燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池通过氢气等阳极气体与氧(空气)等阴极气体的电化学反应进行发电。由于在发电时发热，所以在燃料电池系统设置有冷却水回路。冷却水回路具备使冷却水循环的冷却水循环泵和对从燃料电池流出的冷却水进行冷却的散热器，使供应至燃料电池内的冷却水流路的冷却水循环。由于燃料电池的输出(发电功率)越大，发热量越增大，所以燃料电池的输出越大，冷却水循环泵的转速越增大。另外，燃料电池的当前温度与使燃料电池降低的目标温度之差越大，冷却水循环泵的转速越增大。
3.在燃料电池内，在设置有冷却水流路的冷却板与供阳极气体流动的阳极极板之间或冷却板与供阴极气体流动的阴极极板之间配置有金属制或碳制的分离器。若在阳极气体或阴极气体的压力与冷却水的压力之间产生压力差，则对分离器作用有应力，可能会发生分离器的疲劳、腐蚀、破损。相对于此，考虑增加分离器的厚度来提高强度，但若增加分离器的厚度，则伴随有燃料电池的大型化、重量的增加、生产成本的增加。另外，已知在分离器由不锈钢构成的情况下，在与阴极气体接触的酸性环境下，分离器的疲劳强度易于降低，使作用于分离器的应力自身减小也会提高燃料电池的耐久性。
4.在此，在专利文献1中公开了控制冷却水循环泵以使得供应至燃料电池的冷却水的压力与阳极气体或阴极气体的供应压力相匹配的技术。更具体地说，在专利文献1中提出了一种燃料电池系统，在冷却水的粘度变高的低温时，以冷却水的供应压力为基准控制氧化剂气体、燃料气体中的至少一个的供应压力，在燃料电池通常运转时，以气体供应压力为基准控制冷却水供应压力。
5.专利文献1：日本特开2004-296326号公报


技术实现要素：

6.在此，为了应对近年来的燃料电池的高输出化的要求，已知利用增压器将阴极气体加压并供应至燃料电池，来提高发电效率的技术。在以高输出使燃料电池工作的情况下，由于发热量变大，所以需要增大冷却水循环泵的输出来增大冷却水的流量，提高冷却能力。
7.但是，在上述的专利文献1中记载的燃料电池系统是控制冷却水循环泵的输出来调节冷却水供应压力的系统，所以在变热后的通常运转时，在以气体供应压力为基准控制冷却水供应压力的情况下，冷却水循环泵的输出被限制，冷却水的流量不足，会使冷却不充分。另外，能够与冷却水循环泵的控制分开地调节供应至燃料电池的冷却水的压力，在一边抑制冷却水的压力一边增大冷却水的流量的情况下，会因从燃料电池流出的冷却水通过配管和散热器等时的压力损失，使冷却水循环泵的吸入侧的压力过度降低，发生气穴现象。若发生气穴现象，则会发生异常噪音和振动，进而发生冷却水回路的功能不全。
8.本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，能
够一边抑制燃料电池内的冷却水压力与供应至燃料电池的反应气体压力的压力差一边抑制冷却水循环泵的吸入侧发生气穴现象，保持燃料电池的冷却效率。
9.为了解决上述课题，根据本发明的某观点，燃料电池系统具备：燃料电池，包括阳极气体流路、阴极气体流路及冷却水流路；增压器，将阴极气体加压并向燃料电池供应；冷却水回路，设置有冷却水循环泵及冷却器，使供应至冷却水流路的冷却水循环；以及泵控制部，按照燃料电池所要求的散热量控制冷却水循环泵的转速，其中，燃料电池系统还具备压力调节机构，该压力调节机构与冷却水循环泵分开设置，并调节燃料电池内的冷却水压力，泵控制部将冷却水循环泵控制在冷却水循环泵的转速的上限以下范围，冷却水循环泵的转速的上限基于冷却水循环泵的吸入侧的冷却水压力、该冷却水压力的相关值、冷却水循环泵的吸入侧的冷却水温或该冷却水温的相关值中的至少一个设定。
10.另外，在上述的燃料电池系统中，可以是，压力调节机构具备边界面，边界面传递向燃料电池供应的反应气体压力和从燃料电池流出的反应气体压力中的任一个，以及冷却水循环泵的喷出侧的冷却水压力和从燃料电池流出的冷却水压力中的任一个，边界面的位置或形状根据反应气体压力与冷却水压力的压力差而变化。
11.另外，在上述的燃料电池系统中，可以是，作为冷却水压力的相关值，使用对向燃料电池供应的空气的压力进行检测的压力传感器的检测值。
12.另外，在上述的燃料电池系统中，可以是，泵控制部设定转速的上限，以使得冷却水循环泵的吸入侧的冷却水压力不低于预定的阈值。
13.如以上说明的那样，根据本发明，能够一边抑制燃料电池内的冷却水压力与向燃料电池供应的反应气体压力的压力差，一边抑制冷却水循环泵的吸入侧发生气穴现象，保持燃料电池的冷却效率。
附图说明
14.图1是示出本发明的实施方式的燃料电池系统的整体构成的一个例子的示意图。
15.图2是示出燃料电池单元的构成例的剖视图。
16.图3是示出压力调节机构的构成例的示意图。
17.图4是示出压力调节机构的工作的示意图。
18.图5是示出压力调节机构的工作的示意图。
19.图6是示出该实施方式的燃料电池系统的控制部的构成例的框图。
20.图7是示出冷却水循环泵的最大转速的设定方法的说明图。
21.图8是示出冷却水循环泵的转速的控制范围的说明图。
22.图9是示出该实施方式的燃料电池系统的工作例的流程图。
23.图10是示出压力调节机构的变形例的示意图。
24.图11是示出压力调节机构的变形例的示意图。
25.(附图标记说明)
[0026]1…
燃料电池系统，11
…
氧化气体路径，12
…
空气供应流路，15
…
增压器，20
…
氢气路径，22
…
氢供应流路，40
…
冷却水回路，41
…
喷出侧流路，43
…
压力调节机构，45
…
冷却水循环泵，47
…
冷却器，50
…
控制部，57
…
冷却水循环泵控制部，71
…
燃料电池单元，74
…
氢气流路(阳极气体流路)，76
…
空气流路(阴极气体流路)，78
…
冷却水流路
具体实施方式
[0027]
以下，一边参照附图，一边详细地说明本发明的优选的实施方式。此外，在本说明书及附图中，对实质上具有相同的功能构成的构成要件标注相同的附图标记，从而省略重复说明。
[0028]
＜1.燃料电池系统的整体构成例＞
[0029]
首先，说明本发明的实施方式的燃料电池系统的整体构成例。在本实施方式中，燃料电池系统1例如是安装于燃料电池车辆的系统，但是不限于该例子，也可以是用于其他用途的系统。
[0030]
图1是示出本实施方式的燃料电池系统1的整体构成的一个例子的示意图。燃料电池系统1具备氧化气体路径(阴极气体流路)11、氢气路径(阳极气体流路)20、具有多个燃料电池单元的燃料电池10和控制系统整体的控制部50。燃料电池系统1向燃料电池10供应氢气(阳极气体)及氧化气体(阴极气体)，在燃料电池单元内使氢气和氧化气体发生电化学反应，从而进行发电。另外，燃料电池系统1具备向燃料电池10供应冷媒来冷却燃料电池10的冷却水回路40和对系统的电力进行充放电的未图示的电力系统。在本实施方式中，说明作为氧化气体使用空气(氧)的例子。此外，有时将氧化气体(氧)和氢气统称为反应气体。
[0031]
燃料电池10例如构成为固体高分子电解质型的燃料电池，具有将多个燃料电池单元层叠而成的堆栈构造。各个燃料电池单元在由离子交换膜构成的电解质的一个面具有氢极，在另一个面具有氧极。另外，燃料电池单元具有以夹住氢极及氧极的方式配置的一对分离器。向形成于氢极的氢气流路供应氢气，向形成于氧极的空气流路供应空气，所供应的氢气及空气反应，从而燃料电池10发电。
[0032]
在燃料电池10上设置有温度传感器24。温度传感器24例如检测燃料电池单元的温度。温度传感器24的传感信号发送至控制部50。温度传感器24的种类不特别限定。另外，温度传感器24的配置位置不特别限定。
[0033]
图2是一个燃料电池单元71的剖视图。燃料电池10构成为未图示的燃料电池单元71层叠多个而成的堆栈构造。各个燃料电池单元71具备氢极61、氧极63、分离器67及电解质膜69。氢极61及氧极63以夹住电解质膜69的方式配置。在分离器67上形成有冷却水流路78。通过层叠燃料电池单元71，成为在相邻的燃料电池单元71的氢极61与氧极63之间隔有分离器67的状态，氢极61及氧极63分别与形成有冷却水流路78的分离器67相邻。
[0034]
氢极61具有借助未图示的氢供应岐管与氢供应流路22连接的多个氢气流路(阳极气体流路)76。供应至各个氢气流路76的氢气通过未图示的反应区域后，借助氢排出岐管向循环流路28排出。氧极63具有借助未图示的空气供应岐管与空气供应流路12连接的多个空气流路(阴极气体流路)74。供应至各个空气流路74的空气通过未图示的反应区域后，借助空气排出岐管向空气排出流路18排出。另外，在形成于分离器67的冷却水流路78上借助未图示的冷媒供应岐管连接有冷却水回路40。供应至各个冷却水流路78的冷媒通过未图示的反应区域后，借助冷媒排出岐管返回冷却水回路40。
[0035]
返回图1，氧化气体路径11包括供向燃料电池10供应的空气流动的空气供应流路12和供从燃料电池10排出的氧化废气流动的空气排出流路18。空气供应流路12具备借助空气过滤器13取入空气的增压器15、冷却空气的冷却器16和检测空气的供应压力的压力传感器14。增压器15被控制部50驱动，将取入的空气加压并向燃料电池10供应。作为增压器15例
示鼓风机、压缩机，但不限于这些。冷却器16将空气冷却来提高空气的密度，提高燃料电池10的发电效率。作为冷却器16例如使用利用车辆的行驶风或冷却水的中间冷却器。压力传感器14设置于冷却器16的下游侧，检测空气供应流路12内的空气的压力。压力传感器14的传感信号发送至控制部50。
[0036]
空气供应流路12与多个燃料电池单元71各自的空气流路74连接。另外，多个燃料电池单元71各自的空气流路74与空气排出流路18连接。空气排出流路18具备背压调整阀17。背压调整阀17被控制部50驱动，调节燃料电池10内的空气的供应压力。排出至空气排出流路18的氧化废气借助设置于空气排出流路18与氢排出流路35的合流部分的稀释器19排出至大气中。
[0037]
氢气路径20包括氢供应源21、供从氢供应源21向燃料电池10供应的氢气流动的氢供应流路22、用于使从燃料电池10排出的氢气(氢废气)返回氢供应流路22的循环流路28和将循环流路28内的氢废气压送至氢供应流路22的循环泵25。另外，氢气路径20包括设置于循环流路28的气液分离器27、与气液分离器27连接的排水流路31及氢排出流路35。
[0038]
氢供应源21例如由高压罐或氢吸附合金等构成，贮存高压的氢气。氢供应流路22具备对向燃料电池10供应的氢气的压力进行调节的压力调整阀23。压力调整阀23例如可以是将氢气的压力减压到预先设定的压力的减压阀。或者，压力调整阀23也可以是被控制部50驱动的喷射器等压力调整阀。在压力调整阀23的上游侧可以具备对可否向燃料电池10供应氢气进行切换的截止阀。氢供应流路22与多个燃料电池单元71各自的氢气流路76连接。另外，多个燃料电池单元71各自的氢气流路76与循环流路28连接。
[0039]
循环泵25被控制部50驱动，将循环流路28内的氢气循环供应至燃料电池10。在循环流路28上设置有气液分离器27。气液分离器27从氢废气分离水分并回收。排水流路31及氢排出流路35与气液分离器27连接。排水流路31借助排水阀33与稀释器19连接。排水阀33被控制部50驱动而开闭，将被气液分离器27回收的水分排出至稀释器19。
[0040]
氢排出流路35借助排氢阀37与稀释器19连接。排氢阀37被控制部50驱动而开闭，将从燃料电池10排出的氢废气导入稀释器19。所排出的氢废气在稀释器19中与氧化废气混合而被稀释，释放到大气中。
[0041]
冷却水回路40具备使冷却水循环的冷却水循环泵45和使从燃料电池10排出的冷却水散热的冷却器47。冷却水循环泵45被控制部50驱动。在本实施方式中，作为冷却水循环泵45使用通过马达的旋转来吸入并喷出冷却水的马达泵。该冷却水循环泵45具有马达的转速越大而喷出量越多的特性。冷却器47设置于冷却水循环泵45的吸入侧。冷却器47例如可以是散热器等适当的冷却装置。
[0042]
压力调节机构43与冷却水循环泵45的喷出侧的喷出侧流路41连接。压力调节机构43也与空气供应流路12中的冷却器16的下游侧连接。压力调节机构43受到喷出侧流路41内的冷却水压力和空气供应流路12内的空气供应压力(反应气体压力)，通过压力平衡进行工作。该压力调节机构43具有使向燃料电池10供应的冷却水压力与空气供应压力的压力差减小，使燃料电池10内的冷却水压力和空气压力相等的功能。
[0043]
图3是示出压力调节机构43的构成的一个例子的示意图。在本实施方式中，压力调节机构43具备壳体81和对壳体81的内部进行划分的分隔构件83。壳体81具有针对空气供应压力及冷却水压力不变形的强度。壳体81的内部被分隔构件83划分为第一空间部85和第二
空间部87。其中，第一空间部85与喷出侧流路41连通，第二空间部87与空气供应流路12连通。分隔构件83具有伸缩性，与壳体81的内表面接合。由此，构成为冷却水或者空气不会在第一空间部85与第二空间部87之间往复。
[0044]
在具有该构成的压力调节机构43中，分隔构件83具有作为传递空气供应压力及冷却水压力的边界面的功能，分隔构件83因第一空间部85与第二空间部87的压力差而变形。具体地说，在第一空间部85的内压大于第二空间部87的内压的情况下，分隔构件83向第二空间部87侧延伸变形，以使得第一空间部85的容量扩大而第二空间部87的容量缩小(参照图4)。由此，冷却水循环泵45的喷出侧的喷出侧流路41的容量扩大，喷出侧流路41内的压力降低。与第二空间部87连通的空气供应流路12内的压力被控制为预定的目标压力，结果喷出侧流路41内的压力与空气供应流路12内的压力的压力差减小，两个压力近似。
[0045]
相反地，在第二空间部87的内压大于第一空间部85的内压的情况下，分隔构件83向第一空间部85侧延伸变形，以使得第二空间部87的容量扩大而第一空间部85的容量缩小(参照图5)。由此，冷却水循环泵45的喷出侧的喷出侧流路41的容量缩小，喷出侧流路41内的压力上升。在该情况下，结果喷出侧流路41内的压力与空气供应流路12内的压力的压力差也减小，两个压力近似。
[0046]
如此，与第一空间部85连通的喷出侧流路41和与第二空间部87连通的空气供应流路12的压力差降低。因而，在燃料电池10内，在配置于氢极61与氧极63之间的分离器67上作用的应力减小。另外，在氢极61和氧极63作为分离器发挥功能的情况下，作用于该氢极61及氧极63的应力减小。由此，构成燃料电池单元71的分离器67(或者，氢极61或氧极63)的耐久性提高，能够使燃料电池10长寿命化。
[0047]
控制部50例如包括cpu(central processing unit：中央处理单元)或mpu(micro processing unit：微处理器)等处理器而构成。控制部50的一部分或全部可以由固件等可更新的单元构成，另外也可以是根据来自cpu等的指令执行的程序模块等。另外，控制部50具有存储软件程序、控制参数、所获取的信息等的存储装置。存储装置可以包括ram(random access memory：随机存取存储器)及rom(read only memory：只读存储器)等存储元件，也可以包括cd-rom(只读光盘驱动器)、储存(storage)装置等存储介质。
[0048]
控制部50控制燃料电池系统1中的发电。若简单地说明，在向车辆的驱动用马达供应电力的情况或者对向驱动用马达供应电力的二次电池进行充电等情况下，控制部50进行使燃料电池10发电的控制。控制部50按照基于要求充电功率或者要求供应功率的目标发电功率控制增压器15、背压调整阀17及压力调整阀23的驱动，控制向燃料电池10流动的空气流量及氢气的流量。另外，控制部50驱动循环泵25使从燃料电池10排出的氢气借助循环流路28返回氢供应流路22，使氢气在燃料电池10内循环。由此，在燃料电池10中，发生空气与氢气的电化学反应，进行发电。
[0049]
另外，控制部50进行驱动冷却水循环泵45来冷却燃料电池10的控制。以下，详细说明冷却水循环泵45的驱动控制处理。
[0050]
＜2.控制部的具体构成例＞
[0051]
图6是示出控制部50的构成中的与冷却水循环泵45的驱动控制处理有关的功能构成的框图。
[0052]
控制部50具备目标发电功率计算部51、压缩机控制部52、背压调整阀控制部53、压
力调整阀控制部54、排氢阀控制部55、氢循环泵控制部56及冷却水循环泵控制部57。上述各部分是通过由cpu等处理器执行计算机程序而实现的功能。压力传感器14、温度传感器24、电流传感器91及电压传感器93的传感信号输入控制部50。电流传感器91及电压传感器93设置于连接有燃料电池10的电路，分别检测燃料电池10的输出电流及输出电压。
[0053]
目标发电功率计算部51计算使燃料电池10发电的目标发电功率。例如，在燃料电池系统1安装于燃料电池车辆的情况下，目标发电功率计算部51基于作为车辆的驱动源的驱动用马达的要求供应功率及向驱动用马达供应电力的二次电池的要求充电功率中的至少一个计算目标发电功率。例如，从马达控制装置发送驱动用马达的要求供应功率的信息。例如，从设置于二次电池单元的蓄电池控制装置发送二次电池的供应充电功率的信息。在具备与向驱动用马达供应电力的二次电池不同的蓄电装置的情况下，目标发电功率计算部51可以还加上该蓄电装置的要求充电功率来求出目标发电功率。
[0054]
压缩机控制部52基于目标发电功率设定增压器15的目标驱动量，控制增压器15的驱动。具体地说，压缩机控制部52设定增压器15的目标驱动量，以向燃料电池供应与目标发电功率对应流量的空气。或者，压缩机控制部52可以基于由电流传感器91或电压传感器93检测的燃料电池10的输出值设定增压器15的目标驱动量，控制增压器15的驱动。在该情况下，压缩机控制部52设定增压器15的目标驱动量，以使向燃料电池10供应的空气的流量追随根据燃料电池10的输出电流推定的空气的消耗量。可以基于对燃料电池10的发电能力产生影响的燃料电池10的温度修改增压器15的目标驱动量。
[0055]
背压调整阀控制部53调节燃料电池10内的空气压力。具体地说，背压调整阀控制部53基于目标发电功率设定背压调整阀17的目标操作量，通过缩小空气排出流路18的流路面积，调节燃料电池10内的空气压力。可以基于对燃料电池10的发电能力产生影响的燃料电池10的温度修改背压调整阀17的目标操作量。
[0056]
压力调整阀控制部54及排氢阀控制部55基于目标发电功率对借助循环流路28在燃料电池10中循环的氢气的目标压力进行设定，调整向燃料电池10供应的氢气的压力。压力调整阀控制部54主要在将向燃料电池10供应的氢气的压力升压时，控制压力调整阀23。排氢阀控制部55主要在将燃料电池10中循环的氢气的压力降压时，控制排氢阀37。氢气的目标压力也同样，可以基于燃料电池10的温度修改。
[0057]
氢循环泵控制部56基于目标发电功率设定循环泵25的目标驱动量，控制循环泵25的驱动。具体地说，氢循环泵控制部56设定循环泵25的目标驱动量，以使得向燃料电池供应与目标发电功率对应流量的氢气。氢循环泵控制部56可以基于对燃料电池10的劣化和发电效率产生影响的燃料电池10的内部水分状态修改循环泵25的目标驱动量。燃料电池10的内部水分状态例如可以根据构成燃料电池10的各个燃料电池单元71或堆栈整体的发电状态推定，也可以使用湿度计推定。另外，循环泵25的目标驱动量也同样，可以基于燃料电池10的温度修改。此外，关于增压器15的目标驱动量及循环泵25的目标驱动量，可以按照与在任一方设定的目标驱动量相对应的流量设定另一方的目标驱动量。
[0058]
冷却水循环泵控制部57按照燃料电池10所要求的散热量控制冷却水循环泵45的转速。例如，冷却水循环泵控制部57基于与发热量具有相关性的目标发电功率和燃料电池10的当前温度，求出为了将燃料电池10的温度保持在预定的温度以下而要求的散热量，控制冷却水循环泵45的转速，以使得在燃料电池10的冷却水流路78中流通预定流量的冷却
水。在该情况下，燃料电池10的目标发电功率越大，另外当前温度越高，则冷却水循环泵45的转速设定为越大的值，冷却水的流量越增大。冷却水循环泵控制部57可以参照决定目标发电功率、燃料电池10的温度和要求散热量的关系的图表求出要求散热量。也可以使用输出功率来代替目标发电功率。另外，冷却水循环泵控制部57可以还考虑向燃料电池10供应的冷却水的温度，控制冷却水循环泵45的转速。在该情况下，冷却水的温度越高，冷却水循环泵45的转速设定为越大的值，冷却水的流量越增大。
[0059]
在此，如上所述，本实施方式的燃料电池系统1利用压力调节机构43使冷却水压力和空气供应压力相等，由此减小在介于氢极61与氧极63之间的燃料电池10内在第二分离器67上产生的应力，抑制燃料电池10的寿命缩短。但是，在无论燃料电池10的空气供应压力是否小而冷却水循环泵45的转速(输出)都增大的情况下，冷却水循环泵45的吸入侧的压力因从燃料电池10排出的冷却水通过配管或冷却器47时的压力损失而降低，易于发生气穴现象。
[0060]
因此，冷却水循环泵控制部57基于冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水压力或该冷却水压力的相关值设定冷却水循环泵45的转速上限。由此，抑制冷却水循环泵45的吸入侧的压力显著降低，抑制吸入侧发生气穴现象。在本实施方式中，冷却水循环泵控制部57使用由压力传感器14检测的空气供应压力的值作为吸入侧的冷却水压力的相关值。
[0061]
具体地说，在本实施方式的燃料电池系统1中，供向燃料电池10供应的冷却水流动的喷出侧流路41内的压力被压力调节机构43调整为与空气供应压力相等的值。因此，由压力传感器14检测的空气供应压力表示冷却水循环泵45的喷出侧的冷却水压力。并且，能够通过预先模拟或实测求出冷却水循环泵45的喷出侧的冷却水压力、冷却水循环泵45的喷出流量与冷却水循环泵45的吸入侧的压力之间的关系。冷却水循环泵45的喷出流量基于冷却水循环泵45的转速求出。因而，能够按照空气供应压力预先设定冷却水循环泵45的吸入侧的压力成为会发生气穴现象的下限压力的冷却水循环泵45的转速。
[0062]
鉴于这些，冷却水循环泵控制部57基于由压力传感器14检测的空气供应压力及冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水的温度设定冷却水循环泵45的转速的上限，以使得冷却水循环泵45的吸入侧的压力不会降低到会发生气穴现象的下限压力。例如，冷却水循环泵控制部57参照决定空气供应压力、冷却水的温度和冷却水循环泵45的最大转速之间的关系的图表，设定冷却水循环泵45的转速的上限。冷却水循环泵控制部57在求出的转速的上限以下的范围内控制冷却水循环泵45。由此，抑制在冷却水循环泵45的吸入侧发生气穴现象，能够抑制燃料电池10的寿命缩短。
[0063]
图7及图8是为了说明冷却水循环泵45的转速的控制范围而示出的图。图7是示出基于冷却水压力及冷却水温度设定的冷却水循环泵45的转速的上限即最大转速的说明图，图8是示出在假设将空气供应压力控制为恒定值的情况下的冷却水循环泵45的转速的控制范围的说明图。
[0064]
如图7所示，冷却水循环泵45的喷出侧的冷却水压力，即由压力传感器14检测到的空气供应压力越变大，冷却水循环泵45的最大转速np_max设定为越大的值。这是因为，在冷却水回路40中，冷却水循环泵45的喷出侧借助燃料电池10、冷却器47及配管与吸入侧相通，随着冷却水经过燃料电池10、冷却器47及配管而产生压力损失，但是吸入侧的冷却水压力根据喷出侧的冷却水压力而增加。
[0065]
另外，冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水的温度越低，冷却水循环泵45的最大转速np_max设定为越大的值。这是因为，气穴现象是在冷却水循环泵45的入口处局部地冷却水沸腾的状态，冷却水的温度越高，冷却水越易于沸腾。另外，在冷却水的温度低到预定温度以下的状态下，冷却水循环泵45的最大转速np_max固定为额定最大转速。
[0066]
冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水的温度例如可以是使用温度传感器计侧的实测值，也可以是基于燃料电池10的排出侧的冷却水的温度和冷却器47的工作状态推定的值。或者，也可以使用燃料电池10的进入侧的冷却水的温度，来代替冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水的温度。这是因为，冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水的温度一般比燃料电池10的进入侧的冷却水的温度低，通过按照燃料电池10的进入侧的冷却水的温度设定冷却水循环泵45的最大转速np_max，能够充分地抑制气穴现象。
[0067]
如图8所示，在空气供应压力被控制为恒定值的情况下，冷却水循环泵45的转速被控制为，在基于空气供应压力设定的最大转速np_max与被冷却水循环泵45的规格限制的最小转速np_min之间与要求散热量成正比地增加。由此，能够抑制冷却水循环泵45的吸入侧发生气穴现象。
[0068]
此外，即使在要求散热量成为非常大的值的情况下，冷却水循环泵45的转速也被限制为最大转速np_max以下，但是即使超过最大转速np_max地控制冷却水循环泵45，在开始发生气穴现象后，也不是使冷却水的流量上升到期望的流量。因此，冷却水循环泵45的转速控制在超过最大转速np_max的范围，不仅不能确保冷却能力，也会因发生气穴现象而发生冷却水回路的功能不全。因而，由本实施方式的燃料电池系统1设定冷却水循环泵45的转速的上限是有效的。
[0069]
＜3.工作＞
[0070]
接着，说明本实施方式的燃料电池系统1的冷却水循环泵45的控制处理工作。
[0071]
图9是示出冷却水循环泵45的控制处理的工作的流程图。
[0072]
控制部50的目标发电功率计算部51获取燃料电池10的目标发电功率(步骤s11)。例如，目标发电功率计算部51将从控制车辆的驱动用马达的马达控制装置发送的要求供应功率和从控制二次电池的蓄电池控制装置发送的要求充电功率相加来计算目标发电功率。目标发电功率计算部51可以将其他的要求功率相加来计算目标发电功率。此外，可以获取燃料电池10的输出功率(输出电流或输出电压)，来代替获取目标发电功率。
[0073]
接着，冷却水循环泵控制部57基于温度传感器24的传感信号获取燃料电池10的温度(步骤s13)。接着，冷却水循环泵控制部57通过参照预先存储于存储装置的图表等，基于获取到的目标发电功率和燃料电池10的当前温度或者燃料电池10的输出功率和燃料电池10的当前温度，计算用于将燃料电池10的温度保持为预定的温度以下的要求散热量(步骤s15)。
[0074]
接着，冷却水循环泵控制部57通过参照预先存储于存储装置的图表等，计算与要求散热量对应的冷却水循环泵45的要求转速(步骤s17)。该要求转速是能够不考虑转速的上限而喷出与要求散热量对应流量的冷却水的转速。冷却水循环泵控制部57可以还考虑冷却水的温度来计算冷却水循环泵45的要求转速。
[0075]
接着，冷却水循环泵控制部57基于压力传感器14的传感信号获取向燃料电池10供应的空气供应压力(步骤s19)。在本实施方式中，在空气供应流路12与冷却水回路40的喷出
侧流路41之间连接有压力调节机构43，空气供应流路12内的空气供应压力和喷出侧流路41内的冷却水压力为相等的值。因此，能够将获取到的空气供应压力视为冷却水循环泵45的喷出侧的冷却水压力。
[0076]
接着，冷却水循环泵控制部57获取冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水的温度(步骤s21)。该冷却水的温度可以是使用温度传感器计侧到的实测值，也可以是基于燃料电池10的排出侧的冷却水的温度和冷却器47的工作状态推定的值。或者，可以使用燃料电池10的进入侧的冷却水的温度，来代替冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水的温度。
[0077]
接着，冷却水循环泵控制部57基于获取到的空气供应压力获取成为冷却水循环泵45的转速的最大转速np_max(步骤s23)。例如，参照冷却水在冷却水回路40内通过时产生的压力损失或考虑冷却水循环泵45的规格而预先设定的图表，基于空气供应压力获取最大转速np_max。
[0078]
接着，冷却水循环泵控制部57判断在步骤s17中计算出的要求转速是否大于获取到的最大转速np_max(步骤s25)。在要求转速大于最大转速np_max的情况下(s25/是)，冷却水循环泵控制部57将最大转速np_max设定为目标转速(步骤s27)。另一方面，在要求转速为最大转速np_max以下的情况下(s25/否)，冷却水循环泵控制部57将要求转速设定为目标转速(步骤s29)。
[0079]
接着，冷却水循环泵控制部57基于在步骤s27或者步骤s29中设定的目标转速计算向冷却水循环泵45供应的驱动电流，向冷却水循环泵45的驱动电路输出驱动信号(步骤s31)。由此，冷却水循环泵45被控制在最大转速np_max以下的范围，该最大转速np_max设定为吸入侧的冷却水压力不会成为发生气穴现象的下限压力以下。因而，能够抑制因冷却水循环泵45的驱动而产生的异常噪音和振动，并且能够防止冷却水回路40的功能不全。
[0080]
另外，在冷却水回路40的喷出侧流路41与空气供应流路12之间设置有压力调节机构43，所以在燃料电池10进行发电期间，燃料电池10内的空气压力与冷却水压力的压力差减小。因此，作用于配置在氧极63与冷却板65之间的第二分离器67b的应力减小，能够抑制燃料电池10的寿命缩短。随之，作用于配置在氢极61与冷却板65之间的分离器67的应力减小，能够抑制燃料电池10的寿命缩短。
[0081]
＜4.压力调整单元的变形例＞
[0082]
在上述实施方式中说明的压力调节机构43构成为，通过与壳体81的内周面接合的具有伸缩性的分隔构件83的变形，使冷却水回路40的喷出侧流路41的容量变化，但是压力调节机构43能够进行各种变形。
[0083]
图10及图11是示出压力调节机构43的变形例的说明图。变形例的压力调节机构43具备与壳体81的内周面接合的蛇纹状的分隔构件89而构成。
[0084]
在具有该构成的压力调节机构43中，蛇纹状的分隔构件89具有作为传递空气供应压力及冷却水压力的边界面的功能，通过第一空间部85与第二空间部87的压力差变形。具体地说，在第一空间部85的内压大于第二空间部87的内压的情况下，分隔构件89向第二空间部87侧延伸变形，以使得第一空间部85的容量扩大而第二空间部87的容量缩小(参照图10)。相反地，在第二空间部87的内压大于第一空间部85的内压的情况下，分隔构件89收缩变形，以使得第二空间部87的容量扩大而第一空间部85的容量缩小(参照图11)。
[0085]
利用如此构成的压力调节机构43，也能够减小与第一空间部85连通的喷出侧流路
41和与第二空间部87连通的空气供应流路12的压力差。因而，在燃料电池10内，配置在氧极63与冷却板65之间的第二分离器67b及配置在氢极61与冷却板65之间的分离器67的耐久性提高，能够使燃料电池10长寿命化。
[0086]
除了图10及图11所示的压力调节机构以外，只要是如下的机构就适合使用，即，具备相互传递冷却水压力及空气供应压力的边界面，边界面的位置能够通过空气供应流路12内的压力与冷却水回路40的喷出侧流路41内的压力的压力差而变化，并且冷却水不向空气供应流路12侧流出，且空气不向喷出侧流路41侧流入。例如，也可以如下结构的压力调节机构，即，空气供应流路12与气相部分连通，该气相部分是与供冷却水流通的喷出侧流路41连通并保持冷却水的空间部的上方，水面因冷却水压力及空气供应压力上下移动。在该情况下，即使在空间部内的冷却水的水面上升的情况下，冷却水也不会向空气供应流路12侧流出，并且，即使在冷却水的水面降低的情况下，空气也不会流入喷出侧流路41侧。另外，例如也可以是如下结构的压力调节机构，即，利用截面积小的流路连接喷出侧流路41和空气供应流路12，并且该流路的长度长，以使得即使在边界面的位置因冷却水压力与空气供应压力的平衡而变化的情况下，冷却水也不会向空气供应流路12流出，并且空气不会流入喷出侧流路41。
[0087]
如以上所说明那样，根据本实施方式的燃料电池系统1，由于对燃料电池10内的冷却水压力进行调节的压力调节机构43与冷却水循环泵45分开设置，所以能够一边维持向燃料电池10供应的冷却水的流量，一边降低燃料电池10内的空气压力或氢气压力与冷却水压力的压力差。因而，能够抑制冷却性能的降低，作用于分离器67a(或67c)、67b的应力减小，能够抑制燃料电池10的寿命缩短。该压力调节机构43是通过不依赖电控制等的压力平衡进行工作的容量可变机构，所以能够在不伴随有控制部50的负载增加的情况下减小压力差。
[0088]
另外，根据本实施方式的燃料电池系统1，冷却水循环泵45的转速被控制在基于与吸入侧的冷却水压力具有相关性的空气供应压力设定的最大转速np_max以下的范围，以使得不会由于吸入侧的压力发生气穴现象。因此，抑制因冷却水循环泵45的驱动而发生异常噪音和振动，并且抑制冷却水回路40的功能不全。
[0089]
在本实施方式中，冷却水回路40的喷出侧流路41的冷却水压力被压力调节机构43调节为与空气供应压力相等的值，所以作为吸入侧的冷却水压力的相关值，能够使用由压力传感器14检测的空气供应压力的值。因而，能够使用为了控制空气供应压力而具备的压力传感器14设定冷却水循环泵45的最大转速np_max，能够抑制成本的增加。
[0090]
以上，一边参照附图一边详细地说明本发明的优选的实施方式，但是本发明不限于该例子。只要是具有本发明所属技术领域的一般知识的人，就清楚能够在权利要求书中记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修改例，了解这些当然也属于本发明的技术范围。
[0091]
例如，在上述实施方式中，压力调节机构43设置在冷却水回路40的喷出侧流路41与空气供应流路12之间，但是本发明不限于该例子。压力调节单元可以设置于喷出侧流路41与氢供应流路22之间。向燃料电池10供应的空气及氢气的供应压力被控制为相等的压力，所以能够由该结构获得同样的效果。
[0092]
另外，在上述实施方式中，压力调节机构43将分别向燃料电池10供应的空气供应压力和冷却水压力调节为相等的值，或者将分别向燃料电池10供应的氢供应压力与冷却水
压力调节为相等的值，但是本发明不限于该例子。例如，压力调节机构可以将从燃料电池10流出的空气压力和冷却水压力调节为相等的值，或者将从燃料电池10流出的氢压力(反应气体压力)和冷却水压力调节为相等的值。或者，压力调节机构43将向燃料电池10供应的空气或氢的供应压力与从燃料电池10流出的冷却水压力调节为预定的压力差，或者将从燃料电池10流出的空气或氢的压力与向燃料电池10供应的冷却水供应压力调节为预定的压力差。即使在使用这样的压力调节机构的情况下，也能够减小燃料电池10内的空气压力或氢气压力与冷却水压力的压力差，抑制燃料电池10的寿命缩短，并且能够抑制在冷却水循环泵45的吸入侧发生气穴现象，抑制因冷却水循环泵45的驱动而产生异常噪音和振动。
[0093]
另外，在上述实施方式中，作为冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水压力的相关值而使用空气供应压力，但本发明不限于该例子。可以使用追加的压力传感器，检测冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水压力或者氢供应压力，使用这些压力设定冷却水循环泵45的最大转速。
[0094]
另外，在上述实施方式中，一起使用冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水压力或该冷却水压力的相关值和冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水温或该冷却水温的相关值，设定冷却水循环泵45的最大转速np_max，但本发明不限于该例子。即使在仅基于冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水压力、该冷却水压力的相关值、冷却水循环泵45的吸入侧的冷却水温或该冷却水温的相关值中的任意一个设定冷却水循环泵45的最大转速np_max的情况下，也能够获得抑制冷却水循环泵45的吸入侧发生气穴现象的效果。