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CN114976105A - 燃料电池系统 - Google Patents

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CN114976105A CN202210142261.1A CN202210142261A CN114976105A CN 114976105 A CN114976105 A CN 114976105A CN 202210142261 A CN202210142261 A CN 202210142261A CN 114976105 A CN114976105 A CN 114976105A
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Abstract

本发明提供能够兼顾高温时的燃料电池的迅速的冷却和系统启动时的燃料电池的迅速的加热的燃料电池系统。该燃料电池系统的特征在于，控制部通过控制三通阀来切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一方的循环系统，该散热器循环供制冷剂通过第1流路流动至散热器，该第3流路循环供上述制冷剂绕过上述散热器而通过第3流路流动至第2流路，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环，且关闭第1阀，在上述制冷剂的温度为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀，使上述制冷剂以在储存罐流动的方式循环。

Description

燃料电池系统
技术领域
本公开涉及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池(FC)是在层叠1个单电池或者多个单电池(以下，存在简称为单元的情况)而成的燃料电池组(以下，存在简称为电池组的情况)通过氢等燃料气体与氧等氧化剂气体的电化学反应而取出电能的发电装置。其中，实际向燃料电池供给的燃料气体以及氧化剂气体是与无助于氧化/还原的气体的混合物的情况较多。特别是，氧化剂气体是包括氧的空气的情况较多。
其中，以下也存在将燃料气体、氧化剂气体简称为“反应气体”或“气体”而不特别区别的情况。另外，存在将单电池以及层叠单电池而成的燃料电池组均称为燃料电池的情况。
该燃料电池的单电池通常具备膜电极接合体(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。
膜电极接合体具有在固体高分子型电解质膜(以下，亦简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层以及气体扩散层(GDL，以下存在简称为扩散层的情况)的构造。因此，存在膜电极接合体被称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。
单电池根据需要而具有夹持该膜电极气体扩散层接合体的两面的2张隔板。隔板通常具有在与气体扩散层相接的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。其中，该隔板具有电子传导性，还作为发出的电力的集电体发挥功能。
在燃料电池的燃料极(阳极)中，从气体流路以及气体扩散层供给的作为燃料气体的氢(H2)因催化剂层的催化剂作用而质子化，并通过电解质膜向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路进行做功，向阴极移动。供给至阴极的作为氧化剂气体的氧(O2)在阴极的催化剂层与质子以及电子反应，生成水。所生成的水对电解质膜赋予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层被向系统外排出。
对车载于燃料电池车辆(以下存在称为车辆的情况)而使用的燃料电池系统进行了各种研究。由于固体高分子电解质膜通常在80℃左右的动作温度下工作，所以希望在通常运转时，将在燃料电池主体产生的反应热经由冷却液向外部散热来维持运转温度，并且在低温启动时迅速地将冷却液加热至运转温度。
例如在专利文献1中公开了如下的技术：在散热器与储存罐之间设置有开闭阀，当电池组温度不高时，通过将阀关闭来将温度低的冷却水困在储存罐内，当电池组温度上升时，敞开阀来将储存罐内的低温的冷却水利用到电池组的冷却中。
在专利文献2中，公开了一种减轻对燃料电池主体进行冷却的防冻液的劣化且减轻散热器的散热负载的燃料电池系统。
在专利文献3中公开了一种如下的冷却系统：在搭载有燃料电池以及车辆控制系统的车辆中，当因上述车辆的车辆控制系统所发出的截断信号指令而截断了上述燃料电池与上述车辆的负载电路之间的连接时，将该燃料电池的温度冷却至气氛温度的水平。
专利文献1：日本特开2017－054648号公报
专利文献2：日本特开2004－039560号公报
专利文献3：日本特开2014－197543号公报
在上述专利文献1的冷却回路的构造以及控制中，虽然可应对迅速的冷却，但存在无法实现低温时的迅速加热的担忧。低温时的迅速加热需要减小冷却系统的热容量、即减小冷却系统的体积。在上述专利文献1中，存在绕过散热器的旁通路径，通过仅在低温时使用旁通路径而存在能够减小冷却系统的体积的可能性。然而，旁通路径与从旁通路径与储存罐相连的路径成为并联回路，冷却水还返回至储存罐的可能性高。因此，存在冷却系统的体积变大、阻碍迅速加热的担忧。
发明内容
本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的在于，提供能够兼顾高温时的燃料电池的迅速冷却和系统启动时的燃料电池的迅速加热的燃料电池系统。
本公开的燃料电池系统是燃料电池系统，上述燃料电池系统具备燃料电池、散热器、温度计、储存罐、第1流路(上游配管)、第2流路(下游配管)、三通阀、第3流路(旁通配管)、制冷剂循环泵、第4流路(配管a)、第5流路(配管c)以及控制部，上述散热器使对上述燃料电池进行冷却的制冷剂的温度降低，上述温度计测量上述制冷剂的温度，上述储存罐蓄存上述制冷剂，上述第1流路(上游配管)能够供上述制冷剂从上述燃料电池向上述散热器流动，上述第2流路(下游配管)能够供上述制冷剂从上述散热器向上述燃料电池流动，上述三通阀被装备于上述第1流路，且将该第1流路分支，上述第3流路(旁通配管)能够供上述制冷剂绕过上述散热器而从上述三通阀向上述第2流路流动，上述制冷剂循环泵被装备于上述第2流路的比与上述第3流路的合流部靠下游的位置，上述第4流路(配管a)能够供上述制冷剂从上述第1流路或者上述第3流路向上述储存罐流动，上述第5流路(配管c)能够供上述制冷剂从上述储存罐向上述第2流路流动，或者能够供上述制冷剂从上述储存罐向上述第3流路的比与上述第4流路的分支点靠下游的位置流动，从由上述第4流路以及上述第5流路构成的组中选择的至少1种流路具备第1阀，上述控制部通过控制上述三通阀来切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一个循环系统，上述散热器循环供上述制冷剂通过上述第1流路向上述散热器流动，上述第3流路循环供上述制冷剂绕过上述散热器而通过上述第3流路流动至上述第2流路，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环，且关闭上述第1阀，在上述制冷剂的温度变为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀，使上述制冷剂以在上述储存罐流动的方式循环。
在本公开的燃料电池系统中，上述第4流路可以具备上述第1阀。
在本公开的燃料电池系统中，上述燃料电池系统可以具备供上述制冷剂从上述散热器的入口或者出口向上述储存罐流动的第6流路(配管b)。
在本公开的燃料电池系统中，上述第6流路(配管b)可以具备第2阀，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环，且关闭上述第1阀以及上述第2阀，在上述制冷剂的温度变为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀以及上述第2阀，使上述制冷剂以在上述储存罐流动的方式循环。
根据本公开的燃料电池系统，能够兼顾高温时的燃料电池的迅速冷却和系统启动时的燃料电池的迅速加热。
附图说明
图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
图2是表示本公开的燃料电池系统的另一个例子的简要结构图。
图3是表示本公开的燃料电池系统的另一个例子的简要结构图。
图4是表示本公开的燃料电池系统的控制的一个例子的流程图。
图5是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。
附图标记说明：
10…燃料电池；21…第1流路(上游配管)；22…第2流路(下游配管)；23…第3流路(旁通配管)；24…第4流路(配管a)；25…第5流路(配管c)；26…第6流路(配管b)；30…散热器；40…储存罐；50…制冷剂循环泵；60…温度计；70…三通阀；71…第1阀；72…第2阀；80…控制部。
具体实施方式
本公开的燃料电池系统是燃料电池系统，上述燃料电池系统具备燃料电池、散热器、温度计、储存罐、第1流路(上游配管)、第2流路(下游配管)、三通阀、第3流路(旁通配管)、制冷剂循环泵、第4流路(配管a)、第5流路(配管c)以及控制部，上述散热器使冷却上述燃料电池的制冷剂的温度降低，上述温度计测量上述制冷剂的温度，上述储存罐蓄存上述制冷剂，上述第1流路(上游配管)能够供上述制冷剂从上述燃料电池向上述散热器流动，上述第2流路(下游配管)能够供上述制冷剂从上述散热器向上述燃料电池流动，上述三通阀装备于上述第1流路，且将该第1流路分支，上述第3流路(旁通配管)能够供上述制冷剂绕过上述散热器而从上述三通阀向上述第2流路流动，上述制冷剂循环泵装备于上述第2流路的比与上述第3流路的合流部靠下游，上述第4流路(配管a)能够供上述制冷剂从上述第1流路或者上述第3流路向上述储存罐流动，上述第5流路(配管c)能够供上述制冷剂从上述储存罐向上述第2流路流动，或者能够供上述制冷剂从上述储存罐向上述第3流路的比与上述第4流路的分支点靠下游流动，从由上述第4流路以及上述第5流路构成的组中选择的至少1种流路具备第1阀，上述控制部通过控制上述三通阀来切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一个循环系统，上述散热器循环供上述制冷剂通过上述第1流路流动至上述散热器，上述第3流路循环供上述制冷剂绕过上述散热器而通过上述第3流路流动至上述第2流路，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环且关闭上述第1阀，在上述制冷剂的温度变为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀，使上述制冷剂以在上述储存罐流动的方式循环。
在专利文献1中，由于“从旁通回路与储存罐连接的配管的连接点”和“从储存罐与泵入口连接的配管的连接点”的区间的压损极其小，所以能够实现排气的流量不流动至储存罐。若无法排气，则会引起泵中的因空气掺入导致的送水量降低和伴随于此的冷却性能的降低。若为了避免该情况而在上述区间设置压损体，则由于整体压损升高，所以需要提高泵能力。
另外，由于将散热器与储存罐连接的配管在高温运转时以外通过阀被关闭，所以在高温运转时以外无法实现散热器回路的排气。
并且，在进行冰点下启动的情况下，由于在旁通回路流动的冷却水将储存罐内的凉的冷却水挤出至回路内，所以暖机时间变长。
根据本公开的燃料电池系统，能够兼顾高温时的燃料电池的迅速冷却和系统启动时的燃料电池的迅速加热。
在本公开中，将燃料气体以及氧化剂气体统称为反应气体。向阳极供给的反应气体是燃料气体，向阴极供给的反应气体是氧化剂气体。燃料气体是主要含有氢的气体，也可以是氢。氧化剂气体可以是氧、空气、干燥空气等。
本公开的燃料电池系统通常被搭载于具有电动机作为驱动源的车辆来使用。
另外，本公开的燃料电池系统可以被搭载于利用二次电池的电力也能够行驶的车辆来使用。
电动机不特别限定，可以是以往公知的驱动马达。
车辆可以是燃料电池车辆。
车辆可以具备本公开的燃料电池系统。
本公开的燃料电池系统具备燃料电池。
燃料电池可以是仅具有1个单电池的结构，也可以是层叠多个单电池而成的层叠体亦即燃料电池组。
单电池的层叠数不特别限定，例如可以是2～几百个，也可以是2～200个。
燃料电池组可以在单电池的层叠方向的两端具备端板。
燃料电池的单电池至少具备膜电极气体扩散层接合体。
膜电极气体扩散层接合体依次具有阳极侧气体扩散层、阳极催化剂层、电解质膜、阴极催化剂层以及阴极侧气体扩散层。
阴极(氧化剂极)包括阴极催化剂层以及阴极侧气体扩散层。
阳极(燃料极)包括阳极催化剂层以及阳极侧气体扩散层。
将阴极催化剂层以及阳极催化剂层统称为催化剂层。另外，作为阳极催化剂以及阴极催化剂，例如可举出Pt(铂)、Ru(钌)等，作为担载催化剂的基材以及导电材料，例如可举出碳等碳材料等。
将阴极侧气体扩散层以及阳极侧气体扩散层统称为气体扩散层。
气体扩散层可以是具有透气性的导电性部件等。
作为导电性部件，例如可举出碳布以及碳纸等碳多孔体、金属网以及发泡金属等金属多孔体等。
电解质膜可以是固体高分子电解质膜。作为固体高分子电解质膜，例如可举出含有水分的全氟磺酸的薄膜等氟类电解质膜、以及烃类电解质膜等。作为电解质膜，例如可以是Nafion膜(杜邦公司制)等。
单电池可以具备根据需要而夹持膜电极气体扩散层接合体的两面的2张隔板。2张隔板的一方是阳极侧隔板，另一方是阴极侧隔板。在本公开中，将阳极侧隔板和阴极侧隔板统称为隔板。
隔板可以具有用于使反应气体以及制冷剂沿单电池的层叠方向流通的供给孔以及排出孔。作为制冷剂，为了防止低温时的结冰，例如能够使用乙二醇与水的混合溶液。
供给孔可举出燃料气体供给孔、氧化剂气体供给孔以及制冷剂供给孔等。
排出孔可举出燃料气体排出孔、氧化剂气体排出孔以及制冷剂排出孔等。
隔板可以具有1个以上的燃料气体供给孔，可以具有1个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有1个以上的制冷剂供给孔，可以具有1个以上的燃料气体排出孔，可以具有1个以上的氧化剂气体排出孔，可以具有1个以上的制冷剂排出孔。
隔板可以在与气体扩散层相接的面具有反应气体流路。另外，隔板可以在和与气体扩散层相接的面相反侧的面具有用于将燃料电池的温度保证为恒定的制冷剂流路。
在隔板为阳极侧隔板的情况下，可以具有1个以上的燃料气体供给孔，可以具有1个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有1个以上的制冷剂供给孔，可以具有1个以上的燃料气体排出孔，可以具有1个以上的氧化剂气体排出孔，可以具有1个以上的制冷剂排出孔，阳极侧隔板可以在与阳极侧气体扩散层相接的面具有供燃料气体从燃料气体供给孔向燃料气体排出孔流动的燃料气体流路，可以在和与阳极侧气体扩散层相接的面相反侧的面具有供制冷剂从制冷剂供给孔向制冷剂排出孔流动的制冷剂流路。
在隔板为阴极侧隔板的情况下，可以具有1个以上的燃料气体供给孔，可以具有1个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有1个以上的制冷剂供给孔，可以具有1个以上的燃料气体排出孔，可以具有1个以上的氧化剂气体排出孔，可以具有1个以上的制冷剂排出孔，阴极侧隔板可以在与阴极侧气体扩散层相接的面具有供氧化剂气体从氧化剂气体供给孔向氧化剂气体排出孔流动的氧化剂气体流路，可以在和与阴极侧气体扩散层相接的面相反侧的面具有供制冷剂从制冷剂供给孔向制冷剂排出孔流动的制冷剂流路。
隔板也可以是不透气的导电性部件等。作为导电性部件，例如可以是对碳进行压缩而形成为不透气的致密质碳、以及冲压成形出的金属(例如铁、铝以及不锈钢等)板等。另外，隔板可以是具备集电功能的结构。
燃料电池组可以具有各供给孔连通了的入口歧管以及各排出孔连通了的出口歧管等歧管。
入口歧管可举出阳极入口歧管、阴极入口歧管以及制冷剂入口歧管等。
出口歧管可举出阳极出口歧管、阴极出口歧管以及制冷剂出口歧管等。
燃料电池系统具备散热器、温度计、储存罐、第1流路、第2流路、三通阀、第3流路、制冷剂循环泵、第4流路、第5流路以及控制部作为燃料电池的冷却系统。
散热器使对燃料电池进行冷却的制冷剂的温度降低。
温度计测量制冷剂的温度。
温度计与控制部电连接。温度计将测量结果赋予至控制部，控制部可以检测温度计测量出的制冷剂的温度。温度计的配置位置不特别限制，只要能够测量制冷剂的温度即可。从提高制冷剂的温度的测定精度的观点考虑，温度计可以配置于第1流路。
储存罐蓄存制冷剂。储存罐也可以蓄存空气。储存罐可以将制冷剂的温度维持为低温。
第1流路(上游配管)将燃料电池的制冷剂出口与散热器连接，能够供制冷剂从燃料电池向散热器流动。
第2流路(下游配管)将散热器与燃料电池的制冷剂入口连接，能够供制冷剂从散热器向燃料电池流动。
三通阀被装备于第1流路，将该第1流路分支。
三通阀与控制部电连接。三通阀根据来自控制部的控制信号而被控制开闭。
控制部通过控制三通阀而能够切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一个循环系统，该散热器循环供制冷剂通过第1流路流动至散热器，该第3流路循环供制冷剂绕过散热器而通过第3流路流动至第2流路。
在制冷剂温度为高温阈值(例如50℃)以上的情况下，控制部可以将三通阀切换为散热器循环。
在制冷剂温度为低温阈值(例如40℃)以下的情况下，控制部可以将三通阀切换为第3流路循环。
第3流路(旁通配管)将第1流路与第2流路连接，能够供制冷剂绕过散热器而从三通阀向第2流路流动。
第2流路具有与第3流路的合流部。
制冷剂循环泵被装备于第2流路的比与第3流路的合流部靠下游的位置。
制冷剂循环泵与控制部电连接。制冷剂循环泵根据来自控制部的控制信号而被控制其驱动。
第4流路(配管a)将第1流路或者第3流路与储存罐连接，能够供制冷剂从第1流路或者第3流路向储存罐流动。
第1流路或者第3流路具有与第4流路的分支点。
从实现系统启动时的更迅速的加热的观点考虑，可以在比三通阀靠上游的位置具有第1流路的与第4流路的分支点。
第5流路(配管c)将储存罐与第2流路连接，或者将储存罐与第3流路的比与第4流路的分支点靠下游的区域连接。第5流路(配管c)能够供制冷剂从储存罐向第2流路流动，或者能够供制冷剂从储存罐向第3流路的比与第4流路的分支点靠下游流动。
从由第4流路以及第5流路构成的组中选择的至少1种流路具备第1阀。从能够实现高温时的更迅速的冷却和系统启动时的更迅速的加热的观点考虑，第4流路可以具备第1阀。
第1阀与控制部电连接。第1阀根据来自控制部的控制信号而被控制开闭。通过打开第1阀来促进第3流路以及散热器的排气，能够实现高温时的更迅速的冷却和系统启动时的更迅速的加热。
在制冷剂温度为低温阈值(例如40℃)以下的情况下，控制部可以打开第1阀。在将三通阀切换为第3流路循环时，控制部可以打开第1阀。在制冷剂温度为低温阈值(例如40℃)以下的情况下且将三通阀切换为第3流路循环时，控制部可以打开第1阀。
从能够实现高温时的更迅速的冷却的观点考虑，燃料电池系统可以具备第6流路(配管b)。第6流路将散热器的入口或者出口与储存罐连接，能够供制冷剂从散热器的入口或者出口向储存罐流动。高温时将三通阀切换为散热器循环，在制冷剂按照第1流路－散热器－第2流路的线路循环时，第6流路能够供制冷剂从散热器向储存罐流动。
从能够实现高温时的更迅速的冷却的观点考虑，第6流路可以具备第2阀。
第2阀与控制部电连接。第2阀根据来自控制部的控制信号而被控制开闭。通过打开第2阀来促进散热器的排气，能够实现高温时的更迅速的冷却。
在制冷剂温度为高温阈值(例如50℃)以上的情况下，控制部可以打开第2阀。在将三通阀切换为散热器循环时，控制部可以打开第2阀。在制冷剂温度为高温阈值以上的情况下且将三通阀切换为散热器循环时，控制部可以打开第2阀。
第1阀以及第2阀可举出电磁阀、热敏阀(thermo valve)等。
作为燃料电池的燃料气体系统，燃料电池系统可以具备燃料气体供给部，可以具备燃料气体供给流路，可以具备燃料废气排出流路。
作为燃料气体供给部，例如可举出燃料箱等，具体可举出液体氢罐、压缩氢罐等。
燃料气体供给部与控制部电连接。燃料气体供给部可以通过根据来自控制部的控制信号控制燃料气体供给部的主止阀的开闭来控制燃料气体的供给的通/断。
燃料气体供给流路将燃料电池的燃料气体入口与燃料气体供给部连接。燃料气体供给流路能够实现燃料气体向燃料电池的阳极的供给。燃料气体入口可以是燃料气体供给孔、阳极入口歧管等。
燃料废气排出流路可以与燃料电池的燃料气体出口连接。燃料废气排出流路将被从燃料电池的阳极排出的燃料气体亦即燃料废气向外部排出。燃料气体出口可以是燃料气体排出孔、阳极出口歧管等。
在燃料废气排出流路可以装备有燃料废气排出阀(排气排水阀)。
燃料废气排出阀能够将燃料废气以及水分等向外部(系统外)排出。其中，外部可以是燃料电池系统的外部，也可以是车辆的外部。
燃料废气排出阀与控制部电连接，可以通过被控制部控制燃料废气排出阀的开闭来调整燃料废气向外部的排出流量。另外，可以通过调整燃料废气排出阀的开度来调整供给至阳极的燃料气体压力(阳极压力)。
燃料废气可以包括在阳极未反应就通过的燃料气体以及在阴极生成的生成水达到了阳极的水分等，有时包括在催化剂层以及电解质膜等生成的腐蚀物质以及可以在扫气时供给至阳极的氧化剂气体等。
作为燃料电池的氧化剂气体系统，燃料电池系统可以具备氧化剂气体供给部，可以具备氧化剂气体供给流路，可以具备氧化剂废气排出流路。
氧化剂气体供给部向燃料电池供给氧化剂气体。具体而言，氧化剂气体供给部向燃料电池的阴极供给氧化剂气体。
作为氧化剂气体供给部，例如能够使用空气压缩机等。
氧化剂气体供给部与控制部电连接。氧化剂气体供给部根据来自控制部的控制信号而被驱动。对于氧化剂气体供给部而言，可以通过控制部来控制由从氧化剂气体供给部向阴极供给的氧化剂气体的流量以及压力构成的组中选择的至少1个。
氧化剂气体供给流路将氧化剂气体供给部与燃料电池的氧化剂气体入口连接。氧化剂气体供给流路能够实现从氧化剂气体供给部向燃料电池的阴极的氧化剂气体的供给。氧化剂气体入口可以是氧化剂气体供给孔、阴极入口歧管等。
氧化剂废气排出流路与燃料电池的氧化剂气体出口连接。氧化剂废气排出流路能够实现从燃料电池的阴极排出的氧化剂气体亦即氧化剂废气向外部的排出。氧化剂气体出口可以是氧化剂气体排出孔、阴极出口歧管等。
在氧化剂废气排出流路可以设置有氧化剂气体压力调整阀。
氧化剂气体压力调整阀与控制部电连接，通过利用控制部使氧化剂气体压力调整阀开阀来将反应完毕的氧化剂气体亦即氧化剂废气从氧化剂废气排出流路向外部排出。另外，可以通过调整氧化剂气体压力调整阀的开度来调整供给至阴极的氧化剂气体压力(阴极压力)。
燃料电池系统可以具备二次电池。
二次电池(蓄电池)只要能够实现充放电即可，例如可举出镍氢二次电池以及锂离子二次电池等以往公知的二次电池。另外，二次电池也可以包括双电层电容器等蓄电元件。二次电池可以是串联连接多个而成的结构。二次电池向电动机以及氧化剂气体供给部等供给电力。二次电池例如可以构成为能够从家庭用电源等车辆的外部的电源进行充电。二次电池可以被燃料电池的输出充电。二次电池的充放电可以由控制部控制。
控制部在物理上例如具有CPU(中央运算处理装置)等运算处理装置、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)等存储装置以及输入输出接口，该ROM(只读存储器)存储被CPU处理的控制程序以及控制数据等，该RAM(随机存取存储器)主要作为用于控制处理的各种工作区域而使用。另外，控制部例如可以是电子控制单元(ECU：Electronic ControlUnit)等控制装置。
控制部可以与可被搭载于车辆的点火开关电连接。控制部可以构成为即便点火开关被断开也能够借助外部电源来动作。
在制冷剂的温度为低温阈值以下时，控制部通过三通阀来停止制冷剂从第1流路向散热器的流动，且使第1流路与第3流路之间连通，且关闭第1阀，使制冷剂在燃料电池、第1流路、第3流路以及第2流路循环。
在制冷剂的温度便为高温阈值以上时，控制部打开第1阀，使制冷剂以在储存罐流动的方式循环。
低温阈值只要是比高温阈值低的温度即可。低温阈值例如可以是40℃以下，也可以是20℃以下，也可以是10℃以下，也可以是0℃以下。
高温阈值只要是比低温阈值高的温度即可。高温阈值例如可以是10℃以上，也可以是20℃以上，也可以是30℃以上，也可以是50℃以上，也可以是60℃以上，也可以是80℃以上。
在第6流路具备第2阀的情况下，当制冷剂的温度为低温阈值以下时，控制部可以通过三通阀停止制冷剂从第1流路向散热器的流动，且使第1流路与第3流路之间连通，且关闭第1阀以及第2阀，使制冷剂在燃料电池、第1流路、第3流路以及第2流路循环。
在制冷剂的温度变为高温阈值以上时，控制部可以打开第1阀以及第2阀，使制冷剂以在储存罐流动的方式循环。
图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
图1所示的燃料电池系统具备燃料电池10、第1流路21、第2流路22、第3流路23、第4流路24、第5流路25、散热器30、储存罐40、制冷剂循环泵50、温度计60、三通阀70、第1阀71以及控制部80。其中，在图1中仅图示了冷却系统，省略了其他的氧化剂气体系统、燃料气体系统等的图示。
控制部80与制冷剂循环泵50、温度计60、三通阀70以及第1阀71电连接，控制它们的驱动。
图2是表示本公开的燃料电池系统的另一个例子的简要结构图。
图2所示的燃料电池系统与图1所示的燃料电池系统相比，在第3流路23配置第1阀71来代替在第1流路21配置第1阀71。并且，具备将散热器30与储存罐40连接的第6流路26。
此外，若存在第4流路24，则能够实现高温时的散热器的排气，能够对散热进行辅助。因此，第6流路26可以存在，也可以不存在。另外，按照第1流路21、储存罐40、散热器30以及制冷剂循环泵50的顺序虽然少但流动有制冷剂。因此，从散热效率提高的观点考虑，可以在第1流路21配置第1阀71。
图3是表示本公开的燃料电池系统的另一个例子的简要结构图。
图3所示的燃料电池系统与图1所示的燃料电池系统相比，还具备将散热器30与储存罐40连接的第6流路26。在第6流路26配置有第2阀72。
控制部80与制冷剂循环泵50、温度计60、三通阀70、第1阀71以及第2阀72电连接，控制它们的驱动。
图4是表示本公开的燃料电池系统的控制的一个例子的流程图。
(1)低温阈值(T1)判定
控制部对制冷剂的温度是否为低温阈值(T1)以下进行判定。
在判定为制冷剂的温度为低温阈值以下时，控制部通过三通阀停止从第1流路向散热器的制冷剂的流动，使第1流路与第3流路之间连通。而且，关闭第1阀，使制冷剂在燃料电池、第1流路、第3流路以及第2流路循环。即，在判定为制冷剂的温度为低温阈值以下时，控制部将三通阀切换为第3流路循环，且关闭第1阀。通过关闭第1阀且进行第3流路循环，能够停止来自储存罐的制冷剂的供给，迅速地使制冷剂的温度上升，能够缩短燃料电池的启动时间。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，控制部可以关闭第2阀。
在判定为制冷剂的温度超过低温阈值时，控制部打开第1阀。此时，控制部可以将三通阀切换为散热器循环。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，从提高散热效果的观点考虑，控制部可以还打开第2阀。
(2)高温阈值(T2)判定
在判定为制冷剂的温度为低温阈值以下之后，控制部对在经过规定的时间后制冷剂的温度是否变为高温阈值(T2)以上进行判定。
控制部关闭第1阀，维持三通阀的第3流路循环，直至制冷剂的温度变为高温阈值以上为止。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，控制部可以还关闭第2阀。
在判定为制冷剂的温度变为高温阈值以上时，控制部打开第1阀，使制冷剂以在储存罐流动的方式循环。此时，控制部可以将三通阀切换为散热器循环。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，从提高散热效果的观点考虑，控制部可以还打开第2阀。通过打开第1阀，能够进行第3流路以及散热器的排气。由此，能够使散热能力提高。
通过上述的控制，在冰点下启动时(例如外部气温度为冰点下且冷却水温度为低温阈值以下)，能够通过关闭第1阀来缩短冰点下启动时间。
低温阈值(T1)只要设定为比高温阈值(T2)低的温度即可。
低温阈值(T1)例如可以为0℃以下，高温阈值(T2)可以为10℃以上。规定的时间可以根据制冷剂的目标温度等来适当地设定。
(0)外部气温(T0)判定
根据需要，在上述(1)低温阈值判定之前可以进行外部气温判定。在低温阈值判定之前，能够通过进行外部气温判定来高精度地进行低温阈值判定。
即，控制部可以对外部气温是否为规定的温度(T0)以下进行判定。
在判定为外部气温超过规定的温度T0时，控制部打开第1阀。此时，控制部可以将三通阀切换为散热器循环。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，从提高散热效果的观点考虑，控制部可以还打开第2阀。
在判定为外部气温为规定的温度T0以下时，控制部可以进行上述(1)低温阈值判定。
外部气温可以通过温度计来测定。
外部气温的规定的温度T0例如可以是10℃以下，也可以是0℃以下。
存在即便是外部气温正在上升的情况下制冷剂温度也低的情况。在想要缩短直至制冷剂的温度超过0℃为止的升温时间的情况下，例如可以将低温阈值T1设定为0℃，可以将外部气温的规定的温度T0设定为10℃，可以将高温阈值T2设定为10℃。
图5是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。
在图5中，(1)低温阈值(T1)判定以及(2)高温阈值(T2)判定与上述同样。
(3)第2高温阈值(T3)判定
根据需要，可以在上述(2)高温阈值(T2)判定之后进行第2高温阈值(T3)判定。
即，控制部对制冷剂的温度是否变为第2高温阈值(T3)以上进行判定。
在制冷剂的温度变为第2高温阈值(T3)以上之前，控制部可以打开第1阀，也可以维持三通阀的第3流路循环。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，从提高散热效果的观点考虑，控制部可以还打开第2阀。
在判定为制冷剂的温度变为第2高温阈值(T3)以上时，控制部关闭第1阀，维持储存罐内的制冷剂的温度。此时，控制部可以将三通阀切换为散热器循环。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，控制部可以还关闭第2阀。通过关闭第1阀来维持储存罐内的制冷剂的温度，能够准备为在制冷剂温度例如变为80℃以上时迅速地降低制冷剂的温度。
第2高温阈值(T3)只要设定为比高温阈值(T2)高的温度即可。
第2高温阈值(T3)例如可以是20℃～40℃。
(4)第3高温阈值(T4)判定
根据需要，可以在上述(3)第2高温阈值(T3)判定之后进行第3高温阈值(T4)判定。
即，控制部可以对制冷剂的温度是否变为第3高温阈值(T4)以上进行判定。
在制冷剂的温度变为第3高温阈值(T4)以上之前，控制部可以关闭第1阀。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，控制部可以还关闭第2阀。
在判定为制冷剂的温度变为第3高温阈值(T4)以上时，控制部打开第1阀，使制冷剂以在储存罐流动的方式循环规定的时间。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，从提高散热效果的观点考虑，控制部可以还打开第2阀。
第3高温阈值(T4)只要设定为比第2高温阈值(T3)高的温度即可。
第3高温阈值(T4)例如可以为70℃～90℃。
(5)第4高温阈值(T5)判定
根据需要，可以在上述(4)第3高温阈值(T4)判定之后，在经过规定的时间后进行第4高温阈值(T5)判定。
即，控制部可以对制冷剂的温度是否变为第4高温阈值(T5)以下进行判定。
在制冷剂的温度变为第4高温阈值(T5)以下之前，控制部可以打开第1阀。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，从提高散热效果的观点考虑，控制部可以还打开第2阀。
在判定为制冷剂的温度变为第4高温阈值(T5)以下时，控制部关闭第1阀。此时，在第6流路具备第2阀的情况下，控制部可以还关闭第2阀。通过关闭第1阀能够将储存罐的温度维持为低温，能够对下次成为第3高温阈值(T4)以上时的迅速散热做出准备。
第4高温阈值(T5)只要设定为比第3高温阈值(T4)低的温度即可。
第4高温阈值(T5)例如可以为70℃以下，也可以为60℃以下。规定的时间可以根据制冷剂的目标温度等来适当地设定。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统具备燃料电池、散热器、温度计、储存罐、第1流路(上游配管)、第2流路(下游配管)、三通阀、第3流路(旁通配管)、制冷剂循环泵、第4流路(配管a)、第5流路(配管c)以及控制部，
所述散热器使对所述燃料电池进行冷却的制冷剂的温度降低，
所述温度计测量所述制冷剂的温度，
所述储存罐蓄存所述制冷剂，
所述第1流路(上游配管)能够供所述制冷剂从所述燃料电池向所述散热器流动，
所述第2流路(下游配管)能够供所述制冷剂从所述散热器向所述燃料电池流动，
所述三通阀被装备于所述第1流路，且将该第1流路分支，
所述第3流路(旁通配管)能够供所述制冷剂绕过所述散热器而从所述三通阀向所述第2流路流动，
所述制冷剂循环泵被装备于所述第2流路的比与所述第3流路的合流部靠下游的位置，
所述第4流路(配管a)能够供所述制冷剂从所述第1流路或者所述第3流路向所述储存罐流动，
所述第5流路(配管c)能够供所述制冷剂从所述储存罐向所述第2流路流动，或者能够供所述制冷剂从所述储存罐向所述第3流路的比与所述第4流路的分支点靠下游的位置流动，
从由所述第4流路以及所述第5流路构成的组中选择的至少1种流路具备第1阀，
所述控制部通过控制所述三通阀来切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一个循环系统，所述散热器循环供所述制冷剂通过所述第1流路流动至所述散热器，所述第3流路循环供所述制冷剂绕过所述散热器而通过所述第3流路流动至所述第2流路，
在所述制冷剂的温度为低温阈值以下时，所述控制部从所述散热器循环切换为所述第3流路循环，且关闭所述第1阀，
在所述制冷剂的温度变为高温阈值以上时，所述控制部打开所述第1阀，使所述制冷剂以在所述储存罐流动的方式循环。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述第4流路具备所述第1阀。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统具备供所述制冷剂从所述散热器的入口或者出口向所述储存罐流动的第6流路(配管b)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
所述第6流路(配管b)具备第2阀，
在所述制冷剂的温度为低温阈值以下时，所述控制部从所述散热器循环切换为所述第3流路循环，且关闭所述第1阀以及所述第2阀，
在所述制冷剂的温度变为高温阈值以上时，所述控制部打开所述第1阀以及所述第2阀，使所述制冷剂以在所述储存罐流动的方式循环。
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