JP7192226B2

JP7192226B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP7192226B2
Application number: JP2018050152A
Authority: JP
Inventors: 仲矢高垣; 国裕鷲野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: JP2019160757A

Description

本発明は、燃料電池の燃料電池スタックを冷却できる燃料電池システムに関する。

例えば、下記特許文献１に開示された燃料電池システムでは、循環ポンプと燃料電池とを繋ぐ冷媒の流路は、循環ポンプと燃料電池との間の中間部で分岐されてイオン交換器へ接続されている。さらに、この循環路の分岐部分には三方流量調節弁が設けられており、循環ポンプが作動されることによる燃料電池側への冷媒の流量と、イオン交換器側への冷媒の流量とが三方流量調節弁によって調節されている。すなわち、燃料電池側への冷媒の流量を大きくする場合には、イオン交換器側への冷媒の流量が三方流量調節弁によって小さくされ、イオン交換器側への冷媒の流量を大きくする場合には、燃料電池側への冷媒の流量が三方流量調節弁によって小さくされる。

ところで、このような構成の燃料電池システムでは、燃料電池側への冷媒の流量と、イオン交換器側への冷媒の流量とが三方流量調節弁によって調節されており、循環ポンプは、一定の出力（揚程）、例えば、最大出力で作動されている。しかしながら、燃料電池での発電量によっては、燃料電池側へ流れる冷媒が少なくてもよいことがある。このため、循環ポンプを作動させるための電力等のエネルギーの消費量の観点では、上記のような燃料電池システムは、未だ改良の余地が残されていた。

特開２０１０－０２１００５号公報

本発明は、上記事実を考慮して、ポンプの作動に要するエネルギーの消費量を低減できる燃料電池システムを得ることが目的である。

請求項１に記載の燃料電池システムは、正極剤及び負極剤がセルに供給されることによって発電する燃料電池の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側へ冷媒を供給する上流側流路と、前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側から流れ出た前記冷媒が流れる下流側流路と、前記上流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの上流側に接続されると共に、前記下流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの下流側に接続され、通過する前記冷媒に含まれるイオンを除去して前記冷媒における前記イオンの含有量を低減するイオン除去装置と、前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側に設けられ、前記燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合に所定の出力で作動されると共に、前記発電量が一定の大きさ未満の場合に前記所定の出力よりも小さな出力で作動され、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第１ポンプと、前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側に設けられ、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第２ポンプと、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御するポンプ制御装置と、を備え、前記上流側流路の一端がラジエータに接続され、前記上流側流路の他端が前記燃料電池スタックに接続され、前記下流側流路の一端が前記燃料電池スタックに接続され、前記下流側流路の他端が前記ラジエータに接続され、短絡流路の一端が前記上流側流路の中間部に接続され、前記短絡流路の他端が前記下流側流路の中間部に接続され、前記短絡流路の中間部に前記イオン除去装置が接続されており、前記ポンプ制御装置は、前記燃料電池スタックの発電量が第１の閾値未満の場合、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを停止させ、前記燃料電池スタックの発電量が前記第１の閾値以上で第２の閾値未満の場合、前記第１ポンプを停止させる一方、前記第２ポンプを作動させ、前記燃料電池スタックの発電量が前記第２の閾値以上の場合、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを作動させる。

請求項１に記載の燃料電池システムでは、第１ポンプが上流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの下流側又は下流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの上流側に設けられる。また、本燃料電池システムでは、第２ポンプが上流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの上流側又は下流側流路におけるイオン除去装置との接続部分よりも冷媒の流れの下流側に設けられる。

ここで、第１ポンプは、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合に所定の出力で作動される。第１ポンプが所定の出力で作動されている状態で、第２ポンプが作動されることによって、冷媒が燃料電池スタック側へ効果的に流れると共に冷媒の一部がイオン除去装置を通過する。これによって、燃料電池スタックを効果的に冷却できる。

一方で、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ未満の場合には、第２ポンプの出力は、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合と同じであるが、第１ポンプの出力は、燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合の出力よりも小さくなる。このように第１ポンプ及び第２ポンプが作動されると、第１ポンプによる冷媒の単位時間当たりの吸い込み量及び送り出し量は、低下されるが、第２ポンプによる冷媒の単位時間当たりの吸い込み量及び送り出し量の変化は抑制される。

これによって、燃料電池スタック側への冷媒の単位時間当たりの供給量を低下させつつも、イオン除去装置を通過する冷媒の単位時間当たりの流量の変化を抑制できる。したがって、例えば、燃料電池スタックでの発電量が小さいため、燃料電池スタック側への冷媒の単位時間当たりの供給量が少なくてよい場合には、イオン除去装置によってイオンが除去されてイオンの含有量が低減される冷媒の単位時間当たりの流量の変化を抑制しつつ、第１ポンプを作動させるためのエネルギーの消費量を低減できる。

以上、説明したように、請求項１に記載の燃料電池システムでは、第１ポンプを作動させるためのエネルギーの消費量を低減できる。

第１の実施の形態に係る燃料電池システムの冷却液の回路図である。第１ポンプ及び第２ポンプの制御システムを示すブロック図である。第２の実施の形態に係る燃料電池システムの冷却液の回路図である。第３の実施の形態に係る燃料電池システムの冷却液の回路図である。第４の実施の形態に係る燃料電池システムの冷却液の回路図である。

次に、本発明の各実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態を説明するにあたり、説明している実施の形態よりも前出の実施の形態と基本的に同一の部位については、同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。また、以下の各実施の形態を説明するための図１、図３、図４、図５の各図は、冷却液の回路図であり、これらの図における方向と、実際の方向（例えば、車両を基準とする各方向）とは基本的に関係がない。

＜第１の実施の形態の構成＞
図１に示されるように、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１０は、熱交換器としてのラジエータ１２を備えている。ラジエータ１２は、例えば、複数のチューブ列を備えている。これらのチューブ列は、車幅方向に所定の間隔をおいて配置されている。また、チューブ列は、複数本のチューブを備えている。チューブの長手方向は、車両上下方向とされ、１つのチューブ列には、複数本のチューブが車両前後方向に所定の間隔をおいて設けられている。各チューブ列の間には放熱フィンが設けられている。放熱フィンは、車幅方向両側の各チューブ列のチューブへ当接されており、チューブの熱を放熱フィンへ伝えることができる。

また、ラジエータ１２は、第１タンク及び第２タンクを備えている。第１タンクは、上述したチューブ列の車両上側に配置されており、各チューブ列の各チューブの車両上側端が第１タンクに接続されている。また、第１タンクには、冷媒としての冷却液が貯留されており、第１タンク内の冷却液は、各チューブ列の各チューブへ流れることができる。一方、第２タンクは、上述したチューブ列の車両下側に配置されている、第２タンクには、各チューブ列の各チューブの車両下側端が接続されており、各チューブ列の各チューブを流れた冷却液は、第２タンクに貯留される。冷却液は、例えば、水に凍結防止剤、防腐剤等の添加剤が添加されることによって形成されている。

以上のような構成のラジエータ１２は、例えば、車両のエンジンルーム内におけるラジエータグリルの車両後側に配置される。これによって、車両走行時に生じた走行風が、ラジエータグリルを通ってエンジンルーム内に入ると、走行風がラジエータ１２のチューブ列の間を通る。

また、本燃料電池システム１０は、上流側流路１４を構成する第１流路１６を備えている。第１流路１６の一端は、ラジエータ１２の第２タンクへ接続されている。第１流路１６の他端側には、第１三方弁１８が設けられている。第１三方弁１８は、第１流入ポートと、第２流入ポートと、流出ポートと、を備えており、第１流入ポート及び第２流入ポートの少なくとも１つから第１三方弁１８内へ流れた冷却液が流出ポートから流れ出るようになっている。また、第１三方弁１８は、弁体と、アクチュエータとを備えており、アクチュエータから出力された駆動力によって弁体が移動されると、第１流入ポート及び第２流入ポートの一方の開口面積（弁開度）が増加され、第１流入ポート及び第２流入ポートの他方の開口面積が減少される。上記の第１流路１６の他端は、第１三方弁１８の第１流入ポートへ接続されている。

第１三方弁１８の流出ポートには、上流側流路１４を構成する第２流路２０の一端が接続されている。第２流路２０の他端は、第１ポンプ２２に接続されており、第１ポンプ２２が作動されると、第２流路２０内の冷却液が第１ポンプ２２に吸込まれる。

図２に示されるように、第１ポンプ２２（更に言えば、第１ポンプ２２のモータ）は、第１ドライバ２４へ電気的に接続されていると共に、車両に搭載されたバッテリー（図示省略）へ電気的に接続されている。第１ドライバ２４は、ポンプ制御装置２６へ電気的に接続されており、ポンプ制御装置２６から出力された第１ポンプ制御信号Ｄｓ１は、第１ドライバ２４へ入力される。この第１ポンプ制御信号Ｄｓ１がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わると、第１ドライバ２４は、第１ポンプ２２を作動させる（更に言えば、第１ポンプ２２のモータを駆動させる）。

また、図１に示されるように、第１ポンプ２２には、上流側流路１４を構成する第３流路２８の一端が接続されており、第１ポンプ２２が作動されることによって第２流路２０から第１ポンプ２２に吸込まれた冷却液は、第３流路２８へ流れる。第３流路２８の他端側には、燃料電池３０を構成する燃料電池スタック３２が設けられている。燃料電池スタック３２は、複数のセルを備えている。水素を含んだ燃料ガスがセルの正極（アノード、燃料極）と正極側のセパレータとの間を流れ、酸素を含む酸化剤ガスとしての空気がセルの負極（カソード、空気極）と負極側のセパレータとの間を流れることによって発電される。

燃料電池スタック３２は、車両に搭載された駆動ドライバを介して駆動装置としての車両駆動モータへ電気的に接続されており、燃料電池スタック３２から車両駆動モータへ電力が供給されることによって車両駆動モータが駆動される。車両駆動モータの出力軸は、車両の駆動輪へ機械的に接続されており、車両駆動モータの駆動力が駆動輪へ伝わることによって、車両は、走行できる。

一方、燃料電池スタック３２には、スタック側流路３４が設けられている。スタック側流路３４の一端は、上記の第３流路２８の他端が接続されており、第３流路２８を流れた冷却液がスタック側流路３４に供給されてスタック側流路３４内を流れる。燃料電池スタック３２のセルにおいて発電される際には、燃料電池スタック３２が発熱するが、燃料電池スタック３２とスタック側流路３４を流れる冷却液との間で熱交換が行なわれることによって燃料電池スタック３２が冷却される。

スタック側流路３４の他端には、下流側流路３６を構成する第４流路４０の一端が接続されており、スタック側流路３４を流れた冷却液は、第４流路４０に流れる。第４流路４０の他端は、第２ポンプ４２に接続されており、第２ポンプ４２が作動されると、第４流路４０内の冷却液が第２ポンプ４２に吸込まれる。

図２に示されるように、第２ポンプ４２（更に言えば、第２ポンプ４２のモータ）は、第２ドライバ４４へ電気的に接続されていると共に、車両に搭載されたバッテリー（図示省略）へ電気的に接続されている。第２ドライバ４４は、ポンプ制御装置２６へ電気的に接続されており、ポンプ制御装置２６から出力された第２ポンプ制御信号Ｄｓ２は、第２ドライバ４４へ入力される。この第２ポンプ制御信号Ｄｓ２がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わると、第２ドライバ４４は、第２ポンプ４２を作動させる（更に言えば、第２ポンプ４２のモータを駆動させる）。

また、ポンプ制御装置２６は、発電量検出装置４６へ電気的に接続されている。発電量検出装置４６は、燃料電池スタック３２を含んで構成される電気回路に設けられており、燃料電池スタック３２での発電量の大きさに対応する発電量検出信号Ｗｓを出力する。発電量検出装置４６から出力された発電量検出信号Ｗｓは、ポンプ制御装置２６へ入力される。

燃料電池スタック３２での発電量が第１の閾値未満の場合の発電量検出信号Ｗｓがポンプ制御装置２６に入力されると、ポンプ制御装置２６から出力される第１ポンプ制御信号Ｄｓ１及び第２ポンプ制御信号Ｄｓ２は、Ｌｏｗレベルとされる。また、燃料電池スタック３２での発電量が第１の閾値以上で第１の閾値よりも大きな「一定の大きさ」としての第２の閾値未満の場合の発電量検出信号Ｗｓがポンプ制御装置２６に入力されると、ポンプ制御装置２６から出力される第２ポンプ制御信号Ｄｓ２がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わる。さらに、燃料電池スタック３２での発電量が第２の閾値以上の場合の発電量検出信号Ｗｓがポンプ制御装置２６に入力されると、ポンプ制御装置２６から出力される第１ポンプ制御信号Ｄｓ１がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わる。

また、図１に示されるように、第２ポンプ４２には、下流側流路３６を構成する第５流路４８の一端が接続されており、４流路４０から第２ポンプ４２に吸込まれた冷却液は、第２ポンプ４２が作動されることによって第５流路４８へ流れる。第５流路４８の他端には、下流側流路３６を構成する第６流路５０の一端が接続されている。第６流路５０の他端は、ラジエータ１２の第１タンクへ接続されており、第５流路４８を流れて更に第６流路５０を流れた冷却液は、ラジエータ１２の第１タンクへ流れ、ラジエータ１２の第１タンクに溜められる。

一方、第５流路４８の他端には、第１バイパス流路５２の一端が接続されており、第５流路４８を流れた冷却液の一部は、第５流路４８の他端から第１バイパス流路５２に流れる。第１バイパス流路５２の他端は、上述した第１三方弁１８の第２流入ポートへ接続されており、第１バイパス流路５２を流れた冷却液は、第１三方弁１８の第２流入ポート及び流出ポートを介して第２流路２０へ流れることができる。第１バイパス流路５２を流れる冷却液の単位時間当たりの流量は、第６流路５０、ラジエータ１２、第１流路１６を流れる冷却液の単位時間当たりの流量よりも大きくなるように、第１バイパス流路５２が設定されている。

また、第４流路４０の中間部には、短絡流路としての第２バイパス流路５４の一端が接続されている。第２バイパス流路５４の他端は、第２流路２０の中間部に接続されており、第２流路２０を流れる冷却液の一部は、第２バイパス流路５４へ流れる。第２バイパス流路５４の中間部には、イオン除去装置としてのイオン交換器５６が設けられており、第２バイパス流路５４を流れる冷却液は、イオン交換器５６を通過する。冷却液がイオン交換器５６を通過すると冷却液中のイオンが除去される。

＜第１実施の形態の作用、効果＞
次に、本燃料電池システム１０の作用、効果について説明する。

本燃料電池システム１０では、第２ポンプ４２のみ、又は、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動されると、ラジエータ１２の第２タンク内の冷却液が第１流路１６、第２流路２０、第３流路２８を流れて燃料電池スタック３２に設けられたスタック側流路３４へ供給される。また、上記のように第２ポンプ４２のみ、又は、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動されると、第１バイパス流路５２内の冷却液が第２流路２０、第１ポンプ２２、第３流路２８を流れて燃料電池スタック３２に設けられたスタック側流路３４へ供給される。このように、冷却液がスタック側流路３４に供給されて、冷却液がスタック側流路３４を流れると、燃料電池スタック３２とスタック側流路３４を流れる冷却液との間で熱交換が行なわれる。これによって燃料電池スタック３２が冷却される。

上記のようにしてスタック側流路３４を流れた冷却液は、第４流路４０へ供給される。第４流路４０へ供給された冷却液の一部は、第４流路４０、第２ポンプ４２、第５流路４８を流れる。第５流路４８を流れる冷却液の一部は、第６流路５０を流れてラジエータ１２の第１タンクへ流れ、ラジエータ１２の第１タンクに溜められる。ラジエータ１２の第１タンクに溜められた冷却液は、ラジエータ１２を構成するチューブ列の各チューブを流れる。冷却液がラジエータ１２の各チューブを流れると、冷却液の熱が放熱フィンへ伝えられる。この状態で、例えば、車両走行時にラジエータグリルを通ってエンジンルーム内に流れた走行風等の気流が、ラジエータ１２の各チューブ列の間を通ると、気流とラジエータ１２の各チューブ及び放熱フィンとの間で熱交換が行なわれる。これによって、冷却液が冷却されてラジエータ１２の第２タンクへ戻り、第１流路１６へ供給される。

一方、第５流路４８を流れる冷却液の他の一部は、第１バイパス流路５２を流れる。第１バイパス流路５２を流れた冷却液は、第２流路２０へ供給される。ここで、第１三方弁１８のアクチュエータから出力された駆動力によって第１三方弁１８の弁体が移動されると、第１三方弁１８の第１流入ポート及び第１三方弁１８の第２流入ポートの一方の開口面積（弁開度）が増加され、第１流入ポート及び第２流入ポートの他方の開口面積が減少される。これによって、第５流路４８から第６流路５０、ラジエータ１２、第１流路１６を介して第２流路２０へ流れる冷却液と、第５流路４８から第１バイパス流路５２を介して第２流路２０へ流れる冷却液と、の比率を調整できる。

したがって、第１三方弁１８の第１流入ポートの開口面積を大きくすることで、ラジエータ１２へ流れる冷却液の単位時間当たりの流量を大きくでき、冷却液を効果的に冷却できる。これに対して、第１三方弁１８の第２流入ポートの一方の開口面積を大きくすることで、スタック側流路３４に流れる冷却液の単位時間当たりの流量を大きくでき、燃料電池スタック３２を効果的に冷却できる。

一方、第２流路２０を流れる冷却液の一部は、第２バイパス流路５４を流れて第４流路４０へ供給される。冷却液が第２バイパス流路５４を流れると、冷却液は、イオン交換器５６を通過する。冷却液がイオン交換器５６を通過すると冷却液中のイオンが除去され、冷却液の帯電率が低下する。これによって、冷却液の絶縁性が向上され、冷却液を介した漏電を抑制又は防止できる。

ところで、本燃料電池システム１０は、第１ポンプ２２と第２ポンプ４２とを備えている。ここで、第１ポンプ２２のポンプ揚程をΔＰ１、第２ポンプ４２のポンプ揚程をΔＰ２とした場合、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動されることによる総合的なポンプ揚程ΔＰは、第１ポンプ２２のポンプ揚程であるΔＰ１と第２ポンプ４２のポンプ揚程であるΔＰ２との和になる。これに対して、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合には、ΔＰ１が０になり、したがって、総合的なポンプ揚程ΔＰは、第２ポンプ４２のポンプ揚程であるΔＰ２となる。

ここで、本実施の形態では、第１ポンプ２２は、第２流路２０における第２バイパス流路５４と接続部分よりも冷却液の流れの下流、すなわち、上流側流路１４におけるイオン交換器５６との接続部分よりも冷却液の流れの下流側に設けられる。また、第２ポンプ４２は、第４流路４０の他端、すなわち、下流側流路３６におけるイオン交換器５６との接続部分よりも冷却液の流れの下流側に設けられる。

このため、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させた場合、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合の何れであっても、第２バイパス流路５４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量は、基本的に変わらないか、第２バイパス流路５４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量の変化は抑制される。

これに対して、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させた場合に燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量をＦ１、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合に燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量をＦ２とすると、流量Ｆ１と流量Ｆ２との関係は、概ね、以下の式（１）で示されるようになる。

Ｆ２＝Ｆ１・ΔＰ２／（ΔＰ１＋ΔＰ２）・・・（１）
このように、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させた場合における燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量Ｆ１に比べ、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させた場合における燃料電池スタック３２のスタック側流路３４を流れる冷却液の単位時間当たりの流量Ｆ２は、減少する。

このため、例えば、車両の高速走行時等、燃料電池スタック３２の発熱量が比較的大きくなる場合には、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方を作動させる。これによって、本実施の形態は、燃料電池スタック３２のスタック側流路３４に多くの冷却液を供給でき、燃料電池スタック３２を効果的に冷却できる。

これに対して、例えば、車両の停止時や車両の低速走行時等、燃料電池スタック３２の発熱量が比較的小さくなる場合には、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させる。第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２を作動させるためには、車両に搭載されたバッテリーの電力が必要である。しかしながら、本実施の形態は、第１ポンプ２２を作動させずに第２ポンプ４２のみを作動させることによって、電力の消費を抑制できる。

しかも、この状態では、第１ポンプ２２が作動しないため、基本的には第１ポンプ２２の作動音が発生しない。これによって、本実施の形態は、静粛性を向上できる。

さらに、本実施の形態では、第１ポンプ２２の作動及び作動停止の切り替えによって、燃料電池スタック３２側のスタック側流路３４へ流れる冷却液と、イオン交換器５６へ流れる冷却液の流量と、の比率を変えることができる。このため、本実施の形態は、第２流路２０と第２バイパス流路５４との接続部分、すなわち、燃料電池スタック３２へ冷却液を供給するための上流側流路１４とイオン交換器５６との接続部分に三方弁等を設けなくてもよく、低コストにできる。

また、燃料電池スタック３２のスタック側流路３４に最大量の冷却液が供給される際には、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の双方が作動される。このため、本実施の形態は、スタック側流路３４に最大量の冷却液を供給するための第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の個々の揚程（第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の個々の最大出力）を小さくできる。これによって、スタック側流路３４に最大量の冷却液が供給される際に上流側流路１４、下流側流路３６、第１バイパス流路５２、第２バイパス流路５４等を形成するホースに作用される負圧を抑制でき、ホースの変形を抑制できる。このため、本実施の形態は、このようなホースの機械的強度や剛性等の機械的特性を特に高くしなくてもよく、この意味でも低コストにできる。

さらに、本実施の形態では、第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２の制御は、作動と停止だけでよい。このため、本実施の形態は、ポンプ制御装置２６を含んで構成される第１ポンプ２２及び第２ポンプ４２を制御するための構成を簡素化でき、この意味でも低コストにできる。

＜第２の実施の形態＞
図３に示されるように、第２の実施の形態に係る燃料電池システム１０では、第１流路１６の他端側に第１三方弁１８が設けられておらず、第１流路１６の他端、第２流路２０の一端、第１バイパス流路５２の他端が互いに接続されている。また、本第２燃料電池システム１０は、第５流路４８を備えておらず、更に、本第２燃料電池システム１０は、第２三方弁６２を備えている。第２三方弁６２は、流入ポートと、第１流出ポートと、第２流出ポートとを備えている。第２三方弁６２の流入ポートには第２流路２０の他端が接続されている。また、第２三方弁６２の第１流出ポートには、第６流路５０の一端が接続されており、第２三方弁６２の第２流出ポートには、第１バイパス流路５２の一端が接続されている。これによって、第２流路２０を流れた冷却液は、第６流路５０の及び第１バイパス流路５２の少なくとも一方へ流れることができる。

また、第２三方弁６２は、弁体と、アクチュエータとを備えており、アクチュエータから出力された駆動力によって弁体が移動されることによって、第２三方弁６２の第１流出ポート及び第２流出ポートの一方の開口面積（弁解度）が増加され、第１流入ポート及び第２流入ポートの他方の開口面積が減少される。したがって、第２三方弁６２のアクチュエータを駆動させて弁体を移動させることによって、第６流路５０側へ流れる冷却液の流量と、第１バイパス流路５２側へ流れる冷却液の流量とを変えることができる。すなわち、第２三方弁６２は、前記第１の実施の形態における第１三方弁１８と基本的に同じ作用を奏する。

さらに、本実施の形態では、第２ポンプ４２が第２流路２０の一端と第２流路２０における第２バイパス流路５４の他端との接続部分との間、すなわち、上流側流路１４におけるイオン交換器５６との接続部分よりも冷却液の流れの上流側に設けられている。本実施の形態では、第２ポンプ４２が作動されると、第２流路２０における第２ポンプ４２よりも上流側の冷却液が第２ポンプ４２に吸い込まれ、第２流路２０における第２ポンプ４２よりも下流側へ冷却液が送り出される。

以上の構成の第２の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同様の作用を奏し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施の形態＞
図１と図４とを比べてわかるように、第３の実施の形態に係る燃料電池システム１０は、第１ポンプ２２の配置位置が第１の実施の形態に係る燃料電池システム１０と異なる。

すなわち、本実施の形態に係る燃料電池システム１０は、第３流路２８を備えておらず、第２流路２０の他端は、燃料電池スタック３２のスタック側流路３４の一端へ接続されている。また、本実施の形態では、第４流路４０の一端と第４流路４０における第２バイパス流路５４との接続部分との間、すなわち、下流側流路３６におけるイオン交換器５６との接続部分よりも上流側に第１ポンプ２２が設けられている。本実施の形態では、第１ポンプ２２が作動されると、第４流路４０における第１ポンプ２２よりも上流側の冷却液が第１ポンプ２２に吸い込まれ、第４流路４０における第１ポンプ２２よりも下流側へ冷却液が送り出される。

以上の構成の第３の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同様の作用を奏し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜第４の実施の形態＞
図３と図５とを比べてわかるように、第４の実施の形態に係る燃料電池システム１０と、第２の実施の形態に係る燃料電池システム１０とでは、第１ポンプ２２の配置位置が異なる。また、図４と図５とを比べてわかるように、第４の実施の形態における第１ポンプ２２の配置位置は、前記第３の実施の形態と同じである。

以上の構成の第４の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同様の作用を奏し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記の各実施の形態では、燃料電池スタック３２での発電量が第２の閾値未満の場合には第１ポンプ２２は、停止され、燃料電池スタック３２での発電量が第２の閾値以上の場合に第１ポンプ２２が作動される構成であった。しかしながら、例えば、燃料電池スタック３２での発電量が第１の閾値以上で第２の閾値未満の場合に第１ポンプ２２が燃料電池スタック３２での発電量の大きさに対応する出力（揚程）で作動される構成であってもよい。

また、上記の各実施の形態では、第１バイパス流路５２を備える構成であったが、第１バイパス流路５２を備えない構成であってもよい。

さらに、上記の各実施の形態では、冷媒としての冷却液は、水に凍結防止剤、防腐剤等の添加剤が添加されることによって形成される構成であった。しかしながら、冷却液は、水（純水）であってもよいし、水以外の液体であってもよい。更には、冷媒は、上流側流路１４、下流側流路３６等を流れることができる構成であれば、液体以外の流体であってもよい。

また、上記の各実施の形態では、発電量検出装置４６によって燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成であった。しかしながら、発電量検出装置は、例えば、車両の走行速度を検出して車両の走行速度から間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。また、発電量検出装置は、車両の駆動輪へ駆動力を伝える駆動装置としての車両駆動モータの出力軸の回転数、車両駆動モータに流れる電流等に基づいて間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。さらに、発電量検出装置は、燃料電池スタック３２のセルの正極への水素の供給量、セルの負極への空気の供給量等に基づいて間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。また、発電量検出装置は、燃料電池スタック３２の温度に間接的に燃料電池スタック３２での発電量を検出する構成でもよい。このように、燃料電池スタック３２での発電量を検出する発電量検出装置の構成については、特に限定されるものではなく、適宜に適用が可能である。

１０燃料電池システム
１４上流側流路
２２第１ポンプ
３２燃料電池スタック
３６下流側流路
４２第２ポンプ
５６イオン交換器（イオン除去装置）

Claims

正極剤及び負極剤がセルに供給されることによって発電する燃料電池の燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側へ冷媒を供給する上流側流路と、
前記燃料電池スタックへ接続されて前記燃料電池スタック側から流れ出た前記冷媒が流れる下流側流路と、
前記上流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの上流側に接続されると共に、前記下流側流路における前記燃料電池スタックよりも前記冷媒の流れの下流側に接続され、通過する前記冷媒に含まれるイオンを除去して前記冷媒における前記イオンの含有量を低減するイオン除去装置と、
前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側に設けられ、前記燃料電池スタックでの発電量が一定の大きさ以上の場合に所定の出力で作動されると共に、前記発電量が一定の大きさ未満の場合に前記所定の出力よりも小さな出力で作動され、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第１ポンプと、
前記上流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの上流側又は前記下流側流路における前記イオン除去装置との接続部分よりも前記冷媒の流れの下流側に設けられ、作動されることによって前記冷媒を上流側から吸い込んで下流側へ送り出す第２ポンプと、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを制御するポンプ制御装置と、
を備え、
前記上流側流路の一端がラジエータに接続され、前記上流側流路の他端が前記燃料電池スタックに接続され、前記下流側流路の一端が前記燃料電池スタックに接続され、前記下流側流路の他端が前記ラジエータに接続され、短絡流路の一端が前記上流側流路の中間部に接続され、前記短絡流路の他端が前記下流側流路の中間部に接続され、前記短絡流路の中間部に前記イオン除去装置が接続されており、
前記ポンプ制御装置は、前記燃料電池スタックの発電量が第１の閾値未満の場合、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを停止させ、前記燃料電池スタックの発電量が前記第１の閾値以上で第２の閾値未満の場合、前記第１ポンプを停止させる一方、前記第２ポンプを作動させ、前記燃料電池スタックの発電量が前記第２の閾値以上の場合、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを作動させる燃料電池システム。