JP2002184435A - 燃料電池システムの保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池冷却系の異常を冷媒流量及び冷媒圧
力により検出し、寿命低下限界温度を超える前に異常制
御を行って寿命低下を回避する。 【解決手段】 燃料電池スタック１０３の内部冷媒通路
とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１により接
続され、冷媒ポンプ２０２が冷媒を循環させる。冷媒配
管２０１には、冷媒ポンプ２０２の流量を検出する流量
検出器３０２と、冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を検出す
る圧力検出器３０３と、冷媒温度を計測する温度センサ
３００と、３０１とが設けられている。制御装置４００
は、冷媒流量または冷媒圧力が正常範囲から外れたと
き、冷却系の異常を検出し、燃料電池システムの出力制
限等の異常制御を行うとともに、異常検出状況を記憶
し、後の故障修理のための情報を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムの
保護装置に係り、特に、温度異常が検出される以前に冷
却系の故障を検出することができる燃料電池システムの
保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の環境問題、特に自動車の排気ガス
による大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に
対して、クリーンな排気及び高いエネルギー効率を可能
とする電力源、あるいは動力源として、燃料電池技術が
注目されている。

【０００３】燃料電池は、その燃料となる水素あるいは
水素濃度の高いガス、および酸化剤となる酸素、あるい
は酸素を含んだ空気を電解質と電極触媒との複合体であ
るスタックに供給し、電気化学反応を起こして、化学エ
ネルギーを電気エネルギーに変えるエネルギー変換シス
テムである。燃料電池の中でも特に高い出力密度を有す
る固体高分子電解質型燃料電池が自動車等の移動体用動
力源として注目されている。

【０００４】燃料電池は、スタック内の燃料と酸素との
反応熱を外部へ強制的に放出しなければ、スタック温度
が上昇し、電解質等の燃料電池構成部材の耐熱温度を超
えるため、冷媒をスタック内に循環させることで、スタ
ック温度を制御している。固体高分子電解質型燃料電池
は、スタック温度が約８５℃以下になるよう制御される
のが一般的なため、冷媒には水を用いることが多い。

【０００５】図１６は、従来の燃料電池システムの冷却
系を説明するシステム構成図である。同図において、燃
料電池スタック１０３は、内部に冷却のための冷媒通路
を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との間は、冷
媒配管２０１により接続されている。また冷媒配管２０
１上には、冷媒ポンプ２０２と、燃料電池スタック１０
３の入口付近に温度センサ３００、同出口付近に温度セ
ンサ３０１とが設けられている。そして、燃料電池スタ
ック１０３の内部の冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエ
ータ２００との内部には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ
２０２により、これらの間を冷媒が循環して、燃料電池
スタック１０３を冷媒により冷却するとともに、冷媒の
熱をラジエータ２００から外部へ放熱するようになって
いる。

【０００６】制御装置４００へは、温度センサ３００、
３０１からの温度計測信号が入力される一方、制御装置
４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン２
０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流量、
ラジエータ２００の通風量を制御可能となっている。

【０００７】通常運転時には、制御装置４００は、温度
センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内と
なるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０
３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動
作温度を所定範囲に維持している。一方、冷却系や制御
系に異常が生じて、温度センサ３００または３０１の検
出する温度が所定値を超えた場合には、制御装置４００
により温度異常判定がなされ、燃料電池システムの停止
などによる処置を行い、燃料電池スタック１０３の内部
温度上昇による寿命低下を回避する。

【０００８】また、燃料電池システムには、空気を圧縮
して酸素分圧を高めた圧縮空気を用いるタイプがあり、
このタイプの従来例のシステム構成を図１７に示す。同
図において、空気圧縮装置１００は燃料電池で使用する
空気を圧縮し、断熱圧縮されて温度が上昇した空気を熱
交換装置１０１で冷却し、冷却した空気を加湿装置１０
２により加湿し、加湿された空気を燃料電池スタック１
０３に供給し、燃料電池スタック１０３から排出される
空気流量を空気流量制御弁１０４により制御している。

【０００９】熱交換装置１０１は、内部に冷却のための
冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との
間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒
配管２０１上には、冷媒ポンプ２０２と、熱交換装置１
０１の冷媒入口付近に冷媒温度センサ３０１が設けられ
ている。そして、熱交換装置１０１の内部の冷媒通路と
冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒
が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷
媒が循環して、熱交換装置１０１を冷媒により冷却する
とともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱
するようになっている。

【００１０】制御装置４００へは、空気温度センサ３０
０、冷媒温度センサ３０１からの温度計測信号が入力さ
れる一方、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、
ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、
それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可
能となっている。

【００１１】通常運転時には、制御装置４００は、空気
温度センサ３００、冷媒温度センサ３０１が検出する温
度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ２０２、ラ
ジエータファン２０３を制御することにより、加湿装置
１０２に供給される空気の温度を所定範囲に維持してい
る。一方、冷却系や制御系に異常が生じて、空気温度セ
ンサ３００または冷媒温度センサ３０１の検出する温度
が所定値を超えた場合には、制御装置４００により温度
異常判定がなされ、空気圧縮装置１００の停止や空気流
量制御弁１０４の開放などによる異常処置を行い、空気
温度の異常上昇による加湿装置１０２や燃料電池スタッ
ク１０３の寿命低下を回避する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の燃料電池シ
ステムにおいては、燃料電池を冷却する冷媒温度が徐々
に上昇するような故障モードに対しては、温度センサが
温度異常を検出したことにより、異常時の処置を行って
も燃料電池の寿命低下を回避することができた。しかし
ながら、冷媒回路の瞬時閉塞、冷媒漏れ、エアロック、
冷媒ポンプの瞬時停止等の突然故障が生じた場合には、
温度センサが温度異常を検出したときには、既に燃料電
池スタック内部の温度が寿命低下限界を超えていて、燃
料電池の寿命低下が避けられないという問題点があっ
た。

【００１３】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、温
度センサによる温度異常検出前に、燃料電池システムの
冷却系の異常を検出し、寿命低下限界温度を超える前に
異常制御を行って、突発的な異常発生に基づく寿命低下
を回避することができる燃料電池システムの保護装置を
提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、燃料電池の発熱部とラジエ
ータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料
電池システムの保護装置であって、冷媒の圧力値を検出
または推定する圧力検知手段と、冷媒の流量値を検出ま
たは推定する流量検知手段と、これら圧力検知手段及び
流量検知手段による圧力値及び流量値が正常か異常かを
判定する判定手段と、この判定手段が異常と判定したと
き燃料電池の出力を制限又は運転を停止させる異常制御
手段と、を備えたことを要旨とする。

【００１５】上記目的を達成するため、請求項２記載の
発明は、請求項１記載の燃料電池システムの保護装置に
おいて、前記流量検知手段は、前記冷媒ポンプ出口付近
に設けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検出手段
とは異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検出手段
と、を備え、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力
値の差分に基づいて冷媒の流量値を推定することを要旨
とする。

【００１６】上記目的を達成するため、請求項３記載の
発明は、請求項１記載の燃料電池システムの保護装置に
おいて、前記判定手段による判定に際し、前記圧力値及
び前記流量値の組合せが正常範囲より圧力値が高い方へ
偏移、または流量値が少ない方へ偏移している場合、前
記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプの故障がある
と判定し、前記圧力値及び前記流量値の組合せが正常範
囲より圧力値が低い方へ偏移、または流量値が多い方へ
偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロッ
ク故障があると判定することを要旨とする。

【００１７】上記目的を達成するため、請求項４記載の
発明は、燃料電池の発熱部とラジエータとの間に冷媒を
循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システムの保護
装置であって、前記冷媒ポンプの駆動トルク値を検出す
るトルク検出手段と、前記冷媒ポンプの回転速度値を検
出する回転速度検出手段と、これら検出された駆動トル
ク値および回転速度値が正常か異常かを判定する判定手
段と、この判定手段が異常と判定したとき、燃料電池の
出力を制限又は運転を停止させる異常制御手段と、を備
えたことを要旨とする。

【００１８】上記目的を達成するため、請求項５記載の
発明は、請求項４記載の燃料電池システムの保護装置に
おいて、前記判定手段は、前記冷媒ポンプの回転速度が
一定でない場合に、前記駆動トルク値を補正して正常か
異常かを判定することを要旨とする。

【００１９】上記目的を達成するため、請求項６記載の
発明は、請求項４または請求項５記載の燃料電池システ
ムの保護装置において、前記判定手段による判定に際
し、前記駆動トルク値及び前記回転速度値の組合せが正
常範囲より駆動トルク値が大きい方へ偏移している場
合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプ故障が
あると判定し、前記駆動トルク値及び前記回転速度値の
組合せが正常範囲より駆動トルク値が小さい方へ偏移し
ている場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障
があると判定することを要旨とする。

【００２０】上記目的を達成するため、請求項７記載の
発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の
燃料電池システムの保護装置において、前記判定手段に
よる故障状況の判定結果を記憶する記憶手段を更に備え
たことを要旨とする。

【００２１】上記目的を達成するため、請求項８記載の
発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の
燃料電池システムの保護装置において、前記燃料電池の
発熱部は、燃料電池スタックであることを要旨とする。

【００２２】上記目的を達成するため、請求項９記載の
発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の
燃料電池システムの保護装置において、前記燃料電池の
発熱部は、燃料電池スタックに供給する圧縮空気を冷却
する冷却器であることを要旨とする。

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、燃料電池
の発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポ
ンプを備えた燃料電池システムの保護装置において、冷
媒の圧力値を検出または推定する圧力検知手段と、冷媒
の流量値を検出または推定する流量検知手段と、これら
圧力検知手段及び流量検知手段による圧力値及び流量値
が正常か異常かを判定する判定手段と、この判定手段が
異常と判定したとき燃料電池の出力を制限又は運転を停
止させる異常制御手段と、を備えたので、冷却系に異常
が生じた場合温度が寿命低下限界に至る前に、確実且つ
速やかに寿命低下回避のための異常制御を行うことがで
きるという効果がある。

【００２４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、前記流量検知手段は、前記冷
媒ポンプ出口付近に設けた第１の圧力検出手段と、該第
１の圧力検出手段とは異なる冷媒流路の位置に設けた第
２の圧力検出手段と、を備え、第１、第２の圧力検出手
段の検出した圧力値の差分に基づいて冷媒の流量値を推
定するようにしたので、第１及び第２の圧力検出手段に
より、冷媒の圧力値および流量値を検知できるようにな
り、直接冷媒流量を検出することが困難な構成において
も燃料電池システムの保護装置の検出手段の構成を簡素
化し、コスト低減を可能にするという効果がある。

【００２５】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、前記判定手段による判定に際
し、前記圧力値及び前記流量値の組合せが正常範囲より
圧力値が高い方へ偏移、または流量値が少ない方へ偏移
している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポ
ンプの故障があると判定し、前記圧力値及び前記流量値
の組合せが正常範囲より圧力値が低い方へ偏移、または
流量値が多い方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故
障またはエアロック故障があると判定するようにしたの
で、故障修理時の故障モード判別を容易とすることがで
きるという効果がある。

【００２６】請求項４記載の発明によれば、燃料電池の
発熱部とラジエータとの間に冷媒を循環させる冷媒ポン
プを備えた燃料電池システムの保護装置であって、前記
冷媒ポンプの駆動トルク値を検出するトルク検出手段
と、前記冷媒ポンプの回転速度値を検出する回転速度検
出手段と、これら検出された駆動トルク値および回転速
度値が正常か異常かを判定する判定手段と、この判定手
段が異常と判定したとき、燃料電池の出力を制限又は運
転を停止させる異常制御手段と、を備えたので、冷媒の
漏洩原因となる圧力及び流量の検出センサ類のための冷
媒回路接続部を増加させることなく、冷却系に異常が生
じた場合温度が寿命低下限界に至る前に、確実且つ速や
かに寿命低下回避のための異常制御を行うことができる
という効果がある。特に、冷媒ポンプの制御装置が既に
トルク検出手段と回転速度検出手段とを備えている場合
には、燃料電池システムの保護装置の構成を簡素化しコ
スト低減を可能にするという効果も加えられる。

【００２７】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の発明の効果に加えて、前記判定手段は、前記冷媒ポ
ンプの回転速度が一定でない場合に、前記駆動トルク値
を補正して正常か異常かを判定するようにしたので、冷
媒ポンプが一定速度でなく、加速時または減速時にも正
確な冷媒圧力を推定して、異常判定を行うことができる
という効果がある。

【００２８】請求項６記載の発明によれば、請求項４ま
たは請求項５記載の発明の効果に加えて、前記判定手段
による判定に際し、前記駆動トルク値及び前記回転速度
値の組合せが正常範囲より駆動トルク値が大きい方へ偏
移している場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒
ポンプ故障があると判定し、前記駆動トルク値及び前記
回転速度値の組合せが正常範囲より駆動トルク値が小さ
い方へ偏移している場合、前記冷媒の漏洩故障またはエ
アロック故障があると判定するようにしたので、故障修
理時の故障モード判別を容易とすることができるという
効果がある。

【００２９】請求項７記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記判定手
段による故障状況の判定結果を記憶する記憶手段を更に
備えたので、燃料電池システムの修理時に、記憶された
故障状況の判定結果を読み出して、故障原因追求を容易
にするという効果がある。

【００３０】請求項８記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項７に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池の発熱部は、燃料電池スタックであるとしたので、燃
料電池スタックの温度上昇が検出されるよりも早期に冷
媒循環系の故障を検出し、燃料電池スタックの温度上昇
により引き起こされる寿命低下を回避することができる
という効果がある。

【００３１】請求項９記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項７に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池の発熱部は、燃料電池スタックに供給する圧縮空気を
冷却する冷却器であるとしたので、圧縮空気の温度上昇
が検出されるよりも早期に圧縮空気冷却系の異常を検出
し、圧縮空気の温度上昇により引き起こされる燃料電池
システムの寿命低下を回避することができるという効果
がある。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。まず、第１ないし第５実
施形態において、冷却対象となる燃料電池の発熱部を燃
料電池スタックとした実施形態を説明し、次いで、第６
実施形態ないし第９実施形態において冷却対象となる燃
料電池の発熱部を圧縮空気冷却器とした実施形態を説明
する。

【００３３】〔第１実施形態〕図１は、本発明に係る燃
料電池システムの保護装置の第１実施形態を説明するシ
ステム構成図である。同図において、燃料電池スタック
１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷
媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１に
より接続されている。また冷媒配管２０１には、冷媒を
循環させる冷媒ポンプ２０２と、冷媒ポンプ２０２の流
量を検出する流量検出器３０２と、冷媒ポンプ２０２の
吐出圧力を検出する圧力検出器３０３と、燃料電池スタ
ック１０３の入口付近の温度を計測する温度センサ３０
０と、同出口付近の温度を計測する温度センサ３０１と
が設けられている。

【００３４】流量検出器３０２は、特に限定されない
が、冷媒配管２０１の内部に翼車やスクリュー等の回転
体を設けて流体速度を回転体の回転速度に変換して検出
する速度式流量計、流れの順逆両方向の音速を測定して
流量を検出する超音波流量計、ベルヌーイの定理及び連
続の式に基づく差圧流量計等を利用することができる。

【００３５】圧力検出器３０３は、特に限定されない
が、ダイヤフラムの変位を静電容量の変化として検出す
る容量式圧力センサ、半導体ダイアフラムの歪みにより
圧力を検出する半導体圧力センサ等を利用することがで
きる。特に後者は、温度補償回路や増幅回路等も含めて
半導体チップに集積化したもので、実装上好ましい。

【００３６】そして、燃料電池スタック１０３の内部の
冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部
には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これ
らの間を冷媒が循環して、燃料電池スタック１０３を冷
媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２０
０から外部へ放熱するようになっている。

【００３７】流量検出器３０２、圧力検出器３０３、温
度センサ３００、及び温度センサ３０１からの計測信号
は、それぞれ制御装置４００へ入力される。制御装置４
００は、正常流量範囲データ、正常吐出圧力範囲デー
タ、及び正常温度範囲データを記憶する内部データ記憶
部を内蔵し、これらセンサ類からの計測信号を内部デー
タと照合して、正常範囲か否かの判断ができるようにな
っている。また、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０
２と、ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出
力し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を
制御可能となっている。

【００３８】通常運転時には、制御装置４００は、温度
センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内と
なるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０
３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動
作温度を所定範囲に維持している。

【００３９】一方、冷却系や制御系に異常が生じて、流
量検出器３０２が検出する流量、または圧力検出器３０
３が検出する圧力、または流量と圧力との組合せが所定
の正常範囲から外れた場合には、制御装置４００により
冷却系異常判定がなされ、燃料電池システムの出力制限
や発電停止などによる処置を行い、燃料電池スタック１
０３の内部温度上昇による寿命低下を回避するようにな
っている。

【００４０】図２は、第１実施形態における制御装置４
００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャ
ートである。制御装置４００は、この異常検出動作以外
に、燃料電池の出力や冷媒温度に応じた冷媒ポンプ２０
２の駆動制御及びラジエータファン２０３の制御等の主
制御動作を行っているが、本発明の要旨とは直接関係が
ないので説明を省略する。

【００４１】図２のフローチャートによる動作は、特に
限定されないが、例えば、前記主制御動作の中から一定
時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎に呼び出されるサブ
ルーチンとして構成されている。

【００４２】図２において、まず、流量検出器３０２に
より冷媒ポンプ２０２による冷媒の流量が検出され（ス
テップ１０、以下ステップをＳと略す）、検出された流
量が内部データと照合されて、例えば燃料電池出力に応
じた正常流量範囲か否かが判定される（Ｓ１２）。正常
流量範囲でなければ、Ｓ２０の異常判定へ移る。

【００４３】正常流量範囲であれば、次いで圧力検出器
３０３により冷媒ポンプ２０２の吐出圧力が検出され
（Ｓ１４）、検出された吐出圧力が内部データと照合さ
れて、流量に応じた正常吐出圧力範囲か否かが判定され
る（Ｓ１６）。正常吐出圧力範囲でなければ、Ｓ２０の
異常判定へ移る。正常吐出圧力範囲であれば、異常はな
いとして処理を終了し、メインルーチンへリターンす
る。

【００４４】Ｓ２０の異常判定では、冷媒流量異常（多
／少）を検出したのか、冷媒吐出圧力異常（高／低）を
検出したのか、或いは流量に対する吐出圧力異常（高／
低）を検出したのかを示す故障モードを修理時の参考の
ために、図示しない不揮発性メモリに記憶する。

【００４５】冷媒流量が正常範囲より多い場合、冷媒回
路の漏洩故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモ
ードとし、冷媒流量が正常範囲より少ない場合、冷媒回
路の閉塞故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモ
ードとして記憶する。

【００４６】冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧
力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または
閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポ
ンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏
れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。

【００４７】次いで、冷却系に異常が検出された場合の
異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運
転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点
滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常
発生を告知して（Ｓ２２）、メインルーチンへリターン
する。

【００４８】図３は、冷媒ポンプの吐出圧力と吐出流量
との関係を説明するグラフである。図中、正常圧力上限
線Ａは流量に対する正常圧力の上限を示し、正常圧力下
限線Ｂは流量に対する正常圧力の下限を示す。ＡとＢと
に挟まれた領域が正常運転範囲である。

【００４９】また、閉塞判定線Ｃは、この線を圧力が超
えれば、冷媒回路に閉塞が生じたか、或いは圧力損失異
常上昇若しくはポンプ故障が生じたと判定する基準であ
る。漏洩判定線Ｄは、この線より圧力が低下すれば、冷
媒回路に漏れが生じたか、或いはエアロック故障若しく
はポンプ故障が生じたと判定する基準である。

【００５０】正常運転範囲の上下に沿って存在する領
域、即ちＡとＣとで挟まれた領域と、ＢとＣとで挟まれ
た領域とは、正常／異常の判定を保留する判定保留領域
としてもよい。この判定保留領域において、測定温度が
正常温度の上限に達したという他の冷却系異常の兆候が
あれば、直ちに異常判定を行って、異常制御へ移る。

【００５１】尚、判定保留領域を設けず、正常圧力上限
線Ａと閉塞判定線Ｃとを一致させ、正常圧力下限線Ｂと
漏洩判定線Ｄとを一致させた制御を行うことも可能であ
る。

【００５２】〔第２実施形態〕図４は、本発明に係る燃
料電池システムの保護装置の第２実施形態を説明するシ
ステム構成図である。同図において、燃料電池スタック
１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷
媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１に
より接続されている。また冷媒配管２０１には、冷媒を
循環させる冷媒ポンプ２０２と、燃料電池スタック１０
３の入口付近の温度を計測する温度センサ３００と、同
出口付近の温度を計測する温度センサ３０１と、冷媒ポ
ンプ２０２の回転数（回転速度）を検出する回転数検出
器３０２と、冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出する
トルク検出器３０３とが設けられている。

【００５３】回転数検出器３０２は、冷媒ポンプ２０２
を駆動する電動機等の回転数を検出することで冷媒ポン
プ２０２の回転数を検出するものであってもよい。通
常、冷媒ポンプ２０２を駆動する電動機には、回転数制
御のための回転数検出器が設けられているので、別途冷
媒ポンプ２０２のための回転数検出器３０２を設けるこ
となく、前記検出器の出力を用いてもよい。

【００５４】トルク検出器３０３は、冷媒ポンプ２０２
の駆動トルクを検出するもので、上記のように電動機を
駆動源をとして用いる場合、電動機の駆動電流値から負
荷である冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出すること
ができる。

【００５５】そして、燃料電池スタック１０３の内部の
冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部
には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これ
らの間を冷媒が循環して、燃料電池スタック１０３を冷
媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２０
０から外部へ放熱するようになっている。

【００５６】回転数検出器３０２、トルク検出器３０
３、温度センサ３００、及び温度センサ３０１からの計
測信号は、それぞれ制御装置４００へ入力される。

【００５７】制御装置４００は、冷媒ポンプ２０２の目
標回転数範囲データ、冷媒ポンプ２０２の回転数を冷媒
流量に変換するポンプ特性データ、冷媒ポンプ２０２の
トルクを冷媒吐出圧力に変換するポンプ特性データ、正
常流量範囲データ、正常吐出圧力範囲データ、及び正常
温度範囲データを記憶する内部データ記憶部を内蔵し、
これらセンサ類からの計測信号を内部データと照合し
て、正常範囲か否かの判断ができるようになっている。
また、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジ
エータファン２０３とに対して制御信号を出力し、それ
ぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可能と
なっている。

【００５８】通常運転時には、制御装置４００は、温度
センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内と
なるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０
３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動
作温度を所定範囲に維持している。

【００５９】一方、冷却系や制御系に異常が生じて、回
転数検出器３０２が検出する冷媒ポンプ回転数、または
冷媒ポンプ回転数に基づく冷媒流量、またはトルク検出
器３０３が検出する冷媒ポンプ駆動トルクに基づく冷媒
吐出圧力と前記冷媒流量との組合せが所定の正常範囲か
ら外れた場合には、制御装置４００により冷却系異常判
定がなされ、燃料電池システムの出力制限や発電停止な
どによる処置を行い、燃料電池スタック１０３の内部温
度上昇による寿命低下を回避するようになっている。

【００６０】図５は、第２実施形態における制御装置４
００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャ
ートであり、特に限定されないが、第１実施形態で説明
したように、一定時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎に
呼び出されるサブルーチンとして構成されている。

【００６１】図５において、まず、回転数検出器３０２
により冷媒ポンプ２０２の回転数が検出され（Ｓ３
０）、検出された回転数が制御装置４００に記憶された
目標回転数範囲データと照合されて、目標回転数範囲か
否かが判定される（Ｓ３２）。目標回転数範囲でなけれ
ば、Ｓ４６の異常判定へ移る。

【００６２】目標回転数範囲であれば、トルク検出器３
０３により冷媒ポンプ２０２の駆動トルクが検出される
（Ｓ３４）。次いで前記回転数と制御装置４００内部に
記憶されたポンプ特性データとを使用して、冷媒ポンプ
２０２の流量を推定し（Ｓ３６）、前記トルクとポンプ
特性データとを使用して冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を
推定し（Ｓ３８）、推定した流量が正常流量範囲か否か
を判定する（Ｓ４０）。正常流量範囲でなければ、Ｓ４
６の異常判定へ移る。正常流量範囲であれば、次いで正
常吐出圧力範囲か否かが判定され（Ｓ４２）、正常吐出
圧力範囲でなければ、Ｓ４６の異常判定へ移る。正常吐
出圧力範囲であれば、異常はないとして処理を終了し、
メインルーチンへリターンする。

【００６３】Ｓ４６の異常判定では、冷媒ポンプ回転数
異常（高／低）を検出したのか、冷媒流量異常（多／
少）を検出したのか、冷媒吐出圧力異常（高／低）を検
出したのか、或いは流量に対する吐出圧力異常（高／
低）を検出したのかを示す故障モードを修理時の参考の
ために、図示しない不揮発性メモリに記憶する。

【００６４】冷媒ポンプ２０２の回転数が目標回転数範
囲と異なる場合、冷媒ポンプ若しくは冷媒ポンプ制御装
置の故障モードとして記憶する。

【００６５】冷媒流量が正常範囲より多い場合、冷媒回
路の漏洩故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモ
ードとし、冷媒流量が正常範囲より少ない場合、冷媒回
路の閉塞故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモ
ードとして記憶する。

【００６６】冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧
力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または
閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポ
ンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏
れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。

【００６７】次いで、冷却系に異常が検出された場合の
異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運
転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点
滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常
発生を告知して（Ｓ４８）、メインルーチンへリターン
する。

【００６８】〔第３実施形態〕図６は、本発明に係る燃
料電池システムの保護装置の第３実施形態の動作を説明
するフローチャートである。第３実施形態の構成は、図
４に示した第２実施形態の構成と同様である。第３実施
形態では、冷媒ポンプ２０２の回転数が定常状態ではな
く、加速または減速過程にある場合に、冷媒及び冷媒ポ
ンプの慣性エネルギが変化することにより生じる、冷媒
ポンプ２０２の駆動トルクと冷媒ポンプ２０２の吐出圧
力との相関ずれを補正し、冷媒ポンプ回転数が変化過程
にあっても精度よく冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を推定
可能としたものである。

【００６９】このため、図６のＳ３４の次に、冷媒ポン
プ回転数変化速度検出ステップ（Ｓ３５）が追加されて
いる。

【００７０】Ｓ３０における最初の冷媒ポンプ回転数を
Ｎ１、Ｓ３５における冷媒ポンプ回転数をＮ２、Ｓ３０
の実行時刻からＳ３５の実行時刻までの時間をｔとすれ
ば、冷媒ポンプ回転数の変化速度（変化率）αは、次の
式（１）で示される。

【００７１】

【数１】α＝（Ｎ２−Ｎ１）／ｔ …（１） そして、Ｓ３８における冷媒ポンプ吐出圧力推定におい
て、この変化速度αを参照して、この変化速度αが正の
時は、その変化速度に応じて冷媒及び冷媒ポンプを加速
するために駆動トルクが使われるので、冷媒吐出圧力は
その分だけ低く推定し、逆に変化速度αが負の時は、そ
の変化速度に応じて冷媒及び冷媒ポンプの慣性力が働く
ために、駆動トルクに比べて冷媒吐出圧力はその分だけ
高く推定する。

【００７２】このような冷媒ポンプ回転数変化速度に応
じた冷媒ポンプ吐出圧力推定値の補正値は、冷媒回路の
シミュレーション結果や燃料電池装置における実験値等
に基づいて作成し、制御装置４００の内部データとして
記憶しておくものとする。

【００７３】その他のステップは、第２実施形態の同じ
ステップ番号が付与されたステップと同じ動作であるの
で、説明を省略する。

【００７４】本実施形態によれば、冷媒ポンプ回転数が
一定速度ではなく、加速または減速している場合にも冷
媒吐出圧力を正確に推定して、燃料電池スタックの温度
上昇が検出されるよりも早期に冷媒循環系の故障を検出
し、燃料電池スタックの温度上昇により引き起こされる
寿命低下を回避することができる。

【００７５】〔第４実施形態〕次に、本発明に係る燃料
電池システムの保護装置の第４実施形態を説明する。本
実施形態における流量検知手段は、冷媒ポンプ出口付近
に設けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検出手段
とは異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検出手段
とを備え、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値
の差分に基づいて冷媒の流量値を推定するものである。

【００７６】図７は、本発明に係る燃料電池システムの
保護装置の第４実施形態を説明するシステム構成図であ
る。同図において、燃料電池スタック１０３は、内部に
冷却のための冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエー
タ２００との間は、冷媒配管２０１により接続されてい
る。また冷媒配管２０１には、冷媒を循環させる冷媒ポ
ンプ２０２と、燃料電池スタック１０３の入口付近の温
度を計測する温度センサ３００と、同出口付近の温度を
計測する温度センサ３０１と、冷媒ポンプ２０２の吐出
圧力を検出する第１の圧力検出手段である圧力検出器３
０２と、第２の圧力検出手段である燃料電池スタック１
０３の出口付近の冷媒圧力を検出する圧力検出器３０３
とが設けられている。

【００７７】圧力検出器３０２、３０３は、特に限定さ
れないが、ダイヤフラムの変位を静電容量の変化として
検出する容量式圧力センサ、半導体ダイアフラムの歪み
により圧力を検出する半導体圧力センサ等を利用するこ
とができる。特に後者は、温度補償回路や増幅回路等も
含めて半導体チップに集積化したもので、実装上好まし
い。

【００７８】圧力検出器３０２は、冷媒ポンプ２０２の
出口付近に設けられ、冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を検
出する。圧力検出器３０３は、圧力検出器３０２とは異
なる冷媒配管２０１の位置に設けられている。そして、
制御装置４００は、第１の圧力検出器３０２の設置位置
から第２の圧力検出器３０３の設置位置までの冷媒回路
の回路圧損に関するデータを記憶し、圧力検出器３０
２、３０３からの圧力信号の差分と回路圧損データによ
り、冷媒流量を推定可能となっている。

【００７９】そして、燃料電池スタック１０３の内部の
冷媒通路と冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部
には、冷媒が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これ
らの間を冷媒が循環して、燃料電池スタック１０３を冷
媒により冷却するとともに、冷媒の熱をラジエータ２０
０から外部へ放熱するようになっている。

【００８０】温度センサ３００、３０１、及び圧力検出
器３０２、３０３からの計測信号は、それぞれ制御装置
４００へ入力される。制御装置４００は、正常流量範囲
データ、正常吐出圧力範囲データ、及び正常温度範囲デ
ータを記憶する内部データ記憶部を内蔵し、これらセン
サ類からの計測信号を内部データと照合して、正常範囲
か否かの判断ができるようになっている。また、制御装
置４００から、冷媒ポンプ２０２と、ラジエータファン
２０３とに対して制御信号を出力し、それぞれ冷媒流
量、ラジエータ２００の通風量を制御可能となってい
る。

【００８１】通常運転時には、制御装置４００は、温度
センサ３００、３０１が検出する温度が所定の範囲内と
なるように、冷媒ポンプ２０２、ラジエータファン２０
３を制御することにより、燃料電池スタック１０３の動
作温度を所定範囲に維持している。

【００８２】一方、冷却系や制御系に異常が生じて、圧
力検出器３０２が検出する冷媒ポンプ吐出圧力、または
圧力検出器３０２と３０３との検出値の差圧に基づく冷
媒流量、または流量と圧力との組合せが所定の正常範囲
から外れた場合には、制御装置４００により冷却系異常
判定がなされ、燃料電池システムの出力制限や発電停止
などによる処置を行い、燃料電池スタック１０３の内部
温度上昇による寿命低下を回避するようになっている。

【００８３】図８は、第４実施形態における制御装置４
００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチャ
ートであり、特に限定されないが、第１実施形態で説明
したように、一定時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎に
呼び出されるサブルーチンとして構成されている。

【００８４】図８において、まず、圧力検出器３０２に
より冷媒ポンプ２０２の吐出圧力が検出され（Ｓ５
０）、検出された圧力が内部データと照合されて、正常
吐出圧力範囲か否かが判定される（Ｓ５２）。正常吐出
圧力範囲でなければ、Ｓ６２の異常判定へ移る。

【００８５】正常吐出圧力範囲であれば、次いで圧力検
出器３０３により燃料電池スタック１０３の出口付近の
冷媒圧力が検出され（Ｓ５４）、この検出された圧力及
びＳ５０で検出された冷媒ポンプ吐出圧力の差圧と、冷
媒回路の回路圧損とに基づいて、冷媒ポンプ流量を推定
し（Ｓ５６）、推定された冷媒流量と内部データとを照
合して、正常流量範囲か否かを判定する（Ｓ５８）。正
常流量範囲でなければ、Ｓ６２の異常判定へ移る。正常
流量範囲であれば、異常はないとして処理を終了し、メ
インルーチンへリターンする。

【００８６】Ｓ６２の異常判定では、冷媒流量異常（多
／少）を検出したのか、冷媒吐出圧力異常（高／低）を
検出したのか、或いは流量に対する吐出圧力異常（高／
低）を検出したのかを示す故障モードを修理時の参考の
ために、図示しない不揮発性メモリに記憶する。

【００８７】冷媒流量が正常範囲より多い場合、冷媒回
路の漏洩故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモ
ードとし、冷媒流量が正常範囲より少ない場合、冷媒回
路の閉塞故障または冷媒ポンプ及びその制御の故障のモ
ードとして記憶する。

【００８８】冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧
力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または
閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポ
ンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏
れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。

【００８９】次いで、冷却系に異常が検出された場合の
異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運
転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点
滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常
発生を告知して（Ｓ６４）、メインルーチンへリターン
する。

【００９０】本実施形態によれば、冷媒ポンプ吐出圧力
を検出する第１の圧力検出手段と、冷媒回路の他の部分
の圧力を検出する第２の圧力検出手段により、冷媒の圧
力値および流量値を検知できるようになり、直接冷媒流
量を検出することが困難な構成においても燃料電池シス
テムの保護装置の検出手段の構成を簡素化し、コスト低
減を可能にするという効果がある。

【００９１】尚、第１の圧力検出手段である圧力検出器
３０２は、冷媒ポンプの吐出圧力を検出するために冷媒
ポンプ２０２の出口付近に配置したが、冷媒流量を推定
するための差圧を得るための第２の圧力検出手段である
圧力検出器３０３は、冷媒回路内で安定した圧力損失特
性が得られる限りにおいて、取付部位は任意に設定する
ことができる。

【００９２】〔第５実施形態〕図９は、本発明に係る燃
料電池システムの保護装置の第５実施形態を説明するシ
ステム構成図である。同図において、燃料電池スタック
１０３は、内部に冷却のための冷媒通路を有し、この冷
媒通路とラジエータ２００との間は、冷媒配管２０１に
より接続されている。また冷媒配管２０１には、冷媒を
循環させる冷媒ポンプ２０２と、燃料電池スタック１０
３の入口付近の温度を計測する温度センサ３００と、同
出口付近の温度を計測する温度センサ３０１と、冷媒ポ
ンプ２０２の吐出圧力を検出する圧力検出器３０２とが
設けられている。

【００９３】本実施形態と第４実施形態との構成上の相
違は、第４実施形態における第２の圧力検出手段である
圧力検出器３０３が削除されていることと、制御装置４
００に、冷媒ポンプ２０２の回転数制御値（ほぼ流量に
対応する）に対して決まる正常吐出圧力範囲を内部デー
タとして記憶していることである。その他の構成は、第
９実施形態と同様である。

【００９４】図１０は、第５実施形態における制御装置
４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチ
ャートであり、特に限定されないが、第１実施形態で説
明したように、一定時間（例えば、０．０５ｓｅｃ）毎
に呼び出されるサブルーチンとして構成されている。

【００９５】図１０において、まず、圧力検出器３０２
により冷媒ポンプ２０２の吐出圧力が検出され（Ｓ８
０）、検出された圧力と、そのときの冷媒ポンプ回転数
制御値に対応する正常吐出圧力範囲を示す内部データと
の照合により、正常吐出圧力範囲か否かを定する（Ｓ８
２）。正常吐出圧力範囲でなければ、Ｓ８６の異常判定
へ移る。

【００９６】正常吐出圧力範囲であれば、正常判定とし
て（Ｓ８４）、処理を終了し、メインルーチンへリター
ンする。

【００９７】Ｓ８６の異常判定では、冷媒吐出圧力異常
（高／低）を検出したのか、或いは冷媒ポンプ回転数制
御値に対する吐出圧力異常（高／低）を検出したのかを
示す故障モードを修理時の参考のために、図示しない不
揮発性メモリに記憶する。

【００９８】冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポンプ吐出圧
力が正常範囲より高い場合、冷媒回路の詰まり、または
閉塞故障のモードとし、冷媒ポンプ流量に対する冷媒ポ
ンプ吐出圧力が正常範囲より低い場合、冷媒回路の漏
れ、またはエアロック故障のモードとして記憶する。

【００９９】次いで、冷却系に異常が検出された場合の
異常処置、例えば、燃料電池の出力制限、燃料電池の運
転停止等を行い、図示しない警告ランプの点灯または点
滅、図示しない警報ブザーの鳴動等により運転者に異常
発生を告知して（Ｓ８８）、メインルーチンへリターン
する。

【０１００】本実施形態によれば、従来の冷却系に対し
て、冷媒ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、制
御装置の内部データ及び僅かのプログラムの追加だけ
で、冷却系に異常が生じた場合、温度が寿命低下限界に
至る前に、確実且つ速やかに寿命低下回避のための異常
制御を行うことができるという効果がある。

【０１０１】また本実施形態によれば、第１ないし第４
実施形態のような詳細な故障モードの判定は困難である
が、簡易的に冷媒システムの故障状況の記憶が可能であ
り、費用対効果の点からも適用性が高い。

【０１０２】〔第６実施形態〕図１１は、本発明に係る
燃料電池システムの保護装置の第６実施形態を説明する
システム構成図である。同図において、空気圧縮装置１
００は燃料電池で使用する空気を圧縮し、断熱圧縮され
て温度が上昇した空気を熱交換装置１０１で冷却し、冷
却した空気を加湿装置１０２により加湿し、加湿された
空気を燃料電池スタック１０３に供給し、燃料電池スタ
ック１０３から排出される空気流量を空気流量制御弁１
０４により制御している。

【０１０３】熱交換装置１０１は、内部に冷却のための
冷媒通路を有し、この冷媒通路とラジエータ２００との
間は、冷媒配管２０１により接続されている。また冷媒
配管２０１上には、冷媒ポンプ２０２と、熱交換装置１
０１の冷媒入口付近に冷媒温度センサ３０１が設けられ
ている。そして、熱交換装置１０１の内部の冷媒通路と
冷媒配管２０１とラジエータ２００との内部には、冷媒
が充填され、冷媒ポンプ２０２により、これらの間を冷
媒が循環して、熱交換装置１０１を冷媒により冷却する
とともに、冷媒の熱をラジエータ２００から外部へ放熱
するようになっている。

【０１０４】制御装置４００へは、空気温度センサ３０
０、冷媒温度センサ３０１からの温度計測信号が入力さ
れる一方、制御装置４００から、冷媒ポンプ２０２と、
ラジエータファン２０３とに対して制御信号を出力し、
それぞれ冷媒流量、ラジエータ２００の通風量を制御可
能となっている。

【０１０５】通常運転時には、制御装置４００は、熱交
換装置１０１から加湿装置１０２に供給される空気温度
を検出する空気温度センサ３００、冷媒温度センサ３０
１が検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポ
ンプ２０２、ラジエータファン２０３を制御することに
より、加湿装置１０２に供給される空気の温度を所定範
囲に維持している。

【０１０６】一方、冷却系や制御系に異常が生じて、流
量検出器３０２が検出する流量、または圧力検出器３０
３が検出する圧力、または流量と圧力との組合せが所定
の正常範囲から外れた場合には、制御装置４００により
冷却系異常判定がなされ、空気圧縮装置１００の停止や
空気流量制御弁１０４の開放などによる異常処置を行
い、空気温度の異常上昇による加湿装置１０２や燃料電
池スタック１０３の寿命低下を回避するようになってい
る。

【０１０７】第６実施形態における制御装置４００によ
る冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートは、
第１実施形態で説明した図２とほぼ同様であるが、Ｓ２
２の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１０
０の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わ
る点が第１実施形態と異なる。

【０１０８】〔第７実施形態〕図１２は、本発明に係る
燃料電池システムの保護装置の第７実施形態を説明する
システム構成図である。図１２において、第６実施形態
（図１１）の流量検出器３０２及び圧力検出器３０３に
代えて、冷媒ポンプ２０２の回転数を検出する回転数検
出器３０２及び同駆動トルクを検出するトルク検出器３
０３が設けられている点が異なる。その他の構成要素は
同じである。

【０１０９】回転数検出器３０２は、冷媒ポンプ２０２
を駆動する電動機等の回転数を検出することで冷媒ポン
プ２０２の回転数を検出するものであってもよい。通
常、冷媒ポンプ２０２を駆動する電動機には、回転数制
御のための回転数検出器が設けられているので、別途冷
媒ポンプ２０２のための回転数検出器３０２を設けるこ
となく、前記検出器の出力を用いてもよい。

【０１１０】トルク検出器３０３は、冷媒ポンプ２０２
の駆動トルクを検出するもので、上記のように電動機を
駆動源をとして用いる場合、電動機の駆動電流値から負
荷である冷媒ポンプ２０２の駆動トルクを検出すること
ができる。

【０１１１】第７実施形態における制御装置４００によ
る冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートは、
第２実施形態で説明した図５とほぼ同様であるが、Ｓ４
８の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１０
０の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わ
る点が第２実施形態と異なる。

【０１１２】〔第８実施形態〕第８実施形態の構成は、
図１２に示した第７実施形態の構成と同様である。第８
実施形態では、冷媒ポンプ２０２の回転数が定常状態で
はなく、加速または減速過程にある場合に、冷媒及び冷
媒ポンプの慣性エネルギが変化することにより生じる、
冷媒ポンプ２０２の駆動トルクと冷媒ポンプ２０２の吐
出圧力との相関ずれを補正し、冷媒ポンプ回転数が変化
過程にあっても精度よく冷媒ポンプ２０２の吐出圧力を
推定可能としたものである。

【０１１３】第８実施形態における制御装置４００によ
る冷却系の異常検出動作を説明するフローチャートは、
第３実施形態で説明した図６とほぼ同様であるが、Ｓ４
８の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装置１０
０の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置き換わ
る点が第３実施形態と異なる。

【０１１４】〔第９実施形態〕図１３は、本発明に係る
燃料電池システムの保護装置の第９実施形態を説明する
システム構成図である。第４実施形態と同様に、本実施
形態における流量検知手段は、冷媒ポンプ出口付近に設
けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検出手段とは
異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検出手段とを
備え、第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差
分に基づいて冷媒の流量値を推定するものである。

【０１１５】図１３において、第６実施形態（図１１）
の流量検出器３０２及び圧力検出器３０３に代えて、冷
媒ポンプ２０２の吐出圧力を検出する第１の圧力検出手
段である圧力検出器３０２及び熱交換装置１０１の出口
付近の冷媒圧力を検出する第２の圧力検出手段である圧
力検出器３０３が設けられている点が異なる。その他の
構成要素は同じである。

【０１１６】図１４は、第９実施形態における制御装置
４００による冷却系の異常検出動作を説明するフローチ
ャートである。同図は、第４実施形態で説明した図８と
ほぼ同様であるが、図８のＳ５４に代えて図１４のＳ５
５で熱交換装置出口の冷媒圧力を検出していること、及
びＳ６４の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮装
置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに置
き換わる点が第４実施形態と異なる。

【０１１７】〔第１０実施形態〕図１５は、本発明に係
る燃料電池システムの保護装置の第１０実施形態を説明
するシステム構成図である。

【０１１８】本実施形態と第９実施形態との構成上の相
違は、第９実施形態における第２の圧力検出手段である
圧力検出器３０３が削除されていることと、制御装置４
００に、冷媒ポンプ２０２の回転数制御値（ほぼ流量に
対応する）に対して決まる正常吐出圧力範囲を内部デー
タとして記憶していることである。その他の構成は、第
９実施形態と同様である。

【０１１９】第１０実施形態における制御装置４００に
よる冷却系の異常検出動作を説明するフローチャート
は、第５実施形態で説明した図１０とほぼ同様である
が、Ｓ８８の異常処置・告知の内、異常処置が空気圧縮
装置１００の停止や空気流量制御弁１０４の開放などに
置き換わる点が第５実施形態と異なる。

【０１２０】以上、好ましい実施の形態について説明し
たが、これらは本発明を限定するものではない。特に、
各実施形態で示した、冷媒の圧力値を検出または推定す
る圧力検知手段と、冷媒の流量値を検出または推定する
流量検知手段とは、対象システムに応じて適宜選択され
るべきものであり、具体的な手段や組合せは任意であ
る。

【０１２１】また、流量検知手段として、冷媒ポンプ出
口付近に設けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検
出手段とは異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検
出手段と、を備え、第１、第２の圧力検出手段の検出し
た圧力値の差分に基づいて冷媒の流量値を推定する場
合、第２の圧力検出手段は、冷媒回路内で安定した圧力
損失特性が得られる限りにおいて、取付位置は任意に設
定することができる。

【０１２２】また、冷媒ポンプの流量と圧力とによる異
常判定においては、正常運転範囲と故障判定範囲との間
に第２領域である判定保留領域を設けてもよい。そし
て、流量及び圧力の判定結果が判定保留領域となった場
合、直ちに燃料電池システムの停止処置を行わず、出力
制限して運転を継続し、温度検知信号など他の診断信号
が該信号の判定保留領域となるなど、さらに異常の兆候
が現れたとき、運転停止処置を行うようにすると、さら
に信頼性の高いシステムを構築することができる。

【０１２３】さらに、実施形態においては、冷媒ポンプ
の回転数と駆動トルクとを検出し、これらに基づいて冷
媒ポンプの流量と吐出圧力とを推定し、流量及び吐出圧
力が正常運転範囲か否かを判定したが、回転数と駆動ト
ルクから流量と吐出圧力を推定する過程を省略し、冷媒
ポンプの回転数や駆動トルクそのもの値の正常運転範囲
との比較に基づいて異常判定を行ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第
１実施形態の構成を示すシステム構成図である。

【図２】第１実施形態の動作を説明するフローチャート
である。

【図３】冷媒ポンプ吐出流量と冷媒ポンプ吐出圧力との
正常運転範囲、異常範囲、判定を保留する第２領域をそ
れぞれ示す図である。

【図４】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第
２、第３実施形態の構成を示すシステム構成図である。

【図５】第２実施形態の動作を説明するフローチャート
である。

【図６】第３実施形態の動作を説明するフローチャート
である。

【図７】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第
４実施形態の構成を示すシステム構成図である。

【図８】第４実施形態の動作を説明するフローチャート
である。

【図９】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の第
５実施形態の構成を示すシステム構成図である。

【図１０】第５実施形態の動作を説明するフローチャー
トである。

【図１１】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の
第６実施形態の構成を示すシステム構成図である。

【図１２】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の
第７、第８実施形態の構成を示すシステム構成図であ
る。

【図１３】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の
第９実施形態の構成を示すシステム構成図である。

【図１４】第９実施形態の動作を説明するフローチャー
トである。

【図１５】本発明に係る燃料電池システムの保護装置の
第１０実施形態の構成を示すシステム構成図である。

【図１６】第１の従来技術の構成を示すシステム構成図
である。

【図１７】第２の従来技術の構成を示すシステム構成図
である。

【符号の説明】

１０３ 燃料電池スタック ２００ ラジエータ ２０１ 冷媒配管 ２０２ 冷媒ポンプ ２０３ ラジエータファン ３００ 温度センサ ３０１ 温度センサ ３０２ 流量検出器 ３０３ 圧力検出器 ４００ 制御装置

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池の発熱部とラジエータとの間に
   冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システム
   の保護装置であって、 冷媒の圧力値を検出または推定する圧力検知手段と、 冷媒の流量値を検出または推定する流量検知手段と、 これら圧力検知手段及び流量検知手段による圧力値及び
   流量値が正常か異常かを判定する判定手段と、 この判定手段が異常と判定したとき燃料電池の出力を制
   限又は運転を停止させる異常制御手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池システムの保護装
   置。
2. 【請求項２】 前記流量検知手段は、前記冷媒ポンプ出
   口付近に設けた第１の圧力検出手段と、該第１の圧力検
   出手段とは異なる冷媒流路の位置に設けた第２の圧力検
   出手段と、を備え、 第１、第２の圧力検出手段の検出した圧力値の差分に基
   づいて冷媒の流量値を推定することを特徴とする請求項
   １記載の燃料電池システムの保護装置。
3. 【請求項３】 前記判定手段による判定に際し、 前記圧力値及び前記流量値の組合せが正常範囲より圧力
   値が高い方へ偏移、または流量値が少ない方へ偏移して
   いる場合、前記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプ
   の故障があると判定し、 前記圧力値及び前記流量値の組合せが正常範囲より圧力
   値が低い方へ偏移、または流量値が多い方へ偏移してい
   る場合、前記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があ
   ると判定することを特徴とする請求項１記載の燃料電池
   システムの保護装置。
4. 【請求項４】 燃料電池の発熱部とラジエータとの間に
   冷媒を循環させる冷媒ポンプを備えた燃料電池システム
   の保護装置であって、 前記冷媒ポンプの駆動トルク値を検出するトルク検出手
   段と、 前記冷媒ポンプの回転速度値を検出する回転速度検出手
   段と、 これら検出された駆動トルク値および回転速度値が正常
   か異常かを判定する判定手段と、 この判定手段が異常と判定したとき、燃料電池の出力を
   制限又は運転を停止させる異常制御手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池システムの保護装
   置。
5. 【請求項５】 前記判定手段は、 前記冷媒ポンプの回転速度が一定でない場合に、前記駆
   動トルク値を補正して正常か異常かを判定することを特
   徴とする請求項４記載の燃料電池システムの保護装置。
6. 【請求項６】 前記判定手段による判定に際し、 前記駆動トルク値及び前記回転速度値の組合せが正常範
   囲より駆動トルク値が大きい方へ偏移している場合、前
   記冷媒の流路の閉塞故障または冷媒ポンプ故障があると
   判定し、 前記駆動トルク値及び前記回転速度値の組合せが正常範
   囲より駆動トルク値が小さい方へ偏移している場合、前
   記冷媒の漏洩故障またはエアロック故障があると判定す
   ることを特徴とする請求項４または請求項５記載の燃料
   電池システムの保護装置。
7. 【請求項７】 前記判定手段による故障状況の判定結果
   を記憶する記憶手段を更に備えたことを特徴とする請求
   項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池シス
   テムの保護装置。
8. 【請求項８】 前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタ
   ックであることを特徴とする請求項１ないし請求項７の
   いずれか１項記載の燃料電池システムの保護装置。
9. 【請求項９】 前記燃料電池の発熱部は、燃料電池スタ
   ックに供給する圧縮空気を冷却する冷却器であることを
   特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載
   の燃料電池システムの保護装置。