JP2000315513A - 燃料電池自動車用ラジエータシステム - Google Patents

燃料電池自動車用ラジエータシステム

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JP2000315513A
JP2000315513A JP11126031A JP12603199A JP2000315513A JP 2000315513 A JP2000315513 A JP 2000315513A JP 11126031 A JP11126031 A JP 11126031A JP 12603199 A JP12603199 A JP 12603199A JP 2000315513 A JP2000315513 A JP 2000315513A
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cooling water
cooling
radiator
temperature
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Masatoshi Iio
雅俊 飯尾
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、燃料電池が低出力の場合に、内部
温度の低下による出力の低下を防止でき、かつ、低出力
から短時間で高出力を発生できる燃料電池自動車用ラジ
エータシステムを提供する。 【解決手段】 ２つのラジエーター他４、５を設け、燃
料電池６が比較的低出力の場合に、燃料電池６と他の要
冷却部品７、８、９とを同一の冷却系２を用いて１つの
ラジエータ４によって冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池自動車用
ラジエータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料電池自動車用ラジエータシス
テムとしては、例えば、特開平１０−３４０７３４号公
報記載の燃料電池システム（図８）が報告されている。
【０００３】この燃料電池システム１３０において、冷
却水流路１３１内を循環する冷却水は、燃料電池１３２
内で熱交換して昇温した後、ラジエータ１３３において
降温し、再び燃料電池１３２に供給される。冷却水流路
１３１内に冷却水を循環させる駆動力は、冷却水ポンプ
１３４によって与えられる。このとき、燃料電池１３２
の入口冷却水温度Ｔ1 と出口冷却水温度Ｔ2 とをそれぞ
れ測定して、Ｔ1 とＴ2 との差ΔＴを求め、ΔＴが５℃
以上の場合には、燃料電池１３２の内部温度が所定の不
均一状態であると判断し、冷却水ポンプ１３４の駆動電
圧を上昇させることで、燃料電池１３２の内部温度を最
適な温度により近い状態で平均化するようにしている。
なお、同図８において、１３５は冷却ファン、１３６は
コントロールユニットである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の燃料電池自動車用ラジエータシステムにあっ
ては、システムを運転するためには、以下の諸点に留意
する必要がある。
【０００５】まず、燃料電池１３２は、その出力に応じ
て冷却水に放熱するが、燃料電池スタックを構成する高
分子膜等の耐熱温度の制限があるため、冷却水出口を高
温にすることはできず、レシプロエンジンの冷却水と比
較して、低温で管理しなければならない。
【０００６】このため、冷却水と大気との温度差が小さ
くなるため、冷却水から熱を吸収して大気中に放出する
ラジエータ１３３は、伝熱面積が大きくなる。
【０００７】また、燃料電池自動車には、図示しない
が、駆動用モータ、制御装置、コンプレッサ用インター
クーラ等の冷却を要する構成部品があり、特に制御装置
は、耐熱温度が低いため、燃料電池１３２と比較して、
低い温度に維持しなければならない。
【０００８】このような理由から、車両に燃料電池１３
２その他の構成部品の放熱量を賄うことができるラジエ
ータを搭載するためには、ラジエータを複数搭載する必
要がある。
【０００９】一方、燃料電池１３２の内部温度は、出口
冷却水温度、カソードに供給される出口空気温度等で管
理されるが、大出力を得るためには、内部温度を常用運
転温度近傍（例えば、８０℃〜９０℃）に保つ必要があ
る。
【００１０】しかし、燃料電池１３２は比較的低い出力
で運転しているが、ラジエータ１３３に導入される風量
が多い場合（例えば、高速での一定速走行時）や、燃料
電池１３２の出力は低いが、駆動モータ等の冷却要求が
高い場合（例えば、加減速を繰り返した走行後）には、
ラジエータ１３３を含む燃料電池１３２の冷却系内の冷
却水の温度が低下して、燃料電池１３２の内部温度が低
下する。このため、例えば、大出力を直ぐに取り出せな
くなったり、または、ラジエータ１３３を燃料電池１３
２の冷却系から一時的に分離しておいたとしても、ラジ
エータ１３３内の冷却水が燃料電池１３２に導入された
時に出力が低下するといった問題があった。
【００１１】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、燃料電池が低出力の運転状態にある
ときに、内部温度の低下による出力の低下を防止でき、
かつ、その低出力の運転状態から短時間で高出力を発生
することができる燃料電池自動車用ラジエータシステム
を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、燃料電池と第１のラジエータ
とを結ぶ冷却水流路内を循環する冷却水により前記燃料
電池を冷却する第１冷却系と、前記燃料電池以外の冷却
を要する構成部品と第２のラジエータとを結ぶ冷却水流
路内を循環する冷却水により前記構成部品を冷却する第
２冷却系と、前記燃料電池が過冷状態にあるとき、前記
第２冷却系を閉じて前記第１冷却系によって前記燃料電
池と前記構成部品とを冷却するように前記構成部品の冷
却水流路を切り替える流路切替手段とを有することを要
旨とする。
【００１３】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記第１冷却系の前記第１ラジエータは、前記
第２冷却系の前記第２ラジエータよりも冷却風の下流に
配置されていることを要旨とする。
【００１４】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記構成部品は、冷却水流路の切り替えによ
り、前記第１ラジエータの冷却水出口と前記燃料電池の
冷却水入口との間に直列に接続されることを要旨とす
る。
【００１５】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記流路切替手段は、前記燃料電池の入口冷却
水温度が、前記構成部品の耐熱温度により決まる所定の
冷却水上限温度以下であるとき、前記構成部品の冷却水
流路の切り替えを行うことを要旨とする。
【００１６】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記流路切替手段は、前記構成部品の冷却水流
路の切り替えにより前記第１冷却系に合流する冷却水流
路内にあって前記構成部品のうちの最下流に位置する構
成部品の出口冷却水温度が、前記燃料電池の耐熱温度に
より決まる所定の燃料電池出口冷却水上限温度から、冷
却水が前記燃料電池を通過する際に上昇が期待される所
定の燃料電池出入口温度差を引き算して得られる温度以
下であるとき、前記構成部品の冷却水流路の切り替えを
行うことを要旨とする。
【００１７】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記構成部品は、冷却水流路の切り替えによ
り、前記第１冷却系に対して前記燃料電池と並列に接続
されることを要旨とする。
【００１８】請求項７記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記流路切替手段は、前記燃料電池の入口冷却
水温度と出口冷却水温度の少なくともいずれか一方また
はその平均値の単位時間当たりの低下量が、予め決めら
れた設定値以上であるとき、前記構成部品の冷却水流路
の切り替えを行うことを要旨とする。
【００１９】請求項８記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記構成部品の冷却水流路が切り替えられたと
き、前記第１冷却系のポンプの出力を制御するマップを
変更する制御マップ変更手段を有することを要旨とす
る。
【００２０】請求項９記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記流路切替手段は、前記燃料電池の出力が、
前記燃料電池の性能及び前記第１ラジエータの放熱性能
により決められる基準値以下であるとき、前記構成部品
の冷却水流路の切り替えを行うことを要旨とする。
【００２１】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、複数の
ラジエータを設け、通常の運転状態では、燃料電池とこ
れ以外の冷却を要する構成部品とをそれぞれ別々の冷却
系によって冷却するようにしておき、燃料電池が過冷状
態にあるとき、例えば、燃料電池が比較的低出力つまり
その放熱量が比較的低い場合に、構成部品の冷却系を閉
じて燃料電池の冷却系によって燃料電池と構成部品の両
方を冷却するように構成部品の冷却水流路を切り替える
ことで、燃料電池の冷却水の温度低下及び燃料電池の内
部温度の低下を抑えることができ、燃料電池の内部温度
の低下による出力の低下を防止することができる。
【００２２】請求項２記載の本発明によれば、燃料電池
の冷却系のラジエータを構成部品の冷却系のラジエータ
よりも冷却風の下流に配置することで、燃料電池の冷却
系によって燃料電池と構成部品の両方を冷却するように
構成部品の冷却水流路を切り替えた際に、上流のラジエ
ータよりも下流のラジエータの方が冷却風の温度が高い
ため、燃料電池の冷却系内の冷却水の温度低下を抑える
ことができる。また、構成部品の中に、例えば電子回路
等の燃料電池よりも温度を低く管理しなければならない
部品がある場合には、上流のラジエータを構成部品の冷
却に用いた方が、冷却系を小容量にできる。
【００２３】請求項３記載の本発明によれば、冷却水流
路の切り替えにより、構成部品が、燃料電池の冷却系の
ラジエータの冷却水出口と燃料電池の冷却水入口との間
に直列に接続されることで、ラジエータから流出した冷
却水は、構成部品の放熱によって温度が上昇した後、燃
料電池に流入するため、燃料電池の内部温度の低下を抑
えて、低出力から高出力に変化する時間を短くすること
ができる。
【００２４】請求項４記載の本発明によれば、燃料電池
の入口冷却水温度が構成部品の耐熱温度により決まる所
定の冷却水上限温度以下になることを、構成部品の冷却
水流路の切り替えの条件とすることで、構成部品の中
に、例えば電子回路等の燃料電池よりも温度を低く管理
しなければならない部品がある場合に、冷却水流路が燃
料電池と構成部品とで共通になるように構成部品の冷却
水流路を切り替えた際に、構成部品に耐熱温度を超えさ
せる冷却水が流れるのを防止し、構成部品の故障を防ぐ
ことができる。
【００２５】請求項５記載の本発明によれば、構成部品
の冷却水流路の切り替えにより燃料電池の冷却系に合流
する冷却水流路内にあって構成部品のうちの最下流に位
置する構成部品の出口冷却水温度が、燃料電池の耐熱温
度により決まる所定の燃料電池出口冷却水上限温度か
ら、冷却水が燃料電池を通過する際に上昇が期待される
所定の燃料電池出入口温度差を引き算して得られる温度
以下であることを、構成部品の冷却水流路の切り替えの
条件とすることで、冷却水流路が燃料電池と構成部品と
で共通になるように構成部品の冷却水流路を切り替える
動作を、燃料電池の耐熱温度を守りながら、最も頻繁に
行うことができ、これにより、燃料電池の冷却水を運転
可能な高温に維持することが可能となる。
【００２６】請求項６記載の本発明によれば、冷却水流
路の切り替えにより、構成部品が、燃料電池野の冷却系
に対して燃料電池と並列に接続されることで、請求項３
記載の直列接続の場合と比べて、冷却水流路の構成を単
純にできるため、車両での搭載が容易になる。
【００２７】請求項７記載の本発明によれば、燃料電池
の入口冷却水温度と出口冷却水温度の少なくともいずれ
か一方またはその平均値の単位時間当たりの低下量が、
予め決められた設定値以上であることを、構成部品の冷
却水流路の切り替えの条件とすることで、導入される冷
却風の風量・温度等の環境で変化するラジエータの放熱
性能と、燃料電池の出力等で変化する燃料電池からの放
熱量との両方のバランスを反映する上記温度の単位時間
当たりの低下量によって判断するため、燃料電池の冷却
水温度の低下を早期に判断でき、燃料電池の冷却水の温
度低下を小さくすることができる。
【００２８】請求項８記載の本発明によれば、構成部品
の冷却水流路が切り替えられたとき、燃料電池の冷却系
のポンプの出力を制御するマップを変更することで、構
成部品の冷却水流路の切り替えにより、請求項３記載の
直列接続された冷却系であれば冷却水流路の圧力損失が
増加し、請求項６記載の並列接続された冷却系であれば
圧力損失が小さくなり、いずれの場合においても圧力損
失が変化するが、冷却水ポンプの出力を調整すること
で、燃料電池及び構成部品の冷却に必要な冷却水を流す
ことができる。
【００２９】請求項９記載の本発明によれば、燃料電池
の出力が、燃料電池の性能及び燃料電池用第１冷却系の
ラジエータの放熱性能により決められる基準値以下であ
ることを、構成部品の冷却水流路の切り替えの条件とす
ることで、請求項４、５又は７記載の発明で必要な温度
センサ及びその制御を省略することができ、または、温
度センサの測定精度・温度保証精度を落とすことがで
き、簡潔なシステムとすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００３１】（第１の実施の形態）図１及び図２は、本
発明の第１の実施の形態に係る燃料電池自動車用ラジエ
ータシステムの構成を示す図であり、特に、図１は、通
常運転状態の場合のシステム構成図であり、図２は、低
出力運転状態の場合のシステム構成図である。
【００３２】この燃料電池自動車用ラジエータシステム
１は、２つのラジエータ４、５を備え、燃料電池６を冷
却する第１冷却系２と、燃料電池６以外の冷却を要する
構成部品（以下「要冷却他部品」ともいう）、例えば、
制御装置７、駆動モータ８、コンプレッサ用インターク
ーラ９等を冷却する別の第２冷却系３とを有する。
【００３３】第１冷却系２は、燃料電池６とラジエータ
４とを結ぶ冷却水流路１０内を循環する冷却水によって
燃料電池６を冷却するものである。燃料電池６からの放
熱は、当該冷却系２内を循環する冷却水を介して、ラジ
エータ４により大気中に放出される。このとき、当該冷
却系２内を循環する冷却水は、流路１０内にある冷却水
ポンプ１２によって、燃料電池６の放熱に必要な水量で
流される。
【００３４】また、第２冷却系３は、燃料電池６以外の
要冷却部品（図示例では、制御装置７、駆動モータ８、
コンプレッサ用インタークーラ９）とラジエータ５とを
結ぶ冷却水流路１１内を循環する冷却水によって要冷却
他部品を冷却するものである。すなわち、制御装置７、
駆動モータ８、コンプレッサ用インタークーラ９等の要
冷却他部品は、燃料電池６とは別の冷却系３を持ち、ラ
ジエータ５によって大気中に放熱している。このとき、
当該冷却系３内を循環する冷却水は、流路１１内にある
冷却水ポンプ１３によって、要冷却他部品の放熱に必要
な水量で流される。
【００３５】第１冷却系２のラジエータ４は、冷却風の
流れに対して、第２冷却系３のラジエータ５よりも下流
に配置されている。冷却ファン１４は、下流側のラジエ
ータ４の直後に設けられている。
【００３６】ラジエータ４の冷却水出口と制御装置７の
冷却水入口との間にはバイパス通路１５が設けられ、そ
の上流側合流部には、外部コントロール可能な三方弁１
７が設けられている。また、コンプレッサ用インターク
ーラ９の冷却水出口と燃料電池６の冷却水入口との間に
は別のバイパス通路１６が設けられ、その上流側合流部
には、同じく外部コントロール可能な三方弁１８が設け
られている。これら２つの三方弁１７、１８をコントロ
ールすることで、要冷却他部品の冷却水流路を切り替え
て、第１冷却系２、つまり、燃料電池６の冷却水流路１
０に合流させることができる。
【００３７】具体的には、通常の運転状態（下記に定め
る条件により決まる）では、図１に示すように、各三方
弁１７、１８はそれぞれバイパス通路１５、１６を閉じ
る位置に設定され、燃料電池６の冷却水は、第１冷却系
２のラジエータ４を流れ、要冷却他部品の冷却水は、第
２冷却系３のラジエータ５を流れる。
【００３８】これに対して、低出力運転状態（通常運転
の条件以外での運転状態）では、図２に示すように、各
三方弁１７、１８はそれぞれバイパス通路１５、１６を
開く位置に設定され、ラジエータ４から流れ出た冷却水
は、バイパス通路１５を通り、要冷却他部品として制御
装置７、駆動モータ８、コンプレッサ用インタークーラ
９等を順次に冷却した後、バイパス通路１６を通って燃
料電池６へと導かれ、該燃料電池６を出て、再びラジエ
ータ４に流れ込む。すなわち、この低出力運転状態で
は、第２冷却系３を閉じて、第１冷却系２によって燃料
電池６と要冷却他部品の両方を冷却する。
【００３９】ここで、通常運転状態から低出力運転状態
への切り替え条件は、図１での通常運転状態において、
燃料電池６の入口冷却水温度Ｔsin が、要冷却他部品の
中で最も耐熱温度が低い制御装置７の耐熱温度により決
まる所定の冷却水上限温度Ｔc0よりも低く、 Ｔsin＜Ｔc0 かつ、要冷却他部品の中で最下流に位置するコンプレッ
サ用インタークーラ９の出口冷却水温度Ｔhoutが、燃料
電池６の耐熱温度により決まる所定の燃料電池出口冷却
水上限温度（燃料電池の運転管理基準冷却水出口温度）
Ｔs0から、冷却水が燃料電池６を通過する際に上昇が期
待される所定の燃料電池出入口温度差ΔＴsLを引き算し
て得られる温度よりも低いこと、 Ｔhout＜Ｔs0 − ΔＴsL とされている。なお、上記の温度差ΔＴsLは、燃料電池
６の出力に応じた放熱量と流路切り替え後の冷却水流量
とに基づいて算出することができる。
【００４０】なお、上記した燃料電池入口冷却水温度Ｔ
sin及びコンプレッサ用インタークーラ出口冷却水温度
Ｔhout、ならびに燃料電池出口冷却水温度Ｔsoutは、そ
れぞれ、図示しない温度センサによって計測され、それ
ぞれの測定信号は、当該システム１を制御するための図
示しないコントロールユニットに出力される。上記した
三方弁１７、１８と冷却水ポンプ１２、１３も、このコ
ントロールユニットに接続されている。
【００４１】コントロールユニットは、制御プログラム
や冷却水ポンプの出力（回転数）を制御するための制御
マップ等を記憶したＲＯＭ、制御時のワークエリアとな
るＲＡＭ等を内部に有しており、前記各温度センサから
の測定信号に基づいて、三方弁１７、１８及び冷却水ポ
ンプ１２、１３を制御する。
【００４２】次に、図３に示す制御フローチャートに従
って当該燃料電池自動車用ラジエータシステム１の制御
動作を説明する。なお、同図に示す制御フローチャート
及び前記制御マップは、前記コントロールユニットのＲ
ＯＭに制御プログラム及びデータテーブルとして記憶さ
れている。
【００４３】起動中又は低出力運転指令が出されると、
まず、ステップＳ１０では、流路切り替え前に初期状態
として設定されている図１に示す通常運転状態におい
て、測定された燃料電池入口冷却水温度Ｔsin が、制御
装置７の耐熱温度により決まる所定の冷却水上限温度Ｔ
c0よりも低い、 Ｔsin ＜Ｔc0 か否かを判断し、燃料電池入口冷却水温度Ｔsin の方が
高い場合はステップＳ１０に戻り、処理を繰り返す。一
方、燃料電池入口冷却水温度Ｔsin の方が低い場合はス
テップＳ２０に進む。
【００４４】ステップＳ２０では、測定されたコンプレ
ッサ用インタークーラ出口冷却水温度Ｔhoutが、燃料電
池６の耐熱温度により決まる所定の燃料電池出口冷却水
上限温度Ｔs0から、冷却水が燃料電池６を通過する際に
上昇が期待される所定の燃料電池出入口温度差ΔＴsLを
引き算して得られる温度よりも低い、 Ｔhout＜Ｔs0 − ΔＴsL か否かを判断し、測定されたコンプレッサ用インターク
ーラ出口冷却水温度Ｔhoutの方が高い場合はステップＳ
１０に戻り処理を繰り返す。
【００４５】一方、測定されたコンプレッサ用インター
クーラ出口冷却水温度Ｔhoutの方が低い場合はステップ
Ｓ３０に進む。
【００４６】ステップＳ３０では、各三方弁１７、１８
をそれぞれ図１に示す開閉状態から図２に示す開閉状態
に切り替えて、当該システム１を通常運転状態から低出
力運転状態に切り替える。
【００４７】そして、通常運転状態から低出力運転状態
への切り替え後に、ステップＳ４０で、低出力時の消費
電力を低減するため、第２冷却系３の冷却水ポンプ１３
を停止させるとともに、第１冷却系２の冷却水ポンプ１
２の回転数を制御する出力調整マップを変更する。
【００４８】さらに、ステップＳ５０では、測定された
燃料電池出口冷却水温度Ｔsoutが、燃料電池６の耐熱温
度により決まる所定の燃料電池出口冷却水上限温度Ｔs0
よりも低く、かつ、その燃料電池出口冷却水上限温度Ｔ
s0から所定のコントロール許容温度差ΔＴscを引き算し
て得られる温度よりも高い、 Ｔs0 − ΔＴsc＜Ｔsout＜Ｔs0 か否かを判断し、この範囲外の場合は直ちにステップＳ
７０に進み、この範囲内の場合はステップＳ６０に進
む。
【００４９】ステップＳ６０では、ステップＳ２０と同
一の判断を行い、燃料電池出口冷却水温度Ｔsoutの方が
低い場合はステップＳ５０に戻って待機し、燃料電池出
口冷却水温度Ｔsoutの方が高い場合はステップＳ７０に
進む。
【００５０】ステップＳ７０では、各三方弁１７、１８
をそれぞれ図２に示す開閉状態から図１に示す開閉状態
に切り替えて、当該システム１を低出力運転状態から通
常運転状態に切り替える。
【００５１】この結果、第１の実施の形態によれば、第
１冷却系２のラジエータ４を第２冷却系３のラジエータ
５よりも冷却風の下流に配置することで、燃料電池６の
放熱量が小さくなっても、その他の制御装置７、駆動モ
ータ８、コンプレッサ用インタークーラ９等の放熱量が
大きければ、ラジエータ５の下流の空気温度は上昇し、
ラジエータ４の冷却能力が低下するため、ラジエータ４
の冷却水の温度低下を抑えることができ、燃料電池６の
内部温度の低下（過冷）を抑えることができる。
【００５２】また、低出力状態（図２参照）では、燃料
電池６と他の要冷却部品（制御装置７、駆動モータ８、
コンプレッサ用インタークーラ９等）とを同一の冷却系
２を用いて１つのラジエータ４によって冷却すること
で、冷却能力が低下し、冷却水の温度の低下を抑えるこ
とができる。
【００５３】このため、燃料電池６の内部温度の低下
（過冷）を抑えることができ、燃料電池６の出力の低下
を防ぐとともに、低出力から短時間で高出力を発生させ
ることができる。
【００５４】さらに、低出力運転状態で用いるラジエー
タを下流側のラジエータ４とすることで、上流側のラジ
エータ５を用いる場合と比較して、ラジエータ４の冷却
水温度を高く維持することができ、通常運転状態に切り
替わった際にも、燃料電池６に供給される冷却水の温度
低下が生じない。すなわち、燃料電池6の入口冷却水温
度を高く保つことができる。
【００５５】また、通常運転状態から低出力運転状態へ
の切り替え条件（冷却水流路切り替え条件）を、燃料電
池入口冷却水温度Ｔsin が制御装置７の耐熱温度により
決まる所定の冷却水上限温度Ｔc0よりも低いこと、 Ｔsin ＜Ｔc0 とすることで、要冷却他部品の冷却水流路を切り替えた
際に耐熱温度の低い制御装置７の冷却水上限温度を超え
ないため、制御装置７の故障を防止することができる。
【００５６】また、加えて、通常運転状態から低出力運
転状態への切り替え条件（冷却水流路切り替え条件）
を、コンプレッサ用インタークーラ出口冷却水温度Ｔho
utが、燃料電池６の耐熱温度により決まる所定の燃料電
池出口冷却水上限温度Ｔs0から、冷却水が燃料電池６を
通過する際に上昇が期待される所定の燃料電池出入口温
度差ΔＴsLを引き算して得られる温度よりも低いこと、 Ｔhout＜Ｔs0 − ΔＴsL とすることで、要冷却他部品の冷却水流路の切り替え時
に、燃料電池6に流入する冷却水によって燃料電池６の
出口冷却水温度が一時的に上昇するのを防ぐことができ
る。
【００５７】さらに、通常運転状態から低出力運転状態
へ切り替えた後に、第２冷却系３の冷却水ポンプ１３を
停止させることで、低出力時の消費電力を減らすことが
できる。
【００５８】また、同じく通常運転状態から低出力運転
状態へ切り替えた後に、第１冷却系２の冷却水ポンプ１
２の回転数を制御するマップを変更することで、冷却水
流路の切り替えにより冷却水流路内の圧力損失が増加し
たことによる冷却水の流量の低下を防ぎ、各部品（燃料
電池６、制御装置７等）に必要な冷却水の流量を確保す
ることができる。
【００５９】（第２の実施の形態）図４は、本発明の第
２の実施の形態に係る燃料電池自動車用ラジエータシス
テムの制御動作を示すフローチャートである。なお、第
２の実施の形態は、図１及び図２に示す第１の実施の形
態に対応する燃料電池自動車用ラジエータシステムと全
く同一の構成を有しており、かつ、図３に示す第１の実
施の形態に対応する制御フローチャートと同様の基本的
制御動作を行うため、ここでは、第１の実施の形態と異
なる部分のみ説明し、同様の部分については説明を省略
する。
【００６０】第２の実施の形態の特徴は、図４に示すよ
うに、通常運転状態から低出力運転状態への切り替え条
件（冷却水流路切り替え条件）を、測定された燃料電池
入口冷却水温度Ｔsinが、制御装置７の耐熱温度により
決まる所定の冷却水上限温度Ｔc0よりも低く、ステップ
Ｓ１０において、 Ｔsin ＜Ｔc0 、かつ、測定された燃料電池出口冷却水温度Ｔsoutの単
位時間当たりの低下量がＴsout／ΔＴが、ステップＳ２
２において、 Ｔsout／ΔＴ＞ΔＴs となり、予め設定された値ΔＴs よりも大きいこととし
たことにある。
【００６１】この結果、第２の実施の形態によれば、上
述した第１の実施の形態に関するものに加えて、通常運
転状態から低出力運転状態への切り替えを、燃料電池６
の冷却系２の冷却水温度が低下傾向である場合としたの
で、燃料電池６の冷却水温度の低下を早期に判断でき、
燃料電池６用冷却水の温度低下を抑えることができる。
すなわち、燃料電池６の冷却系２の冷却水温度をより安
定に保つことができる。
【００６２】（第３の実施の形態）図５及び図６は、本
発明の第３の実施の形態に係る燃料電池自動車用ラジエ
ータシステムの構成を示す図であり、特に、図５は、通
常運転状態の場合を、図６は、低出力運転状態の場合を
それぞれ示している。なお、この第３の実施の形態は、
図１及び図２に示す第１の実施の形態に対応する燃料電
池自動車用ラジエータシステムと同様の基本的構成を有
しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その
説明を省略することとする。
【００６３】第３の実施の形態の特徴は、図５及び図６
に示すように、通常運転状態では、２つのラジエータ
４、５によって燃料電池６と他の要冷却部品（制御装置
７、駆動モータ８、コンプレッサ用インタークーラ９
等）とをそれぞれ別々の冷却系２、３で冷却するが（図
５参照）、低出力運転状態では、ラジエータ４を共用
し、かつ、燃料電池６と他の要冷却部品とが並列の冷却
水流路を持つように（図６参照）、当該システム１ａを
構成したことにある。
【００６４】つまり、低出力運転状態では、要冷却他部
品（制御装置７、駆動モータ８、コンプレッサ用インタ
ークーラ９等）がラジエータ４に対して燃料電池６と並
列に接続される。このため、２つのバイパス通路１９、
２０を設け、それぞれの合流部に外部コントロール可能
な三方弁２１、２２を設けている。
【００６５】なお、当該システム１ａの制御動作は、図
３又は図４に示す制御フローチャートに従って説明する
ことができるが、第１の実施の形態又は第２の実施の形
態において説明した内容と同様であるので、その説明は
省略することとする。
【００６６】また、第３の実施の形態によれば、上述し
た実施の形態に関するものに加えて、低出力運転状態の
ときに要冷却他部品（制御装置７、駆動モータ８、コン
プレッサ用インタークーラ９等）をラジエータ４に対し
て燃料電池６と並列に接続することで、第１の実施の形
態における直列接続の場合と比べて、冷却水流路を単純
に構成することができる。このため、車両への搭載を容
易にすることができる。
【００６７】（第４の実施の形態）図７は、本発明の第
４の実施の形態に係る燃料電池自動車用ラジエータシス
テムの制御動作を示すフローチャートである。なお、第
２の実施の形態は、図１及び図２に示す第１の実施の形
態又は図５及び図６に示す第３の実施の形態に対応する
燃料電池自動車用ラジエータシステムと全く同一の構成
を有しており、かつ、図３に示す第１の実施の形態又は
図４に示す第２の実施の形態に対応する制御フローチャ
ートと同様の基本的制御動作を行うため、ここでは、上
述した実施の形態と異なる部分のみ説明し、同様の部分
については説明を省略する。
【００６８】第４の実施の形態の特徴は、図７に示すよ
うに、通常運転状態から低出力運転状態への切り替え条
件（冷却水流路切り替え条件）を、測定された燃料電池
入口冷却水温度Ｔsinが、制御装置７の耐熱温度により
決まる所定の冷却水上限温度Ｔc0よりも低く、ステップ
Ｓ１０において、 Ｔsin ＜Ｔc0 、かつ、測定された燃料電池６の出力Ｌs が、ステップ
Ｓ２４において、燃料電池６の性能とラジエータ４の放
熱性能とにより予め決められた設定値Ｌs0よりも低いこ
と、 Ｌs ＜Ｌs0 としたことにある。
【００６９】なお、この場合、ラジエータ４の放熱性能
を確認するため、必要により冷却風の温度を参照して、
比較のための基準値であるＬs0を冷却風温度の関数とす
ることもできる。
【００７０】また、第４の実施の形態によれば、上述し
た実施の形態に関するものに加えて、通常運転状態から
低出力運転状態への切り替えを、燃料電池６の出力が基
準値未満となった場合としたので、燃料電池システムの
放熱環境の変化が変わり易い場合に、確実に切り替え制
御を行うことができる。同時に、上述した実施の形態で
必要な冷却水温度の検出センサ及びその制御を省略する
ことができ、又は、温度センサの測定精度・温度保証精
度を下げることができ、簡素なシステムを構成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池自動
車用ラジエータシステムの構成（通常運転状態）を示す
図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池自動
車用ラジエータシステムの構成（低出力運転状態）を示
す図である。
【図３】第１の実施の形態の燃料電池自動車用ラジエー
タシステムの制御動作を説明するための制御フローチャ
ートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池自動
車用ラジエータシステムの制御動作を説明するための制
御フローチャートである。
【図５】本発明の第３実施の形態に係る燃料電池自動車
用ラジエータシステムの構成（通常運転状態）を示す図
である
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池自動
車用ラジエータシステムの構成（低出力運転状態）を示
す図である
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池自動
車用ラジエータシステムの制御動作を説明するための制
御フローチャートである
【図８】従来の燃料電池自動車用ラジエータシステムを
示す図面である。
【符号の説明】 ２ 第１冷却系 ３ 第２冷却系 ４ 第１ラジエータ ５ 第２ラジエータ ６ 燃料電池 ７ 制御装置 ８ 駆動モータ ９ コンプレッサ用インタークーラ １０，１１ 冷却水流路 １２，１３ 冷却水ポンプ １４ 冷却ファン １５，１６，１９，２０ バイパス通路 １７，１８，２１，２２ 三方弁

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池と第１のラジエータとを結ぶ冷
    却水流路内を循環する冷却水により前記燃料電池を冷却
    する第１冷却系と、 前記燃料電池以外の冷却を要する構成部品と第２のラジ
    エータとを結ぶ冷却水流路内を循環する冷却水により前
    記構成部品を冷却する第２冷却系と、 前記燃料電池が過冷状態にあるとき、前記第２冷却系を
    閉じて前記第１冷却系によって前記燃料電池と前記構成
    部品とを冷却するように前記構成部品の冷却水流路を切
    り替える流路切替手段とを有することを特徴とする燃料
    電池自動車用ラジエータシステム。
  2. 【請求項２】 前記第１冷却系の前記第１ラジエータ
    は、 前記第２冷却系の前記第２ラジエータよりも冷却風の下
    流に配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃
    料電池自動車用ラジエータシステム。
  3. 【請求項３】 前記構成部品は、 冷却水流路の切り替えにより、前記第１ラジエータの冷
    却水出口と前記燃料電池の冷却水入口との間に直列に接
    続されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池自動
    車用ラジエータシステム。
  4. 【請求項４】 前記流路切替手段は、 前記燃料電池の入口冷却水温度が、前記構成部品の耐熱
    温度により決まる所定の冷却水上限温度以下であると
    き、前記構成部品の冷却水流路の切り替えを行うことを
    特徴とする請求項３記載の燃料電池自動車用ラジエータ
    システム。
  5. 【請求項５】 前記流路切替手段は、 前記構成部品の冷却水流路の切り替えにより前記第１冷
    却系に合流する冷却水流路内にあって前記構成部品のう
    ちの最下流に位置する構成部品の出口冷却水温度が、前
    記燃料電池の耐熱温度により決まる所定の燃料電池出口
    冷却水上限温度から、冷却水が前記燃料電池を通過する
    際に上昇が期待される所定の燃料電池出入口温度差を引
    き算して得られる温度以下であるとき、前記構成部品の
    冷却水流路の切り替えを行うことを特徴とする請求項３
    記載の燃料電池自動車用ラジエータシステム。
  6. 【請求項６】 前記構成部品は、 冷却水流路の切り替えにより、前記第１冷却系に対して
    前記燃料電池と並列に接続されることを特徴とする請求
    項１記載の燃料電池自動車用ラジエータシステム。
  7. 【請求項７】 前記流路切替手段は、 前記燃料電池の入口冷却水温度と出口冷却水温度の少な
    くともいずれか一方またはその平均値の単位時間当たり
    の低下量が、予め決められた設定値以上であるとき、前
    記構成部品の冷却水流路の切り替えを行うことを特徴と
    する請求項１記載の燃料電池自動車用ラジエータシステ
    ム。
  8. 【請求項８】 前記構成部品の冷却水流路が切り替えら
    れたとき、前記第１冷却系のポンプの出力を制御するマ
    ップを変更する制御マップ変更手段を有することを特徴
    とする請求項１記載の燃料電池自動車用ラジエータシス
    テム。
  9. 【請求項９】 前記流路切替手段は、 前記燃料電池の出力が、前記燃料電池の性能及び前記第
    １ラジエータの放熱性能により決められる基準値以下で
    あるとき、前記構成部品の冷却水流路の切り替えを行う
    ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池自動車用ラジ
    エータシステム。
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