特開 2023-9649 燃料電池冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023009649

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】燃料電池冷却システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04029 20160101AFI20230113BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20230113BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20230113BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20230113BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20230113BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20230113BHJP

   B60L 58/33 20190101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04029

H01M8/00 Z

H01M8/04 J

H01M8/04746

B60L1/00 L

B60L3/00 H

B60L58/33

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021113102

(22)【出願日】2021-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅沼 大作

【テーマコード（参考）】

5H125

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AC07

5H125BA09

5H125CD06

5H125EE70

5H125FF26

5H127AB04

5H127AC03

5H127CC06

5H127DB91

5H127DC75

5H127DC76

5H127DC77

5H127DC80

(57)【要約】

【課題】 燃料電池の冷却効率を低下させることなく、燃料電池流路内での冷媒の逆流を抑制する。
【解決手段】 車両に搭載された燃料電池冷却システムであって、冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有している。前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、制御回路をさらに有する。前記車両の走行中に前記発熱体が作動すると、前記制御回路が、前記第２ポンプを作動させるとともに前記第１ポンプの回転数を上昇させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された燃料電池冷却システムであって、
内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えており、
前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有しており、
前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されており、
前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されており、
前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、
前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、
作動時に発熱し、前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、
前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、
前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、
前記発熱体流路に介装された逆止弁と、
前記第１ポンプと前記第２ポンプを制御する制御回路と、
をさらに有し、
前記車両の走行中に、前記制御回路が、前記第１ポンプを作動した状態に維持し、
前記車両の走行中に前記発熱体が作動すると、前記制御回路が、前記第２ポンプを作動させるとともに前記第１ポンプの回転数を上昇させる、
燃料電池冷却システム。

【請求項2】

前記制御回路が、前記車両の走行中に前記第２ポンプを動作させるときに、前記燃料電池流路の下流端における前記冷媒の圧力が前記発熱体流路の下流端における前記冷媒の圧力よりも高くなるように前記第１ポンプの回転数と前記第２ポンプの回転数を制御する、請求項１に記載の燃料電池冷却システム。

【請求項3】

上流端が前記冷却器よりも上流側の前記冷却器流路に接続されており、下流端が前記冷却器よりも下流側の前記冷却器流路に接続されているバイパス流路と、
前記バイパス流路に流れる前記冷媒の流量を調整するバルブと、
をさらに有し、
前記車両の走行中に前記第２ポンプを作動させるときに、前記制御回路が、前記バルブの開度に応じて前記第１ポンプの回転数を調整する、請求項１または２に記載の燃料電池冷却システム。

【請求項4】

前記車両の走行中に前記第２ポンプを作動させるときに、前記制御回路が、前記冷媒の温度に応じて前記第１ポンプの回転数を調整する、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示の技術は、燃料電池冷却システムに関する。

【0002】

特許文献１に開示の燃料電池冷却システムは、車両に搭載された燃料電池を冷却する。この燃料電池冷却システムは、内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えている。冷媒流路には、冷媒流路内の冷媒を冷却する冷却器と、冷媒流路内の冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池が設けられている。冷却器で冷却された冷媒が燃料電池に供給されることで、燃料電池が冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１２６９１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料電池が設けられた流路と並列に、他の発熱体を冷却する流路が設けられる場合がある。以下では、燃料電池が設けられた流路を燃料電池流路といい、発熱体が設けられた流路を発熱体流路という。また、冷却器が設けられた流路を冷却器流路という。冷却器流路を通過した冷媒は、燃料電池流路と発熱体流路に分岐して流れる。燃料電池流路と発熱体流路を通過した冷媒は、合流して冷却器流路に流入する。この種の燃料電池冷却システムにおいて、発熱体流路を通過した冷媒が、燃料電池流路内に逆流する場合がある。このような逆流が生じると、燃料電池の冷却効率が低下する。また、逆流を抑制するために燃料電池流路に逆止弁を設けると、燃料電池流路の圧損が大きくなり、燃料電池の冷却効率が低下する。本明細書では、燃料電池の冷却効率を低下させることなく、燃料電池流路内での冷媒の逆流を抑制する技術を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

車両に搭載された燃料電池冷却システムであって、内部に冷媒が流れる冷媒流路を備えている。前記冷媒流路が、冷却器流路と、燃料電池流路と、発熱体流路を有している。前記燃料電池流路の上流端と前記発熱体流路の上流端が、前記冷却器流路の下流端に設けられた分岐部に接続されている。前記燃料電池流路の下流端と前記発熱体流路の下流端が、前記冷却器流路の上流端に設けられた合流部に接続されている。前記燃料電池冷却システムが、前記冷却器流路内の前記冷媒を冷却する冷却器と、前記燃料電池流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される燃料電池と、作動時に発熱するとともに前記発熱体流路内の前記冷媒との熱交換によって冷却される発熱体と、前記燃料電池流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第１ポンプと、前記発熱体流路内の前記冷媒を下流側へ送り出す第２ポンプと、前記発熱体流路に介装された逆止弁と、前記第１ポンプと前記第２ポンプを制御する制御回路と、をさらに有する。前記車両の走行中に、前記制御回路が、前記第１ポンプを作動した状態に維持する。前記車両の走行中に前記発熱体が作動すると、前記制御回路が、前記第２ポンプを作動させるとともに前記第１ポンプの回転数を上昇させる。

【0006】

この燃料電池冷却システムでは、車両の走行中に、制御回路が第１ポンプを作動した状態に維持する。したがって、車両の走行中に燃料電池が燃料電池流路内の冷媒によって冷却される。また、車両の走行中に発熱体が作動すると、制御回路が第２ポンプを作動させる。このため、発熱体流路内に冷媒が流れ、発熱体が冷却される。また、制御回路は、第２ポンプを作動させるのとともに第１ポンプの回転数を上昇させる。したがって、第２ポンプの作動によって発熱体流路内の冷媒の圧力が高くなっても、発熱体流路から燃料電池流路へ冷媒が逆流することを抑制できる。このように、この燃料電池冷却システムでは、燃料電池流路に逆止弁を設けることなく、発熱体流路から燃料電池流路への冷媒の逆流を抑制できる。したがって、この燃料電池冷却システムでは、燃料電池の冷却効率を低下させることなく、発熱体流路から燃料電池流路への冷媒の逆流を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】燃料電池冷却システムの構成を示す冷媒回路図。

【図2】ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎを例示する表。

【図3】図２とは別のシステムにおけるポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎを例示する表。

【図4】温度による制御を無くした場合のポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎを例示する表。

【図5】システムＡ、Ｂの間で制御規則を共通化した場合のポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎを例示する表。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本明細書が開示する一例の燃料電池冷却システムでは、前記制御回路が、前記車両の走行中に前記第２ポンプを動作させるときに、前記燃料電池流路の下流端における前記冷媒の圧力が前記発熱体流路の下流端における前記冷媒の圧力よりも高くなるように前記第１ポンプの回転数と前記第２ポンプの回転数を制御してもよい。

【0009】

この構成によれば、燃料電池流路への冷媒の逆流をより効果的に抑制できる。

【0010】

本明細書が開示する一例の燃料電池冷却システムは、上流端が前記冷却器よりも上流側の前記冷却器流路に接続されているとともに下流端が前記冷却器よりも下流側の前記冷却器流路に接続されているバイパス流路と、前記バイパス流路に流れる前記冷媒の流量を調整するバルブと、をさらに有していてもよい。前記車両の走行中に前記第２ポンプを作動させるときに、前記制御回路が、前記バルブの開度に応じて前記第１ポンプの回転数を調整してもよい。

【0011】

バイパス流路が存在する場合、バイパス流路に流れる冷媒の流量（すなわち、バルブの開度）によって冷媒流路の圧損が変化し、逆流を抑制するために適切な第１ポンプの回転数が変化する。上記のようにバルブの開度に応じて第１ポンプの回転数を調整することで、燃料電池流路への冷媒の逆流をより効果的に抑制できる。

【0012】

本明細書が開示する一例の燃料電池冷却システムは、前記車両の走行中に前記第２ポンプを作動させるときに、前記制御回路が、前記冷媒の温度に応じて前記第１ポンプの回転数を調整してもよい。

【0013】

冷媒の温度によって冷媒の粘度が変化し、燃料電池流路への冷媒の逆流の発生し易さが変化する。上記のように冷媒の温度に応じて第１ポンプの回転数を調整することで、燃料電池流路への冷媒の逆流をより効果的に抑制できる。

【実施例0014】

図１に示す実施例の燃料電池冷却システム１０は、車両に搭載されている。燃料電池冷却システム１０は、燃料電池１２（ＦＣ：Fuel Cell）を有している。燃料電池１２は、車両の走行用モータに電力を供給する。燃料電池冷却システム１０は、燃料電池１２を冷却する。

【0015】

燃料電池冷却システム１０は、内部に冷媒が循環する冷媒流路５０を有している。冷媒流路５０は、冷却器流路５２、燃料電池流路５４、発熱体流路５６、バイパス流路５８を有している。

【0016】

冷却器流路５２は、合流部６０から分岐部６２まで伸びている。冷却器流路５２は、上流側流路５２ａ、分岐流路５２ｂ、分岐流路５２ｃ、及び、下流側流路５２ｄを有している。上流側流路５２ａの上流端は、冷却器流路５２の上流端である合流部６０に接続されている。分岐流路５２ｂ、５２ｃは、上流側流路５２ａの下流側で２つに分岐した流路である。分岐流路５２ｂ、５２ｃの下流端は、下流側流路５２ｄの上流端に接続されている。下流側流路５２ｄの下流端は、冷却器流路５２の下流端である分岐部６２に接続されている。冷却器流路５２内の冷媒は、上流端である合流部６０から、上流側流路５２ａ、分岐流路５２ｂ、５２ｃ、下流側流路５２ｄを経て下流端である分岐部６２まで流れる。分岐流路５２ｂ、５２ｃにおいては、冷媒が分岐流路５２ｂ、５２ｃに分かれて流れる。分岐流路５２ｂにはラジエータ１４が設けられている。ラジエータ１４は、外気との熱交換によって分岐流路５２ｂ内を流れる冷媒を冷却する。分岐流路５２ｃには、ラジエータ１６が設けられている。ラジエータ１６は、外気との熱交換によって分岐流路５２ｃ内を流れる冷媒を冷却する。

【0017】

バイパス流路５８の上流端は、冷却器流路５２の上流側流路５２ａの途中に接続されている。バイパス流路５８の下流端は、冷却器流路５２の下流側流路５２ｄの途中に接続されている。バイパス流路５８と上流側流路５２ａとの接続部には、ロータリーバルブ２０が設けられている。以下では、上流側流路５２ａのうち、ロータリーバルブ２０よりも上流側の部分を第１部分５２ａ－１といい、ロータリーバルブ２０よりも下流側の部分を第２部分５２ａ－２という。ロータリーバルブ２０は、第１部分５２ａ－１からバイパス流路５８に流れる冷媒の流量と、第１部分５２ａ－１から第２部分５２ａ－２に流れる冷媒の流量を変更する。ロータリーバルブ２０の開度Ｓが１００％の場合には、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の全てが第２部分５２ａ－２へ流れる。ロータリーバルブ２０の開度Ｓが５０％の場合には、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の半分が第２部分５２ａ－２へ流れ、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の残りの半分がバイパス流路５８へ流れる。ロータリーバルブ２０の開度Ｓが０％の場合には、第１部分５２ａ－１内を流れる冷媒の全てがバイパス流路５８へ流れる。バイパス流路５８には、イオン交換器１８が設置されている。イオン交換器１８は、バイパス流路５８内を流れる冷媒中からイオンを除去する。冷媒には冷媒流路５０を構成する配管等からイオンが溶出する。バイパス流路５８（すなわち、イオン交換器１８）に冷媒を流すことで、溶媒中のイオン濃度を低下させることができる。

【0018】

燃料電池流路５４と発熱体流路５６の上流端は、分岐部６２において冷却器流路５２の下流端に接続されている。燃料電池流路５４と発熱体流路５６の下流端は、合流部６０において冷却器流路５２の上流端に接続されている。

【0019】

燃料電池流路５４には、ポンプ２１が介装されている。ポンプ２１は、燃料電池流路５４内の冷媒を下流側へ送り出す。ポンプ２１の下流側において、燃料電池流路５４が分岐流路５４ａと分岐流路５４ｂに分岐している。分岐流路５４ａに、燃料電池１２が設置されている。燃料電池１２は、分岐流路５４ａ内を流れる冷媒との熱交換によって冷却される。分岐流路５４ｂに、インタークーラー２４が設置されている。インタークーラー２４は、分岐流路５４ｂ内を流れる冷媒との熱交換によって冷却される。

【0020】

発熱体流路５６には、ポンプ２２とブレーキレジスタ２８（ＢＲ：Brake Resistor）と逆止弁３０が設置されている。ポンプ２２は、発熱体流路５６内の冷媒を下流側へ送り出す。ブレーキレジスタ２８は、ポンプ２２の下流側に設置されている。ブレーキレジスタ２８は、余剰電力ヒータまたは電気ヒータと呼ばれる場合がある。ブレーキレジスタ２８は、バッテリの満充電状態において車両のモータが回生動作をしたときに、回生動作によって発生した余剰電力を熱エネルギーに変換して消費する。ブレーキレジスタ２８は、発熱体流路５６内の冷媒との熱交換によって冷却される。逆止弁３０は、ブレーキレジスタ２８の下流側に配置されている。逆止弁３０は、発熱体流路５６内で冷媒が逆流することを防止する。

【0021】

燃料電池冷却システム１０は、制御回路として、統合ＥＣＵ７０（統合Electronic Control Unit）とＥＶ－ＥＣＵ７２（Electric Vehicle-Electronic Control Unit）を有している。ＥＶ－ＥＣＵ７２は、ブレーキレジスタ２８等を制御する。統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２１、２２、燃料電池１２等を制御する。

【0022】

また、図示していないが、燃料電池冷却システム１０は、冷媒の温度を検出する温度センサを有している。温度センサは、冷媒流路５０の任意の位置に設置されている。

【0023】

次に、燃料電池冷却システム１０の動作について説明する。車両が起動すると、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２を作動させることによって発電を行う。車両は、燃料電池１２で生成された電力によって走行する。車両の走行中に、統合ＥＣＵ７０は燃料電池１２を継続して動作させる。また、統合ＥＣＵ７０は、車両が起動すると、ポンプ２１を作動させる。車両の走行中に、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２１を作動した状態に維持する。ポンプ２１が作動すると、燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路に冷媒が流れる。この循環流路内を流れる冷媒は、ラジエータ１４、１６によって冷却される。したがって、ラジエータ１４、１６によって冷却された冷媒が燃料電池流路５４（特に、分岐流路５４ａ）に流入し、燃料電池１２が冷却される。したがって、燃料電池１２が過度に高温になることが防止される。なお、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２の温度等に応じて、ポンプ２１の回転数Ｒ１を制御する。例えば、統合ＥＣＵ７０は、燃料電池１２の温度が高いほど、ポンプ２１の回転数Ｒ１を高くする。これによって、燃料電池１２の温度が適切に制御される。なお、ポンプ２２が停止している状態でポンプ２１が作動している場合には、逆止弁３０が閉じることによって、燃料電池流路５４の下流端５４ｅから発熱体流路５６へ冷媒が流入することが防止される。すなわち、逆止弁３０が閉じることによって、発熱体流路５６における冷媒の逆流が防止される。

【0024】

燃料電池流路５４と冷却器流路５２によって構成される循環流路に冷媒が循環しているときに、統合ＥＣＵ７０は、ロータリーバルブ２０の開度Ｓを制御することによって、冷却器流路５２の第１部分５２ａ－１を通過した冷媒の一部または全部をバイパス流路５８へ流す。これによって、統合ＥＣＵ７０は、イオン交換器１８によって冷媒中のイオンを除去するイオン除去処理を実行する。統合ＥＣＵ７０は、冷媒中のイオン濃度が上昇したときに、イオン除去処理を実施する。

【0025】

バッテリの満充電状態において車両のモータが回生動作を実行すると、ＥＶ－ＥＣＵ７２はブレーキレジスタ２８を作動させる。これによって、モータで生成される余剰電力がブレーキレジスタ２８で消費される。ブレーキレジスタ２８が作動すると、ブレーキレジスタ２８が発熱する。ＥＶ－ＥＣＵ７２は、ブレーキレジスタ２８を作動させると、その情報を統合ＥＣＵ７０へ送る。統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８が作動すると、ポンプ２２を作動させる。ポンプ２２が作動すると、逆止弁３０が開き、発熱体流路５６内の冷媒が下流側へ流れる。したがって、冷却器流路５２を分岐部６２まで流れた冷媒が、燃料電池流路５４と発熱体流路５６に分岐して流れるようになる。燃料電池流路５４を通過した冷媒と発熱体流路５６を通過した冷媒は、合流部６０で合流して冷却器流路５２へ流れる。発熱体流路５６内に冷媒が流れると、発熱体流路５６内の冷媒によってブレーキレジスタ２８が冷却される。これによって、ブレーキレジスタ２８が過度に高温になることが防止される。また、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８の温度等に応じて、ポンプ２２の回転数Ｒ２を制御する。例えば、統合ＥＣＵ７０は、ブレーキレジスタ２８の温度が高いほど、ポンプ２２の回転数Ｒ２を高くする。これによって、ブレーキレジスタ２８の温度が適切に制御される。

【0026】

また、ポンプ２２が作動すると、発熱体流路５６の下流端５６ｅにおける冷媒の圧力が高くなる。発熱体流路５６の下流端５６ｅにおける冷媒の圧力が燃料電池流路５４の下流端５４ｅにおける冷媒の圧力よりも高くなると、発熱体流路５６の下流端５６ｅから燃料電池流路５４内に冷媒が流入する。すなわち、燃料電池流路５４内で冷媒の逆流が生じる。発熱体流路５６の下流端５６ｅにはブレーキレジスタ２８を通過した高温の冷媒が流れる。したがって、発熱体流路５６の下流端５６ｅから燃料電池流路５４内に冷媒が流入すると、燃料電池１２に高温の冷媒が供給される。これによって、燃料電池１２の冷却が阻害される。このような冷媒の逆流を防止するために、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２２の回転数Ｒ２に応じてポンプ２１の回転数Ｒ１を調整する。

【0027】

図２は、統合ＥＣＵ７０が記憶しているポンプ２１の回転数Ｒ１の制御規則を示している。図２の各表は、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎを示している。統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２１を図２に示す下限回転数Ｒ１ｍｉｎよりも高い回転数Ｒ１で作動させる。図２（ａ）は冷媒の温度Ｔ（上述した図示しない温度センサにより検出される冷媒の温度）が６０℃のときの制御規則を示しており、図２（ｂ）は冷媒の温度Ｔが２５℃のときの制御規則を示しており、図２（ｃ）は冷媒の温度Ｔが－１０℃のときの制御規則を示している。図２の各表に示すように、冷媒の温度Ｔ、ロータリーバルブ２０の開度Ｓ、ポンプ２２の回転数Ｒ２のそれぞれに応じてポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが定められている。図２の各条件における下限回転数Ｒ１ｍｉｎは、燃料電池流路５４の下流端５４ｅにおける冷媒の圧力が発熱体流路５６の下流端５６ｅにおける冷媒の圧力よりも高くなるように設定されている。

【0028】

例えば、図２（ｂ）に示すように、ポンプ２２の回転数Ｒ２が８００ｒｐｍの場合には、ロータリーバルブ２０の開度Ｓにかかわらず、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎは０ｒｐｍである。したがって、ポンプ２２が停止している状態（すなわち、ブレーキレジスタ２８が停止している状態）では、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎは０ｒｐｍである。また、図２（ｂ）に示すように、ポンプ２２の回転数Ｒ２が１５００ｒｐｍであって、ロータリーバルブ２０の開度Ｓが０％の場合には、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎは５９４ｒｐｍである。なお、回転数Ｒ２が図２の表に示された各数値の間の値である場合には、図２の表に基づく補完によって下限回転数Ｒ１ｍｉｎが算出される。図２（ｂ）の開度Ｓが０％の条件では、ブレーキレジスタ２８の作動によってポンプ２２が１５００ｒｐｍの回転数Ｒ２で作動を開始すると、統合ＥＣＵ７０はポンプ２１の下限回転数を０ｒｐｍから５９４ｒｐｍへ上昇させる。したがって、ブレーキレジスタ２８の作動前にポンプ２１の回転数Ｒ１が５９４ｒｐｍ未満（例えば、４００ｒｐｍ）である場合には、統合ＥＣＵ７０は、ポンプ２１の回転数Ｒ１を５９４ｒｐｍ以上の値まで上昇させる。このように、ポンプ２２の作動開始時にポンプ２１の回転数Ｒ１を上昇させることで、燃料電池流路５４の下流端５４ｅにおける冷媒の圧力を上昇させることができる。このため、発熱体流路５６の下流端５６ｅにおける冷媒の圧力が燃料電池流路５４の下流端５４ｅにおける冷媒の圧力よりも高くなることを防止することができる。したがって、燃料電池流路５４における冷媒の逆流を防止できる。このため、ポンプ２２の作動時にも、燃料電池１２を適切に冷却することができる。

【0029】

このように、車両の走行中にポンプ２２が所定の回転数Ｒ２で作動を開始すると、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎがポンプ２２の回転数Ｒ２に応じた値まで上昇する。このため、統合ＥＣＵ７０は、上昇した下限回転数Ｒ１ｍｉｎよりもポンプ２１の回転数Ｒ１が低い場合に、回転数Ｒ１を下限回転数Ｒ１ｍｉｎよりも高い値まで上昇させる。これによって、燃料電池流路５４における冷媒の逆流が防止される。このように、燃料電池冷却システム１０によれば、燃料電池流路５４に逆止弁を設けることなく、燃料電池流路５４における冷媒の逆流が防止される。したがって、燃料電池流路５４における圧損を増加させることなく、燃料電池流路５４における冷媒の逆流が防止される。したがって、燃料電池１２の冷却効率を低下させることなく、燃料電池流路５４における冷媒の逆流が防止される。なお、発熱体流路５６には逆止弁３０が設けられているが、ブレーキレジスタ２８に対する冷却性能の要求値は燃料電池１２に対する冷却性能の要求値ほど高くはないので、発熱体流路５６には逆止弁３０が設けられていても問題はない。また、発熱体流路５６に逆止弁３０を設けることで、ブレーキレジスタ２８の停止中にポンプ２２を作動させなくても、発熱体流路５６における冷媒の逆流を防止できる。これによって、ポンプ２２における電力消費を抑制できる。

【0030】

また、図２の各表に示すように、ポンプ２２の回転数Ｒ２が高くなるほど、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが高くなる。このように、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが設定されていることで、冷媒の逆流が生じない範囲で適切にポンプ２１の回転数Ｒ１を制御することができる。これにより、ポンプ２１の回転数Ｒ１が必要以上に上昇することが防止される。

【0031】

また、図２の各表に示すように、ロータリーバルブ２０の開度Ｓによって、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが異なる。ロータリーバルブ２０の開度Ｓが変化すると、冷媒の流路の圧損が変化し、ポンプ２１の適切な下限回転数Ｒ１ｍｉｎが変化する。したがって、ロータリーバルブ２０の開度Ｓによってポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが異なっていることで、冷媒の逆流が生じない範囲でより適切にポンプ２１の回転数Ｒ１を制御することができる。

【0032】

また、図２の各表に示すように、温度Ｔによって、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが異なる。例えば、開度Ｓが０％、回転数Ｒ２が２５００ｒｐｍの条件における下限回転数Ｒ１ｍｉｎは、温度Ｔが６０℃のときに１４００ｒｐｍであり、温度Ｔが２５℃のときに１４３３ｒｐｍであり、温度Ｔが－１０℃のときに１３９３ｒｐｍである。温度Ｔが変化すると、冷媒の粘度が変化し、冷媒の流路の圧損が変化する。したがって、温度Ｔによってポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが異なっていることで、冷媒の逆流が生じない範囲でより適切にポンプ２１の回転数Ｒ１を制御することができる。

【0033】

また、図３は、図２とは別のシステムにおけるポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎを示している。すなわち、図２は燃料電池冷却システム１０の一例であるシステムＡについての制御規則を示しており、図３は燃料電池冷却システム１０の別の一例であるシステムＢについての制御規則を示している。図３の各表でも、図２の各表と同様に、温度Ｔ、開度Ｓ、回転数Ｒ２ごとにポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎが設定されている。システムＡとシステムＢとの間では、一部の配管の配置等が異なっており、冷媒の流路の圧損が異なる。したがって、図３の各表における下限回転数Ｒ１ｍｉｎは、図２の各表における下限回転数Ｒ１ｍｉｎとは異なっている。図３の制御規則によれば、システムＢの燃料電池流路５４における冷媒の逆流を防止できる。

【0034】

以上に説明したように、ポンプ２１の下限回転数Ｒ１ｍｉｎを、ロータリーバルブ２０の開度Ｓ、ポンプ２２の回転数Ｒ２，冷媒の温度Ｔ、及び、システムに応じて設定することで、より適切にポンプ２１を制御することができる。

【0035】

なお、制御規則を簡略化するために、温度Ｔによる下限回転数Ｒ１ｍｉｎの制御をしなくてもよい。この場合、図２（ａ）～（ｃ）において条件毎に下限回転数Ｒ１ｍｉｎの最大値を抽出することで、図４に示すように下限回転数Ｒ１ｍｉｎを設定してもよい。図４の制御規則によれば、温度Ｔが－１０～６０℃の範囲内にあれば、温度Ｔによる下限回転数Ｒ１ｍｉｎの変更を行わなくても、燃料電池流路５４内における冷媒の逆流を防止できる。また、温度Ｔによる制御規則の簡略化に加えて、システムＡ、Ｂにおける制御方法を共通化してもよい。この場合、図２、３の各表において条件毎に下限回転数Ｒ１ｍｉｎの最大値を抽出することで、図５に示すように下限回転数Ｒ１ｍｉｎを設定してもよい。図５の制御規則は、システムＡ、Ｂのいずれでも冷媒の逆流を防止できる。

【0036】

なお、燃料電池流路５４の下流端５４ｅにおける冷媒の圧力が発熱体流路５６の下流端５６ｅにおける冷媒の圧力よりも高くなるように、システムの状態推定によって流量を指定して、冷媒が逆流しないように流量下限を設けてポンプの回転数を制御してもよい。

【0037】

なお、上述した実施例では、発熱体流路５６に設置されている発熱体がブレーキレジスタ２８であったが、他の発熱体が発熱体流路５６に設置されていてもよい。

【0038】

また、上述した実施例では、バイパス流路５８の上流端と冷却器流路５２との接続部に設けられたロータリーバルブ２０によってバイパス流路５８に流れる冷媒の流量を制御した。しかしながら、バイパス流路５８の途中、または、バイパス流路５８の下流端と冷却器流路５２との接続部に設けられた他のバルブによってバイパス流路５８に流れる冷媒の流量を制御してもよい。この場合、そのバルブの開度に応じて、下限回転数Ｒ１ｍｉｎを設定することができる。

【0039】

また、上述した実施例では、バイパス流路５８にイオン交換器１８が設置されていた。しかしながら、バイパス流路５８に、イオン交換器１８の代わりに他の装置が設置されていてもよい。

【0040】

また、上述した実施例では、燃料電池流路５４において、ポンプ２１が燃料電池１２の上流側に配置されていたが、ポンプ２１が燃料電池１２の下流側に配置されていてもよい。また、上述した実施例では、発熱体流路５６において、上流側からポンプ２２、ブレーキレジスタ２８、逆止弁３０の順にこれらの装置が配置されていたが、これらの装置の順序が異なっていてもよい。

【0041】

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0042】

１０：燃料電池冷却システム
１２：燃料電池
１４：ラジエータ
１６：ラジエータ
１８：イオン交換器
２０：ロータリーバルブ
２１：ポンプ
２２：ポンプ
２４：インタークーラー
２８：ブレーキレジスタ
３０：逆止弁
５０：冷媒流路
５２：冷却器流路
５４：燃料電池流路
５６：発熱体流路
５８：イオン交換器流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】