JP6222160B2 - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池システム及びその制御方法に関する。
水素ガスと空気との電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路であって、供給側分岐点と、ラジエータ内冷却水通路の出口から供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、供給側分岐点からスタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備える冷却水供給通路と、スタック内冷却水通路の出口とラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、排出側分岐点と、スタック内冷却水通路の出口から排出側分岐点までのスタック流出通路と、排出側分岐点からラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備える冷却水排出通路と、供給側分岐点と排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路と、バイパス冷却水通路内に配置され、冷却水がバイパス冷却水通路内を冷却水排出通路から冷却水供給通路に向けてのみ流通するのを可能にする逆止弁と、出口が燃料電池スタックを向くようにスタック流入通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、出口がラジエータを向くようにラジエータ流入通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、を備え、スタック内冷却水通路から流出した冷却水の温度が規定温度よりも低いときには、スタック側冷却水ポンプを駆動すると共にラジエータ側冷却水ポンプを停止し、それにより冷却水がラジエータ内冷却水通路を流通することなく、スタック流入通路、スタック内冷却水通路、スタック流出通路、及びバイパス冷却水通路からなる第１の経路を循環するようにし、スタック内冷却水通路から流出した冷却水の温度が規定温度よりも高いときには、スタック側冷却水ポンプ及びラジエータ側冷却水ポンプを駆動し、それにより冷却水がバイパス冷却水通路内を流通することなく、冷却水供給通路、スタック内冷却水通路、冷却水排出通路、及びラジエータ内冷却水通路からなる第２の経路を循環するようにする、燃料電池システムが公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、停止されたラジエータ側冷却水ポンプは閉弁されたバルブとして作用する。このため、スタック流出通路内を流通した冷却水はラジエータ流入通路に流入することなくバイパス冷却水通路内に流入し、したがって冷却水は第１の経路を循環するようになる。すなわち、冷却水の温度が低いときに冷却水がラジエータにより冷却されるのが阻止される。
特開２０１０−０９７７０９号公報
しかしながら、冷却水ポンプを停止しただけでは、冷却水ポンプを通過する冷却水の流れを確実に止めることはできない。すなわち、例えばラジエータ側冷却水ポンプが回転ポンプから形成されている場合には、冷却水ポンプが停止されたとしても、インペラとケーシングとの間、又はインペラ同士の間を通って冷却水が冷却水ポンプを通過する。このため、特許文献１の燃料電池システムでは、実際には、ラジエータ側冷却水ポンプが停止されていても冷却水の一部がラジエータ側冷却水ポンプを通過し、冷却水の温度が低いときに冷却水がラジエータ内に流入するおそれがある。この点、例えば、冷却水の温度が低いときに閉弁する遮断弁をラジエータ流入通路内に遮断弁を設ければ、冷却水の温度が低いときに冷却水がラジエータ内に流入するのを阻止することができる。しかしながら、この場合、部品点数が増大するばかりか、遮断弁の制御も必要になる。
また、特許文献１では、バイパス冷却水通路内に逆止弁が配置されている。このようにしているのは、逆止弁が設けられなければ、冷却水をバイパス冷却水通路内に流通させるべきときに冷却水がバイパス冷却水通路内を良好に流通するのが困難であり、冷却水をバイパス冷却水通路内に流通させるべきでないときに冷却水がバイパス冷却水通路内を流通してしまうおそれがあるからである。言い換えると、特許文献１では、冷却水の流れを確実に制御するために逆止弁が必要となってしまうのである。
したがって、より安価かつより簡単な構成でもって冷却水の流れを確実に制御することができる燃料電池システムが必要とされている。
本発明の一観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なスタック側冷却水ポンプであって、出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された制御器と、を備えた燃料電池システムが提供される。
本発明の別の観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なスタック側冷却水ポンプであって、出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御するように構成された制御器と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプを前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された、燃料電池システムの制御方法が提供される。
本発明の更に別の観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なラジエータ側冷却水ポンプであって、出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された制御器と、を備えた燃料電池システムが提供される。
本発明の更に別の観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なラジエータ側冷却水ポンプであって、出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御するように構成された制御器と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプを前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された、燃料電池システムの制御方法が提供される。
本発明の更に別の観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された制御器と、を備えた燃料電池システムが提供される。
本発明の更に別の観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御するように構成された制御器と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプを前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された、燃料電池システムの制御方法が提供される。
より安価かつより簡単な構成でもって冷却水の流れを確実に制御することができる。
燃料電池システムの全体図である。 冷却回路の模式図である。 スタック側冷却水ポンプの一般的な特性を示す線図である。 ラジエータ側冷却水ポンプが駆動されているときのスタック側冷却水ポンプの特性を示す線図である。 実験結果を示す図である。 実験結果を示す図である。 スタック全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 ラジエータ全バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 ラジエータ部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 バイパスレスモードを説明する冷却回路の模式図である。 スタック部分バイパスモードを説明する冷却回路の模式図である。 開始制御を説明するタイムチャートである。 開始制御を説明するタイムチャートである。 燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた後の冷却水制御を説明するタイムチャートである。 燃料電池スタック１０での発電停止中の冷却水制御を説明するタイムチャートである。 燃料電池スタック１０での発電停止中の冷却水制御を実行するためのフローチャートである。 燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた後の冷却水制御を実行するためのフローチャートである。 開始制御を実行するためのフローチャートである。 発電制御を実行するためのフローチャートである。 本発明による別の実施例を示す図である。 本発明による更に別の実施例を示す図である。
図１を参照すると、燃料電池システムＡは燃料電池スタック１０を備える。燃料電池スタック１０は積層方向ＬＳに沿って互いに積層された複数の燃料電池単セル１０ａを備える。各燃料電池単セル１０ａは膜電極接合体２０を含む。膜電極接合体２０は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。
燃料電池単セル１０ａのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、積層方向ＬＳに関し最も外側のアノード極及びカソード極は燃料電池スタック１０の電極を構成する。燃料電池スタック１０の電極はＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介してインバータ１２に電気的に接続され、インバータ１２はモータジェネレータ１３に電気的に接続される。また、燃料電池システムＡは蓄電器１４を備えており、この蓄電器１４はＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して上述のインバータ１２に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は燃料電池スタック１０からの電圧を高めてインバータ１２に送るためのものであり、インバータ１２はＤＣ／ＤＣコンバータ１１又は蓄電器１４からの直流電流を交流電流に変換するためのものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は燃料電池スタック１０又はモータジェネレータ１３から蓄電器１４への電圧を低くし、又は蓄電器１４からモータジェネレータ１３への電圧を高くするためのものである。なお、図１に示される燃料電池システムＡでは蓄電器１４はバッテリから構成される。
また、各燃料電池単セル１０ａ内には、アノード極に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための水素ガス流通路３０ａと、カソード極に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気流通路４０ａとがそれぞれ形成され、互いに隣接する２つの燃料電池単セル１０ａ同士間には燃料電池単セル１０ａに冷却水を供給するための冷却水流通路５０ａが形成される。複数の燃料電池単セル１０ａの水素ガス流通路３０ａ、空気流通路４０ａ、及び冷却水流通路５０ａをそれぞれ並列に接続することにより、燃料電池スタック１０内に水素ガス通路３０、空気通路４０、及び冷却水通路５０がそれぞれ形成される。図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス通路３０、空気通路４０、及び冷却水通路５０の入口及び出口はそれぞれ、燃料電池スタック１０の積層方向ＬＳ一端に配置される。
積層方向ＬＳに延びる燃料電池スタック１０の中心軸線をスタック中心軸線と称すると、図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス流通路３０ａの入口及び空気流通路４０ａの出口がスタック中心軸線の一側に配置され、水素ガス流通路３０ａの出口及び空気流通路４０ａの入口がスタック中心軸線の他側に配置される。したがって、水素ガス流通路３０ａ内を流れる水素ガスの向きと、空気流通路４０ａ内を流れる空気の向きとが互いにほぼ逆向きになっている。すなわち、燃料電池スタック１０は向流式の燃料電池スタックから構成される。図示しない別の実施例では、水素ガス流通路３０ａの入口及び空気流通路４０ａの入口がスタック中心軸線の一側に配置され、水素ガス流通路３０ａの出口及び空気流通路４０ａの出口がスタック中心軸線の他側に配置される。したがって、水素ガス流通路３０ａ内を流れる水素ガスの向きと、空気流通路４０ａ内を流れる空気の向きとが互いにほぼ同じ向きになっている。すなわち、図示しない別の実施例では、燃料電池スタック１０は並流式の燃料電池スタックから構成される。
水素ガス通路３０の入口には水素ガス供給管３１が連結され、水素ガス供給管３１は水素ガス源、例えば水素タンク３２に連結される。水素ガス供給管３１内には上流側から順に、電磁式の遮断弁３３と、水素ガス供給管３１内の圧力を調整するレギュレータ３４と、水素ガス源３２からの水素ガスを燃料電池スタック１０に供給するための水素ガス供給器３５と、が配置される。図１に示される燃料電池システムＡでは水素ガス供給器３５は電磁式の水素ガス供給弁から構成される。この水素ガス供給弁はニードル弁を備えており、したがって水素ガスは水素ガス供給弁から間欠的に供給される。一方、水素ガス通路３０の出口にはバッファタンク３６を介してパージ管３７が連結される。パージ管３７内には電磁式のパージ制御弁３８が配置される。遮断弁３３及び水素ガス供給弁３５が開弁されると、水素タンク３２内の水素ガスが水素ガス供給管３１を介して燃料電池スタック１０内の水素ガス通路３０内に供給される。このとき水素ガス通路３０から流出するガス、すなわちアノードオフガスはバッファタンク３６内に流入し、バッファタンク３６内に蓄積される。パージ制御弁３８は通常は閉弁されており、周期的に短時間にわたり開弁される。パージ制御弁３８が開弁されると、バッファタンク３６内のアノードオフガスがパージ管３７を介して大気に排出され、すなわちパージ処理が行われる。
図１に示される燃料電池システムＡでは、パージ管３７の出口は大気に連通されている。すなわち、水素ガス通路３０の出口は水素ガス供給管３１に連通されず、したがって水素ガス供給管３１から分離されている。このことは、水素ガス通路３０の出口から流出するアノードオフガスが水素ガス供給管３１に戻されない、ということを意味している。言い換えると、図１に示される燃料電池システムＡは水素ガス非循環式である。図示しない別の実施例では、水素ガス通路３０の出口が水素ガス戻し管を介して例えばレギュレータ３４と水素ガス供給弁３５との間の水素ガス供給管３１に連結される。水素ガス戻し管内には上流側から順に、気液分離器と、気液分離器により分離された水素ガスを水素ガス供給管３１に送り込む水素ガス戻しポンプと、が配置される。この場合、水素ガスを含むアノードオフガスが水素ガス戻し管を介して水素ガス供給管３１に戻される。その結果、水素ガス源３２からの水素ガスと水素ガス戻し管からの水素ガスとの混合体が水素ガス供給弁３５から燃料電池スタック１０に供給される。すなわち、図示しない別の実施例では、燃料電池システムＡは水素ガス循環式である。この図示しない別の実施例との比較において、図１に示される燃料電池システムＡでは、水素ガス戻し管、水素ガス戻しポンプ等が省略されているということになる。その結果、図１に示される燃料電池システムＡでは、構成が簡素化され、コストが低減され、水素ガス戻し管等のための空間を必要としない。
また、空気通路４０の入口には空気供給管４１が連結され、空気供給管４１は空気源、例えば大気４２に連結される。空気供給管４１内には上流側から順に、エアクリーナ４３と、空気を圧送するコンプレッサ４４と、コンプレッサ４４から燃料電池スタック１０に送られる空気を冷却するためのインタークーラ４５と、が配置される。一方、空気通路４０の出口にはカソードオフガス管４６が連結される。コンプレッサ４４が駆動されると、空気が空気供給管４１を介して燃料電池スタック１０内の空気通路４０内に供給される。このとき空気通路４０から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス管４６内に流入する。カソードオフガス管４６内には上流側から順に、空気通路４０内の圧力であるカソード圧力を制御するための電磁式のカソード圧力制御弁４７と、希釈器４８とが配置される。この希釈器４８には上述したパージ管３７が連結される。その結果、パージ管３７からのパージガス中の水素ガスがカソードオフガスによって希釈される。図１に示される燃料電池システムＡでは更に、インタークーラ４５下流の空気供給管４１から分岐してカソード圧力制御弁４７下流のカソードオフガス管４６に到るバイパス管４１ａと、コンプレッサ４４から吐出された空気の量のうち燃料電池スタック１０に供給される空気の量及びバイパス管４１ａ内へ流れ込む空気の量を制御するバイパス制御弁４１ｂとが設けられる。
上述した燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０の入口及び出口には冷却回路ＣＣが連結される。図２を参照すると、冷却回路ＣＣは、冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータ５１を備える。ラジエータ５１内には冷却水が流通するラジエータ内冷却水通路５２が形成されている。燃料電池スタック１０内の冷却水通路５０をスタック内冷却水通路と称すると、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏとスタック内冷却水通路５０の入口５０ｉとは冷却水供給通路５３ｆにより互いに連結される。冷却水供給通路５３ｆは、ラジエータ内冷却水通路５２の出口５２ｏから供給側分岐点５４ｆまでのラジエータ流出通路５３ｒｏと、供給側分岐点５４ｆからスタック内冷却水通路５０の入口５０ｉまでのスタック流入通路５３ｓｉとを備える。また、スタック内冷却水通路５０の出口５０ｏとラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉとは冷却水排出通路５３ｄにより互いに連結される。冷却水排出通路５３ｄは、スタック内冷却水通路５０の出口５０ｏから排出側分岐点５４ｄまでのスタック流出通路５３ｓｏと、排出側分岐点５４ｄからラジエータ内冷却水通路５２の入口５２ｉまでのラジエータ流入通路５３ｒｉとを備える。
冷却水供給通路５３ｆの供給側分岐点５４ｆと冷却水排出通路５３ｄの排出側分岐点５４ｄとはバイパス冷却水通路５３ｂにより互いに連結される。バイパス冷却水通路５３ｂは、バイパス冷却水通路５３ｂから分岐してバイパス冷却水通路５３ｂに戻る分岐通路５３ｂｂを備えており、この分岐通路５３ｂｂ内には冷却水中のイオンを除去するように構成されたイオン除去器５５が配置される。したがって、バイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の一部がイオン除去器５５内を流通し、イオン除去器５５内を流通した冷却水中のイオンが除去される。また、バイパス冷却水通路５３ｂ内には逆止弁が設けられておらず、したがって冷却水は供給側分岐点５４ｆと排出側分岐点５４ｄとの間を双方向に流通可能になっている。なお、バイパス冷却水通路５３ｂ内には冷却水ポンプが設けられていない。
冷却回路ＣＣは更に、２つの冷却水ポンプ、すなわちスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを備える。スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはそれぞれ、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから構成される。回転ポンプとして、例えば、ギアポンプ、又は、ベーンポンプのような偏心ポンプ、又は、ねじポンプが用いられる。図２に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓは吐出方向が正方向ＦＤのときの入口５６ｓｉがラジエータ５１を向き吐出方向が正方向ＦＤのときの出口５６ｓｏが燃料電池スタック１０を向くようにスタック流入通路５３ｓｉ内に配置され、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは吐出方向が正方向ＦＤのときの入口５６ｒｉが燃料電池スタック１０を向き吐出方向が正方向ＦＤのときの出口５６ｒｏがラジエータ５１を向くようにラジエータ流入通路５３ｒｉ内に配置される。図示しない別の実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓは吐出方向が正方向ＦＤのときの入口５６ｓｉが燃料電池スタック１０を向き吐出方向が正方向ＦＤのときの出口５６ｓｏがラジエータ５１を向くようにスタック流出通路５３ｓｏ内に配置される。また、図示しない更に別の実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは吐出方向が正方向ＦＤのときの入口５６ｒｉがラジエータ５１を向き吐出方向が正方向ＦＤのときの出口５６ｒｏが燃料電池スタック１０を向くようにラジエータ流出通路５３ｒｏ内に配置される。吐出方向が正方向ＦＤのときの入口５６ｓｉ，５６ｒｉ及び出口５６ｓｏ，５６ｒｏは吐出方向が逆方向ＲＤのときの出口及び入口としてそれぞれ作用する。
詳しくは後述するが、バイパス冷却水通路５３ｂに関し燃料電池スタック１０側に位置する冷却水通路、すなわちスタック流入通路５３ｓｉ、スタック内冷却水通路５０、及びスタック流出通路５３ｓｏによりスタック側冷却水通路５３ｓが構成されると考え、バイパス冷却水通路５３ｂに関しラジエータ５１側に位置する冷却水通路、すなわちラジエータ流入通路５３ｒｉ、ラジエータ内冷却水通路５２、及びラジエータ流出通路５３ｒｏによりラジエータ側冷却水通路５３ｒが構成されると考えると、図１及び図２に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数がそれぞれ制御され、それにより、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量、並びに、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の方向及び量がそれぞれ制御される。なお、図１及び図２に示される実施例では、スタック側冷却水通路５３ｓの圧力損失とラジエータ側冷却水通路５３ｒの圧力損失とが互いにほぼ等しくなるように、スタック側冷却水通路５３ｓ及びラジエータ側冷却水通路５３ｒが形成されている。また、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは互いに同一のポンプから構成される。
したがって、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０及びラジエータ５１を迂回して冷却水供給通路５３ｆと冷却水排出通路５３ｄとを互いに連結する冷却水通路はバイパス冷却水通路５３ｂのみである、ということになる。その結果、冷却回路ＣＣの構成を簡素化することができる。一方、図１及び図２に示される実施例では、冷却水を流通させる冷却水ポンプがスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒである、ということになる。その結果、各冷却水ポンプ５６ｓ，５６ｒを小型化することができる。
ラジエータ流出通路５３ｒｏ内にはラジエータ流出通路５３ｒｏ内の冷却水の導電率を検出するように構成された導電率センサ５８が配置される。また、スタック流入通路５３ｓｉ内にはスタック流入通路５３ｓｉ内の冷却水の温度を検出するように構成された温度センサ５９ｉが配置され、スタック流出通路５３ｓｏ内にはスタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度を検出するように構成された温度センサ５９ｏが配置される。スタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度は燃料電池スタック１０の温度であるスタック温度を表している。
図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの少なくとも一方が作動され、それにより冷却水が燃料電池スタック１０のスタック内冷却水通路５０内を流通され、したがって燃料電池スタック１０が冷却される。燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号は、例えば電動車両の操作者がスタートスイッチ（図示しない）を操作することにより発せられる。
再び図１を参照すると、電子制御ユニット６０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス６１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）６２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６４、入力ポート６５及び出力ポート６６を具備する。燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の出力電圧及び出力電流をそれぞれ検出する電圧計１６ｖ及び電流計１６ｉが設けられる。電圧計１６ｖ、電流計１６ｉ、導電率センサ５８（図２）、及び温度センサ５９ｉ，５９ｏ（図２）の出力信号は対応するＡＤ変換器６７を介して入力ポート６５にそれぞれ入力される。一方、出力ポート６６は対応する駆動回路６８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１１、インバータ１２、モータジェネレータ１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、遮断弁３３、レギュレータ３４、水素ガス供給弁３５、パージ制御弁３８、バイパス制御弁４１ｂ、コンプレッサ４４、カソード圧力制御弁４７、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ（図２）、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ（図２）、及び警報器６９に電気的に接続される。警報器６９は冷却水の導電率を低下させることが困難なときに作動される。
燃料電池スタック１０を起動すべきとき、すなわち燃料電池スタック１０での発電を開始すべきときには遮断弁３３及び水素ガス供給弁３５が開弁され、水素ガスが燃料電池スタック１０に供給される。また、コンプレッサ４４が駆動され、空気が燃料電池スタック１０に供給される。その結果、燃料電池スタック１０において電気化学反応（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−，（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）が起こり、電気エネルギが発生される。この発生された電気エネルギはモータジェネレータ１３に送られる。その結果、モータジェネレータ１３が車両駆動用の電気モータとして作動され、車両が駆動される。一方、例えば車両制動時にはモータジェネレータ１３が回生装置として作動し、このとき回生された電気エネルギは蓄電器１４に蓄えられる。
上述したように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒはそれぞれ、駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能であるという特性を有する。次に、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの特性を、スタック側冷却水ポンプ５６ｓを例にとって説明する。
図３は、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止されているときに、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳを変化させたときの、スタック側冷却水ポンプ５６ｓから吐出される冷却水の量すなわちスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量ＱＷＳの変化を示している。なお、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳは正値であると正方向ＦＤに流れる冷却水量を表し、負値であると逆方向ＲＤに流れる冷却水量を表している。図３を参照すると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが正値のときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳは正値となる。言い換えると、冷却水は出口５６ｓｏを介し正方向に吐出される。また、駆動回転数ＮＰＳが大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなる。これに対し、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが負値のときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳは負値となる。言い換えると、冷却水は入口５６ｓｉを介し逆方向に吐出される。また、駆動回転数ＮＰＳが小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる。スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがゼロのときにはスタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳはゼロとなる。
図３に示されるラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止されているときのスタック側冷却水ポンプ５６ｓの特性は、冷却回路ＣＣにスタック側冷却水ポンプ５６ｓのみが配置されているときのスタック側冷却水ポンプ５６ｓの特性と考えることができ、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの一般的な特性と考えることができる。
ところが、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動されると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの特性は図３に示される一般的な特性と異なるようになる。このことを、図４を参照しながら説明する。
図４は、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲを一定値ＮＰＲＸ（＞０）に維持しながらスタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳを変化させたときの、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量すなわちスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量ＱＷＳの変化と、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量ＱＷＢの変化とを示している。図４において、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが一定値ＮＰＲＸのときにラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒから吐出される冷却水の量、すなわちラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量がＱＷＲ（＞０）で示されている。詳しくは後述するが、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが一定に維持されたときのラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳ又はスタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳに依存し、具体的にはスタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが小さくなるにつれて少なくなる。図４に示される例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが正値ＮＰＳＸに設定されると量ＱＷＲＸとなり、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがゼロに設定されると量ＱＷＲ０となる。
図４を参照すると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが正値ＮＰＳＸに設定されたときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳはラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲ又はＱＷＲＸにほぼ等しい。言い換えると、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量にほぼ等しい。更に言い換えると、供給側分岐点５４ｆにおいて、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通した冷却水のほぼすべてがスタック側冷却水通路５３ｓ内に流入し、したがって冷却水はバイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通しない。すなわち、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量ＱＷＢはほぼゼロとなる。この場合、冷却水はバイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通することなくスタック側冷却水通路５３ｓ内及びラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を循環する。上述の正値ＮＰＳＸをスタック側冷却水ポンプ５６ｓのバイパスレス回転数と称すると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓのバイパスレス回転数ＮＰＳＸはラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲＸに応じて定まり、図１及び図２に示される実施例ではラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲＸに等しい。
スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがスタック側冷却水ポンプ５６ｓのバイパスレス回転数ＮＰＳＸから小さくされると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳはラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲから減少する。言い換えると、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量よりも少なくなる。これは、供給側分岐点５４ｆにおいて、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通した冷却水の一部がスタック側冷却水通路５３ｓ内に流入し、残りがバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入するからである。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが小さくなるにつれて、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量ＱＷＳが減少し、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量ＱＷＢが増大する。
スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがゼロまで低下されても、すなわちスタック側冷却水ポンプ５６ｓが停止されても、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳはゼロとならず、比較的小さな正値ｄＱＷＳとなる。言い換えると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが停止されても、冷却水が量ｄＱＷＳだけスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する。これは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがゼロであっても、スタック側冷却水ポンプ５６ｓのインペラとケーシングとの間、又はインペラ同士の間を通って冷却水がスタック側冷却水ポンプ５６ｓを通過し、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの出口５６ｓｏから流出するからである。なお、本明細書では、このようにスタック側冷却水ポンプ５６ｓを通過した冷却水の量もスタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳと考え、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを通過した冷却水の量もラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲと考えている。
ここで図３と図４を比較すると、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動されているときには、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動されていないときに比べて、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳが増大される、とみることもできる。このときのスタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量の増分はラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが大きくなるにつれて多くなる。同様に、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されているときには、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが駆動されていないときに比べて、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲが増大され、このときのラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量の増分はスタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが大きくなるにつれて多くなる。このため、図４に示されるラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲは上述したように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが小さくなるにつれて少なくなる。
更に図４を参照すると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがゼロから更に小さくされると、すなわちスタック側冷却水ポンプ５６ｓが逆方向に駆動されると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳは上述の量ｄＱＷＳから更に減少する。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが小さくなるにつれて、すなわちスタック側冷却水ポンプ５６ｓの逆方向の駆動回転数（絶対値）が大きくなるにつれて、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳは少なくなる。次いで、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがスタックバイパス回転数ＮＰＳＢ（＜０）になると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳはほぼゼロになる。言い換えると、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量はほぼゼロになる。更に言い換えると、供給側分岐点５４ｆにおいて、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通した冷却水のほぼすべてがバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入し、スタック側冷却水通路５３ｓ内に冷却水がほとんど流入しない。これは、微視的に見ると、入口５６ｓｉを介しスタック側冷却水ポンプ５６ｓ内に流入する冷却水の量と、入口５６ｓｉを介しスタック側冷却水ポンプ５６ｓから流出する冷却水の量とが概ねバランスしているからである。
上述のスタックバイパス回転数ＮＰＳＢは、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲＸに依存し、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲＸが大きくなるにつれて小さくなる。ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止されたとき、すなわちラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲＸがゼロに設定されたときには、スタックバイパス回転数ＮＰＳＢはゼロとなり、これは図３で示される場合に対応する。
このことは、実験によっても裏付けられている。図５Ａは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓを停止しつつラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲを変化させたときの、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲを示す実験結果である。図５Ａに示されるように、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが増大するにつれて、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒから吐出される冷却水の量ＱＷＲが増大し、スタック側冷却水ポンプ５６ｓから吐出される冷却水の量ＱＷＳ、すなわちスタック側冷却水ポンプ５６ｓを通過する冷却水の量ＱＷＳが増大する。
これに対し、図５Ｂは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳを上述のスタックバイパス回転数ＮＰＳＢに維持しつつラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲを変化させたときの、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量ＱＷＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲを示す実験結果である。図５Ｂからわかるように、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが増大するにつれて、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒから吐出される冷却水の量ＱＷＲが増大し、しかしながらスタック側冷却水ポンプ５６ｓから吐出される冷却水の量ＱＷＳ、すなわちスタック側冷却水ポンプ５６ｓを通過する冷却水の量ＱＷＳはほぼゼロに維持される。
ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの特性はスタック側冷却水ポンプ５６ｓの特性と同様であるので説明を省略する。なお、以下では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが正値に設定されたときに冷却水がラジエータ側冷却水通路５３ｒ内をほとんど流通しなくなるラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲをラジエータバイパス回転数ＮＰＲＢと称し、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが正値に制御されたときに冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内をほとんど流通しなくなるスタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳをスタックバイパス回転数ＮＰＳＢと称することにする。ラジエータバイパス回転数ＮＰＲＢはスタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳに応じて定まり、スタックバイパス回転数ＮＰＳＢはラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲに応じて定まる。
さて、図１及び図２に示される実施例では、冷却水を種々の冷却水制御モードでもって流すことができる。以下、これらの冷却水制御モードを順に説明する。
図６に示されるスタック全バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが正値に設定される。また、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが負値、具体的にはスタックバイパス回転数ＮＰＳＢに設定される。その結果、図６に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内をほとんど流通することなくラジエータ側冷却水通路５３ｒ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。すなわち、冷却水はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を正方向に流通し、バイパス冷却水通路５３ｂ内を冷却水供給通路５３ｆから冷却水排出通路５３ｄに向けて流通し、スタック側冷却水通路５３ｓ内をほとんど流通しない。なお、スタック全バイパスモードでは、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
図７に示されるラジエータ全バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが正値に設定される。また、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが負値、具体的にはラジエータバイパス回転数ＮＰＲＢに設定される。その結果、図７に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がラジエータ側冷却水通路５３ｒ内をほとんど流通することなくスタック側冷却水通路５３ｓ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。すなわち、冷却水はスタック側冷却水通路５３ｓ内を正方向に流通し、バイパス冷却水通路５３ｂ内を冷却水排出通路５３ｄから冷却水供給通路５３ｆに向けて流通し、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内をほとんど流通しない。なお、ラジエータ全バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
図８に示されるラジエータ部分バイパスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳが正値に設定される。また、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲがラジエータバイパス回転数ＮＰＲＢよりも高い正値、ゼロ、又は負値に設定される。より具体的には、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲがラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒのバイパスレス回転数ＮＰＲＸよりも低くかつラジエータバイパス回転数ＮＰＲＢよりも高い正値、ゼロ、又は負値に設定される。言い換えると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量がラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量よりも多くなるように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動される。なお、図１及び図２に示される実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒのバイパスレス回転数ＮＰＲＸはスタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳに一致する。その結果、図８に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通しつつスタック側冷却水通路５３ｓ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。すなわち、冷却水はスタック側冷却水通路５３ｓ内を正方向に流通し、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を正方向に流通し、バイパス冷却水通路５３ｂ内を冷却水排出通路５３ｄから冷却水供給通路５３ｆに向けて流通する。この場合、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の一部がバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入し残りがラジエータ流入通路５３ｒｉ内に流入する。また、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量は、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量とバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量との合計であり、したがってラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量はスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量よりも少ない。更に、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲがラジエータバイパス回転数ＮＰＲＢに向けて低下されると、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の量に対するバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の量の割合が増大されると共に、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の量に対するラジエータ流入通路５３ｒｉ内に流入した冷却水の量の割合が減少される。これに対し、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲがラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒのバイパスレス回転数ＮＰＲＸに向けて上昇されると、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の量に対するバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の量の割合が減少されると共に、スタック流出通路５３ｓｏ内を流通した冷却水の量に対するラジエータ流入通路５３ｒｉ内に流入した冷却水の量の割合が増大される。
図９に示されるバイパスレスモードでは、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがスタック側冷却水ポンプ５６ｓのバイパスレス回転数ＮＰＳＸに設定されると共にラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲがラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒのバイパスレス回転数ＮＰＲＸに設定される。すなわち、図１及び図２に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが互いにほぼ等しい正値に設定される。言い換えると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量とラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量とがほぼ等しくなるように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動される。その結果、図９に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がバイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通することなくラジエータ側冷却水通路５３ｒ内及びスタック側冷却水通路５３ｓ内を循環する。すなわち、冷却水はスタック側冷却水通路５３ｓ内を正方向に流通し、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を正方向に流通し、バイパス冷却水通路５３ｂ内をほとんど流通しない。この場合、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量とスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量とは互いにほぼ等しい。なお、バイパスレスモードでは、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量がゼロであるのが好ましい。
図１０に示されるスタック部分バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが正値に設定される。また、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがスタックバイパス回転数ＮＰＳＢよりも高い正値、ゼロ、又は負値に設定される。より具体的には、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがスタック側冷却水ポンプ５６ｓのバイパスレス回転数ＮＰＳＸよりも低くかつスタックバイパス回転数ＮＰＳＢよりも高い正値、ゼロ、又は負値に設定される。言い換えると、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量がスタック側冷却水ポンプ５６ｓの吐出量よりも多くなるように、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが駆動される。その結果、図１０に矢印ＷＦで示されるように、冷却水がスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通しつつラジエータ側冷却水通路５３ｒ内及びバイパス冷却水通路５３ｂ内を循環する。すなわち、冷却水はスタック側冷却水通路５３ｓ内を正方向に流通し、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を正方向に流通し、バイパス冷却水通路５３ｂ内を冷却水供給通路５３ｆから冷却水排出通路５３ｄに向けて流通する。この場合、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の一部がバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入し残りがスタック流入通路５３ｓｉ内に流入する。また、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量は、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量とバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の量との合計であり、したがってスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量はラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量よりも少ない。更に、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがスタックバイパス回転数ＮＰＳＢに向けて低下されると、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の量に対するバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の量の割合が増大されると共に、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の量に対するスタック流入通路５３ｓｉ内に流入した冷却水の量の割合が減少される。これに対し、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳがスタック側冷却水ポンプ５６ｓのバイパスレス回転数ＮＰＳＸに向けて上昇されると、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の量に対するバイパス冷却水通路５３ｂ内に流入した冷却水の量の割合が減少されると共に、ラジエータ流出通路５３ｒｏ内を流通した冷却水の量に対するスタック流入通路５３ｓｉ内に流入した冷却水の量の割合が増大される。
なお、図８に示されるラジエータ部分バイパスモードにおいて、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが制御されてバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図９に示されるバイパスレスモードに切り換えられる。これに対し、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが制御されてラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図７に示されるラジエータ全バイパスモードに切り換えられる。
一方、図１０に示されるスタック部分バイパスモードにおいて、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが制御されてバイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図９に示されるバイパスレスモードに切り換えられる。また、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲが制御されてスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水量がほぼゼロまで減少されると、冷却水制御モードが図６に示されるスタック全バイパスモードに切り換えられる。
なお、冷却水が少なくともスタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水制御モードをスタック流通モードと称すると、図１及び図２に示される実施例ではスタック流通モードに、上述のラジエータ全バイパスモード（図７）、ラジエータ部分バイパスモード（図８）、バイパスレスモード（図９）、及びスタック部分バイパスモード（図１０）が含まれる。図示しない別の実施例では、スタック流通モードに、ラジエータ全バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、バイパスレスモード、及びスタック部分バイパスモードのうちいずれか１つ、いずれか２つ、又は、いずれか３つが含まれる。したがって、図１及び図２に示される実施例とこの図示しない別の実施例をまとめると、スタック流通モードには、ラジエータ全バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、バイパスレスモード、及びスタック部分バイパスモードのうち少なくとも一つが含まれるということになる。
このように図１及び図２に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数ＮＰＳ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数ＮＰＲを制御するだけで、冷却水の流れを切り換えることができる。すなわち、冷却水の流れを制御するための電磁弁及び逆止弁を必要としない。したがって、より安価かつより簡単な構成でもって、冷却水の流れを確実に制御することができる。
さて、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０の発電開始時に、開始制御が行われる。すなわち、まず導電率センサ５８により冷却水の導電率が検出される。冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第１の設定導電率ＥＣ１よりも高いときには、まずスタック全バイパスモードが行われ、次いで冷却水制御モードがスタック流通モードに切り換えられる。これに対し、冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも低いときにはスタック全バイパスモードが行われることなく、スタック流通モードが行われる。この開始制御を、図１１及び図１２を参照して更に説明する。
図１１において、時間ｔａ１は燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた時間を示している。図１１に示される例では、時間ｔａ１における冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも高く、したがってまずスタック全バイパスモードが行われる。その結果、導電率の高い冷却水が燃料電池スタック１０内に流入するのが抑制される。また、冷却水がイオン除去器５５内に導かれ、したがって冷却水の導電率ＥＣが次第に低下される。図１１に示される例では、スタック全バイパスモードがあらかじめ定められた第１の設定時間Δｔ１にわたり行なわれる。すなわち、スタック全バイパスモードが開始されてから第１の設定時間Δｔ１が経過した時間ｔａ２になると、スタック全バイパスモードが終了され、スタック流通モードが開始される。その結果、燃料電池スタック１０に冷却水が導入され、燃料電池スタック１０の冷却が開始される。このとき、冷却水の導電率ＥＣは低下されており、したがって燃料電池スタック１０の電気絶縁性が低下するのが抑制される。なお、このスタック全バイパスモードでは、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数又は吐出量がラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの最高回転数又は最大量に設定される。このようにすると、冷却水の導電率ＥＣを速やかに低下させることができる。
スタック全バイパスモードが行われているときには、燃料電池スタック１０内を冷却水がほとんど流通しない。このような状態で燃料電池スタック１０において発電が行なわれると、燃料電池スタック１０内の温度が過度に上昇し、又は、好ましくなく不均一になるおそれがある。そこで図１１に示される例では、スタック全バイパスモードが行われている間は、燃料電池スタック１０での発電が行われず、スタック全バイパスモードが終了すると、すなわちスタック流通モードが開始されると、燃料電池スタック１０での発電が開始される。言い換えると、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられても、燃料電池スタック１０での発電が遅延される。図１１に示される例では、燃料電池スタック１０での発電は第１の設定時間Δｔ１だけ遅延される。その結果、燃料電池スタック１０の温度が低くかつ均一に維持される。
なお、スタック全バイパスモードが行われる燃料電池スタック１０の発電開始時には、燃料電池スタック１０の温度は必ずしも高くない。そこで、図示しない別の実施例では、スタック全バイパスモードが行われるときにも、燃料電池スタック１０での発電が行われる。すなわち、この別の実施例では、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられると、スタック全バイパスモードが開始されるとともに、燃料電池スタック１０での発電が遅滞なく開始される。
上述したように、スタックバイパスモードでは、冷却水は燃料電池スタック１０内をほとんど流通しない。すなわち、冷却水は、燃料電池スタック１０を冷却するためのものであるにも関わらず、スタックバイパスモードでは燃料電池スタック１０内をほとんど流通することなく、燃料電池スタック１０の外部を流通する。このようにすると、できるだけ多くの冷却水をイオン除去器５５に送り込むことができ、それにより冷却水の導電率ＥＣをできるだけ速やかに低下させることができると同時に、導電率が高い冷却水が燃料電池スタック１０内に流入するのを確実に抑制することができるのである。このような考え方はこれまで存在していない。
一方、図１２において、時間ｔｂ１は燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられた時間を示している。図１２に示される例では、時間ｔｂ１における冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１よりも低い。したがって、スタック全バイパスモードが行なわれることなく、スタック流通モードが開始される。その結果、燃料電池スタック１０の冷却が速やかに開始される。
図１２に示される例では、スタックバイパスモードが行なわれないので、時間ｔｂ１において燃料電池スタック１０での発電が開始される。言い換えると、燃料電池スタック１０での発電を開始すべき信号が発せられたときに、燃料電池スタック１０での発電が遅滞なく開始される。
更に、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０での発電開始時にスタック全バイパスモードを第１の設定時間Δｔ１にわたり行っても冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第１のしきい導電率ＥＣＴ１よりも高いときには、警報器６９が作動され、冷却水の導電率ＥＣの低下が困難であることが車両操作者に知らされる。これに対し、図１１に示されるように、燃料電池スタック１０の発電開始時にスタック全バイパスモードを第１の設定時間Δｔ１にわたり行った結果、冷却水の導電率ＥＣが第１のしきい導電率ＥＣＴ１よりも低くなったときには、警報器６９は停止状態に維持される。図１１に示される例では、第１のしきい導電率ＥＣＴ１は第１の設定導電率ＥＣ１よりも低い。
なお、上述したように図１１に示される例では、スタック全バイパスモードが第１の設定時間Δｔ１にわたり行なわれる。図示しない別の実施例では、冷却水の導電率ＥＣが小さな一定値に低下するまでスタック全バイパスモードが行われ、次いで冷却水制御モードがスタック流通モードに切り換えられる。この小さな一定値は第１の設定導電率ＥＣ１よりも低く、例えば第１のしきい導電率ＥＣＴ１とほぼ等しい。
図示しない更に別の実施例では、燃料電池スタック１０での発電開始時に、冷却水の導電率ＥＣに関わらず、スタック全バイパスモード又はスタック流通モードが行われる。
さて、図１及び図２に示される実施例では上述したように、燃料電池スタック１０での発電を開始されると、スタック全バイパスモードが行われた後に、又はスタック全バイパスモードが行われることなく、スタック流通モードが行われる。上述したように、図１及び図２に示される実施例ではスタック流通モードには、ラジエータ全バイパスモード（図７）、ラジエータ部分バイパスモード（図８）、バイパスレスモード（図９）、及びスタック部分バイパスモード（図１０）が含まれる。
具体的には、スタック温度ＴＳがあらかじめ定められた低温側設定温度ＴＳＬよりも低いときには、ラジエータ全バイパスモードが行われる。
これに対し、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときには、スタック部分バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、又はバイパスレスモードが行われる。すなわち、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときであって、冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第２の設定導電率ＥＣ２よりも高いときには、スタック部分バイパスモードが行われる。これに対し、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときであって、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも低くかつスタック温度ＴＳがあらかじめ定められた高温側設定温度ＴＳＨよりも低いときには、ラジエータ部分バイパスモードが行なわれる。一方、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高いときであって、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも低くかつスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高いときには、バイパスレスモードが行われる。第２の設定導電率ＥＣ２は例えば上述の第１の設定導電率ＥＣ１とほぼ等しい。
すなわち、図１３において、時間ｔｃ１はスタック流通モードを開始すべき時間を示している。図１３に示される例では、時間ｔｃ１におけるスタック温度ＴＳは低温側設定温度ＴＳＬよりも低く、したがってラジエータ全バイパスモードが行われる。ラジエータ全バイパスモードでは冷却水がラジエータ５１内を流通しないので、冷却水の温度低下が抑制され、したがってスタック温度ＴＳが速やかに上昇する。すなわち、燃料電池スタック１０の暖機が促進される。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数又は吐出量は、例えばスタック流出通路５３ｓｏ内の冷却水の温度とスタック流入通路５３ｓｉ内の冷却水の温度、すなわちスタック温度差が目標範囲内に維持されるように設定される。
次いで、時間ｔｃ２においてスタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬよりも高くなる。図１３に示される例では、時間ｔｃ２において冷却水の導電率ＥＣは第２の設定導電率ＥＣ２よりも低く、スタック温度ＴＳは高温側設定温度ＴＳＨよりも低い。したがって、ラジエータ部分バイパスモードが行われる。その結果、冷却水の一部がラジエータ５１を迂回し、したがって冷却水の温度低下が抑制される。また、冷却水の一部がイオン除去器５５内を流通し、したがって冷却水の導電率ＥＣが抑制される。なお、ラジエータ部分バイパスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数又は吐出量は、スタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
次いで、時間ｔｃ３においてスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高くなると、冷却水制御モードがバイパスレスモードに切り換えられる。その結果、ラジエータ５１における冷却水の温度低下が促進され、スタック温度ＴＳが低下し始める。なお、バイパスレスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数又は吐出量は、スタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
次いで、時間ｔｃ４においてスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも低くなると、冷却水制御モードがラジエータ部分バイパスモードに戻される。
次いで、時間ｔｃ５において冷却水の導電率ＥＣが何らかの理由により第２の設定導電率ＥＣ２よりも高くなると、冷却水制御モードがスタック部分バイパスモードに切り換えられる。その結果、導電率ＥＣが高い冷却水が燃料電池スタック１０内に流入するのが抑制される。また、冷却水の一部がイオン除去器５５内を流通し、したがって冷却水の導電率ＥＣが抑制される。スタック部分バイパスモードでは上述したように、燃料電池スタック１０に送られる冷却水の量がラジエータ５１に送られる冷却水の量よりも少ないので、燃料電池スタック１０の冷却が不十分になると考えられるかもしれない。しかしながら、多量の冷却水がラジエータ５１に送られるので冷却水の温度が十分に低下され、低温の冷却水が燃料電池スタック１０に送られるので、燃料電池スタック１０を十分に冷却することができる。したがって、ラジエータ側部分バイパスモードが行われているときに、燃料電池スタック１０での発電が可能である。なお、スタック部分バイパスモード時におけるスタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数又は吐出量は、スタック温度ＴＳ及びスタック温度差がそれぞれの目標範囲内に維持されるように設定される。
図１３に示される例では、あらかじめ定められた第２の設定時間Δｔ２にわたりスタック部分バイパスモードが行われる。すなわち、スタック部分バイパスモードが開始されてから第２の設定時間Δｔ２が経過した時間ｔｃ６になると、このときスタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも低いので、冷却水制御モードがスタック部分バイパスモードからラジエータ部分バイパスモードに切り換えられる。図示しない別の実施例では、冷却水の導電率ＥＣが小さな一定値に低下するまでスタック部分バイパスモードが行われる。この小さな一定値は第２の設定導電率ＥＣ２よりも低く、例えば第１のしきい導電率ＥＣＴ１とほぼ等しい。
なお、図１３には示されていないけれども、図１及び図２に示される実施例では、バイパスレスモードが行われているときに冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも高くなったときにも、冷却水制御モードがスタック部分バイパスモードに切り換えられる。すなわち、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも高いときには、スタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高くても、スタック部分バイパスモードが行われる。図示しない別の実施例では、スタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨよりも高いときには、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも高くても、バイパスレスモードが行われる。
更に、図１及び図２に示される実施例では、スタック流通モードが行われるべきときにスタック部分バイパスモードが行われるときには、警報器６９が作動される。これに対し、スタック流通モードが行われるべきときにラジエータ全バイパスモード又はラジエータ部分バイパスモード又はバイパスレスモードが行われるときには、警報器６９は停止状態に維持される。
上述したように、スタック流通モードが開始されると燃料電池スタック１０での発電が開始される。したがって、図１及び図２に示される実施例では、燃料電池スタック１０での発電中に冷却水の導電率ＥＣが抑制されつつ燃料電池スタック１０が冷却される。
燃料電池スタック１０での発電が停止されると、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが停止される。
図１及び図２に示される実施例では更に、燃料電池スタック１０での発電停止中にも冷却水の導電率ＥＣが抑制される。すなわち、燃料電池スタック１０の発電停止中に、あらかじめ定められた第３の設定時間Δｔ３が経過する毎に冷却水の導電率ＥＣが検出される。冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた設定値ＥＣＳよりも高いときにはスタック全バイパスモードが一時的に行なわれ、それにより冷却水の導電率ＥＣが低下される。設定値ＥＣＳは例えば第１の設定導電率ＥＣ１とほぼ等しい。
すなわち、図１４に示される例では、時間ｔｄ１において、スタック全バイパスモードが行われる。この場合、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲは小さな一定量ＱＷＲｍ（＞０）に設定される。その結果、冷却水の導電率ＥＣが平均化される。図１４に示される例では、あらかじめ定められた第４の設定時間Δｔ４にわたりスタック全バイパスモードが行われる。次いで、スタック全バイパスモードが開始されてから第４の設定時間Δｔ４が経過した時間ｔｄ２になると、冷却水の導電率ＥＣが検出される。時間ｔｄ２における冷却水の導電率ＥＣは設定値ＥＣＳよりも低い。したがって、スタック全バイパスモードが停止される。
次いで、先のスタック全バイパスモードから第３の設定時間Δｔ３が経過した時間ｔｄ３になると、再びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲが一定量ＱＷＲｍに設定されつつスタック全バイパスモードが行なわれる。次いで、第４の設定時間Δｔ４が経過した時間ｔｄ４において冷却水の導電率ＥＣが検出される。時間ｔｄ４における冷却水の導電率ＥＣは設定値ＥＣＳよりも高い。したがって、スタック全バイパスモードが継続される。この場合、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲはラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの最大量ＱＷＲＭ（＞０）まで増大される。その結果、冷却水の導電率ＥＣが速やかに低下する。次いで、時間ｔｄ５において冷却水の導電率ＥＣがあらかじめ定められた第２のしきい導電率ＥＣＴ２まで低下すると、スタック全バイパスモードが停止される。第２のしきい導電率ＥＣＴ２は設定値ＥＣＳよりも低く、例えば第１のしきい導電率ＥＣＴ１とほぼ等しい。図示しない別の実施例では、あらかじめ定められた時間にわたりスタック全バイパスモードが行われる。
このように、図１及び図２に示される実施例では燃料電池スタック１０での発電停止中に冷却水の導電率ＥＣが抑制される。その結果、燃料電池スタック１０での発電開始時においてスタック全バイパスモードが行われる時間、すなわち第１の設定時間Δｔ１を短縮することができる。すなわち、燃料電池スタック１０での発電を開始すべきときに必要なスタック全バイパスモードの時間Δｔ１（図８）を短縮することができ、又は、スタック全バイパスモードを省略することができ、したがって燃料電池スタック１０での発電を速やかに開始することができる。
なお、図１４に示される例では、スタック全バイパスモードを行った後に冷却水の導電率ＥＣを検出している。図示しない別の実施例では、スタック全バイパスモードを行うことなく冷却水の導電率ＥＣが検出される。
このように図１及び図２に示される実施例では、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒ及びスタック側冷却水ポンプ５６ｓが制御され、それにより、スタック流通モードとスタック全バイパスモードとのうちいずれか一方が選択的に行われる。この場合、スタック流通モードには、ラジエータ全バイパスモード、ラジエータ部分バイパスモード、バイパスレスモード、及びスタック部分バイパスモードが含まれる。
図１５は、上述した燃料電池スタック１０での発電停止中における冷却水制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１５を参照すると、ステップ１００では燃料電池スタック１０での発電が停止されているか否かが判別される。燃料電池スタック１０での発電が停止されているときには次いでステップ１０１に進み、カウンタ値Ｃが１だけインクリメントされる。このカウンタ値Ｃは燃料電池スタック１０での発電が停止されてから、又は、先のスタック全バイパスモードが開始されてからの経過時間を表している。続くステップ１０２ではカウンタ値Ｃが上述の第３の設定時間Δｔ３に対応する設定値Ｃ３以上か否かが判別される。Ｃ＜Ｃ３のときには処理ステップを終了する。Ｃ≧Ｃ３のときには次いでステップ１０３に進み、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲが一定量ＱＷＲｍに設定されつつスタック全バイパスモードが第４の設定時間Δｔ４にわたり行なわれる。続くステップ１０４では冷却水の導電率ＥＣが検出される。続くステップ１０５では、冷却水の導電率ＥＣが設定値ＥＣＳよりも低いか否かが判別される。ＥＣ≧ＥＣＳのときには次いでステップ１０６に進み、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの吐出量ＱＷＲが最大量ＱＷＲＭに設定されつつスタック全バイパスモードが行なわれる。続くステップ１０７では冷却水の導電率ＥＣが検出される。続くステップ１０８では、冷却水の導電率ＥＣが第２のしきい導電率ＥＣＴ２よりも低いか否かが判別される。ＥＣ≧ＥＣＴ２のときにはステップ１０６に戻る。ＥＣ＜ＥＣＴ２のときにはステップ１０９に進む。一方、ステップ１０５においてＥＣ＜ＥＣＳのときにもステップ１０９に進む。
ステップ１０９ではスタック全バイパスモードが停止される。続くステップ１１０ではカウンタ値Ｃがゼロに戻される。一方、ステップ１００において、燃料電池スタック１０での発電が行われているときにも次いでステップ１１０に進む。
図１６は、燃料電池スタック１０において発電すべき信号が発せられた後の冷却水制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１６を参照すると、ステップ２００では、燃料電池スタック１０での発電開始時に上述の開始制御が完了したか否かが判別される。開始制御が完了していないときには次いでステップ２０１に進み、開始制御を実行するための開始制御ルーチンが実行される。この開始制御ルーチンは図１７に示されている。
図１７を参照すると、ステップ３００では冷却水の導電率ＥＣが第１の設定導電率ＥＣ１以上か否かが判別される。ＥＣ＜ＥＣ１のときには次いでステップ３０１に進み、警報器６９が停止される。これに対し、ＥＣ≧ＥＣ１のときにはステップ３００からステップ３０２に進み、スタック全バイパスモードが第１の設定時間Δｔ１にわたり行われる。続くステップ３０３では冷却水の導電率ＥＣが第１のしきい導電率ＥＣ１以上か否かが判別される。ＥＣ＜ＥＣＴ１のときには次いでステップ３０１に進む。これに対し、ＥＣ≧ＥＣＴ１のときには次いでステップ３０４に進み、警報器６９が作動される。
再び図１６を参照すると、開始制御ルーチンが完了したときにはステップ２００からステップ２０２に進み、スタック温度ＴＳが低温側設定温度ＴＳＬ以上か否かが判別される。ＴＳ＜ＴＳＬのときには次いでステップ２０３に進み、ラジエータ全バイパスモードが行われる。次いでステップ２０８に進む。これに対し、ＴＳ≧ＴＳＬのときにはステップ２０２からステップ２０４に進み、冷却水の導電率ＥＣが第２の設定導電率ＥＣ２よりも低いか否かが判別される。ＥＣ＜ＥＣ２のときには次いでステップ２０５に進み、スタック温度ＴＳが高温側設定温度ＴＳＨ以上か否かが判別される。ＴＳ＜ＴＳＨのときには次いでステップ２０６に進み、ラジエータ部分バイパスモードが行われる。次いでステップ２０８に進む。これに対し、ＴＳ≧ＴＳＨのときにはステップ２０５からステップ２０７に進み、バイパスレスモードが行われる。次いでステップ２０８に進む。ステップ２０８では警報器６９が停止される。
一方、ＥＣ≧ＥＣ２のときにはステップ２０４からステップ２０９に進み、スタック部分バイパスモードが行われる。続くステップ２１０では警報器６９が作動される。
図１８は、上述した燃料電池スタック１０の発電制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１８を参照すると、ステップ４００では燃料電池スタック１０での発電を行うべきか否かが判別される。燃料電池スタック１０での発電を行うべきとき、すなわち燃料電池スタック１０での発電を行うべき信号が発せられているときにはステップ４０１に進み、スタック流通モードが行われているか否かが判別される。スタック流通モードが行われているとき、すなわち冷却水が燃料電池スタック１０内を流通しているときには、次いでステップ４０２に進み、燃料電池スタック１０での発電が実行される。すなわち、燃料電池スタック１０への水素ガス及び空気の供給が実行される。これに対し、燃料電池スタック１０での発電を行うべきでないとき、すなわち燃料電池スタック１０での発電を行うべき信号が発せられていないときにはステップ４００からステップ４０３に進む。また、スタック流通モードが行われていないとき、すなわち冷却水が燃料電池スタック１０内をほとんど流通していないときには、ステップ４０１からステップ４０３に進む。ステップ４０３では燃料電池スタック１０での発電が停止される。すなわち、燃料電池スタック１０への水素ガス及び空気の供給が停止される。
図１９は本発明による別の実施例を示している。図１９に示される実施例は、スタック側冷却水ポンプ５６ｓが、吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なポンプから形成される点で、図１及び図２に示される実施例と構成を異にしている。すなわち、スタック側冷却水ポンプ５６ｓの停止時等に冷却水がスタック側冷却水ポンプ５６ｓを通過する場合を除いて、スタック側冷却水ポンプ５６ｓは正方向ＦＤにのみ冷却水を吐出する。スタック側冷却水ポンプ５６ｓは、回転ポンプ、往復ポンプ、又は、非容積型ポンプから形成される。
図１９に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ制御され、それにより、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量、並びに、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の方向及び量がそれぞれ制御される。
具体的には、図１９に示される実施例では、ラジエータ全バイパスモード（図７）が行われる。あるいは、ラジエータ部分バイパスモード（図８）が行われる。あるいは、バイパスレスモード（図９）が行われる。あるいは、スタック部分バイパスモード（図１０）が行われる。この場合、スタック側冷却水ポンプ５６ｓを駆動するということは、図１の実施例においてスタック側冷却水ポンプ５６ｓの駆動回転数を正値に設定することに対応する。
図２０は本発明による更に別の実施例を示している。図２０に示される実施例は、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒが、吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なポンプから形成される点で、図１及び図２に示される実施例と構成を異にしている。すなわち、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの停止時等に冷却水がラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを通過する場合を除いて、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは正方向ＦＤにのみ冷却水を吐出する。ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒは、回転ポンプ、往復ポンプ、又は、非容積型ポンプから形成される。
図２０に示される実施例では、スタック側冷却水ポンプ５６ｓ及びラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒがそれぞれ制御され、それにより、スタック側冷却水通路５３ｓ内を流通する冷却水の量、ラジエータ側冷却水通路５３ｒ内を流通する冷却水の量、並びに、バイパス冷却水通路５３ｂ内を流通する冷却水の方向及び量がそれぞれ制御される。
具体的には、図２０に示される実施例では、スタック全バイパスモード（図６）が行われる。あるいは、スタック部分バイパスモード（図１０）が行われる。あるいは、バイパスレスモード（図９）が行われる。あるいは、ラジエータ部分バイパスモード（図８）が行われる。この場合、ラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒを駆動するということは、図１及び図２の実施例においてラジエータ側冷却水ポンプ５６ｒの駆動回転数を正値に設定することに対応する。
Ａ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
５０ スタック内冷却水通路
５１ ラジエータ
５２ ラジエータ内冷却水通路
５３ｆ 冷却水供給通路
５３ｄ 冷却水排出通路
５３ｓｉ スタック流入通路
５３ｓｏ スタック流出通路
５３ｒｉ ラジエータ流入通路
５３ｒｏ ラジエータ流出通路
５３ｓ スタック側冷却水通路
５３ｒ ラジエータ側冷却水通路
５３ｂ バイパス冷却水通路
５４ｆ 供給側分岐点
５４ｄ 排出側分岐点
５５ イオン除去器
５６ｓ スタック側冷却水ポンプ
５６ｒ ラジエータ側冷却水ポンプ

Claims (17)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、
    吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なスタック側冷却水ポンプであって、出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された制御器と、
    を備えた燃料電池システム。
  2. 前記スタック側冷却水ポンプが駆動されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のラジエータバイパス回転数に設定されると、前記スタック側冷却水通路内を流通した冷却水が前記排出側分岐点において前記ラジエータ側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記スタック側冷却水ポンプを駆動すると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を前記ラジエータバイパス回転数に設定し、それにより、冷却水が前記ラジエータ側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するラジエータ全バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記スタック側冷却水ポンプが駆動されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のラジエータバイパス回転数に設定されると、前記スタック側冷却水通路内を流通した冷却水が前記排出側分岐点において前記ラジエータ側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記スタック側冷却水ポンプを駆動すると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を前記ラジエータバイパス回転数よりも大きい負値、ゼロ、又は正値に設定し、それにより、冷却水が前記ラジエータ側冷却水通路内を流通しつつ前記スタック側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するラジエータ部分バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記制御器は、
    前記スタック側冷却水ポンプを駆動すると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定し、それにより、冷却水が前記バイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記ラジエータ側冷却水通路内を循環するバイパスレスモードを行い、又は
    前記スタック側冷却水ポンプを駆動又は停止すると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定し、それにより、冷却水が前記スタック側冷却水通路内を流通しつつ前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック部分バイパスモードを行う
    ように構成されている、請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
  5. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、
    吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なスタック側冷却水ポンプであって、出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御するように構成された制御器と、
    を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプを前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された、
    燃料電池システムの制御方法。
  6. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、
    吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なラジエータ側冷却水ポンプであって、出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された制御器と、
    を備えた燃料電池システム。
  7. 前記ラジエータ側冷却水ポンプが駆動されると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のスタックバイパス回転数に設定されると、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通した冷却水が前記供給側分岐点において前記スタック側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記ラジエータ側冷却水ポンプを駆動すると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を前記スタックバイパス回転数に設定し、それにより、冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック全バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 前記ラジエータ側冷却水ポンプが駆動されると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のスタックバイパス回転数に設定されると、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通した冷却水が前記供給側分岐点において前記スタック側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記ラジエータ側冷却水ポンプを駆動すると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を前記スタックバイパス回転数よりも大きい負値、ゼロ、又は正値に設定し、それにより、冷却水が前記スタック側冷却水通路内を流通しつつ前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック部分バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項６又は７に記載の燃料電池システム。
  9. 前記制御器は、
    前記ラジエータ側冷却水ポンプを駆動すると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定し、それにより、冷却水が前記バイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記ラジエータ側冷却水通路内を循環するバイパスレスモードを行い、又は
    前記ラジエータ側冷却水ポンプを駆動又は停止すると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定し、それにより、冷却水が前記ラジエータ側冷却水通路内を流通しつつ前記スタック側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するラジエータ部分バイパスモードを行う
    ように構成されている、請求項７又は８に記載の燃料電池システム。
  10. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、
    吐出される冷却水の量を変更可能であるが吐出される冷却水の方向を変更不能なラジエータ側冷却水ポンプであって、出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御するように構成された制御器と、
    を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプを前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された、
    燃料電池システムの制御方法。
  11. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された制御器と、
    を備えた燃料電池システム。
  12. 前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数が正値に設定されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のラジエータバイパス回転数に設定されると、前記スタック側冷却水通路内を流通した冷却水が前記排出側分岐点において前記ラジエータ側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定すると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を前記ラジエータバイパス回転数に設定し、それにより、冷却水が前記ラジエータ側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するラジエータ全バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項１１に記載の燃料電池システム。
  13. 前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数が正値に設定されると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のラジエータバイパス回転数に設定されると、前記スタック側冷却水通路内を流通した冷却水が前記排出側分岐点において前記ラジエータ側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定すると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を前記ラジエータバイパス回転数よりも大きい負値、ゼロ、又は正値に設定し、それにより、冷却水が前記ラジエータ側冷却水通路内を流通しつつ前記スタック側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するラジエータ部分バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項１１又は１２に記載の燃料電池システム。
  14. 前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数が正値に設定されると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のスタックバイパス回転数に設定されると、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通した冷却水が前記供給側分岐点において前記スタック側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定すると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を前記スタックバイパス回転数に設定し、それにより、冷却水が前記スタック側冷却水通路内をほとんど流通することなく前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック全バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項１１から１３までのいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  15. 前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数が正値に設定されると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数が負値のスタックバイパス回転数に設定されると、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通した冷却水が前記供給側分岐点において前記スタック側冷却水通路内にほとんど流入することなく前記バイパス冷却水通路内に流入するようになっており、
    前記制御器は、前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定すると共に前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を前記スタックバイパス回転数よりも大きい負値、ゼロ、又は正値に設定し、それにより、冷却水が前記スタック側冷却水通路内を流通しつつ前記ラジエータ側冷却水通路内及び前記バイパス冷却水通路内を循環するスタック部分バイパスモードを行うように構成されている、
    請求項１１から１４までのいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  16. 前記制御器は、前記スタック側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定すると共に前記ラジエータ側冷却水ポンプの駆動回転数を正値に設定し、それにより、冷却水が前記バイパス冷却水通路内をほとんど流通することなく前記スタック側冷却水通路内及び前記ラジエータ側冷却水通路内を循環するバイパスレスモードを行うように構成されている、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  17. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生するように構成された燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック用の冷却水の温度を低下させるように構成されたラジエータと、
    前記ラジエータ内のラジエータ内冷却水通路の出口と前記燃料電池スタック内のスタック内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水供給通路、及び、前記スタック内冷却水通路の出口と前記ラジエータ内冷却水通路の入口とを互いに連結する冷却水排出通路であって、前記冷却水供給通路は、供給側分岐点と、前記ラジエータ内冷却水通路の出口から前記供給側分岐点までのラジエータ流出通路と、前記供給側分岐点から前記スタック内冷却水通路の入口までのスタック流入通路と、を備え、前記冷却水排出通路は、排出側分岐点と、前記スタック内冷却水通路の出口から前記排出側分岐点までのスタック流出通路と、前記排出側分岐点から前記ラジエータ内冷却水通路の入口までのラジエータ流入通路と、を備え、前記スタック流入通路、前記スタック内冷却水通路、及び前記スタック流出通路によりスタック側冷却水通路が構成され、前記ラジエータ流入通路、前記ラジエータ内冷却水通路、及び前記ラジエータ流出通路によりラジエータ側冷却水通路が構成される、冷却水供給通路及び冷却水排出通路と、
    前記供給側分岐点と前記排出側分岐点とを互いに連結するバイパス冷却水通路であって、冷却水が前記供給側分岐点と前記排出側分岐点との間を双方向に流通可能なバイパス冷却水通路と、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたスタック側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記燃料電池スタックを向くように前記スタック流出通路内に配置されたスタック側冷却水ポンプと、
    駆動回転数を変更することにより吐出される冷却水の方向及び量を変更可能な回転ポンプから形成されたラジエータ側冷却水ポンプであって、前記駆動回転数が正値のときには前記駆動回転数が大きくなるにつれて正方向の吐出量が多くなると共に前記駆動回転数が負値のときには前記駆動回転数が小さくなるにつれて逆方向の吐出量が多くなる特性を有し、吐出方向が正方向のときの出口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流入通路内に配置されるか又は吐出方向が正方向のときの入口が前記ラジエータを向くように前記ラジエータ流出通路内に配置されたラジエータ側冷却水ポンプと、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプをそれぞれ制御するように構成された制御器と、
    を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
    前記スタック側冷却水ポンプ及び前記ラジエータ側冷却水ポンプを前記制御器によりそれぞれ制御し、それにより、前記スタック側冷却水通路内を流通する冷却水の量、前記ラジエータ側冷却水通路内を流通する冷却水の量、並びに、前記バイパス冷却水通路内を流通する冷却水の方向及び量をそれぞれ制御するように構成された、
    燃料電池システムの制御方法。
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