JP2023009667A - 燃料電池冷却システム - Google Patents

燃料電池冷却システム Download PDF

Info

Publication number
JP2023009667A
JP2023009667A JP2021113121A JP2021113121A JP2023009667A JP 2023009667 A JP2023009667 A JP 2023009667A JP 2021113121 A JP2021113121 A JP 2021113121A JP 2021113121 A JP2021113121 A JP 2021113121A JP 2023009667 A JP2023009667 A JP 2023009667A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
pump
coolant
channel
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021113121A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7522083B2 (ja
Inventor
大作 浅沼
Daisaku Asanuma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisan Industry Co Ltd, Toyota Motor Corp filed Critical Aisan Industry Co Ltd
Priority to JP2021113121A priority Critical patent/JP7522083B2/ja
Priority to US17/806,616 priority patent/US20230008243A1/en
Priority to CN202210757624.2A priority patent/CN115602875A/zh
Publication of JP2023009667A publication Critical patent/JP2023009667A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7522083B2 publication Critical patent/JP7522083B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

【課題】 燃料電池に加わる熱的な負荷を低減する。【解決手段】 車両に搭載された燃料電池冷却システムであって、冷媒の流路を有する。冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、作動時に発熱するとともに発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、制御回路と、をさらに有する。前記車両の起動時に前記制御回路が、前記第２ポンプが停止している状態で前記第１ポンプを作動させる第１工程と、前記第１工程中に前記燃料電池流路または前記冷却器流路内の前記冷媒の温度が第１基準値を超えると前記第１ポンプに加えて前記第２ポンプを作動させる第２工程を実施する。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、燃料電池冷却システムに関する。
特許文献１に開示の燃料電池冷却システムは、車両に搭載された燃料電池を冷却する。この燃料電池冷却システムは、内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えている。冷媒流路には、冷媒流路内の冷媒を冷却する冷却器と、冷媒流路内の冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池が設けられている。冷却器で冷却された冷媒が燃料電池に供給されることで、燃料電池が冷却される。
特開２００８－１２６９１１号公報
燃料電池が設けられた流路と並列に、他の発熱体を冷却する流路が設けられる場合がある。以下では、燃料電池が設けられた流路を燃料電池流路といい、発熱体が設けられた流路を発熱体流路という。また、冷却器が設けられた流路を冷却器流路という。発熱体流路に冷媒を流さない状態で、燃料電池流路と冷却器流路に冷媒を循環させる場合がある。この状態では、燃料電池流路及び冷却器流路内の冷媒の温度が、発熱体流路内の冷媒の温度よりも高くなる。その後、発熱体流路に冷媒を流すと、発熱体流路内の低温の冷媒が、燃料電池流路内に流入する。これによって、燃料電池が急激に冷却され、燃料電池に熱的な負荷が加わる。本明細書では、燃料電池に加わる熱的な負荷を低減する技術を提案する。
本明細書が開示する第１の燃料電池冷却システムは、車両に搭載されている。この燃料電池冷却システムは、内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えている。前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有している。前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されている。前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されている。前記燃料電池システムは、前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、作動時に発熱するとともに前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、前記燃料電池、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御する制御回路と、をさらに有する。前記制御回路が、前記車両の走行中に前記燃料電池と前記第１ポンプを作動させる。前記制御回路が、前記発熱体の作動中に前記第２ポンプを作動させる。前記車両の起動時に前記制御回路が、前記第２ポンプが停止している状態で前記第１ポンプを作動させる第１工程と、前記第１工程中に前記燃料電池流路または前記冷却器流路内の前記冷媒の温度が第１基準値を超えると前記第１ポンプに加えて前記第２ポンプを作動させる第２工程を実施する。
第１の燃料電池冷却システムでは、車両の起動時に制御回路が、第２ポンプが停止している状態で第１ポンプを作動させる第１工程を実施する。したがって、第１工程では、燃料電池流路と冷却器流路に冷媒が循環する一方で、発熱体流路に冷媒が流れない。燃料電池流路と冷却器流路に循環する冷媒は、燃料電池で加熱されて昇温する。発熱体流路に冷媒を流すことなく燃料電池流路と冷却器流路に冷媒を循環させることで、循環する冷媒の温度をより速く上昇させることができる。これによって、燃料電池の温度をより速く上昇させることができる。したがって、車両起動後に燃料電池の発電効率が短時間で上昇する。また、制御回路は、第１工程中に燃料電池流路または冷却器流路内の冷媒の温度が第１基準値を超えると、第１ポンプに加えて第２ポンプを作動させる第２工程を実施する。第２工程では、燃料電池流路、発熱体流路及び冷却器流路によって構成される循環流路に冷媒が循環する。すなわち、発熱体流路内の冷媒が、燃料電池流路及び冷却器流路内の冷媒とともに循環する。したがって、発熱体流路内の冷媒の温度が上昇する。車両の起動が完了した後に、制御回路は、通常の制御を行う。通常の制御では、制御回路は、車両の走行中に燃料電池と第１ポンプを作動させ、発熱体の作動中に第２ポンプを作動させる。したがって、発熱体が作動すると、第２ポンプの作動によって発熱体流路内の冷媒が燃料電池流路内へ流れる。このとき、発熱体流路内の冷媒が事前に温められているので、燃料電池で急激な温度変化が生じ難い。したがって、燃料電池に加わる熱的な負荷が低減される。
本明細書が開示する第２の燃料電池冷却システムは、車両に搭載されている。この燃料電池冷却システムは、内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えている。前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有している。前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されている。前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されている。前記燃料電池冷却システムは、前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、作動時に発熱するとともに前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、前記燃料電池、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御する制御回路と、をさらに有する。前記制御回路が、前記車両の走行中に前記燃料電池と前記第１ポンプを作動させる。前記制御回路が、前記発熱体の作動中に前記第２ポンプを作動させる。前記制御回路が、前記車両の起動時に前記第１ポンプと前記第２ポンプを作動させる第１工程を実施する。
第２の燃料電池冷却システムでは、制御回路が、車両の起動時に第１ポンプと第２ポンプを作動させる第１工程を実施する。したがって、第１工程では、燃料電池流路、発熱体流路及び冷却器流路によって構成される循環流路に冷媒が循環し、発熱体流路内の冷媒の温度が上昇する。車両の起動が完了した後に、制御回路は、通常の制御を行う。通常の制御では、制御回路は、車両の走行中に燃料電池と第１ポンプを作動させ、発熱体の作動中に第２ポンプを作動させる。したがって、発熱体が作動すると、第２ポンプの作動によって発熱体流路内の冷媒が燃料電池流路内へ流れる。このとき、発熱体流路内の冷媒が事前に温められているので、燃料電池で急激な温度変化が生じ難い。したがって、燃料電池に加わる熱的な負荷が低減される。
本明細書が開示する第３の燃料電池冷却システムは、車両に搭載されている。この燃料電池冷却システムは、内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えている。前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有している。前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されている。前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されている。前記燃料電池冷却システムは、前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、作動時に発熱するとともに前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、前記燃料電池、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御する制御回路と、をさらに有する。前記制御回路が、前記車両の走行中に前記燃料電池と前記第１ポンプを作動させる。前記制御回路が、前記発熱体の作動中に前記第２ポンプを作動させる。前記制御回路が、前記車両の走行中であって前記発熱体が作動していないときに、前記燃料電池流路内の前記冷媒の温度と前記発熱体流路内の前記冷媒の温度との差が第１基準値を超えると、前記第２ポンプを作動させる第１工程を実施する。
この燃料電池システムでは、制御回路は、車両の走行中に燃料電池と第１ポンプを作動させ、発熱体の作動中に第２ポンプを作動させる。発熱体が作動しておらず第２ポンプが作動していない状態では、燃料電池流路と冷却流路に冷媒が循環し、発熱体流路内の冷媒は流れない。燃料電池での発熱量が大きいと、燃料電池流路と冷却流路に循環している冷媒の温度は上昇する。他方、発熱体流路内の冷媒は流れないので、発熱体流路内の冷媒の温度は上昇しない。制御回路は、車両の走行中であって発熱体が作動していないときに、燃料電池流路内の冷媒の温度と発熱体流路内の冷媒の温度との差が基準値を超えると、第２ポンプを作動させる第１工程を実施する。すなわち、第１工程では、第１ポンプと第２ポンプが両方作動する。したがって、燃料電池流路、発熱体流路、冷却流路によって構成される循環流路に冷媒が循環し、この循環流路内での冷媒の温度差が縮小される。これにより、燃料電池流路内の冷媒の温度と発熱体流路内の冷媒の温度との差が極端に大きくなることが抑制される。したがって、発熱体が作動するとともに第２ポンプが作動することによって発熱体流路内の冷媒が燃料電池流路内へ流れても、燃料電池で急激な温度変化が生じ難い。したがって、燃料電池に加わる熱的な負荷が低減される。
燃料電池冷却システムの構成を示す冷媒回路図。 実施例１の予備動作を示すフローチャート。 実施例２の予備動作を示すフローチャート。 実施例３の予備動作を示すフローチャート。 実施例４の予備動作を示すフローチャート。
上記第１の燃料電池冷却システムの一例では、前記制御回路が、前記第２工程中に前記冷媒流路内の前記冷媒の温度が第２基準値を超えると前記第２ポンプを停止させる第３工程を実施してもよい。
この構成では、冷媒の温度差が縮小されたときに、第２ポンプを停止させて電力消費を抑制できる。
上記第１の燃料電池冷却システムの一例では、前記制御回路が、前記第２工程において前記第２ポンプを最低回転数で作動させてもよい。
なお、本明細書において、最低回転数とは、ポンプの仕様として定められた使用可能回転数の最小値である。
第２工程では、発熱体流路内の冷媒を燃料電池流路及び冷却器流路内の冷媒と合流させるために第２ポンプを作動させる。第２ポンプを最低回転数で作動させることで、発熱体流路内の冷媒が燃料電池流路及び冷却器流路内の冷媒に対してゆっくり混ざる。したがって、第２工程において燃料電池が急激に温度変化することを抑制できる。
上記第２の燃料電池冷却システムの一例では、前記制御回路が、前記第１工程中に前記冷媒流路内の前記冷媒の温度が基準値を超えると前記第２ポンプを停止させる第２工程を実施してもよい。
この構成では、冷媒の温度差が縮小されたときに、第２ポンプを停止させて電力消費を抑制できる。
上記第２の燃料電池冷却システムの一例では、前記制御回路が、前記第１工程において前記第２ポンプを最低回転数で作動させてもよい。
上記第３の燃料電池冷却システムの一例では、前記制御回路が、前記第１工程中に前記燃料電池流路内の前記冷媒の前記温度と前記発熱体流路内の前記冷媒の前記温度との前記差が第２基準値を下回ると、前記第２ポンプを停止させる第２工程を実施してもよい。
この構成では、冷媒の温度差が縮小されたときに、第２ポンプを停止させて電力消費を抑制できる。
上記第３の燃料電池冷却システムの一例では、前記第１工程において、前記発熱体を作動させてもよい。
この構成では、冷媒の温度差をより短時間で縮小することができる。
上記第３の燃料電池冷却システムの一例では、前記制御回路が、前記第１工程において前記第２ポンプを最低回転数で作動させてもよい。
図１に示す実施例の燃料電池冷却システム１０は、車両に搭載されている。燃料電池冷却システム１０は、燃料電池１２（ＦＣ：Fuel Cell）を有している。燃料電池１２は、車両の走行用モータに電力を供給する。燃料電池冷却システム１０は、燃料電池１２を冷却する。
燃料電池冷却システム１０は、内部に冷媒が循環する冷媒流路５０を有している。冷媒流路５０は、冷却器流路５２、燃料電池流路５４、発熱体流路５６、バイパス流路５８を有している。
冷却器流路５２は、合流部６０から分岐部６２まで伸びている。冷却器流路５２は、上流側流路５２ａ、分岐流路５２ｂ、分岐流路５２ｃ、及び、下流側流路５２ｄを有している。上流側流路５２ａの上流端は、冷却器流路５２の上流端である合流部６０に接続されている。分岐流路５２ｂ、５２ｃは、上流側流路５２ａの下流側で２つに分岐した流路である。分岐流路５２ｂ、５２ｃの下流端は、下流側流路５２ｄの上流端に接続されている。下流側流路５２ｄの下流端は、冷却器流路５２の下流端である分岐部６２に接続されている。冷却器流路５２内の冷媒は、上流端である合流部６０から、上流側流路５２ａ、分岐流路５２ｂ、５２ｃ、下流側流路５２ｄを経て下流端である分岐部６２まで流れる。分岐流路５２ｂ、５２ｃにおいては、冷媒が分岐流路５２ｂ、５２ｃに分かれて流れる。分岐流路５２ｂにはラジエータ１４が設けられている。ラジエータ１４は、外気との熱交換によって分岐流路５２ｂ内を流れる冷媒を冷却する。分岐流路５２ｃには、ラジエータ１６が設けられている。ラジエータ１６は、外気との熱交換によって分岐流路５２ｃ内を流れる冷媒を冷却する。
バイパス流路５８の上流端は、冷却器流路５２の上流側流路５２ａの途中に接続されている。バイパス流路５８の下流端は、冷却器流路５２の下流側流路５２ｄの途中に接続されている。バイパス流路５８と上流側流路５２ａとの接続部には、ロータリーバルブ２０が設けられている。以下では、上流側流路５２ａのうち、ロータリーバルブ２０よりも上流側の部分を第１部分５２ａ－１といい、ロータリーバルブ２０よりも下流側の部分を第２部分５２ａ－２という。ロータリーバルブ２０は、第１部分５２ａ－１からバイパス流路５８に流れる冷媒の流量と、第１部分５２ａ－１から第２部分５２ａ－２に流れる冷媒の流量を変更する。ロータリーバルブ２０の開度Ｓが１００％の場合には、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の全てが第２部分５２ａ－２へ流れる。ロータリーバルブ２０の開度Ｓが５０％の場合には、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の半分が第２部分５２ａ－２へ流れ、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の残りの半分がバイパス流路５８へ流れる。ロータリーバルブ２０の開度Ｓが０％の場合には、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の全てがバイパス流路５８へ流れる。バイパス流路５８には、イオン交換器１８が設置されている。イオン交換器１８は、バイパス流路５８内を流れる冷媒中からイオンを除去する。冷媒には冷媒流路５０を構成する配管等からイオンが溶出する。バイパス流路５８（すなわち、イオン交換器１８）に冷媒を流すことで、溶媒中のイオン濃度を低下させることができる。
燃料電池流路５４と発熱体流路５６の上流端は、分岐部６２において冷却器流路５２の下流端に接続されている。燃料電池流路５４と発熱体流路５６の下流端は、合流部６０において冷却器流路５２の上流端に接続されている。
燃料電池流路５４には、ポンプ２１が介装されている。ポンプ２１は、燃料電池流路５４内の冷媒を下流側へ送り出す。ポンプ２１の下流側において、燃料電池流路５４が分岐流路５４ａと分岐流路５４ｂに分岐している。分岐流路５４ａに、燃料電池１２と温度センサ４２が設置されている。燃料電池１２は、分岐流路５４ａ内を流れる冷媒との熱交換によって冷却される。温度センサ４２は、燃料電池１２の下流側に配置されている。温度センサ４２は、燃料電池１２を通過後の冷媒の温度Ｔ１を検出する。分岐流路５４ｂに、インタークーラー２４が設置されている。インタークーラー２４は、分岐流路５４ｂ内を流れる冷媒との熱交換によって冷却される。
発熱体流路５６には、ポンプ２２、ブレーキレジスタ２８（ＢＲ：Brake Resistor）、温度センサ４４及び逆止弁３０が設置されている。ポンプ２２は、発熱体流路５６内の冷媒を下流側へ送り出す。ブレーキレジスタ２８は、ポンプ２２の下流側に設置されている。ブレーキレジスタ２８は、余剰電力ヒータまたは電気ヒータと呼ばれる場合がある。ブレーキレジスタ２８は、バッテリの満充電状態において車両のモータが回生動作をしたときに、回生動作によって発生した余剰電力を熱エネルギーに変換して消費する。ブレーキレジスタ２８は、発熱体流路５６内の冷媒との熱交換によって冷却される。温度センサ４４は、ブレーキレジスタ２８の下流側に配置されている。温度センサ４４は、ブレーキレジスタ２８を通過後の冷媒の温度Ｔ２を検出する。逆止弁３０は、温度センサ４４の下流側に配置されている。逆止弁３０は、発熱体流路５６内で冷媒が逆流することを防止する。
燃料電池冷却システム１０は、制御回路として、統合ＥＣＵ７０（統合Electronic Control Unit）とＥＶ－ＥＣＵ７２（Electric Vehicle-Electronic Control Unit）を有している。ＥＶ－ＥＣＵ７２は、ブレーキレジスタ２８等を制御する。統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２１、２２、燃料電池１２等を制御する。
次に、燃料電池冷却システム１０の動作について説明する。統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２を作動させることによって発電を行う。車両は、燃料電池１２で生成された電力によって走行する。車両の走行中に、統合ＥＣＵ７０は燃料電池１２を継続して動作させる。また、統合ＥＣＵ７０は、車両が起動すると、ポンプ２１を作動させる。車両の走行中に、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２１を作動した状態に維持する。ポンプ２１が作動すると、燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路に冷媒が流れる。この循環流路内を流れる冷媒は、ラジエータ１４、１６によって冷却される。したがって、ラジエータ１４、１６によって冷却された冷媒が燃料電池流路５４（特に、分岐流路５４ａ）に流入し、燃料電池１２が冷却される。したがって、燃料電池１２が過度に高温になることが防止される。なお、ポンプ２２が停止している状態でポンプ２１が作動している場合には、逆止弁３０が閉じることによって、燃料電池流路５４の下流端から発熱体流路５６へ冷媒が流入することが防止される。すなわち、逆止弁３０が閉じることによって、発熱体流路５６における冷媒の逆流が防止される。
燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路に冷媒が循環しているときに、統合ＥＣＵ７０は、ロータリーバルブ２０の開度Ｓを制御することによって、冷却器流路５２の第１部分５２ａ－１を通過した冷媒の一部または全部をバイパス流路５８へ流す。これによって、統合ＥＣＵ７０は、イオン交換器１８によって冷媒中のイオンを除去するイオン除去処理を実行する。統合ＥＣＵ７０は、冷媒中のイオン濃度が上昇したときに、イオン除去処理を実施する。
バッテリの満充電状態において車両のモータが回生動作を実行すると、ＥＶ－ＥＣＵ７２はブレーキレジスタ２８を作動させる。これによって、モータで生成される余剰電力がブレーキレジスタ２８で消費される。ブレーキレジスタ２８が作動すると、ブレーキレジスタ２８が発熱する。ＥＶ－ＥＣＵ７２は、ブレーキレジスタ２８を作動させると、その情報を統合ＥＣＵ７０へ送る。統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８が作動すると、ポンプ２２を作動させる。ポンプ２２が作動すると、逆止弁３０が開き、発熱体流路５６内の冷媒が下流側へ流れる。したがって、冷却器流路５２を分岐部６２まで流れた冷媒が、燃料電池流路５４と発熱体流路５６に分岐して流れるようになる。燃料電池流路５４を通過した冷媒と発熱体流路５６を通過した冷媒は、合流部６０で合流して冷却器流路５２へ流れる。発熱体流路５６内に冷媒が流れると、発熱体流路５６内の冷媒によってブレーキレジスタ２８が冷却される。これによって、ブレーキレジスタ２８が過度に高温になることが防止される。
次に、統合ＥＣＵ７０が実施する予備動作について説明する。以下では、実施例１～４の予備動作について説明する。
図２は、実施例１の予備動作を示している。図２に示すように、実施例１の予備動作は、イグニッションオンまたはレディオン（すなわち、車両の起動）の直後に実施される。車両の起動前においては、燃料電池１２の温度と冷媒流路５０内の冷媒の温度は低い。イグニッションオンの直後に、統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ２を実施する。ステップＳ２では、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２が停止している状態で燃料電池１２とポンプ２１を作動させる。燃料電池１２が作動することで、発電が行われる。ポンプ２１が作動することで、燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路に冷媒が循環する。また、ステップＳ２ではポンプ２２が停止しているので、発熱体流路５６内の冷媒は流れない。また、ステップＳ２では、ラジエータ１４、１６が作動する。このため、燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路内を循環している冷媒は、燃料電池１２で加熱され、ラジエータ１４、１６で冷却される。統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ２の実行中に繰り返しステップＳ４を実行する。ステップＳ４では、統合ＥＣＵ７０は、温度センサ４２で検出される温度Ｔ１（すなわち、燃料電池１２を通過した直後の冷媒の温度）が基準温度Ｔａ（例えば、３０℃）以上であるか否かを判定する。ステップＳ４で温度Ｔ１が基準温度Ｔａ以上であると判定するまで、統合ＥＣＵ７０はステップＳ２を継続する。
ステップＳ２の開始直後は、燃料電池１２の温度が低いので、燃料電池１２の発電効率が低い。燃料電池１２の作動によって燃料電池１２の温度が上昇する。但し、燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路内を循環している冷媒が燃料電池１２を冷却するので、燃料電池１２の温度が急激に上昇することが抑制される。燃料電池１２の温度は、時間の経過に伴って安定的に上昇する。また、循環している冷媒の温度は、燃料電池１２による加熱によって徐々に上昇する。このとき、発熱体流路５６内の冷媒が流れていないので、循環している冷媒の量が比較的少ない。したがって、循環している冷媒の温度は比較的速く上昇する。したがって、燃料電池１２の温度も比較的速く上昇する。このように、ステップＳ２では、発熱体流路５６内の冷媒を停止させた状態で燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路内に冷媒を循環させることで、燃料電池１２の温度を比較的速く上昇させることができる。したがって、ステップＳ２の実行中に、燃料電池１２の発電効率を比較的速い速度で上昇させることができる。統合ＥＣＵ７０は、燃料電池流路５４内の冷媒の温度Ｔ１が温度Ｔａに達すると、ステップＳ６を実行する。
なお、上述したステップＳ４では、循環している冷媒の温度が所定値まで上昇したか否かを判定するために実施している。したがって、ステップＳ４では、燃料電池流路５４内の冷媒の温度が基準値に達したか否かの判定に変えて、冷却器流路５２内の冷媒の温度が基準値に達したか否かの判定を実施してもよい。
ステップＳ６では、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２を最低回転数で作動させる。すなわち、ステップＳ６では、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２とポンプ２１が作動している状態を維持しながら、ポンプ２２を最低回転数で作動させる。なお、ステップＳ６では、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８が停止中であっても、ポンプ２２を作動させる。統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ６の実行中に繰り返しステップＳ８を実行する。ステップＳ８では、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２の停止条件が成立したか否かを判定する。統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２の停止条件が成立するまで、ステップＳ６を継続する。統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ８でＹＥＳ（すなわち、ポンプ２２の停止条件が成立した）と判定すると、ステップＳ９においてポンプ２２を停止させる。
ステップＳ６では、ポンプ２２が作動するので、発熱体流路５６内の冷媒が流れる。すなわち、ステップＳ６では、燃料電池流路５４と発熱体流路５６と冷却器流路５２によって構成される循環流路内を冷媒が循環する。ステップＳ２の実行中は発熱体流路５６内の冷媒の流れが停止しているので、ステップＳ６の開始時において発熱体流路５６内の冷媒の温度は低い。他方、ステップＳ２の実行中に燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒の温度は比較的高い温度まで上昇している。ステップＳ２の実施中に、燃料電池流路５４と冷却器流路５２及び発熱体流路５６の間で冷媒が混ざるので、発熱体流路５６内の冷媒の温度が上昇する。
ステップＳ６においては、ポンプ２２を最低回転数で回転させることで、燃料電池１２に熱的な負荷が加わることが抑制される。例えば、ステップＳ６においてポンプ２２を高い回転数で回転させると、発熱体流路５６内の低温の冷媒が急速に冷却器流路５２を介して燃料電池流路５４内に流入する。すると、比較的高い温度まで温度上昇している燃料電池１２内に低温の冷媒が急速に流入し、燃料電池１２が急激に温度低下する。このため、燃料電池１２に温度衝撃が加わり、燃料電池１２に熱的な負荷が加わる。これに対し、実際のステップＳ６では、ポンプ２２を最低回転数で回転させるので、発熱体流路５６内の低温の冷媒は徐々に燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流する。したがって、燃料電池１２の急激な温度低下が抑制される。また、循環している冷媒の温度が基準値に達したとき（すなわち、ステップＳ４でＹＥＳと判定されたとき）にステップＳ６が開始されるので、ステップＳ６の開始時点において循環している冷媒（すなわち、燃料電池流路５４内と冷却器流路５２内の冷媒）の温度と発熱体流路５６内の冷媒の温度の差はそれほど大きくない。これによっても、ステップＳ６の実施時に燃料電池１２の急激な温度低下が抑制される。このため、燃料電池１２に熱的な負荷が加わることを抑制できる。また、ステップＳ６は、発熱体流路５６内の冷媒を燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流させることを目的として実施されるので、ポンプ２２を最低回転数で回転させても問題は生じない。また、ポンプ２２を最低回転数で回転させることで、ポンプ２２における電力消費を抑制することもできる。
上述したように、統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ８でポンプ２２の停止条件が成立したと判定すると、ステップＳ９でポンプ２２を停止させる。ポンプ２２の停止条件としては、発熱体流路５６内の冷媒の温度が十分に上昇したと判断できる条件を採用することができる。
例えば、ステップＳ６を開始してから所定時間が経過したことをポンプ２２の停止条件とすることができる。ステップＳ６を開始してから所定時間が経過していれば、発熱体流路５６内の冷媒の温度が一定値以上まで上昇したと判断できる。したがって、ステップＳ６を開始してから所定時間が経過したときに、ステップＳ８でＹＥＳと判定し、ステップＳ９でポンプ２２を停止させることができる。
また、例えば、冷媒流路５０内の冷媒の温度が基準温度以上であることをポンプ２２の停止条件とすることができる。例えば、温度センサ４２で検出される温度Ｔ１が基準温度Ｔｂ以上であることをポンプ２２の停止条件とすることができる。なお、ステップＳ８で使用する基準温度Ｔｂは、ステップＳ４で使用する基準温度Ｔａよりも高い温度である。燃料電池１２を通過した後の冷媒の温度Ｔ１は発熱体流路５６内の冷媒の温度と相関を有するので、温度Ｔ１が基準温度Ｔｂ以上であれば、発熱体流路５６内の冷媒の温度が一定値以上まで上昇したと判断できる。したがって、温度Ｔ１が基準温度Ｔｂ以上まで上昇したときに、ステップＳ８でＹＥＳと判定し、ステップＳ９でポンプ２２を停止させることができる。また、例えば、温度センサ４４で検出される温度Ｔ２が基準温度Ｔｃ以上であることをポンプ２２の停止条件とすることができる。温度Ｔ２は発熱体流路５６内の冷媒の温度である。したがって、この停止条件は、発熱体流路５６内の冷媒の温度を直接的に判定していることになる。したがって、温度Ｔ２が基準温度Ｔｃ以上まで上昇したときに、ステップＳ８でＹＥＳと判定し、ステップＳ９でポンプ２２を停止させることができる。また、冷却器流路５２内の冷媒の温度が所定温度以上であることをポンプ２２の停止条件としてもよい。
ステップＳ９でポンプ２２を停止させた後は、統合ＥＣＵ７０は、車両の走行中における通常の制御を実行する。通常の制御では、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２と第１ポンプ２１を継続的に作動させる。また、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８の停止中はポンプ２２を停止させる。このため、ブレーキレジスタ２８の停止中は、発熱体流路５６内の冷媒は流れていない。また、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８が作動すると、ポンプ２２を作動させる。このとき、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８の温度に応じた高い回転数でポンプ２２を作動させる。したがって、発熱体流路５６内で停滞していた冷媒が、急速に燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流する。発熱体流路５６内の冷媒は事前に実施されたステップＳ６において温められているので、発熱体流路５６内の冷媒が急速に燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流しても、燃料電池１２で急激な温度変化は生じない。これによって、燃料電池１２に熱的な負荷が加わることが抑制される。このように、車両起動直後に実施される予備動作で発熱体流路５６内の冷媒が温められることで、その後にブレーキレジスタ２８の作動によって発熱体流路５６内の冷媒が燃料電池流路５４内に急速に流入しても、燃料電池１２に熱的な負荷が加わることを抑制できる。
実施例１の基準温度Ｔａは、第１の燃料電池冷却システムにおける第１基準値の一例である。実施例１の基準温度Ｔｂは、第１の燃料電池冷却システムにおける第２基準値の一例である。
図３は、実施例２の予備動作を示している。図３に示すように、実施例２の予備動作は、イグニッションオンまたはレディオン（すなわち、車両の起動）の直後に実施される。イグニッションオンの直後に、統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ１６を実施する。ステップＳ１６では、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２とポンプ２１を作動させるとともに、ポンプ２２を最低回転数で作動させる。すなわち、実施例２では、実施例１とは異なり、イグニッションオンの直後にポンプ２１だけでなくポンプ２２も作動させる。ポンプ２１、２２が作動することで、燃料電池流路５４、発熱体流路５６及び冷却器流路５２によって構成される循環流路に冷媒が循環する。このため、燃料電池流路５４、発熱体流路５６及び冷却器流路５２によって構成される循環流路内を循環している冷媒は、燃料電池１２で加熱され、ラジエータ１４、１６で冷却される。ステップＳ１６の実施中に、循環している冷媒の温度は、燃料電池１２による加熱によって徐々に上昇する。したがって、ステップＳ１６の実施中に、発熱体流路５６内の冷媒の温度が徐々に上昇する。ステップＳ１６では、発熱体流路５６内の冷媒を燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流させることを目的としてポンプ２２を作動させるので、ポンプ２２を最低回転数で回転させても問題は生じない。また、ポンプ２２を最低回転数で回転させることで、ポンプ２２における電力消費を抑制することもできる。統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ１６の実施中にステップＳ１８の判定（ポンプ２２の停止条件が成立したか否かの判定）を繰り返し実施する。なお、ポンプ２２の停止条件は、実施例１において説明したものと等しい。例えば、温度センサ４２で検出される温度Ｔ１が基準温度Ｔｂ以上であることをポンプ２２の停止条件とすることができる。統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ１８でＹＥＳと判定すると、ステップＳ１９でポンプ２２を停止させる。
ステップＳ１９でポンプ２２を停止させた後は、統合ＥＣＵ７０は、車両の走行中における通常の制御を実行する。通常の制御では、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２と第１ポンプ２１を継続的に作動させる。また、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８の停止中はポンプ２２を停止させ、ブレーキレジスタ２８の作動中にポンプ２２を作動させる。ブレーキレジスタ２８の作動によってポンプ２２を作動させると、発熱体流路５６内で停滞していた冷媒が急速に燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流する。しかしながら、発熱体流路５６内の冷媒は事前に実施されたステップＳ１８において温められているので、燃料電池１２で急激な温度変化は生じない。これによって、燃料電池１２に熱的な負荷が加わることが抑制される。
実施例２の基準温度Ｔｂは、第２の燃料電池冷却システムにおける基準値の一例である。
図４は、実施例３の予備動作を示している。実施例３の予備動作は、車両の走行中であってブレーキレジスタ２８が停止しているときに実行される。なお、車両の走行中にブレーキレジスタ２８が動作すると、実施例３の予備動作よりもブレーキレジスタ２８を冷却する動作が優先的に実施される。
上述したように、図４の予備動作は、車両の走行中であってブレーキレジスタ２８が停止しているときに実行される。したがって、図４の予備動作の開始時には、燃料電池１２とポンプ２１が作動しており、ポンプ２２が停止している。ステップＳ２４において、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池流路５４内の冷媒の温度Ｔ１と発熱体流路５６内の冷媒の温度Ｔ２の差が基準値Ｔｔｈよりも大きいか否かを判定する。統合ＥＣＵ７０は、Ｔ１－Ｔ２＞Ｔｔｈ１が満たされない限り、ステップＳ２４の判定を繰り返し実行する。
図４の予備動作の開始時の状態（すなわち、燃料電池１２とポンプ２１が作動しており、ポンプ２２が停止している状態）では、燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路に冷媒が循環している一方で、発熱体流路５６内の冷媒は流れていない。循環している冷媒は燃料電池１２によって加熱されるので、一定温度以上の温度を有している。他方、発熱体流路５６内の冷媒は停滞しているので、発熱体流路５６内の冷媒の温度は低い。燃料電池１２の発熱によって燃料電池流路５４内の冷媒の温度Ｔ１が上昇したり、時間の経過によって発熱体流路５６内の冷媒の温度Ｔ２が低下すると、温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が基準値Ｔｔｈ１よりも大きくなる。この場合、統合ＥＣＵ７０はステップＳ２４でＹＥＳと判定し、ステップＳ２６を実行する。
ステップＳ２６では、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２を作動させる。すなわち、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２とポンプ２１を作動した状態に維持しながら、ポンプ２２を作動させる。ステップＳ２６では、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２を最低回転数で回転させる。ポンプ２２が作動することで、発熱体流路５６内の冷媒が流れる。すなわち、ステップＳ２６では、燃料電池流路５４と発熱体流路５６と冷却器流路５２によって構成される循環流路内を冷媒が循環する。すなわち、ステップＳ２６では、燃料電池流路５４内と冷却器流路５２内の比較的温度が高い冷媒に対して発熱体流路５６内の低温の冷媒を混ぜることで、発熱体流路５６内の冷媒の温度を上昇させる。ステップＳ２６においては、ポンプ２２を最低回転数で回転させるので、発熱体流路５６内の低温の冷媒は徐々に燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流する。したがって、燃料電池１２の急激な温度低下が抑制される。このため、燃料電池１２に熱的な負荷が加わることを抑制できる。また、ステップＳ２６は、発熱体流路５６内の冷媒を燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流させることを目的として実施されるので、ポンプ２２を最低回転数で回転させても問題は生じない。また、ポンプ２２を最低回転数で回転させることで、ポンプ２２における電力消費を抑制することができる。
上述したように、ステップＳ２６では発熱体流路５６内の冷媒と燃料電池流路５４内の冷媒が混ざるので、ステップＳ２６の間に燃料電池流路５４内の冷媒の温度Ｔ１と発熱体流路５６内の冷媒の温度Ｔ２の差が縮小する。統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ２６の実施中にステップＳ２８の判定を繰り返し実施する。ステップＳ２８では、統合ＥＣＵ７０は、温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が基準値Ｔｔｈ２以下であるか否かを判定する。なお、基準値ＴＴｔｈ２は基準値Ｔｔｈ１以下の値である。温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が基準値Ｔｔｈ２以下である場合には、統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ２８でＹＥＳと判定し、ステップＳ２９でポンプ２２を停止させる。すなわち、統合ＥＣＵ７０は、ステップＳ２６を実施することで温度Ｔ１と温度Ｔ２の温度差が基準値Ｔｔｈ２以下まで縮小されると、ステップＳ２８でＹＥＳと判定し、ステップＳ２９でポンプ２２を停止させる。ステップＳ２９でポンプ２２を停止させた後は、統合ＥＣＵ７０は、車両の走行中における通常の制御を実行する。
このように、実施例３では、車両の走行中にステップＳ２４が繰り返されることで温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が監視される。そして、温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が基準値Ｔｔｈ１を超えると、ステップＳ２６が実施されることで、温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が基準値Ｔｔｈ２以下の値まで縮小される。このため、実施例３では、車両の走行中に温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が極端に大きくなることが防止される。
通常の制御では、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２と第１ポンプ２１を継続的に作動させる。また、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８の停止中はポンプ２２を停止させ、ブレーキレジスタ２８の作動中にポンプ２２を作動させる。ブレーキレジスタ２８の作動によってポンプ２２を作動させると、発熱体流路５６内で停滞していた冷媒が急速に燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流する。しかしながら、実施例３の予備動作によって車両の走行中に温度Ｔ１と温度Ｔ２の差が極端に大きくなることが防止されるので、ブレーキレジスタ２８の作動によってポンプ２２が作動しても（すなわち、発熱体流路５６内の冷媒が燃料電池流路５４と冷却器流路５２内の冷媒と合流しても）、燃料電池１２で急激な温度変化は生じない。これによって、燃料電池１２に熱的な負荷が加わることが抑制される。
実施例３の基準値Ｔｔｈ１は、第３の燃料電池冷却システムにおける第１基準値の一例である。実施例３の基準値Ｔｔｈ２は、第３の燃料電池冷却システムにおける第２基準値の一例である。
図５に示す実施例４の予備動作は、ステップＳ２６でポンプ２２とともにブレーキレジスタ２８を作動させる点、及び、ステップＳ２９でポンプ２２とともにブレーキレジスタ２８を停止させる点で実施例３の予備動作と異なる。実施例４の予備動作のその他の構成は、実施例３の予備動作と等しい。
実施例４のステップＳ２６では、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２とともにブレーキレジスタ２８を作動させる。すなわち、ステップＳ２６では、統合ＥＣＵ７０は、モータで余剰電力が発生していなくても、ブレーキレジスタ２８を作動させる。実施例４のステップＳ２６では、ブレーキレジスタ２８を作動させるので、発熱体流路５６内の冷媒がブレーキレジスタ２８によって加熱される。このため、実施例４のステップＳ２６では、実施例３のステップＳ２６よりも速く温度Ｔ１と温度Ｔ２の差を縮小させることができる。実施例４のステップＳ２９では、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２と共にブレーキレジスタ２８を停止させることで、通常の制御に戻る。
なお、上述した実施例では、発熱体流路５６に設置されている発熱体がブレーキレジスタ２８であったが、他の発熱体が発熱体流路５６に設置されていてもよい。
また、上述した実施例では、燃料電池流路５４において、ポンプ２１が燃料電池１２の上流側に配置されていたが、ポンプ２１が燃料電池１２の下流側に配置されていてもよい。また、上述した実施例では、発熱体流路５６において、上流側からポンプ２２、ブレーキレジスタ２８、逆止弁３０の順にこれらの装置が配置されていたが、これらの装置の順序が異なっていてもよい。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０：燃料電池冷却システム
１２：燃料電池
１４：ラジエータ
１６：ラジエータ
１８：イオン交換器
２０：ロータリーバルブ
２１：ポンプ
２２：ポンプ
２４：インタークーラー
２８：ブレーキレジスタ
３０：逆止弁
５０：冷媒流路
５２：冷却器流路
５４：燃料電池流路
５６：発熱体流路
５８：イオン交換器流路

Claims (10)

  1. 車両に搭載された燃料電池冷却システムであって、
    内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えており、
    前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有しており、
    前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されており、
    前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されており、
    前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、
    前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、
    作動時に発熱し、前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、
    前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、
    前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、
    前記燃料電池、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御する制御回路と、
    をさらに有し、
    前記制御回路が、前記車両の走行中に前記燃料電池と前記第１ポンプを作動させ、
    前記制御回路が、前記発熱体の作動中に前記第２ポンプを作動させ、
    前記車両の起動時に前記制御回路が、前記第２ポンプが停止している状態で前記第１ポンプを作動させる第１工程と、前記第１工程中に前記燃料電池流路または前記冷却器流路内の前記冷媒の温度が第１基準値を超えると前記第１ポンプに加えて前記第２ポンプを作動させる第２工程を実施する、燃料電池冷却システム。
  2. 前記制御回路が、前記第２工程中に前記冷媒流路内の前記冷媒の温度が第２基準値を超えると前記第２ポンプを停止させる第３工程を実施する、請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
  3. 前記制御回路が、前記第２工程において前記第２ポンプを最低回転数で作動させる、請求項１または２に記載の燃料電池冷却システム。
  4. 車両に搭載された燃料電池冷却システムであって、
    内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えており、
    前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有しており、
    前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されており、
    前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されており、
    前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、
    前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、
    作動時に発熱し、前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、
    前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、
    前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、
    前記燃料電池、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御する制御回路と、
    をさらに有し、
    前記制御回路が、前記車両の走行中に前記燃料電池と前記第１ポンプを作動させ、
    前記制御回路が、前記発熱体の作動中に前記第２ポンプを作動させ、
    前記車両の起動時に前記制御回路が、前記第１ポンプと前記第２ポンプを作動させる第１工程を実施する燃料電池冷却システム。
  5. 前記制御回路が、前記第１工程中に前記冷媒流路内の前記冷媒の温度が基準値を超えると前記第２ポンプを停止させる第２工程を実施する、請求項４に記載の燃料電池冷却システム。
  6. 前記制御回路が、前記第１工程において前記第２ポンプを最低回転数で作動させる、請求項４または５に記載の燃料電池冷却システム。
  7. 車両に搭載された燃料電池冷却システムであって、
    内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えており、
    前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有しており、
    前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されており、
    前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されており、
    前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、
    前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、
    作動時に発熱し、前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、
    前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、
    前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、
    前記燃料電池、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御する制御回路と、
    をさらに有し、
    前記制御回路が、前記車両の走行中に前記燃料電池と前記第１ポンプを作動させ、
    前記制御回路が、前記発熱体の作動中に前記第２ポンプを作動させ、
    前記制御回路が、前記車両の走行中であって前記発熱体が作動していないときに、前記燃料電池流路内の前記冷媒の温度と前記発熱体流路内の前記冷媒の温度との差が第１基準値を超えると、前記第２ポンプを作動させる第１工程を実施する燃料電池冷却システム。
  8. 前記制御回路が、前記第１工程中に前記燃料電池流路内の前記冷媒の前記温度と前記発熱体流路内の前記冷媒の前記温度との前記差が第２基準値を下回ると、前記第２ポンプを停止させる第２工程を実施する、請求項７に記載の燃料電池冷却システム。
  9. 前記第１工程において、前記発熱体を作動させる、請求項７または８に記載の燃料電池冷却システム。
  10. 前記制御回路が、前記第１工程において前記第２ポンプを最低回転数で作動させる、請求項７～９のいずれか一項に記載の燃料電池冷却システム。
JP2021113121A 2021-07-07 2021-07-07 燃料電池冷却システム Active JP7522083B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021113121A JP7522083B2 (ja) 2021-07-07 2021-07-07 燃料電池冷却システム
US17/806,616 US20230008243A1 (en) 2021-07-07 2022-06-13 Fuel cell cooling system
CN202210757624.2A CN115602875A (zh) 2021-07-07 2022-06-30 燃料电池冷却***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021113121A JP7522083B2 (ja) 2021-07-07 2021-07-07 燃料電池冷却システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023009667A true JP2023009667A (ja) 2023-01-20
JP7522083B2 JP7522083B2 (ja) 2024-07-24

Family

ID=84799408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021113121A Active JP7522083B2 (ja) 2021-07-07 2021-07-07 燃料電池冷却システム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230008243A1 (ja)
JP (1) JP7522083B2 (ja)
CN (1) CN115602875A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022187408A (ja) * 2021-06-07 2022-12-19 トヨタ自動車株式会社 車両用の熱管理システム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4844797B2 (ja) 2004-12-27 2011-12-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタックの暖機装置
JP4810991B2 (ja) 2005-11-24 2011-11-09 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP4940877B2 (ja) 2006-10-10 2012-05-30 トヨタ自動車株式会社 空調制御システム
JP4923979B2 (ja) 2006-11-24 2012-04-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池と空調の協調冷却システム
JP5919668B2 (ja) 2011-07-29 2016-05-18 日産自動車株式会社 冷却システム
JP6213900B2 (ja) 2014-11-14 2017-10-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP7243410B2 (ja) 2019-04-19 2023-03-22 株式会社デンソー 車両用電池加熱装置
KR20210011782A (ko) 2019-07-23 2021-02-02 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 및 그 운용방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP7522083B2 (ja) 2024-07-24
US20230008243A1 (en) 2023-01-12
CN115602875A (zh) 2023-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10170778B2 (en) Thermal management system of fuel cell vehicle
CN111605438B (zh) 混合动力车辆的电池升温装置
JP4711193B2 (ja) 燃料電池システム
JP4023472B2 (ja) 熱電発電装置
JP7094907B2 (ja) バッテリ昇温装置
CN109980246A (zh) 燃料电池汽车热管理***
CN111483306A (zh) 混合动力车辆的热分配装置
JP2007294305A (ja) 燃料電池の冷却システム
JP2000335230A (ja) 車両用暖房装置
EP3902986B1 (en) Vehicle heat exchange system
US8132422B2 (en) Cogeneration system
JP6344020B2 (ja) 車両
JP2019156108A (ja) 車両の温度制御装置
JP2023009667A (ja) 燃料電池冷却システム
JP2006294499A (ja) 燃料電池システム
US11898929B2 (en) Thermal management system for vehicle
JP7295155B2 (ja) 電池冷却システム
CN111434904B (zh) 内燃机的蓄热散热装置
JP2015059705A (ja) 冷却装置
JP7522082B2 (ja) 燃料電池冷却システム
KR101240974B1 (ko) 바이패스 구조를 갖는 연료전지용 냉각수 가열장치를 구비한 연료전지 시스템
KR20210126439A (ko) 차량의 냉각 시스템
WO2024100980A1 (ja) バッテリ暖機システム
JP7351426B1 (ja) 暖機システム
KR102371612B1 (ko) 차량의 엔진 냉각 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240612

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240618

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240711