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公開番号2025110075
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-28
出願番号2024003792
出願日2024-01-15
発明の名称燃料電池システム
出願人トヨタ自動車株式会社,株式会社デンソー
代理人弁理士法人明成国際特許事務所
主分類H01M 8/04746 20160101AFI20250718BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】圧力損失が生じることを抑制しつつ、燃料電池システムの冷間始動時に効率的に暖機を行うことができる技術を提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池及び第1冷却ポンプが設けられた第1流路と、ラジエータが設けられた第2流路と、第1流路の第1端と第2流路の第1端を接続する第1接続部と、第1流路の第2端と第2流路の第2端を接続する第2接続部と、第1接続部と第2接続部を接続する第3流路と、第1接続部に設けられ、第1流路から流入する冷媒の流量に対する、第2流路へ流出する冷媒の流量の比である分流比を変更可能である三方弁と、電力消費ユニット及び第2冷却ポンプが設けられた第4流路と、制御部と、を備え、第4流路は、三方弁とラジエータの間、または、ラジエータと第2接続部の間に設けられ、制御部は、冷間始動時に分流比を0%とし、第1冷却ポンプを駆動する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池及び前記燃料電池を冷却する第１冷却ポンプが設けられた第１流路と、
ラジエータが設けられた第２流路と、
前記第１流路の第１端と前記第２流路の第１端を接続する第１接続部と、
前記第１流路の第２端と前記第２流路の第２端を接続する第２接続部と、
前記第１接続部と前記第２接続部を接続する第３流路と、
前記第１接続部に設けられ、前記第１流路から前記第２流路への冷媒の通過、及び、前記第１流路から前記第３流路への前記冷媒の通過を可能とし、前記第１流路から流入する前記冷媒の流量に対する、前記第２流路へ流出する前記冷媒の流量の比である分流比を変更可能である三方弁と、
電力消費ユニット及び前記電力消費ユニットを冷却する第２冷却ポンプが設けられた第４流路と、
前記第１冷却ポンプと、前記第２冷却ポンプと、前記分流比と、を制御する制御部と、を備え、
前記第４流路は、前記三方弁と前記ラジエータの間、または、前記ラジエータと前記第２接続部の間に設けられ、
前記制御部は、冷間始動時に前記分流比を０％とし、前記第１冷却ポンプを駆動する、
燃料電池システム。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記分流比が０％より大きい値であり、かつ、前記第２冷却ポンプが駆動している場合に、前記第１流路を流れる前記冷媒の流量が、前記第２接続部に前記第２流路から流入する前記冷媒の流量以上となるように、前記第１冷却ポンプを駆動する、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記電力消費ユニットの温度が予め定められた温度である上限温度以上である場合に、
前記分流比の下限値を０％より大きな予め定められた値である第１値とし、
前記第２冷却ポンプを駆動し、
前記第１流路を流れる前記冷媒の流量が、前記第２接続部に前記第２流路から流入する前記冷媒の流量以上となるように、前記第１冷却ポンプを駆動する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記電力消費ユニットは、ブレーキレジスタであり、
前記制御部は、前記ブレーキレジスタが使用され、かつ、前記ブレーキレジスタの温度が前記上限温度以上である場合に、
前記分流比の下限値を前記第１値とし、
前記第２冷却ポンプを駆動し、
前記第１流路を流れる前記冷媒の流量が、前記第２接続部に前記第２流路から流入する前記冷媒の流量以上となるように、前記第１冷却ポンプを駆動する、
燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池及び燃料電池を冷却する第１の冷却ポンプが設けられた第１の流路と、ブレーキレジスタ及びブレーキレジスタを冷却する第２の冷却ポンプが設けられた第２の流路と、が互いに並列に設けられている、車両の冷却構造が開示されている。第１の流路には、燃料電池を冷却した後の流体の逆流を防止する第１のチェック弁が設けられており、第２の流路には、ブレーキレジスタを冷却した後の流体の逆流を防止する第２のチェック弁が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１１１４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池を冷却する冷媒が流れる流路、または、ブレーキレジスタを冷却する冷媒が流れる流路にチェック弁が設けられている燃料電池システムでは、圧力損失が生じる。圧力損失が生じることを抑制しつつ、燃料電池システムの冷間始動時に効率的に暖機を行うことができる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池及び前記燃料電池を冷却する第１冷却ポンプが設けられた第１流路と、ラジエータが設けられた第２流路と、前記第１流路の第１端と前記第２流路の第１端を接続する第１接続部と、前記第１流路の第２端と前記第２流路の第２端を接続する第２接続部と、前記第１接続部と前記第２接続部を接続する第３流路と、前記第１接続部に設けられ、前記第１流路から前記第２流路への冷媒の通過、及び、前記第１流路から前記第３流路への前記冷媒の通過を可能とし、前記第１流路から流入する前記冷媒の流量に対する、前記第２流路へ流出する前記冷媒の流量の比である分流比を変更可能である三方弁と、電力消費ユニット及び前記電力消費ユニットを冷却する第２冷却ポンプが設けられた第４流路と、前記第１冷却ポンプと、前記第２冷却ポンプと、前記分流比と、を制御する制御部と、を備え、前記第４流路は、前記三方弁と前記ラジエータの間、または、前記ラジエータと前記第２接続部の間に設けられ、前記制御部は、冷間始動時に前記分流比を０％とし、前記第１冷却ポンプを駆動する。
この形態の燃料電池システムによれば、冷媒が流れる流路にチェック弁が設けられていないため、圧力損失が生じることを抑制できる。また、燃料電池システムの冷間始動時に、第１流路及び第３流路のみを冷媒が循環し、第２流路及び第４流路に冷媒が流れないため、効率的に暖機を行うことができる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記分流比が０％より大きい値であり、かつ、前記第２冷却ポンプが駆動している場合に、前記第１流路を流れる前記冷媒の流量が、前記第２接続部に前記第２流路から流入する前記冷媒の流量以上となるように、前記第１冷却ポンプを駆動してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、第２接続部に第２流路から流入した冷媒は、第１流路へ流出する。そのため、第３流路を第２接続部から第１接続部へ向けて冷媒が流れることを抑制できる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記電力消費ユニットの温度が予め定められた温度である上限温度以上である場合に、前記分流比の下限値を０％より大きな予め定められた値である第１値とし、前記第２冷却ポンプを駆動し、前記第１流路を流れる前記冷媒の流量が、前記第２接続部に前記第２流路から流入する前記冷媒の流量以上となるように、前記第１冷却ポンプを駆動してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、電力消費ユニットの温度が上限温度以上である場合に、電力消費ユニットを冷却できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記電力消費ユニットは、ブレーキレジスタであり、前記制御部は、前記ブレーキレジスタが使用され、かつ、前記ブレーキレジスタの温度が前記上限温度以上である場合に、前記分流比の下限値を前記第１値とし、前記第２冷却ポンプを駆動し、前記第１流路を流れる前記冷媒の流量が、前記第２接続部に前記第２流路から流入する前記冷媒の流量以上となるように、前記第１冷却ポンプを駆動してもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、ブレーキレジスタが使用され、かつ、ブレーキレジスタの温度が上限温度以上である場合に、ブレーキレジスタを冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図。
第１実施形態における制御処理の工程図。
第２接続部と第１冷却ポンプの間に、第４流路が第１流路と並列に設けられている燃料電池システムの例を示すブロック図。
第２実施形態における制御処理の工程図。
ブレーキレジスタの各運転状態における冷媒の流量と分流比を説明する図。
ブレーキレジスタの運転状態の切り替えを説明する図。
第３実施形態における制御処理の工程図。
燃料電池及びブレーキレジスタをそれぞれ２つずつ備える燃料電池システムの例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１００の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池を駆動源とする燃料電池自動車（ＦｕｅｌＣｅｌｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＦＣＥＶ）に搭載される。燃料電池システム１００は、第１流路Ｌ１と、第２流路Ｌ２と、第１接続部Ｐ１と、第２接続部Ｐ２と、第３流路Ｌ３と、三方弁３と、第４流路Ｌ４と、制御部１０と、を備える。第１流路Ｌ１、第２流路Ｌ２、第３流路Ｌ３、及び第４流路Ｌ４は、その内部を冷媒が流れる流路である。冷媒には、エチレングリコール等の不凍液や水、不凍液と水の混合液などが用いられる。第１流路Ｌ１、第１接続部Ｐ１、三方弁３、第３流路Ｌ３、及び、第２接続部Ｐ２から、燃料電池モジュール２０が構成される。
【０００９】
第１流路Ｌ１には、燃料電池１と、第１冷却ポンプ２と、が設けられている。燃料電池１は、カソードガスとアノードガスとの電気化学反応により発電を行う。カソードガスは、例えば酸素であり、アノードガスは、例えば水素である。燃料電池１は、燃料電池システム１００が搭載されている車両の駆動力源である走行用モータに電力を供給する。第１冷却ポンプ２は、燃料電池１に冷媒を供給することで燃料電池１を冷却するポンプである。
【００１０】
第２流路Ｌ２には、ラジエータ４が設けられている。ラジエータ４は、外気との熱交換により、第２流路Ｌ２を流れる冷媒を冷却する。
（【００１１】以降は省略されています）

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