 １１ バイパス流路 １２ 外部流路 １３ 温度センサ １４ 流量センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G028 BB20 BC04 CG02 DH03 FK02 FK08 GL01 5H026 AA06 5H027 AA06 CC06 DD00 KK28 KK48 KK51 KK56 MM16

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】循環ポンプにより燃料電池と熱交換器との
    あいだで冷却液を循環させる循環流路と、この循環流路
    から取り出した冷却液を導電率低減装置を通して循環流
    路に戻すバイパス流路と、循環流路からバイパス流路へ
    の冷却液バイパス割合を調節するバルブと、冷却液の導
    電率を検知する導電率検知装置と、前記導電率が基準値
    を超えたときに前記バルブにより冷却液バイパス割合を
    増大させる制御装置とを備えた燃料電池システムにおい
    て、 燃料電池システムの運転状態を検出する運転状態検出装
    置を設けると共に、 前記制御装置を、前記導電率が基準値以下の条件下にて
    前記運転状態に応じて前記バイパス割合を増大させるよ
    うに構成した燃料電池システムの導電率管理装置。
  2. 【請求項２】請求項1において、導電率検知装置は燃料
    電池システムの運転状態に基づいて導電率の予測値を求
    めるように構成されている燃料電池システムの導電率管
    理装置。
  3. 【請求項３】請求項1または請求項２において、運転状
    態として循環ポンプの要求駆動力を検出し、当該要求駆
    動力が基準値以下であるときに冷却液バイパス割合を増
    大させるように制御装置を構成した燃料電池システムの
    導電率管理装置。
  4. 【請求項４】請求項１または請求項２において、運転状
    態として冷却液の温度を検出し、当該冷却液温度が基準
    値以下であるときに、冷却液バイパス割合を増大させる
    ように制御装置を構成した燃料電池システムの導電率管
    理装置。
  5. 【請求項５】請求項1または請求項２において、導電率
    検知装置は、冷却液循環流路内に外部から注入される冷
    却液の導電率を計測する計測手段を備える燃料電池シス
    テムの導電率管理装置。
  6. 【請求項６】請求項1において、導電率検知装置は、発
    電前の燃料電池スタックの任意のセパレータ間に電圧を
    印加し、この時の電流検出結果から導電率を演算するよ
    うに構成されている燃料電池システムの導電率管理装
    置。
  7. 【請求項７】請求項1において、導電率検知装置は、発
    電中の燃料電池の出力電流値と基準電流値との比較に基
    づいて導電率を演算するように構成されている燃料電池
    システムの導電率管理装置。
  8. 【請求項８】請求項2において、導電率検知装置は、冷
    却液の温度を計測する計測手段を備え、当該計測値に基
    づいて導電率の予測値を補正するように構成されている
    燃料電池システムの導電率管理装置。
  9. 【請求項９】請求項２において、導電率検知装置は、冷
    却液の流量を計測する計測手段を備え、燃料電池の運転
    時間と冷却液の流量とに基づいて導電率の予測値を補正
    するように構成されている燃料電池システムの導電率管
    理装置。
  10. 【請求項１０】請求項2において、導電率検知装置は、
    燃料電池出力から冷却液の温度または流量の少なくとも
    何れか一方を予測する予測手段を備え、当該予測結果に
    基づいて導電率の予測値を補正するように構成されてい
    る燃料電池システムの導電率管理装置。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003123813A (ja) * 2001-10-16 2003-04-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の冷却方法
JP2003249252A (ja) * 2002-02-22 2003-09-05 Nissan Motor Co Ltd 移動体用燃料電池の純水純度維持システム
JP2004265712A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005317387A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその運転方法
JP2007141780A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009053629A (ja) * 2007-08-29 2009-03-12 Kyocera Corp 画像表示装置、および画像表示装置の駆動方法
JP2018185952A (ja) * 2017-04-25 2018-11-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN110718707A (zh) * 2019-10-08 2020-01-21 吉利汽车研究院（宁波）有限公司 燃料电池冷却介质导电性监测***、监测方法及车辆
CN112098854A (zh) * 2020-08-06 2020-12-18 上海艾福亿维测试设备有限公司 适用于燃料电池测试的冷却测试***及其控制方法
CN114383655A (zh) * 2021-12-16 2022-04-22 中石化南京工程有限公司 一种电炉短网水冷***的监控方法
CN114883608A (zh) * 2022-01-28 2022-08-09 上海神力科技有限公司 一种燃料电池堆单片水路温控***

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4222019B2 (ja) * 2002-12-17 2009-02-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の診断方法
EP1473791A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell power generator
EP1662593B1 (en) * 2003-07-25 2015-07-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system
JP4066361B2 (ja) * 2003-07-30 2008-03-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の冷却システム
US8246817B2 (en) * 2004-06-10 2012-08-21 Ford Motor Company Deionization filter for fuel cell vehicle coolant
US7445705B2 (en) * 2004-08-19 2008-11-04 Ford Motor Company Particle filter for fuel cell coolant
MX2007002526A (es) * 2004-09-08 2007-05-09 Honeywell Int Inc Resinas de intercambio ionico tratadas, metodo para prepararlas, ensamblajes y sistemas de transferencia de calor que las contienen, y metodos de uso.
US20090266519A1 (en) * 2004-09-08 2009-10-29 Honeywell International Inc. Heat transfer system, fluid, and method
CA2579118C (en) * 2004-09-08 2012-12-04 Honeywell International Inc. Non-conductive colored heat transfer fluids
ZA200701790B (en) * 2004-09-08 2008-11-26 Honeywell Int Inc Colorant treated ion exchange resins, method of making, heat transfer systems and assemblies containing the same, and method of use
AU2005282359A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Honeywell International Inc. Corrosion inhibitors, corrosion inhibiting heat transfer fluids, and the use thereof
US8658326B2 (en) 2004-09-08 2014-02-25 Prestone Products Corporation Heat transfer system, fluid, and method
JP2006086014A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US20060063048A1 (en) * 2004-09-23 2006-03-23 Kolodziej Jason R Optimal temperature tracking for necessary and accurate thermal control of a fuel cell system
JP2006100005A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Toyota Motor Corp 燃料電池の漏電検出装置
DE102004049127B4 (de) * 2004-10-07 2011-12-29 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Leitfähigkeit eines Kühlmediums eines Brennstoffzellensystems
FR2893186A3 (fr) * 2005-11-07 2007-05-11 Renault Sas Dispositif de pile a combustible avec systeme de refroidissement et systeme de purification d'eau
JP5083587B2 (ja) * 2005-11-21 2012-11-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその温度調整方法
US20070141420A1 (en) * 2005-12-19 2007-06-21 Voss Mark G Fuel cell thermal management system and method
JP2008010367A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Toyota Motor Corp 燃料電池診断装置および診断方法
US7921946B2 (en) * 2007-05-07 2011-04-12 General Electric Company System and method for cooling a battery
FR2917903B1 (fr) * 2007-06-19 2009-12-04 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de regulation de la regeneration du liquide d'echange de chaleur d'une pile a combustible
JP5353377B2 (ja) 2009-03-31 2013-11-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムを搭載した電動車両
FR2976420B1 (fr) * 2011-06-07 2013-07-12 Converteam Technology Ltd Systeme de refroidissement a eau deionisee pour equipement electrique
JP6001830B2 (ja) 2011-08-02 2016-10-05 本田技研工業株式会社 車両用燃料電池システムの始動方法
FR2991814B1 (fr) * 2012-06-08 2014-06-06 Michelin & Cie Circuit de refroidissement pour pile a combustible
GB2516957A (en) 2013-08-08 2015-02-11 Intelligent Energy Ltd Coolant purification
KR101592651B1 (ko) * 2013-12-30 2016-02-18 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 열 관리 시스템 및 방법
DE102014018307A1 (de) 2014-12-10 2015-06-18 Daimler Ag Vorrichtung zur Erhöhung des elektrischen Isolationswiderstands
DE102015211476A1 (de) 2015-06-22 2016-12-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Reduktion der Leitfähigkeit einer Kühlflüssigkeit
JP6828559B2 (ja) 2017-03-31 2021-02-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法および燃料電池システム搭載車両
DE102018202501A1 (de) * 2018-02-19 2019-08-22 Mahle International Gmbh Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Batteriezellenmoduls einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung
US10728633B2 (en) * 2018-12-19 2020-07-28 Simmonds Precision Products, Inc. Configurable distributed smart sensor system
DE102019203050A1 (de) * 2019-03-06 2020-09-10 Ford Global Technologies, Llc System und Verfahren zum Erzeugen von Vibrationen an wenigstens einer Komponente eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
DE102019211491A1 (de) * 2019-08-01 2021-02-04 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung
KR20210070451A (ko) * 2019-12-04 2021-06-15 현대자동차주식회사 연료전지의 제어시스템 및 제어방법
WO2021147322A1 (zh) * 2020-01-21 2021-07-29 中山大洋电机股份有限公司 一种氢气循环泵组件及其应用的燃料电池
JP7320549B2 (ja) * 2021-03-31 2023-08-03 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
WO2022231990A1 (en) * 2021-04-30 2022-11-03 Ph Matter Oxygen-fed fuel cell system and method of using same
DE102021209653A1 (de) * 2021-09-02 2023-03-02 Siemens Mobility GmbH Überwachung eines Ionenfilters für einen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf
US20230207846A1 (en) * 2021-12-28 2023-06-29 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc System and method for indirectly monitoring an isolation resistance of one or more fuel cells
CN114455806B (zh) * 2022-02-11 2023-11-17 芜湖东旭光电科技有限公司 一种降温***
US11824234B1 (en) * 2022-09-29 2023-11-21 First Mode Ipp Limited Cooling multiple parallel hydrogen fuel cell stacks

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0529015A (ja) * 1991-07-19 1993-02-05 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JPH06223852A (ja) * 1993-01-21 1994-08-12 Hitachi Ltd 燃料電池システム
JPH0922716A (ja) * 1995-07-04 1997-01-21 Fuji Electric Co Ltd 水冷式燃料電池の冷却水補給装置
JP2000208157A (ja) * 1999-01-14 2000-07-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池運転システム
JP2002172391A (ja) * 2000-12-06 2002-06-18 Japan Organo Co Ltd イオン交換システム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06140066A (ja) * 1992-10-30 1994-05-20 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0529015A (ja) * 1991-07-19 1993-02-05 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JPH06223852A (ja) * 1993-01-21 1994-08-12 Hitachi Ltd 燃料電池システム
JPH0922716A (ja) * 1995-07-04 1997-01-21 Fuji Electric Co Ltd 水冷式燃料電池の冷却水補給装置
JP2000208157A (ja) * 1999-01-14 2000-07-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池運転システム
JP2002172391A (ja) * 2000-12-06 2002-06-18 Japan Organo Co Ltd イオン交換システム

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003123813A (ja) * 2001-10-16 2003-04-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の冷却方法
JP2003249252A (ja) * 2002-02-22 2003-09-05 Nissan Motor Co Ltd 移動体用燃料電池の純水純度維持システム
JP2004265712A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US7442454B2 (en) 2003-02-28 2008-10-28 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP4702592B2 (ja) * 2004-04-28 2011-06-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
JP2005317387A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその運転方法
JP2007141780A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009053629A (ja) * 2007-08-29 2009-03-12 Kyocera Corp 画像表示装置、および画像表示装置の駆動方法
JP2018185952A (ja) * 2017-04-25 2018-11-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN110718707A (zh) * 2019-10-08 2020-01-21 吉利汽车研究院（宁波）有限公司 燃料电池冷却介质导电性监测***、监测方法及车辆
CN112098854A (zh) * 2020-08-06 2020-12-18 上海艾福亿维测试设备有限公司 适用于燃料电池测试的冷却测试***及其控制方法
CN112098854B (zh) * 2020-08-06 2023-07-21 上海艾福亿维测试设备有限公司 适用于燃料电池测试的冷却测试***及其控制方法
CN114383655A (zh) * 2021-12-16 2022-04-22 中石化南京工程有限公司 一种电炉短网水冷***的监控方法
CN114883608A (zh) * 2022-01-28 2022-08-09 上海神力科技有限公司 一种燃料电池堆单片水路温控***

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