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公開番号2024158825
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023074380
出願日2023-04-28
発明の名称燃料電池モジュール
出願人株式会社豊田自動織機,トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04746 20160101AFI20241031BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池スタックを早期に暖機しつつ、過冷却による燃料電池スタックの性能低下を抑制する。
【解決手段】制御部64は、燃料電池スタック30の温度が第1温度以下であることを条件に、スタック通過流量が第1流量となるようにポンプ32の駆動を制御しつつ所定条件を満たすよう燃料電池スタック30を発電させて燃料電池スタック30を暖機させる暖機処理を行い、暖機処理の終了後、スタック通過流量が第1流量よりも多い第2流量となるようにポンプ32の駆動を制御する第1処理を行い、第1処理の後にスタック通過流量を第2流量から減少させ、温度センサ63から検出された冷却水の温度が第1処理の実行から所定時間が経過するまでに第2温度以上上昇したかを判定する第2処理を行い、第2処理が成立した場合に、スタック通過流量を徐々に増大させるようにポンプ32の駆動を制御する第3処理を行う。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを冷却するための冷却水を前記燃料電池スタックとの間で循環させる循環流路と、
前記循環流路と前記燃料電池スタックとの間で循環される前記冷却水の流量であるスタック通過流量を調整するポンプと、
前記循環流路を流れる前記冷却水の温度を検出する温度センサと、
前記ポンプの駆動を制御する制御部と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記制御部は、
前記燃料電池スタックの温度が第１温度以下であることを条件に、前記スタック通過流量が第１流量となるように前記ポンプの駆動を制御しつつ所定条件を満たすよう前記燃料電池スタックを発電させて前記燃料電池スタックを暖機させる暖機処理を行い、
前記暖機処理の終了後、前記スタック通過流量が前記第１流量よりも多い第２流量となるように前記ポンプの駆動を制御する第１処理を行い、
前記第１処理の後に前記スタック通過流量を前記第２流量から減少させ、前記温度センサから検出された前記冷却水の温度が前記第１処理の実行から所定時間が経過するまでに第２温度以上上昇したかを判定する第２処理を行い、
前記第２処理が成立した場合に、前記スタック通過流量を徐々に増大させるように前記ポンプの駆動を制御する第３処理を行うことを特徴とする燃料電池モジュール。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
前記循環流路は、前記燃料電池スタックに前記冷却水を供給する供給流路と、前記燃料電池スタックから前記冷却水が排出される排出流路と、を含み、
前記燃料電池モジュールは、
前記供給流路と前記排出流路とを繋ぐバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられるイオン交換器と、
前記循環流路と前記バイパス流路との間で循環される前記冷却水の流量であるバイパス流量と前記スタック通過流量とを調整する調整弁と、を備え、
前記制御部は、
前記暖機処理において、前記スタック通過流量よりも前記バイパス流量が多くなるように前記調整弁の駆動を制御し、
前記第１処理において、前記バイパス流量よりも前記スタック通過流量が多くなるように前記調整弁の駆動を制御し、
前記第２処理及び前記第３処理において、前記循環流路と前記燃料電池スタックとの間と、前記循環流路と前記バイパス流路との間と、の両方で前記冷却水が循環するように前記調整弁の駆動を制御する、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２処理において前記温度センサから検出された前記冷却水の温度が前記第１処理の実行から前記所定時間が経過するまでに第２温度以上上昇していないと判定する場合に、前記第３処理を行わないとともに異常判定を行う、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、循環流路と、ポンプと、を備える。循環流路は、燃料電池スタックを冷却するための冷却水を燃料電池スタックとの間で循環させる。ポンプは、循環流路と燃料電池スタックとの間で循環される冷却水の流量を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１３９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低温下にて燃料電池スタックを発電させる際、燃料電池スタックを発電に適した温度にまで昇温させるために、燃料電池スタックを早期に暖機させることが望ましい。また、燃料電池スタックの暖機終了後には燃料電池スタックに冷却水を供給することによって燃料電池スタックを冷却することが行われる。この場合、燃料電池スタックへの冷却水の供給態様によっては、燃料電池スタックに過冷却が生じることによって燃料電池スタックの性能が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを冷却するための冷却水を前記燃料電池スタックとの間で循環させる循環流路と、前記循環流路と前記燃料電池スタックとの間で循環される前記冷却水の流量であるスタック通過流量を調整するポンプと、前記循環流路を流れる前記冷却水の温度を検出する温度センサと、前記ポンプの駆動を制御する制御部と、を備える燃料電池モジュールであって、前記制御部は、前記燃料電池スタックの温度が第１温度以下であることを条件に、前記スタック通過流量が第１流量となるように前記ポンプの駆動を制御しつつ所定条件を満たすよう前記燃料電池スタックを発電させて前記燃料電池スタックを暖機させる暖機処理を行い、前記暖機処理の終了後、前記スタック通過流量が前記第１流量よりも多い第２流量となるように前記ポンプの駆動を制御する第１処理を行い、前記第１処理の後に前記スタック通過流量を前記第２流量から減少させ、前記温度センサから検出された前記冷却水の温度が前記第１処理の実行から所定時間が経過するまでに第２温度以上上昇したかを判定する第２処理を行い、前記第２処理が成立した場合に、前記スタック通過流量を徐々に増大させるように前記ポンプの駆動を制御する第３処理を行うことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、暖気処理にてスタック通過流量が比較的少ない流量である第１流量に調整されるため、燃料電池スタックに供給される冷却水の流量が少ない状況下で燃料電池スタックを暖機できる。そのため、スタック通過流量が比較的多い流量に調整されつつ燃料電池スタックの暖機を行う場合と比較して、燃料電池スタックを早期に暖機できる。また、冷却水の温度が第１処理の実行から所定時間が経過するまでに第２温度以上上昇したことを条件に第３処理が行われるため、燃料電池モジュールが正常に機能している状況下で、燃料電池スタックを冷却するための第３処理を行える。第３処理において、スタック通過流量が徐々に増大されるため、過冷却による燃料電池スタックの性能低下を抑制できる。したがって、燃料電池スタックを早期に暖機しつつ、過冷却による燃料電池スタックの性能低下を抑制できる。
【０００７】
燃料電池モジュールにおいて、前記循環流路は、前記燃料電池スタックに前記冷却水を供給する供給流路と、前記燃料電池スタックから前記冷却水が排出される排出流路と、を含み、前記燃料電池モジュールは、前記供給流路と前記排出流路とを繋ぐバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられるイオン交換器と、前記循環流路と前記バイパス流路との間で循環される前記冷却水の流量であるバイパス流量と前記スタック通過流量とを調整する調整弁と、を備え、前記制御部は、前記暖機処理において、前記スタック通過流量よりも前記バイパス流量が多くなるように前記調整弁の駆動を制御し、前記第１処理において、前記バイパス流量よりも前記スタック通過流量が多くなるように前記調整弁の駆動を制御し、前記第２処理及び前記第３処理において、前記循環流路と前記燃料電池スタックとの間と、前記循環流路と前記バイパス流路との間と、の両方で前記冷却水が循環するように前記調整弁の駆動を制御してもよい。
【０００８】
上記構成によれば、暖気処理、第２処理、及び第３処理の実行時において、バイパス流路に冷却水を流入させることができる。これにより、バイパス流路に設けられたイオン交換器によって、バイパス流路を流れる冷却水から電荷を除去することができる。したがって、燃料電池スタックの暖機と冷却とを行う時間で、冷却水からの電荷の除去ができる。
【０００９】
燃料電池モジュールにおいて、前記制御部は、前記第２処理において前記温度センサから検出された前記冷却水の温度が前記第１処理の実行から前記所定時間が経過するまでに第２温度以上上昇していないと判定する場合に、前記第３処理を行わないとともに異常判定を行ってもよい。
【００１０】
上記構成によれば、燃料電池モジュールが正常に機能していないと推定できる場合に異常判定を行うことができる。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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