JP4736347B2

JP4736347B2 - 燃料電池の制御装置

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Publication number: JP4736347B2
Application number: JP2004131768A
Authority: JP
Inventors: 晋平三浦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: JP2005317276A

Description

本発明は、燃料電池の冷却水中のイオンを除去するイオン交換器を有する燃料電池の制御装置に関する。

燃料電池を含む高電圧回路は、それからの漏電を防止すべく、その近傍に位置する導体(例えば、車両のボディ)との間で絶縁されている必要がある。このような燃料電池とその近傍の導体間の絶縁抵抗を低下させる要因の一つとして、冷却水中のイオン濃度及び冷却水温度に依存する冷却水の導電率がある。

燃料電池の分野では、冷却水中のイオン濃度を低減すべく、燃料電池の運転状態に応じて冷却水中に存在するイオンを除去するイオン交換器を冷却液循環系に設けた様々な燃料電池システムが提案されている。

例えば、冷却水の循環経路とバイパス経路とを用意し、バイパス経路にイオン交換器を設け、燃料電池の起動時にイオン交換器への通水量が増加するようにイオン交換器への通水量を制御する弁を備えた燃料電池用の冷却水循環供給システムがある(特許文献１参照)。

また、イオンの量が一定の場合には、冷却水温度の上昇に伴って導電率が上昇することに鑑み、冷却水温度がサーモスタット作動温度以下の低温域では、冷却水を燃料電池とイオン交換器との間で循環させてイオン濃度を下げておき、冷却水温度がサーモスタット作動温度に達した後の高温域では、冷却水を燃料電池とラジエータとの間で循環させる燃料電池の冷却方法がある(特許文献２参照)。

また、冷却水の循環流路と、導電率低減装置を通過するバイパス流路と、バイパス流路への冷却水のバイパス割合を調節するバルブと、冷却水の導電率を検出する導電率センサと、導電率に基づいてバルブによる冷却水バイパス割合を制御する制御装置を備える燃料電池冷却液の導電率管理装置がある(特許文献３参照)。
一方、電圧計で冷却液電圧を測定し、冷却液の導電率に依存する冷却液電圧が第１の所定の電圧以下である場合に漏れ電流を報告し、冷却液電圧が第２の所定の電圧以下である場合に、冷却液の導電率の増大を警告する燃料電池スタック冷却液導電率センサがある(特許文献４参照)。

また、本願発明に関連する先行技術として、特許文献５及び６に記載された発明がある。
特開２００４−１４３２４号公報特開２００３−１２３８１３号公報特開２００２−３１３３７７号公報特開２００２−２１６８２５号公報特開２００２−２１６８１７号公報特開２０００−２０８１５７号公報

ところで、例えば、燃料電池が長時間起動されなかった場合には、冷却液の配管やラジエータなどから溶出した大量のイオンにより、燃料電池の起動時における冷却液中の導電率が高くなっていることがある。この場合、特許文献１〜３記載の技術によれば、イオン交換器を流れる冷却水の流量が増大するように制御が行われることで、導電率を低減することができると考えられる。

しかしながら、特許文献１〜３記載の技術に特許文献４に記載されたような導電率の増大を警告する技術が適用された場合を想定すると、イオン交換器によるイオン除去により導電率の低下が完了する前に、導電率に基づく警告が発せられてしまう可能性があった。

本発明は、上述した問題に鑑みなされたものであり、イオン交換器による導電率の改善中に、導電率を要因とした報知が行われてしまうことを防止することができる燃料電池の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、燃料電池の冷却水通路と、
前記冷却水通路を流れる冷却液の導電率を要因の一つとする前記燃料電池に対する絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出手段と、
前記燃料電池に対する絶縁抵抗が所定値以下となった場合にそのことを報知する報知手段と、
前記冷却水通路を流れる冷却水中のイオンを除去するイオン交換器と、
前記イオン交換器へ冷却水が流れ始めてから所定時間が経過するまでの間、又は冷却水の温度が所定値以上になるまでの間、前記報知手段による報知を禁止する報知禁止手段とを備えることを特徴とする燃料電池の制御装置である。

また、本発明は、燃料電池の冷却水通路と、
前記冷却水通路を流れる冷却水の導電率を要因の一つとする前記燃料電池に対する絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出手段と、
前記燃料電池に対する絶縁抵抗が所定値以下となった場合にそのことを報知する報知手段と、
前記冷却水通路を流れる冷却水中のイオンを除去するイオン交換器と、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
前記イオン交換器へ冷却水が流れ始めてから前記冷却水温度検出手段により検出される前記冷却水の温度が所定温度以上になるまでの間、前記報知手段による報知を禁止する報知禁止手段と
を備えることを特徴とする燃料電池の制御装置である。

本発明によると、イオン交換器へ冷却水が流れ始めてから所定時間が経過、又は冷却水の温度が所定値以上になるまでの間は、冷却液の導電率を要因として燃料電池に対する絶縁抵抗が所定値以下になったとしても、そのことが報知されることが防止される。即ち、絶縁抵抗低下の要因が冷却液の導電率のみにある場合、このような絶縁抵抗低下は、イオン交換器によるイオン除去により導電率が低減されることで解消する可能性がある。このような場合にまで、絶縁抵抗の低下が報知されることを本発明は防止することができる。また、所定時間は、イオン交換器によるイオン除去により十分に導電率の低下を図ることができる時間を考慮して規定することができる。

好ましくは、本発明による燃料電池の制御装置は、前記冷却水通路は、前記燃料電池と前記冷却水の冷却器との間を循環する第１の循環経路と、前記冷却器をバイパスする第２の循環経路とを含み、
前記第２の循環経路を流れる冷却水量を調整するバイパスバルブと、
前記燃料電池の運転状態に応じて前記第２の循環経路に冷却水が流れるように前記バイパスバルブを制御するバイパスバルブ制御手段をさらに備え、
前記イオン交換器は前記第２の循環経路上に設けられているように構成される。

また、好ましくは、本発明による燃料電池の制御装置は、前記バイパスバルブ制御手段は燃料電池の始動時に前記第２の循環経路に冷却水が流れるように前記バイパスバルブを制御するように構成することができる。

燃料電池の始動時では、冷却水中に溶出した大量のイオンにより導電率が高くなっていることがあり、これによって絶縁抵抗低下が報知される可能性が高い。したがって、燃料電池の始動時にイオン交換器でイオンを除去する一方、絶縁抵抗低下の報知を禁止することで、イオン交換器により冷却液の導電率が改善される前に、導電率を要因とする絶縁抵抗低下の報知が行われることを防止することができる。

また、好ましくは、本発明による燃料電池の制御装置は、前記冷却水の導電率が所定の閾値以上になったことを検出する導電率検出手段をさらに備え、
前記導電率検出手段で所定の閾値以上の導電率が検出されたときに、前記バイパスバルブ制御手段が前記第２の循環経路に冷却水が流れるように前記バイパスバルブを制御するとともに、前記報知禁止手段が所定時間が経過するまで前記報知手段による報知を禁止するように構成することができる。

このようにすれば、冷却液の導電率が高くなったときに、イオン交換器でイオンを除去する一方、絶縁抵抗低下の報知を禁止することで、イオン交換器により導電率が改善される前に、絶縁抵抗低下の報知が行われることを防止することができる。

本発明によれば、イオン交換器による導電率の改善中に、導電率を要因とした報知が行われてしまうことを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

図１は、本発明による燃料電池の制御装置が適用された燃料電池システムの構成例(燃料電池の制御装置の実施形態)を示す図である。図１には、燃料電池１に対する冷却水の循環系と、冷却水中のイオン濃度を調整する構成と、燃料電池１を含む高電圧回路に対する絶縁抵抗低下を検出する構成とが示されている。

燃料電池１は、複数のセルが積層されたセルスタックからなる。各セルは、電解質と、電解質を両側から挟む燃料極(アノード)及び空気極(カソード)と、燃料極及び空気極を挟む燃料極側セパレータ及び空気極側セパレータとからなる。

燃料極は、拡散層と触媒層とを有し、水素ガスや水素リッチガスなどの水素を含む燃料が図示せぬ燃料供給系により燃料極に供給される。燃料極に供給された燃料は、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化反応により水素がプロトン(水素イオン)と
電子とに分離される。水素イオンは電解質を通って空気極に移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。

一方、空気極は、拡散層と触媒層とを有し、空気等の酸化剤ガスが図示せぬ酸化剤供給系により空気極に供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、電解質を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる還元反応により、水が生成される。

このような燃料極における酸化反応と空気極における還元反応の際に、外部回路を通る電子が燃料電池１のセルスタックの両端子間に接続される負荷２に対する電力として使用される。

燃料電池１は、その発電に伴って発熱する。一方、燃料電池１は、その運転に適した温度が予め定められており、運転がそれに適した温度で行われるように、燃料電池１を冷却水で冷却する冷却水の循環系が設けられている。

図１において、燃料電池１の冷却水の循環系(冷却水通路)は、次のように構成されている。燃料電池１は、冷却水の入口及び出口を有し、冷却水の入口は、配管３を介して、冷却水を循環させる循環ポンプ(冷却水ポンプ)４の出口に接続されている。

一方、燃料電池１の冷却水の出口は、配管５を介して、冷却水を冷却するラジエータ(冷却器)６の入口に接続されている。また、ラジエータ６の冷却水の出口は、配管７を介して三方弁８の第１の入口に接続されており、三方弁８の出口は、配管９を介して循環ポンプ４の入口に接続されている。このようにして、燃料電池１とラジエータ６との間で冷却水が循環する第１の循環通路が形成されている。

また、配管５には、その途中から分岐するバイパス管１０の一端が接続されており、バイパス管１０の他端は、三方弁８の第２の入口に接続されている。また、配管５とバイパス管１０との間には、イオン交換器１１がバイパス流路に対して並列に設けられている。具体的には、バイパス管１０よりも燃料電池１の出口側において配管５から分岐する配管１２の一端が設けられており、配管１２の他端はイオン交換器１１の入口に接続されている。一方、イオン交換器１１の出口は、配管１３を介してバイパス管１０に接続されている。イオン交換器１１は、イオン除去フィルタとして機能するイオン交換樹脂を有しており、冷却水中に含まれる導電性イオンを除去する。

これによって、三方弁８が第１の入口を閉じて第２の入口と出口とを接続している間では、冷却水は、ラジエータ６を経由することなくバイパス管１０及びイオン交換器１１に流入し、イオン交換器１１で導電性イオンが除去された冷却水が三方弁８を介して循環ポンプ４へ流れる。このようにして、冷却水がラジエータ６をバイパスしてバイパス管１０及びイオン交換器１１と燃料電池１との間で循環し、その一部がイオン交換器１１を通過するバイパス流路として機能する第２の循環経路が形成されている。

第１の循環経路を流れる冷却水の流量と、第２の循環経路を流れる冷却水の流量とは三方弁８を構成する図示せぬ弁の開度を調整することによって行われる。三方弁８は電磁弁を用いて構成されており、三方弁８の制御は、温度センサ１４の出力に基づき、ＥＣＵ(Electric Control Unit)１５によって行われる。

温度センサ１４は、配管５の、燃料電池１の冷却水の出口の直後における位置に設けられている。温度センサ１４は、燃料電池１から排出された直後の冷却水の温度を検知し、その検知出力信号をＥＣＵ１５に入力する。

ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)，メモリ，入出力インタフェース等から構成されており、メモリに記憶されたプログラムを実行することによって、三方弁８の動作を制御する。このとき、ＥＣＵ１５は、温度センサ１４で検知される冷却水の温度に応じて第１及び第２の循環経路を流れる冷却水の流量を制御するための制御信号を三方弁８に与える。

ＥＣＵ１５は、温度センサ１４で検知される冷却水の温度が所定の閾値以下である間は、第１の循環経路へ流れる冷却水の量よりも第２の循環経路へ流れる冷却水の量が多くなるように三方弁８を制御する。このとき、ＥＣＵ１５は、三方弁８の第１の入口を完全に閉じて、冷却水が第２の循環経路のみを循環するようにすることもできる。

一方、ＥＣＵは、温度センサで検知される冷却水の温度が所定の閾値を上回っている間は、第２の循環経路へ流れる冷却水の量よりも第１の循環経路へ流れる冷却水の量が多くなるように、三方弁８を制御する。このとき、ＥＣＵ１５は、三方弁８の第２の入口を完全に閉じて、冷却水が第１の循環経路のみを循環するようにすることもできる。

ところで、燃料電池１を含む高電圧回路は、それからの漏電を防止すべく、その近傍に位置する導体(車両のボディ等)１６から絶縁されている。しかし、燃料電池１の冷却水中のイオンが冷却水の導電率を上昇させ、この導電率が一因となって燃料電池１と導体１６との間の絶縁抵抗１７を低下させる可能性がある。

このため、図１に示すように、燃料電池１と負荷２とを接続する外部回路と導体１６との間に絶縁抵抗低下検出回路１８が設けられ、ＥＣＵ１５によって絶縁抵抗の低下が監視されるように構成されている。

図２(Ａ)は、絶縁抵抗低下検出回路１８の構成例を示す図である。図２(Ａ)において、絶縁抵抗低下検出回路１８は、燃料電池１と負荷２とを接続する外部回路と導体１６との間に接続されたコンデンサ１９と、コンデンサ１９に対して並列に接続された交流源２０と、コンデンサ１９に対して並列に接続されコンデンサ１９の両端間の電圧を測定する電圧計２１とを備えている。

電圧計２１で測定される電圧は、燃料電池１と導体１６との間の絶縁抵抗１７による抵抗値が正常な場合には、図２(Ｂ)において実線で示される波形となる。これに対し、絶縁抵抗１７の抵抗値が低下してくると、図２(Ｂ)において破線で示すように、その振幅が小さくなる。

このように、電圧計２１で検知される電圧値は、絶縁抵抗値が小さくなるほど小さくなる。冷却液の導電率が絶縁抵抗の低下の要因となる場合、電圧計２１で検知される電圧値は、冷却水の導電率が高くなるほど小さくなる。

電圧計２１で検知される電圧値は、ＥＣＵ１５に入力される。ＥＣＵ１５は、電圧計２１からの電圧値と比較すべき第１の閾値と第２の閾値とを予め有している。ＥＣＵ１５は、電圧値が第１の閾値以下である場合には、絶縁抵抗値が許容できない範囲まで低下していることを外部に報知すべく、そのことを示す第１のランプ２２を点灯させる。

また、ＥＣＵ１５は、電圧値が第２の閾値以下である場合には、絶縁抵抗値が許容できるが警告すべきレベルにまで達していることを外部に報知すべく、そのことを示す第２のランプ２３を点灯させる。第１の閾値と第２の閾値との関係は、第１の閾値＜第２の閾値である。

以上の構成によると、例えば、燃料電池１が停止状態で長時間放置されていたような状態では、冷却水は冷えている。このため、燃料電池１が起動し、その発熱により冷却水の温度が所定の閾値を上回るまでにはある程度の時間を要する。一方、燃料電池１が長時間放置されていたような状態では、配管やラジエータ６などからのイオンの溶出により、冷却水中のイオン濃度が高まっていることがある。冷却水の導電率は、冷却水の温度の上昇に応じて上昇する。これによって、導電率が少なくとも絶縁抵抗を警告レベルまで低下させる可能性がある。

そこで、上述したように、燃料電池１が起動してから冷却水の温度が所定の閾値を上回るまでの間(「低温域」又は「暖機中」と呼ぶ)は、第２の循環経路に多くの冷却水が流れるようにＥＣＵ１５が三方弁８を制御する。

例えば、ＥＣＵ１５は、燃料電池１の起動信号及び停止信号を外部から受け取るように構成されており、起動信号を受け取ると、燃料電池１が起動してから温度センサ１４で検知される冷却水の温度が所定の閾値を上回るまでの間、三方弁８の第１の入口が完全に閉じて冷却水が第２の循環経路のみを循環するように、三方弁８の動作を制御する。したがって、燃料電池１の起動によって循環ポンプ４が冷却水を循環させ始めると、大量の冷却水がイオン交換器１１に流れ始める。これによって、冷却水中のイオンを短時間でイオン交換器１１により除去することができる。

その後、ＥＣＵ１５は、冷却水の温度が所定の閾値を上回ると、冷却水の温度が高温域に達した(暖機が終了した)ものとして、三方弁８の第１の入口の開度を大きくするとともに、第２の入口の開度を小さくし、第１の循環経路への流量が第２の循環経路への流量よりも多くなるようにする。これによって、通常運転時における第２の循環経路への冷却水の流量が低減される。したがって、循環ポンプ４による損失を抑えることができ、また、循環ポンプ４のサイズを低減することができる。

その後、ＥＣＵ１５は、温度センサ１４で検知される冷却水の温度に応じて、例えば、冷却液の温度が所定の閾値を下回れば、第２の循環経路を流れる冷却水の流量が第１の循環経路を流れる冷却水の流量よりも多くなるように三方弁８を制御する。

上述した動作によれば、燃料電池１が長時間放置され、冷却水中のイオン濃度が高まっていても、燃料電池１が起動すると、イオン交換器１１に冷却水が流れ始め、暖機が終了する(冷却水の温度が所定の閾値以上になる)までの間に、イオン交換器１１でイオンが急速に除去されることで、冷却水の導電率の上昇を抑えることができる。

しかしながら、燃料電池１の起動時における冷却水中のイオン濃度によっては、イオン交換器１１でイオンが除去され導電率の低下が図られている間に、導電率を要因として、絶縁抵抗低下検出回路１８で絶縁抵抗の低下を警告するレベルの電圧値が検知され、そのことが第２のランプ２３により報知されてしまう可能性がある。即ち、イオン交換器１１に冷却水を流す前の状態でイオン交換器の下流側に存在した導電率の高い冷却水が循環することで絶縁抵抗が低下してしまうことや、冷却水の温度上昇に伴う導電率の上昇などの理由により、イオン交換器１１によって冷却水の導電率を低下させているにも拘わらず、絶縁抵抗の低下の警告が発せられるおそれがあった。このような、導電率の改善中に導電率を起因とする絶縁抵抗低下の警告が発せられてしまうことは好ましいことではない。

そこで、ＥＣＵ１５は、上述した三方弁８の制御とは別に、絶縁抵抗低下検出回路１８の出力に基づく絶縁抵抗低下判定処理のマスク／マスク解除処理を行う。ＥＣＵ１５は、マスク／マスク解除処理にあたって、ＣＰＵを用いた時計機能により実現される第１タイ
マ２５及び第２タイマ２６を使用する。

第１タイマ２５は、燃料電池１が停止されてから次に起動されるまでの時間を計時するタイマである。第１タイマ２５は、ＥＣＵ１５に燃料電池１の停止信号が入力された場合にリセットされ且つ計時を開始する。第２タイマ２６は、燃料電池１が起動してから所定時間を計時するタイマであり、ＥＣＵ１５によって、計時開始及びリセットが制御される。第２タイマ２６にセットされる所定時間としては、例えば、実験等によって求められるイオン交換器がイオン濃度を十分に低減させるに必要な時間が設定される。

図３は、ＥＣＵ１５による、マスク／マスク解除処理の例を示すフローチャートである。当該処理は、ＥＣＵ１５に対し、燃料電池１の起動信号が入力されることで開始する。最初に、ＥＣＵ１５は、燃料電池１が停止状態で長時間放置されたか否かを判定する(Ｓ０１)。

即ち、ＥＣＵ１５は、第１タイマ２５のタイマ値を参照し、タイマ値が所定の時間を越えているか否かを判定する。そして、ＥＣＵ１５は、タイマ値が所定の時間を越えていれば、燃料電池１が長時間放置されていたと判定し(Ｓ０１；Ｙｅｓ)、処理をステップＳ０２に進める。そうでない場合には、ＥＣＵ１５は、燃料電池１が長時間放置されていないと判定し(Ｓ０１；Ｎｏ)、処理をステップＳ０４に進める。

ステップＳ０２では、ＥＣＵ１５は、イオン交換器１１によるイオンの除去が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ１５は、ステップＳ０１からステップＳ０２に処理が進む場合(長時間放置されていたと判定した場合)に、第２タイマ２６による所定時間の計時を開始させる。そして、ＥＣＵ１５は、ステップＳ０２にて、第２タイマ２６のタイマ値を参照し、所定時間を経過しているか否かを判定する。

第２タイマ２６のタイマ値が所定時間を経過している場合(Ｓ０２；Ｙｅｓ)には、ＥＣＵ１５は、処理をステップＳ０４に進める。そうでない場合(Ｓ０２；Ｎｏ)には、ＥＣＵ１５は、処理をステップＳ０３に進める。

ステップＳ０３では、ＥＣＵ１５は、絶縁抵抗低下判定処理を未実施状態にする。即ち、当該処理をマスクする。そして、処理をステップＳ０２に戻す。これに対し、ステップＳ０４では、ＥＣＵ１５は、絶縁抵抗低下判定処理を実施状態にする。即ち、当該処理に対するマスクを解除する。そして、第２タイマ２６をリセットし、当該マスク／マスク解除処理を終了する。

図４は、ＥＣＵ１５による絶縁抵抗低下判定処理の例を示すフローチャートである。当該処理は、図３のステップＳ０４へ処理が進み、当該処理のマスクが解除されることによって実行される。

図４において、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１５は、絶縁抵抗低下検出回路１８からの電圧値と予め用意されている第１の閾値とを比較し、電圧値が第１の閾値以下か否かを判定する。このとき、電圧値が第１の閾値以下である場合(Ｓ１０１；Ｙｅｓ)には、絶縁抵抗の低下が許容できない範囲まで達しているものとして、そのことを報知する(Ｓ１０２)。この報知は、第１のランプ２２を点灯させることにより行う。

これに対し、電圧値が第１の閾値以下でない場合(Ｓ１０１；Ｎｏ)には、ＥＣＵ１５は、電圧値と第２の閾値とを比較し、電圧値が第２の閾値以下か否かを判定する(Ｓ１０３)。このとき、電圧値が第２の閾値以下である場合(Ｓ１０３；Ｙｅｓ)には、ＥＣＵ１５は、絶縁抵抗の低下が許容範囲ではあるが警告レベルにまで達しているものとして、絶縁抵
抗低下の警告を報知する(Ｓ１０４)。この報知は、第２のランプ２３を点灯させることにより行う。

電圧値が第２の閾値以下でない場合(Ｓ１０３；Ｎｏ)には、ＥＣＵ１５は処理をステップＳ１０１に戻し、例えば、自身に燃料電池１の停止信号が入力されるまで、当該処理を繰り返し行う。

以上のようにして、燃料電池１の起動時においては、ＥＣＵ１５が、燃料電池１が停止状態で長時間放置されたか否かを判定し、長時間放置されている場合には、所定時間が経過するまでの間(第２タイマ２６がタイムアウトになるまでの間)、絶縁抵抗低下判定処理を実施しない。

したがって、この間に絶縁抵抗低下検出回路１８にて、絶縁抵抗低下の警告レベルの電圧が検出されたとしても、そのことを示す報知(第２のランプ２３の点灯)は行われない。これによって、イオン交換器１１により導電率が改善される前に、導電率の悪化を要因とする警告が報知されてしまうことを防止することができる。

さらに、図１に示す燃料電池システムでは、燃料電池１の運転中において冷却水の導電率が上昇した場合にも、イオン交換器１１に冷却水が流れるようにして導電率の低下を図るとともに、所定時間が経過するまで上述した絶縁抵抗低下判定処理をマスクする。このため、燃料電池システムは、次のような構成を持つ。

図１において、配管５の燃料電池１の冷却水の出口の直後における位置には、冷却水の導電率を検知する導電率センサ２４が設けられている。導電率センサ２４は、例えば冷却水中に配置される電極間の抵抗に応じた冷却水中の導電率を検知するものであり、この検知出力をＥＣＵ１５に入力する。

ＥＣＵ１５は、導電率センサ２４で検知される導電率と対比すべき導電率閾値を予め有している。導電率閾値として、絶縁抵抗低下検出回路１８にて測定される電圧値が冷却水の導電率のみを要因とする絶縁抵抗低下によって第２の閾値以下になる場合の導電率よりも低い値が設定される。

図５は、ＥＣＵ１５によって実行される導電率低減処理の例を示すフローチャートである。当該処理は、例えば、燃料電池１の暖機が終了した後(燃料電池１が起動してから冷却液の温度が所定値以上になった後)に開始される。図５において、最初に、ＥＣＵ１５は、導電率センサ２４で検知される導電率が導電率閾値以上か否かを判定する(Ｓ２０１)。

このとき、導電率が導電率閾値以上でなければ(Ｓ２０１；Ｎｏ)、処理がステップＳ２０１に戻る。これに対し、導電率が導電率閾値以上であれば(Ｓ２０１；Ｙｅｓ)、ＥＣＵ１５は、絶縁抵抗低下判定処理をマスクする(Ｓ２０２)。即ち、ＥＣＵ１５は、絶縁抵抗低下判定処理を実行しない状態にする。

続いて、ＥＣＵ１５は、第２の循環経路への冷却水の流量が第１の循環経路への冷却水の流量よりも多くなるように、三方弁８を制御する(Ｓ２０３)。これによって、冷却水がイオン交換器１１に流れるようになり、冷却液中のイオン除去が開始される。

ステップＳ２０３が終了すると、ＥＣＵ１５は、所定時間が経過するのを待つ(Ｓ２０４のループ処理)。ここでの所定時間は、イオン交換器１１でイオン濃度が十分に低減されるに必要な時間を考慮して設定される。例えば、当該所定時間の計時を、第２タイマ２
６で計時することができる。或いは、第２タイマ２６に対して規定された所定時間と異なる所定時間を図示せぬ第３タイマで計時するように構成できる。

所定時間が経過すると、ＥＣＵ１５は、絶縁抵抗低下判定処理のマスクを解除し、当該処理を実行する状態にする(Ｓ２０５)。そして、ＥＣＵ１５は、第１の循環経路への冷却水の流量が第２の循環経路への冷却水の流量よりも多くなるように、三方弁８を制御する(Ｓ２０６)。その後、処理がステップＳ２０１に戻る。

以上のような導電率低減処理によると、燃料電池１の暖機終了後の運転時において、冷却液の導電率が導電率閾値以上になると、所定時間、イオン交換器１１への通水が行われ、イオン濃度の低減による導電率の低減が図られる。一方、このようなイオン濃度の低減中において、絶縁抵抗低下検出回路１８にて、第２の閾値以下の電圧値が検知され、絶縁抵抗低下の警告が報知されないように、絶縁抵抗低下判定処理が一時的にマスクされる。

以上説明した実施形態における燃料電池１の制御装置では、ラジエータ６を経由する第１の循環経路と、ラジエータ６を経由しない第２の循環経路とを含み、第２の循環経路上にイオン交換器１１が設けられた冷却水通路が用意されている。燃料電池１の起動時(始動時)には、第２の循環経路で冷却水が循環するように、バイパスバルブとして機能する三方弁８がバイパスバルブ制御手段としてのＥＣＵ１５により制御される。

これによって、燃料電池１の起動時において、冷却水中に溶出したイオンが急速にイオン交換器１１により除去され、燃料電池１の暖機が終了する(冷却水の温度が所定閾値以上になる)前に、冷却水の導電率を十分に許容できるレベルまで抑えることができる。

また、燃料電池の制御装置では、絶縁抵抗低下検出回路１８と、絶縁抵抗低下検出回路１８の出力(電圧値)を用いた絶縁抵抗低下判定処理を行うＥＣＵ１５とで絶縁抵抗低下検出手段が構成され、絶縁抵抗低下判定処理によって電圧値が第２の閾値以下である場合には、報知手段としての第２のランプ２３が点灯し、絶縁抵抗低下が許容できる範囲ではあるが警告レベルであることを外部に報知する。

燃料電池１の起動時においては、ＥＣＵ１５は、報知禁止手段としても機能し、所定時間が経過するまでの間、絶縁抵抗低下判定処理の実行を禁止し、冷却水の導電率を要因とする絶縁抵抗低下の警告の報知(第２のランプ２３の点灯)を禁止する。これによって、導電率の改善中に警告が報知されることを防止することができる。即ち、絶縁抵抗低下の警告が報知されたが、その警告の要因となった冷却水の導電率がイオン交換器１１への通水によって解消されてしまい、当該警告の要因が何であったのかが不明となってしまうことを防止することができる。

さらに、燃料電池１の制御装置では、例えば、燃料電池１の暖機終了後の運転時において、導電率センサ２４及びＥＣＵ１５が所定の導電率閾値以上の冷却液の導電率を検出する導電率検出手段として機能する。導電率閾値以上の導電率が検出された場合には、ＥＣＵ１５は、バイパスバルブ制御手段として、第２の循環経路(イオン交換器１１)に冷却水が所定時間流れるように三方弁８(バイパスバルブ)を制御するとともに、報知禁止手段として、所定時間が経過するまで絶縁抵抗判定処理をマスクする。

これによって、冷却液の導電率が上昇した場合に、三方弁８の制御によってイオン交換器１１による導電率の改善中に、絶縁抵抗低下判定処理に基づく警告が報知されてしまうことを防止することができる。

以上説明した燃料電池の制御装置の実施形態は、次のように変形することが可能である
。上述した実施形態では、図３のステップＳ０２に示したように、所定時間が経過するまでの間、絶縁抵抗低下判定処理がマスクされる。このようなステップＳ０２の処理に代えて、図６のステップＳ０２Ａに示すように、冷却水温度検知手段としての温度センサ１４で検知される冷却水の温度が所定閾値を上回るか否かが判定されるように構成しても良い。このときの所定閾値は、例えば、第１の循環経路への流量が第２の循環経路への流量よりも多くなるように三方弁８を制御するための閾値と同じ閾値を用いることができる。或いは、当該閾値と異なる閾値を用意することもできる。なお、図６による処理が行われる場合には、ステップＳ０２で使用される所定時間を計時する第２タイマ２６は不要となる。

また、ステップＳ０２及びＳ０２Ａの処理の双方が行われるように構成し、所定時間が経過し且つ冷却水温度が所定閾値以上になるまでの間は絶縁抵抗判定処理がマスクされるようにしても良い。所定時間が経過しても、冷却水の温度が所定閾値以上になっていなければ、所定閾値以上になるまでの間、イオン交換器によるイオン除去は継続される。このような時間において絶縁抵抗判定処理がマスクされることで、好ましくない報知が行われることを防止することができる。

また、図３及び図６のステップＳ０１に示す燃料電池１が長時間放置されたか否かの判定は、ＥＣＵ１５が第１タイマ２５のタイマ値を参照することによって行われている。このような構成に代えて、燃料電池１の運転が停止されたとき(停止信号がＥＣＵ１５に入力されたとき)の時刻がＥＣＵ１５のメモリに記憶され、ＥＣＵ１５がステップＳ０１の処理を行うときに、記憶された時刻を読み出し、この時刻と現時刻との差分を算出し、この差分の長さが長時間放置されたか否かの判定閾値と比較され、当該判定閾値よりもながいときに燃料電池１が長時間放置されたと判定するようにしても良い。

また、図３及び図６のステップＳ０１の処理は、オプションとして考えることができるものであり、燃料電池１が起動される毎に、ステップＳ０２(Ｓ０２Ａ)以下の処理が実行されるようにしても良い。上記のような停止時刻をメモリに記録する場合や、ステップＳ０１の処理を行わない場合には、第１タイマ２５は不要となる。

また、実施形態では、報知手段として第２のランプ２３を例示したが、電球や発光ダイオードを用いたランプの発光(点灯や点滅)による表示に代えて、或いは当該表示と合わせて、音声、画像(映像)、振動等の報知を受ける者の五官を用いて検知可能な報知を行うことも可能である。

また、実施形態では、報知を禁止するための構成として、絶縁抵抗低下判定処理の実行を禁止する構成とした。このような構成に代えて、絶縁抵抗低下判定処理は実行するが、報知を行うべき判定結果が出されても、報知処理(ランプの点灯制御)を行わないようにして報知が禁止される構成とすることもできる。

また、導電率センサ２４及びＥＣＵ１５を用いた導電率低減処理(図５参照)は、オプションとして用意可能な処理であり、必須のものではない。導電率低減処理を行わない場合には、三方弁６の代わりに、サーモスタットバルブを適用し、サーモスタットが第１及び第２の循環経路を流れる冷却水の量を冷却水温度に応じて自動的に調整する構成とすることができる。この場合、サーモスタット作動温度以下では、第２の循環経路のみを冷却水が循環し、この間、絶縁抵抗低下判定処理がマスクされる。また、この場合、サーモスタットを構成する感温アクチュエータがバイパスバルブ制御手段として機能する。

また、実施形態では、冷却液の導電率を絶縁抵抗低下の一因として検出する絶縁抵抗低下検知回路１８が用意され、絶縁抵抗低下の報知を行う構成となっている。このような構
成に代えて、例えば、導電率センサ２４及びＥＣＵ１５を導電率検出手段として用いて冷却液の導電率が監視され、導電率が所定の判定値以上になったときに導電率の増大の警告がランプ等で報知される構成とし、このような導電率の増大の警告の報知が、燃料電池１の起動時や、その後の導電率低減処理において禁止されるように構成しても良い。即ち、ＥＣＵ１５によって、導電率が警告レベルにまで達しているか否か(導電率が判定閾値以上か否かの)の判定処理や、警告レベルに達しているときの報知処理が禁止される構成としても良い。この場合、警告を報知するか否かの判定に使用される導電率の判定閾値は、導電率低減処理で使用される導電率閾値よりも高いレベルで設定される。

また、実施形態では、ＥＣＵ１５が三方弁８の制御、絶縁抵抗低下判定処理(図４)、絶縁抵抗低下判定処理のマスク／マスク解除処理(図３)、及び導電率低減処理(図５)を行う構成としたが、これらの処理は、複数のプロセッサ装置によって分散処理されるようにしても良い。

図１は、本発明による燃料電池の制御装置の実施形態の構成例を示す図である。図２は、図１に示した絶縁抵抗低下検出回路の構成例を示す図である。図３は、燃料電池の起動時におけるＥＣＵの処理(絶縁抵抗低下判定処理のマスク／マスク解除処理)の例を示すフローチャートである。図４は、ＥＣＵによる絶縁抵抗低下判定処理の例を示すフローチャートである。図５は、ＥＣＵによる導電率低減処理の例を示すフローチャートである。図６は、図３に示した絶縁抵抗低下判定処理のマスク／マスク解除処理の変形例を示すフローチャートである。

符号の説明

１燃料電池
６ラジエータ(冷却器)
１１イオン交換器
１４温度センサ
１５ＥＣＵ
１７絶縁抵抗
１８絶縁抵抗低下検出回路
２３第２のランプ
２４導電率センサ

Claims

燃料電池の冷却水通路と、
前記冷却水通路を流れる冷却水の導電率を要因の一つとする前記燃料電池に対する絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出手段と、
前記燃料電池に対する絶縁抵抗が所定値以下となった場合にそのことを報知する報知手段と、
前記冷却水通路を流れる冷却水中のイオンを除去するイオン交換器と、
前記イオン交換器へ冷却水が流れ始めてから、前記イオン交換器がイオン濃度を導電率の悪化を要因とする警告が報知されてしまうことを防止する濃度に低減させるに必要な所定時間が経過するまでの間、又は冷却水の温度が燃料電池の暖機が終了する所定温度以上になるまでの間、前記報知手段による報知を禁止する報知禁止手段と
を備えることを特徴とする燃料電池の制御装置。
燃料電池の冷却水通路と、
前記冷却水通路を流れる冷却水の導電率を要因の一つとする前記燃料電池に対する絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出手段と、
前記燃料電池に対する絶縁抵抗が所定値以下となった場合にそのことを報知する報知手段と、
前記冷却水通路を流れる冷却水中のイオンを除去するイオン交換器と、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
前記イオン交換器へ冷却水が流れ始めてから前記冷却水温度検出手段により検出される前記冷却水の温度が燃料電池の暖機が終了する所定温度以上になるまでの間、前記報知手段による報知を禁止する報知禁止手段と
を備えることを特徴とする燃料電池の制御装置。
前記冷却水通路は、前記燃料電池と前記冷却水の冷却器との間を循環する第１の循環経路と、前記冷却器をバイパスする第２の循環経路とを含み、
前記第２の循環経路を流れる冷却水量を調整するバイパスバルブと、
前記燃料電池の運転状態に応じて前記第２の循環経路に冷却水が流れるように前記バイパスバルブを制御するバイパスバルブ制御手段をさらに備え、
前記イオン交換器は前記第２の循環経路上に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池の制御装置。
前記バイパスバルブ制御手段は燃料電池の始動時に前記第２の循環経路に冷却水が流れるように前記バイパスバルブを制御する
ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池の制御装置。
前記冷却水の導電率が所定の閾値以上になったことを検出する導電率検出手段をさらに備え、
前記導電率検出手段で所定の閾値以上の導電率が検出されたときに、前記バイパスバルブ制御手段が前記第２の循環経路に冷却水が流れるように前記バイパスバルブを制御するとともに、前記報知禁止手段が、前記イオン交換器がイオン濃度を導電率の悪化を要因とする警告が報知されてしまうことを防止する濃度に低減させるに必要な所定時間が経過するまで前記報知手段による報知を禁止する
ことを特徴とする請求項３又は４記載の燃料電池の制御装置。