JP3876784B2

JP3876784B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP3876784B2
Application number: JP2002212318A
Authority: JP
Inventors: 太郎横井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP2004055379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は低温からの起動時に燃料電池の加熱を行う燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低温からの燃料電池システムを起動させる方法として、特開平１０−５５８１２号や特開平１０−７４５３２号に開示されたものがある。
【０００３】
固体高分子電解質膜を用いた燃料電池では、有効な発電機能を発揮させるために、その膜を適度な湿潤状態に維持することが必要とされている。そのため、空気あるいは燃料ガスを加湿し、燃料電池に供給している。
【０００４】
しかしながら、燃料電池システムを極低温下で使用する場合、燃料電池システムを停止している間に、加湿用の水が凍結してしまう場合がある。この凍結を解除するために、特開平１０−５５８１２号では、燃焼電池に沸点の融点の低い流体を流通させ、水の凍結が判断されるときには、融点の低い流体を熱交換器などで加熱して燃料電池へ供給することで、燃料電池の内部を解凍している。
【０００５】
また、特開平１０−７４５３２号では、外部の加湿装置に加熱した融点の低い流体を流通させ、加湿装置を暖めて凍結した水を解凍している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで前記加熱のためのエネルギとしては、電気ヒータの場合には大量の電力の供給が必要となり、あるいは燃料電池に供給する水素を利用するにしても、これを燃焼させるのに必要な空気を圧送するコンプレッサを蓄電池からの電力を供給して駆動する必要があり、いずれにしても電力の供給が要求される。
【０００７】
しかし、燃料電池が発電を行えない温度以下の低温状態では、加熱に必要な電力は全て蓄電池でまかなうこととなる。また、蓄電池は低温となるとその放電可能電力が低下する。従って、極低温条件でも常時迅速な起動性を確保しようとすると蓄電池は大きくなり、コスト的にもレイアウト的にも重量的にも不利な方向となる。さらに、蓄電池が満充電状態で燃料電池システムを停止していればよいが、そうでないときは、次回の起動に備えて所定の充電量となるまでシステムを停止させることができず、運転性や燃費の悪化をもたらす。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、燃料電池システムの低温からの起動性を改善することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料電池と、燃料電池で発電した電力を一時的に蓄える蓄電池と、燃料電池を加熱昇温させるために電力を消費し、かつ加熱量が供給電力量特性によって変動する加熱手段と、を備え、システムの低温からの起動時に前記加熱手段によって少なくとも燃料電池を加熱するようにした燃料電池システムにおいて、前記蓄電池の放電可能量を検出する蓄電池残量検出手段と、前記燃料電池を含むシステム内の温度を検出する燃料電池温度検出手段と、前記システムの起動時に加熱手段に供給する電力量を蓄電池残量の検出値と燃料電池温度の検出値とに応じて変更する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記蓄電池の蓄電池残量と前記加熱手段に供給可能な電力量との関係を、燃料電池温度の温度に応じて傾きが異なる複数の特性であって、温度が低いときよりも高いときの方が傾きが大きい複数の特性に設定し、検出した燃料電池温度に基づいて選択した特性にしたがって検出した蓄電池残量から前記電力量を決定することを特徴とする。
【００１１】
【作用効果】
蓄電池の放電可能量が充分であれば効率よりも燃料電池システムの起動性を優先して早期加熱運転したり、蓄電池の放電可能量が低ければ低電力で加熱が可能な効率的に最適な運転状態を取ることができる。
【００１２】
また、燃料電池の温度に応じて最適な速度で加熱手段を運転できるため、最適な起動を行うことができる。
【００１３】
【実施形態】
図１に本発明の一実施形態を示す。
【００１４】
本実施形態は、カソードに水素ガスを供給するダイレクト水素型の燃料電池を用いたシステムを例示してある。
【００１５】
図中、１は燃料電池（以下、燃料電池本体ともいう）であり、例えば内部に固体高分子電解質膜を挟んで空気を流通させるカソード極と、水素を供給するアノード極が備えられる。５は水素タンクであり、水素は流量制御弁６、流路切替弁７を介してアノード極に導かれる。また、９は空気供給装置であり、空気が燃料電池本体１のカソード極に導かれる。燃料電池本体１は水素と空気（酸素）との供給に基づいて電気化学反応により発電する。
【００１６】
固体高分子電解質膜の加湿および凝縮水のトラップのため、燃料電池本体１の内部には、カソード極、アノード極と純水のやり取りが可能な構造の純水の循環系が備えられ、純水ポンプ３により、バッファタンク４からの純水を配管２を介して内部に循環させる。なお、発電反応に伴い生成された純水がバッファタンク４に還流され、これにより供給分を自動的に補うようになっている。もちろん、加湿は供給する空気や水素を、外部の加湿器により加湿するタイプのものであってもよい。
【００１７】
また、燃料電池本体１には燃料電池本体１の温度をコントロールする低融点の熱媒体（以下ＬＬＣと略す）を循環させる循環系を備えている。燃料電池本体１の温度が発電可能な温度よりも低いときなど、この暖めたＬＬＣを循環させることにより、燃料電池本体１の暖機を行う。なお、このＬＬＣは燃料電池本体１の通常の発電時には、発電に伴って発生する熱を排除するため、燃料電池本体１の冷却を行う。
【００１８】
１２はＬＬＣ配管であり、燃料電池本体１内のＬＬＣ流路と接続している。ＬＬＣ配管１２の途中にはポンプ２１と放熱用のラジエータ１４が介装され、ＬＬＣを循環させて、燃料電池本体１の発電時には、ＬＬＣが燃料電池本体１から回収した熱を外部に放出する。
【００１９】
また、ＬＬＣ流路切替弁１３が前記配管１２の途中に設けられ、このＬＬＣ流路切替弁１３から分岐する配管には、車室内ヒータ１９を経由して熱交換器１０が配置され、ＬＬＣ流路切替弁１３が切り替えられると、ラジエータ１４の上流から分岐して熱交換器１０を通過したＬＬＣはラジエータ１４をバイパスして、その下流側に導かれるように配管接続される。
【００２０】
なお、車室内ヒータ１９は、ファンを作動させるとＬＬＣの熱が空気へ伝達されて、その空気が車室内へ導かれて車室内を加温する構成となっている。
【００２１】
前記熱交換器１０に付設して燃焼器８が設けられる。この燃焼器８には、前記水素流路切替弁７によって、燃料電池本体１の温度が発電可能温度よりも低い場合には水素が導かれる。また、前記空気供給装置９から送られた空気は燃料電池本体１のカソード極へ導入された後、燃料電池本体１をでてから燃焼器８へ流入する。したがって燃料電池本体１の温度が発電可能温度よりも低い場合は、燃焼器８で水素と空気中の酸素が反応して熱が発生する。その熱を下流の熱交換器１０で燃焼ガスからＬＬＣへ伝達させた後、燃焼ガスは排出される。
【００２２】
１５は蓄電池であり、燃料電池本体１で発電したものの車両の運転に余剰となった電力や、減速時にエネルギ回生で得られた電力を一時的に蓄えておくために備えられる。
【００２３】
燃料電池本体１が発電可能な温度状態のときと、発電できない温度状態のときとで、ＬＬＣによる燃料電池本体１の冷却と加熱とを制御するためにコントローラ１８が備えられる。
【００２４】
コントローラ１８はマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースなどで構成され、このコントローラ１８には、燃料電池本体１の温度を検出する温度センサ１１、蓄電池１５の温度をモニタする蓄電池温度センサ１６、蓄電池１５の放電可能電力量を演算するためのＳＯＣ演算器１７、車室内ヒータ１９の作動を検出するスイッチ２２からの各検出信号が入力し、これらに基づいて、コントローラ１８は空気供給装置９、流量制御弁６，水素流路切替弁７、流路切替弁１３、ポンプ２１などの動作を制御するようになっている。
【００２５】
ここで、まず、コントローラ１８の機能を表すブロック図（図２）に基づいて説明する。
【００２６】
加熱運転実行手段１０１は、燃焼器８、熱交換器１０によるＬＬＣ加熱運転をするかしないかを判定する。通電量変更許可手段１０２は、加熱運転する場合に、空気供給装置９の通電量を変更するかしないかを判定する。なお、この空気供給装置９は、燃料電池を加熱昇温させるために電力を消費し、かつ加熱量が供給電力量特性によって変動する加熱手段を、燃焼器８、熱交換器１０などとともに構成している。
【００２７】
通電量を変更する場合は、通電量決定手段１０３が、蓄電池１５の放電可能量と燃料電池本体１の温度および車室内ヒータ１９の作動状態に基づいて空気供給装置１０へ供給する電力量を決定する。１０４は蓄電池１５の放電可能量の温度補正手段であり、前記電力量を決定するにあたり、そのときの蓄電池１５の温度によって蓄電池１５の前記放電可能量を補正する。したがって、空気供給装置９はこの補正された電力量に基づいて通電が制御される。
【００２８】
以下、図３から図６に示すフローチャートにしたがってコントローラ１８の実行する制御内容についてさらに詳しく説明する。
【００２９】
まず、図３は加熱運転の実行判断機能を表すフローチャートで、このルーチンは、所定の周期（１秒間隔）で繰り返される。
【００３０】
ステップＳ１では、燃料電池本体１の温度ＴＳＴＫを温度センサ１１から読み込む。ステップＳ２で読み込んだＴＳＴＫが、燃料電池本体１が発電可能な最低温度に相当する所定温度（ＳＬＴＳＴＫ）未満であるか否かを判定する。所定温度未満であれば燃焼器８に水素と空気を供給して、ＬＬＣを加熱する加熱運転を実行することを決定し、フラグＦＴＥＭＰ＝１とする。しかし、所定温度以上であれば加熱運転を実行しないと判定し、フラグＦＴＥＭＰ＝０とし、燃焼器８への水素の供給を停止して本フローを終了する。
【００３１】
したがって、本フローを定期的に実行していることで、加熱運転により温度が上昇して所定温度以上となった時には自動的に加熱運転を中止する制御が可能となる。なお、この場合、燃料電池本体１の温度に基づいて判定を行っているが、たとえばＬＬＣの温度や、また、ＬＬＣで燃料電池本体１の外部、例えば純水のバッファタンク４を加熱する構成となっていれば、バッファタンク内の純水の温度を用いて制御を行うことも可能であり、要は実際の構成に応じて、最適な温度を選べばよい。
【００３２】
次に、図４は蓄電池１５の放電可能量の温度補正手段としての機能を表すフローチャートである。
【００３３】
ステップＳ１１で、ＳＯＣ演算器１７からの蓄電池放電可能量の計測値ＳＯＣおよび温度センサ１６からの蓄電池１５の温度ＴＢＡＴを読み込む。
【００３４】
ステップＳ１２で蓄電池温度と放電可能量低下率の関係を表すテーブルより、蓄電池温度ＴＢＡＴに応じた修正係数ＣＴＥＭＰを設定する。これは０以上１以下の係数で、蓄電池温度ＴＢＡＴが高くなるほど増大する。その後ステップＳ１３で、蓄電池１５の放電可能量修正値ＣＳＯＣを、
ＣＳＯＣ＝ＳＯＣ×ＣＴＥＭＰ
として算出する。
【００３５】
したがって、放電可能量の修正値ＣＳＯＣは温度に応じて変化し、低温時には放電可能量が小さくなる。このフローにより、低温時にも正確な蓄電池放電可能量を検知することが可能となる。
【００３６】
図５は通電量変更許可手段としての機能を表すフローチャートである。
【００３７】
ステップＳ２１で車室内ヒータ１９が使用されている（ＦＨＥＡＴ＝１）か未使用（ＦＨＥＡＴ＝０）かを示すヒータスイッチフラグＦＨＥＡＴと、加熱運転フラグＦＴＥＭＰを読み込む。
【００３８】
ステップＳ２２とＳ２３では、ＦＨＥＡＴがＦＨＯＬＤと異なるかどうかを判定している。なお、後述するように、ＦＨＯＬＤの初期値を１としておくと、システムの運転開始直後に車室内ヒータ１９がＯＮされてもＦＨＥＡＴ＝ＦＨＯＬＤ＝１となり、通電量変更が許可されない誤動作が起こる可能性があるのでＦＨＯＬＤの初期値は０としておく。
【００３９】
ステップＳ２２およびＳ２３で、ＦＨＥＡＴが反転したか、すなわち車室内ヒータ１９のスイッチがＯＮからＯＦＦ、もしくはＯＦＦからＯＮへ変更されたか否かを、ＦＨＥＡＴとＦＨＯＬＤの値が互いに異なっているかどうかにより、判定している。
【００４０】
ステップＳ２２とＳ２３で、車室内ヒータ１９のスイッチがＯＮからＯＦＦもしくはＯＦＦからＯＮへ変更された場合は、ステップＳ２４で、空気供給装置９への通電量変更許可フラグＦＰＷＲを、ＦＰＷＲ＝１として空気供給装置９への通電量変更を許可する。また、ＦＨＯＬＤ＝ＦＨＥＡＴとする。
【００４１】
すなわち、加熱運転中に車室内ヒータ１９のスイッチがＯＮ／ＯＦＦされた場合は、燃料電池本体１へ与える熱量が車室内の加熱に使用されるため燃料電池本体１へ供給される熱量が少なくなること、および、車室内ヒータ用のブロアを運転するために蓄電池１５の電力が使用されるため空気供給装置９への通電量を最適化する必要が生じたと判断するのである。
【００４２】
ステップＳ２５では加熱運転フラグＦＴＥＭＰが１（加熱運転許可）で、かつ、ステップＳ２７で設定される、前回に本フロー実行時の加熱運転フラグＦＴＯＬＤが０か否かを判定する。すなわち加熱運転不許可状態から許可状態へと変わった場合のみ、ステップＳ２６に進んで、通電量変更許可フラグＦＰＷＲを１として空気供給装置９への通電量変更を許可する。
【００４３】
ここでＦＴＯＬＤの初期値もＦＨＯＬＤと同様０としておくと、誤動作なく本システム運転開始後、燃料電池本体１の加熱が必要と判断された場合および本システム運転中に燃料電池温度が所定値以下となり加熱運転が必要と判断された場合にのみ通電量の変更が許可される。
【００４４】
ステップ２７でＦＴＯＬＤ＝ＦＴＥＭＰとする。
【００４５】
図６は通電量決定手段の機能を表すフローチャートである。
【００４６】
ステップＳ３１で通電量変更が許可されているか（ＦＰＷＲ＝１）否か（ＦＰＷＲ＝０）を判定し、不許可であればただちに本フローを終了し、許可されていればステップＳ３２で、蓄電池放電可能量修正値ＣＳＯＣ，燃料電池本体温度ＴＳＴＫおよびヒータスイッチフラグＦＨＥＡＴを読み込む。
【００４７】
ステップＳ３３で、車室内ヒータ１９がＯＮ状態（ＦＨＥＡＴ＝１）であればステップＳ３５で、ＯＦＦ状態（ＦＨＥＡＴ＝０）であればステップＳ３４で、それぞれ蓄電池放電可能量修正値ＣＳＯＣに応じた空気供給装置９への通電量ＰＷＲをテーブル値に基づいて設定する。
【００４８】
前記蓄電池放電可能量修正値ＣＳＯＣに対する通電量ＰＷＲは、車室内ヒータ１９がＯＦＦのときほど余裕があるため、相対的に大きな値となる。
【００４９】
なお、ステップＳ３４，Ｓ３５では、それぞれのテーブルの横軸は蓄電池放電可能量修正値ＣＳＯＣを所定値ＳＲ（１よりも大きい値）で除したものとしている。蓄電池１５の放電可能量の全てを費やして起動していると、例えば完全起動せずに蓄電池１５の放電可能量が回復しないまま停止させられた場合などは次回の起動のための電力がなくなってしまう。また、蓄電池放電可能量修正値ＣＳＯＣはいくら補正されているといっても誤差を含んでいる場合もあり、ＣＳＯＣをすべて使用できるとしないほうが安全である。
【００５０】
このような観点より横軸はＣＳＯＣを所定値ＳＲで除した値とした。例えばＳＲ＝２とすると、ＣＳＯＣの約半分の電力で起動することになる。また、各テーブルの３本のラインは、燃料電池温度ＴＳＴＫに応じたラインとなっており、低温の場合は傾きの小さいラインで、高温となるに従って傾きが大きくなるラインとなる。温度が高ければ燃料電池を加熱する熱量は少なくてすむので同じ蓄電池放電可能量修正値ＣＳＯＣであれば空気供給装置９へ供給する電力を大きくして早く起動する。また、車室内ヒータＯＮの場合はＯＦＦの場合と比べて各ラインの傾きが小さくなる。車室内ヒータＯＮの場合は燃料電池本体１の昇温のための熱を車室内ヒータ１９に奪われるために加熱効率が悪化するのと、車室内ヒータ１９のブロアが運転されるため蓄電池１５の電力がそちらへ奪われ使用できる電力が低下するため、同じＣＳＯＣの場合は長い時間をかけて配管圧損の少ない高効率運転を実施するのである。
【００５１】
そしてステップＳ３６で、通電量ＰＷＲが所定値ＳＬＰＷＲ以上であるかを判定し、ＳＬＰＷＲ未満であればステップＳ３７に進んで、ＰＷＲ＝ＳＬＰＷＲとしてＰＷＲが所定値ＳＬＰＷＲ未満となることを防止する。
【００５２】
これは、ブロアなどの空気供給装置９は極低回転では効率が非常に悪くなり、いくら圧力損失が低くても単位供給電力あたりの送風量が低下するため、供給電力量は最高効率点以下とならないようにリミッタをかけた。すなわち所定値ＳＬＰＷＲは最大効率点に相当する値である。
【００５３】
この後、ステップＳ３８で通電量変更許可フラグＦＰＷＲ＝０（不許可）として本フローを終了する。以上のフローを実施することで、加熱運転が必要となった場合や車室内ヒータが作動もしくは停止された場合に、蓄電池残量とそのときの燃料電池温度に応じた始動が可能となるため、蓄電池を必要以上に大型化する必要もなく、最速かつ確実な起動性が確保できる。
【００５４】
以上のことから明らかなように、本実施形態によれば次の効果を生じる。
【００５５】
一つは、燃料電池システムの温度を昇温させる加熱手段（燃焼器、熱交換器、空気供給装置などで構成される）を有し、加熱手段は少なくともその一部に電力を用いておりかつ、単位消費電力あたりの加熱量が供給する電力量に比例しない特性を有しているものにおいて、燃料電池の運転可能温度以下から燃料電池を起動する場合、加熱手段に供給する電力量を、蓄電池残量検出手段の検出結果に応じて変更する構成としている。例えば、空気を燃焼器へ供給する空気供給装置は空気の圧力、流量等で効率が異なるのが一般的であり、当然効率の良い条件では消費電力に対する空気供給量の割合が大きくなり、結果として消費電力を低く抑えた状態で燃焼器の発熱量を大きくすることができる。一方急速な起動という観点からは単位電力消費に対する加熱量は小さくなるが、大量の空気と燃料を燃焼器に送り込むことが有利である。したがって効率的な加熱のための空気流量と迅速な昇温のための空気流量は異なることとなる。以上より本構成をとれば蓄電池の放電可能量が充分であれば効率よりも起動性を優先して早期加熱運転でき、蓄電池の放電可能量が低ければ低電力で加熱が可能な効率的に最適な運転状態を取ることができるため、言い換えれば、蓄電池の放電可能量に最適な速度で加熱手段を運転できるため、大きな蓄電池を搭載しなくても確実に起動ができ、コスト、重量と良好なレイアウト性、起動性が両立できる。
【００５６】
次には、燃料電池の運転可能温度以下から燃料電池を起動する場合、加熱手段に供給する電力量を、燃料電池温度検出手段の検出結果に応じて変更する構成としている。燃料電池本体の温度が低ければ燃料電池が発電可能となる温度となるまでに必要な加熱量は大きく、すなわち電力がたくさん必要である一方、燃料電池の温度が比較的高ければ必要な電力量は少なくてすむ。どのような燃料電池温度でも同じような加熱量で燃料電池を暖機していると、燃料電池温度が比較的低い場合は、燃料電池が発電可能温度となる前に蓄電池の放電可能量がなくなってしまう場合や、燃料電池温度が比較的高い場合は蓄電池放電可能量は充分であるのに、必要以上に時間をかけてしまう場合がある。しかし、上記の構成によれば、燃料電池温度に応じて最適な速度で加熱手段を運転できるため、常に最適な起動を行うことができる。
【００５７】
さらには、燃料電池の運転可能温度以下から燃料電池を起動する場合、加熱手段に供給する電力量を、蓄電池残量検出手段の検出結果に応じてかつ、燃料電池温度検出手段の検出結果に応じて変更する構成としている。この場合には、上記した２つの構成による効果を併せ持つことが可能となる。燃料電池温度が低く、かつ蓄電池放電可能量が少ない場合は、加熱手段の作動を効率最重視運転とし、燃料電池温度が比較的高くかつ蓄電池放電可能量が充分である場合は、加熱手段の作動を加熱速度最重視運転とすることが可能となる。すなわち蓄電池放電可能量と燃料電池の温度に応じて最適な速度で加熱手段を作動できるため、常に最良な起動性が確保できる。
【００５８】
さらには、加熱手段の作動中に、蓄電池から加熱手段以外にも電力を供給する必要が生じた場合、加熱運転終了までに加熱手段以外に供給する総電力量を予測し、蓄電池残量検出手段の検出結果から前記総電力量を減じた結果および燃料電池温度検出手段の検出結果に基づいて加熱手段に供給する電力量を再変更する構成としている。実際の車両の運転を考えると、燃料電池が運転不可能な低温状態で加熱手段を運転している途中で、運転者が暖房のためのファンを作動させたりガラスの曇りを除去する熱線に通電させたりする場合がある。そのような場合蓄電池の放電可能量が減少するにもかかわらず加熱手段へ通電する電力量は加熱手段運転前に決定していると、修正が入らずに使用されるため、最悪の場合燃料電池を運転可能な温度まで上昇させる前に蓄電池の電力を使いきってしまう場合もある。しかし、加熱手段以外に電力が使用された場合は、燃料電池が運転可能な温度となるまでに加熱手段以外に使用される総電力量を予測し、その予測された電力量をあらかじめ蓄電池放電可能量から差し引いた値を蓄電池放電可能量として再度加熱手段へ供給する電力量を決定するため、このような問題を回避することが可能となる。
【００５９】
さらには、燃料電池に低融点流体を流通させ、加熱手段は低沸点流体を加熱することで燃料電池本体を間接的に加熱するものにおいて、低沸点流体で空気を加熱して車室内を加温する車室暖房手段を備え、加熱手段運転中に車室内暖房手段が使用された場合、燃料電池システムの加熱効率低下分と蓄電池残量検出手段の検出結果と、燃料電池温度検出手段の検出結果に基づいて加熱手段に供給する電力量を再変更する構成としている。燃料電池が運転不可能な低温状態で加熱手段を運転している途中で、運転者が車室暖房手段を作動させる場合がある。この場合、燃料電池の加熱効率が低下する場合があるにもかかわらず、加熱手段へ通電する電力量は加熱手段運転前に決定したままだと、効率下分の修正が入らずに使用されるため、最悪の場合燃料電池を運転可能な温度まで上昇させる前に蓄電池の電力を使いきってしまうこともあるが、本構成をとれば、加熱手段の発生熱を燃料電池の加熱以外にも使用する場合は、加熱効率低下分を考慮して再度加熱手段へ供給する電力量を決定するため、このような問題を回避することが可能となる。
【００６０】
さらには、蓄電池の残量が少ない場合、もしくは、燃料電池温度が低い場合は、加熱手段に供給する電力量を少なく設定する構成としている。単位電力使用量あたりの燃料電池加熱量は前述した通りモータを含めた空気供給装置の効率や熱交換器の効率など各部の効率によって左右され、空気供給配管や燃焼器、熱交換器などの圧力損失は大きく影響する要因の一つとして挙げられる。燃焼器専用の空気供給装置を設ければ圧力損失の影響度合いを少なくすることも可能だが、コスト低減やレイアウト性向上、重量低減の観点から燃料電池に空気を供給するための装置を流用しようとすると配管が長くなったり、多数のバルブ類が介在したり、燃料電池を通ったりと、圧力損失を生む要素が増加し、もっとも大きく影響する要因となる。圧力損失は基本的に流量の略自乗で増大する。従って燃焼器へ送る単位時間あたりの空気量を半分として起動にかける時間を倍とすると、圧力損失は約１／４となり、時間は２倍のため空気供給装置の効率など他の効率を便宜上無視して考えると、燃料電池の温度を所定温度まで昇温するのに必要な仕事量すなわち電力消費量を約半分とすることが可能となる。従って上述した効果を大きく得ることが可能となる。
【００６１】
さらには、加熱手段へ供給する電力量が所定量を下回る場合、加熱手段へ供給する電力量を前記所定量へ再設定する構成とした。コンプレッサなどの電力で作動する空気供給装置では、極低回転では効率が非常に悪くなる。従って、本構成により所定回転以下では運転しないような対策を行うと効率悪化を招くことのない良好な加熱運転が可能となる。
【００６２】
さらには、蓄電池の温度が低温の場合、蓄電池残量検出手段の検出結果を残量が少ない側へ補正する構成としている。たとえば電池の放電可能量を電流の積算値として検知する場合、温度の低下や劣化に応じた放電可能量の変化は検知できない。しかし、本構成をとれば少なくとも低温起動時に重要となる低温での放電可能量を正確に把握できるため、上述した効果をさらに的確に得られることとなる。
【００６３】
本発明は以上の実施形態に限定されるわけではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のシステム構成図である。
【図２】同じくその制御ブロック図である。
【図３】加熱運転実行判断機能を示すフローチャートである。
【図４】放電可能量の温度補正機能を示すフローチャートである。
【図５】通電量変更許可機能を示すフローチャートである。
【図６】通電量決定機能を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１燃料電池本体（燃料電池）
８燃焼器（加熱手段）
９空気供給装置（加熱手段）
１０熱交換器（加熱手段）
１１温度センサ（燃料電池温度検出手段）
１４ラジエータ
１５蓄電池
１６蓄電池温度センサ（蓄電池温度検出手段）
１７ＳＯＣ演算器（蓄電池残量検出手段）
１８コントローラ（制御手段）
１９車室内ヒータ（車室暖房手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system that heats a fuel cell during startup from a low temperature.
[0002]
[Prior art]
Conventional methods for starting a fuel cell system from a low temperature include those disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-55812 and 10-74532.
[0003]
In a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane, it is necessary to maintain the membrane in an appropriate wet state in order to exhibit an effective power generation function. Therefore, air or fuel gas is humidified and supplied to the fuel cell.
[0004]
However, when the fuel cell system is used at an extremely low temperature, the water for humidification may freeze while the fuel cell system is stopped. In order to release this freezing, Japanese Patent Laid-Open No. 10-55812 circulates a fluid having a low boiling point melting point through a combustion cell, and when it is judged that water is frozen, the fluid having a low melting point is heated by a heat exchanger or the like. By supplying to the fuel cell, the inside of the fuel cell is thawed.
[0005]
In JP-A-10-74532, a heated low melting point fluid is circulated through an external humidifier, and the humidifier is warmed to thaw the frozen water.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as the energy for the heating, in the case of an electric heater, it is necessary to supply a large amount of electric power, or even if hydrogen supplied to the fuel cell is used, air necessary to burn it is pumped. It is necessary to drive the compressor that supplies power from the storage battery, and in any case, supply of power is required.
[0007]
However, in a low temperature state below the temperature at which the fuel cell cannot generate power, all the power required for heating is supplied by the storage battery. Further, when the storage battery is at a low temperature, its dischargeable power is reduced. Therefore, if an attempt is made to always ensure quick start-up even under extremely low temperature conditions, the storage battery becomes large, which is disadvantageous in terms of cost, layout, and weight. Furthermore, it is only necessary that the fuel cell system is stopped when the storage battery is fully charged, but if this is not the case, the system cannot be stopped until the predetermined amount of charge is obtained in preparation for the next start-up. Deterioration of fuel consumption is brought about.
[0008]
The present invention has been proposed to solve such problems, and an object thereof is to improve the startability of the fuel cell system from a low temperature.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention A fuel cell, a storage battery that temporarily stores the power generated by the fuel cell, and a heating means that consumes power to heat and heat the fuel cell, and the heating amount varies depending on the supplied power amount characteristics, In a fuel cell system in which at least the fuel cell is heated by the heating means when the system is started from a low temperature, a storage battery remaining amount detecting means for detecting a dischargeable amount of the storage battery, and a temperature in the system including the fuel cell And a control means for changing the amount of electric power supplied to the heating means at the time of starting the system according to the detected value of the remaining amount of the storage battery and the detected value of the fuel cell temperature, The control means has a plurality of characteristics with different slopes depending on the temperature of the fuel cell temperature, the relationship between the remaining battery capacity of the storage battery and the amount of power that can be supplied to the heating means, Degree is set to a plurality of characteristics is large slope towards is higher than when low, determining the amount of power from the battery remaining amount detected in accordance with the selected characteristic based on the detected fuel cell temperature It is characterized by that.
[0011]
[Function and effect]
If the dischargeable amount of the storage battery is sufficient, priority is given to the startability of the fuel cell system over efficiency, and early heating operation is possible, or if the dischargeable amount of the storage battery is low, efficient operation that enables heating with low power is possible The state can be taken.
[0012]
Further, since the heating means can be operated at an optimum speed according to the temperature of the fuel cell, the optimum starting can be performed.
[0013]
Embodiment
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
[0014]
In the present embodiment, a system using a direct hydrogen fuel cell that supplies hydrogen gas to the cathode is illustrated.
[0015]
In the figure, reference numeral 1 denotes a fuel cell (hereinafter also referred to as a fuel cell main body), which includes, for example, a cathode electrode that circulates air with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched therein and an anode electrode that supplies hydrogen. Reference numeral 5 denotes a hydrogen tank, and hydrogen is guided to the anode electrode via the flow rate control valve 6 and the flow path switching valve 7. Reference numeral 9 denotes an air supply device, in which air is guided to the cathode electrode of the fuel cell main body 1. The fuel cell body 1 generates electric power by an electrochemical reaction based on the supply of hydrogen and air (oxygen).
[0016]
In order to humidify the solid polymer electrolyte membrane and trap condensed water, the fuel cell main body 1 is provided with a pure water circulation system having a structure capable of exchanging pure water with the cathode and anode electrodes. The pump 3 circulates pure water from the buffer tank 4 through the pipe 2 to the inside. Note that the pure water generated in response to the power generation reaction is returned to the buffer tank 4 to automatically supplement the supply. Of course, the humidification may be of the type in which supplied air or hydrogen is humidified by an external humidifier.
[0017]
The fuel cell main body 1 is provided with a circulation system for circulating a low melting point heat medium (hereinafter abbreviated as LLC) for controlling the temperature of the fuel cell main body 1. When the temperature of the fuel cell main body 1 is lower than the temperature at which power can be generated, the warmed LLC is circulated to warm up the fuel cell main body 1. The LLC cools the fuel cell body 1 during normal power generation of the fuel cell body 1 in order to eliminate heat generated by the power generation.
[0018]
Reference numeral 12 denotes an LLC pipe which is connected to an LLC flow path in the fuel cell main body 1. A pump 21 and a radiator 14 for heat dissipation are provided in the middle of the LLC pipe 12 to circulate the LLC, and when the fuel cell main body 1 generates power, the LLC releases the heat recovered from the fuel cell main body 1 to the outside.
[0019]
In addition, an LLC flow path switching valve 13 is provided in the middle of the pipe 12, and a heat exchanger 10 is arranged in a pipe branched from the LLC flow path switching valve 13 via a vehicle interior heater 19, so that the LLC flow When the path switching valve 13 is switched, the LLC branching from the upstream side of the radiator 14 and passing through the heat exchanger 10 bypasses the radiator 14 and is piped so as to be guided downstream thereof.
[0020]
The vehicle interior heater 19 is configured such that when the fan is operated, the heat of LLC is transmitted to the air, and the air is guided into the vehicle interior to heat the vehicle interior.
[0021]
A combustor 8 is provided attached to the heat exchanger 10. Hydrogen is introduced into the combustor 8 by the hydrogen flow path switching valve 7 when the temperature of the fuel cell main body 1 is lower than the power generation possible temperature. Further, the air sent from the air supply device 9 is introduced into the cathode electrode of the fuel cell main body 1 and then flows out into the combustor 8 after leaving the fuel cell main body 1. Therefore, when the temperature of the fuel cell main body 1 is lower than the power generation possible temperature, hydrogen and oxygen in the air react in the combustor 8 to generate heat. After the heat is transferred from the combustion gas to the LLC by the downstream heat exchanger 10, the combustion gas is discharged.
[0022]
A storage battery 15 is provided for temporarily storing power generated by the fuel cell main body 1 but surplus in driving the vehicle and power obtained by energy regeneration during deceleration.
[0023]
A controller 18 is provided to control the cooling and heating of the fuel cell main body 1 by the LLC when the fuel cell main body 1 is in a temperature state in which power generation is possible and in a temperature state where power generation is not possible.
[0024]
The controller 18 includes a microprocessor, a ROM, a RAM, an input / output interface, and the like. The controller 18 includes a temperature sensor 11 that detects the temperature of the fuel cell body 1, a storage battery temperature sensor 16 that monitors the temperature of the storage battery 15, and a storage battery. Each of the detection signals from the SOC calculator 17 for calculating the dischargeable electric energy 15 and the switch 22 for detecting the operation of the vehicle interior heater 19 is inputted. The operation of the control valve 6, the hydrogen flow path switching valve 7, the flow path switching valve 13, the pump 21 and the like is controlled.
[0025]
Here, first, a description will be given based on a block diagram (FIG. 2) showing functions of the controller 18.
[0026]
The heating operation execution means 101 determines whether or not to perform the LLC heating operation by the combustor 8 and the heat exchanger 10. The energization amount change permission unit 102 determines whether or not to change the energization amount of the air supply device 9 when performing the heating operation. The air supply device 9 is configured with a combustor 8, a heat exchanger 10 and the like as a heating unit that consumes electric power for heating and raising the temperature of the fuel cell and whose heating amount varies depending on the supplied power amount characteristic. ing.
[0027]
When the energization amount is changed, the energization amount determination means 103 determines the amount of power supplied to the air supply device 10 based on the dischargeable amount of the storage battery 15, the temperature of the fuel cell body 1, and the operating state of the vehicle interior heater 19. To do. Reference numeral 104 denotes a temperature correction means for the dischargeable amount of the storage battery 15. When determining the amount of electric power, the dischargeable amount of the storage battery 15 is corrected based on the temperature of the storage battery 15 at that time. Accordingly, energization of the air supply device 9 is controlled based on the corrected electric energy.
[0028]
Hereinafter, the control contents executed by the controller 18 will be described in more detail with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0029]
First, FIG. 3 is a flowchart showing the execution determination function of the heating operation, and this routine is repeated at a predetermined cycle (1 second interval).
[0030]
In step S <b> 1, the temperature TSTK of the fuel cell main body 1 is read from the temperature sensor 11. It is determined whether TSTK read in step S2 is less than a predetermined temperature (SLTSTK) corresponding to the lowest temperature at which the fuel cell body 1 can generate power. If the temperature is lower than the predetermined temperature, it is determined that hydrogen and air are supplied to the combustor 8 to perform the heating operation for heating the LLC, and the flag FTEMP = 1 is set. However, if the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, it is determined that the heating operation is not executed, the flag FTEMP = 0 is set, the supply of hydrogen to the combustor 8 is stopped, and this flow is finished.
[0031]
Therefore, by periodically executing this flow, it is possible to automatically stop the heating operation when the temperature rises to a predetermined temperature or higher due to the heating operation. In this case, the determination is made based on the temperature of the fuel cell main body 1. However, for example, the temperature of the LLC or the outside of the fuel cell main body 1, for example, the pure water buffer tank 4 is heated by the LLC. If it is, it is possible to control using the temperature of the pure water in the buffer tank. In short, an optimum temperature may be selected according to the actual configuration.
[0032]
Next, FIG. 4 is a flowchart showing a function as a temperature correction means for the dischargeable amount of the storage battery 15.
[0033]
In step S <b> 11, the measured value SOC of the storage battery dischargeable amount from the SOC calculator 17 and the temperature TBAT of the storage battery 15 from the temperature sensor 16 are read.
[0034]
In step S12, a correction coefficient CTEMP corresponding to the storage battery temperature TBAT is set from the table representing the relationship between the storage battery temperature and the dischargeable amount reduction rate. This is a coefficient of 0 or more and 1 or less, and increases as the storage battery temperature TBAT increases. Thereafter, in step S13, the dischargeable amount correction value CSOC of the storage battery 15 is set to
CSOC = SOC × CTEMP
Calculate as
[0035]
Therefore, the correction value CSOC of the dischargeable amount changes according to the temperature, and the dischargeable amount becomes small at low temperatures. This flow makes it possible to detect an accurate amount of storage battery discharge even at low temperatures.
[0036]
FIG. 5 is a flowchart showing the function as the energization amount change permission means.
[0037]
In step S21, a heater switch flag FHEAT indicating whether the vehicle interior heater 19 is used (FHEAT = 1) or not used (FHEAT = 0) and a heating operation flag FTEMP are read.
[0038]
In steps S22 and S23, it is determined whether FHEAT is different from FHOLD. As will be described later, if the initial value of FHOLD is set to 1, even if the vehicle interior heater 19 is turned on immediately after the start of operation of the system, FHEAT = FHOLD = 1, and a malfunction that does not allow a change in the energization amount may occur. Therefore, the initial value of FHOLD is set to 0.
[0039]
In steps S22 and S23, it is determined whether FHEAT has been reversed, that is, whether the switch of the vehicle interior heater 19 has been changed from ON to OFF or from OFF to ON, depending on whether the values of FHEAT and FHOLD are different from each other. is doing.
[0040]
If the switch of the vehicle interior heater 19 is changed from ON to OFF or from OFF to ON in steps S22 and S23, the energization amount change permission flag FPWR to the air supply device 9 is set to FPWR = 1 in step S24. The energization amount change to the supply device 9 is permitted. Further, FHOLD = FHEAT.
[0041]
That is, when the switch of the vehicle interior heater 19 is turned ON / OFF during the heating operation, the amount of heat supplied to the fuel cell main body 1 is reduced because the amount of heat applied to the fuel cell main body 1 is used for heating the vehicle interior. In addition, it is determined that it is necessary to optimize the energization amount to the air supply device 9 because the power of the storage battery 15 is used to operate the blower for the vehicle interior heater.
[0042]
In step S25, it is determined whether or not the heating operation flag FTEMP is 1 (heating operation permission) and the heating operation flag FTOLD at the time of the previous flow execution set in step S27 is 0. That is, only when the heating operation non-permitted state is changed to the permitted state, the process proceeds to step S26, and the energization amount change permission flag FPWR is set to 1 to permit the energization amount change to the air supply device 9.
[0043]
Here, if the initial value of FTOLD is also set to 0 as in FHOLD, the fuel cell temperature becomes lower than a predetermined value when it is determined that heating of the fuel cell body 1 is necessary after the start of the operation of the system without malfunction and during the operation of the system. Only when it is determined that the heating operation is necessary, the change of the energization amount is permitted.
[0044]
In step 27, FTOLD = FTEMP is set.
[0045]
FIG. 6 is a flowchart showing the function of the energization amount determining means.
[0046]
In step S31, it is determined whether or not the change in the energization amount is permitted (FPWR = 1) or not (FPWR = 0). If not permitted, the flow is immediately terminated. If permitted, the storage battery is discharged in step S32. The possible amount correction value CSOC, the fuel cell main body temperature TSTK, and the heater switch flag FHEAT are read.
[0047]
In step S33, if the vehicle interior heater 19 is in the ON state (FHEAT = 1), in step S35, if it is in the OFF state (FHEAT = 0), in step S34, air supply corresponding to the storage battery dischargeable amount correction value CSOC is supplied. The energization amount PWR to the device 9 is set based on the table value.
[0048]
The energization amount PWR for the storage battery dischargeable amount correction value CSOC has a relatively large value because there is a margin as the vehicle interior heater 19 is OFF.
[0049]
In steps S34 and S35, the horizontal axis of each table is obtained by dividing the storage battery dischargeable amount correction value CSOC by a predetermined value SR (a value greater than 1). If all of the dischargeable amount of the storage battery 15 is spent and started, for example, if the dischargeable amount of the storage battery 15 is stopped without recovering without starting completely, the power for the next start is lost. End up. Moreover, even if it can be said that correction | amendment amount CSOC which can be stored battery discharge is corrected, it may contain an error, and it is safer not to use all CSOC.
[0050]
From such a viewpoint, the horizontal axis is a value obtained by dividing CSOC by a predetermined value SR. For example, if SR = 2, it will start with about half the power of CSOC. In addition, the three lines of each table are lines corresponding to the fuel cell temperature TSTK. The lines have a small inclination when the temperature is low, and the lines increase the inclination as the temperature increases. If the temperature is high, less heat is required to heat the fuel cell. Therefore, if the storage battery dischargeable amount correction value CSOC is the same, the electric power supplied to the air supply device 9 is increased to start up earlier. In addition, the inclination of each line is smaller when the vehicle interior heater is ON than when it is OFF. When the vehicle interior heater is ON, the heating efficiency deteriorates because the heat for raising the temperature of the fuel cell body 1 is taken away by the vehicle interior heater 19, and the blower of the vehicle interior heater 19 is operated. Since the electric power is deprived and the usable electric power is reduced, in the case of the same CSOC, a highly efficient operation with little pipe pressure loss is performed over a long time.
[0051]
In step S36, it is determined whether the energization amount PWR is equal to or greater than the predetermined value SLPWR. If the energization amount PWR is less than the SLPWR, the process proceeds to step S37 to prevent PWR from being less than the predetermined value SLPWR as PWR = SLPWR.
[0052]
This is because the efficiency of the air supply device 9 such as a blower becomes very poor at extremely low rotations, and the amount of blown air per unit supply power is reduced no matter how low the pressure loss is. The limiter was applied so that it would not be. That is, the predetermined value SLPWR is a value corresponding to the maximum efficiency point.
[0053]
Thereafter, in step S38, the energization amount change permission flag FPWR = 0 (not permitted) is set, and this flow is finished. By performing the above flow, when heating operation becomes necessary or when the vehicle interior heater is activated or stopped, it becomes possible to start according to the remaining amount of the storage battery and the fuel cell temperature at that time, There is no need to enlarge the storage battery more than necessary, and the fastest and reliable startability can be ensured.
[0054]
As is apparent from the above, according to the present embodiment, the following effects are produced.
[0055]
One has a heating means (composed of a combustor, a heat exchanger, an air supply device, etc.) that raises the temperature of the fuel cell system, and the heating means uses electric power at least in part, and When the fuel cell is started from a temperature lower than the operable temperature of the fuel cell, the amount of power supplied to the heating means is the storage battery. The configuration is changed according to the detection result of the remaining amount detection means. For example, air supply devices that supply air to the combustor generally have different efficiencies depending on the pressure, flow rate, etc. of the air, and naturally the ratio of the air supply amount to the power consumption increases under efficient conditions. The calorific value of the combustor can be increased while the power consumption is kept low. On the other hand, from the viewpoint of rapid start-up, the heating amount per unit power consumption is small, but it is advantageous to send a large amount of air and fuel into the combustor. Therefore, the air flow rate for efficient heating and the air flow rate for rapid temperature increase are different. From the above, with this configuration, if the dischargeable amount of the storage battery is sufficient, early heating operation can be prioritized over efficiency, and if the dischargeable amount of the storage battery is low, it can be heated with low power and optimally efficient In other words, since the heating means can be operated at a speed that is optimal for the dischargeable amount of the storage battery, it can be started up without installing a large storage battery, and the cost, weight, and Both layout and startability can be achieved.
[0056]
Next, when the fuel cell is started from a temperature lower than the operable temperature of the fuel cell, the amount of electric power supplied to the heating unit is changed according to the detection result of the fuel cell temperature detecting unit. If the temperature of the fuel cell body is low, the amount of heating required to reach a temperature at which the fuel cell can generate electricity is large, that is, a lot of electric power is required, whereas if the temperature of the fuel cell is relatively high, the amount of electric power required is Less. If the fuel cell is warmed up with the same amount of heating at any fuel cell temperature, if the fuel cell temperature is relatively low, the dischargeable amount of the storage battery disappears before the fuel cell reaches the power generation possible temperature. If the temperature of the fuel cell is relatively high or the fuel cell temperature is relatively high, the dischargeable amount of the storage battery is sufficient, but it may take more time than necessary. However, according to the above configuration, since the heating means can be operated at an optimum speed according to the fuel cell temperature, the optimum starting can always be performed.
[0057]
Furthermore, when the fuel cell is started from a temperature lower than the operable temperature of the fuel cell, the amount of electric power supplied to the heating unit depends on the detection result of the storage battery remaining amount detection unit and the detection result of the fuel cell temperature detection unit. To change. In this case, it is possible to have the effects of the two configurations described above. When the fuel cell temperature is low and the dischargeable amount of the storage battery is small, the operation of the heating means is regarded as the most important operation, and when the fuel cell temperature is relatively high and the dischargeable amount of the storage battery is sufficient, the operation of the heating means is performed. It is possible to make the heating speed most important operation. That is, since the heating means can be operated at an optimum speed in accordance with the dischargeable amount of the storage battery and the temperature of the fuel cell, the best startability can always be ensured.
[0058]
Furthermore, when it is necessary to supply power other than the heating means from the storage battery during operation of the heating means, the total amount of power supplied to other than the heating means is predicted by the end of the heating operation, and the remaining battery capacity detection means The amount of electric power supplied to the heating means is changed again based on the result obtained by subtracting the total electric energy from the detection result and the detection result of the fuel cell temperature detecting means. Considering the actual driving of the vehicle, while operating the heating means in a low temperature state where the fuel cell cannot be operated, the driver activates the fan for heating and energizes the hot wire to remove the fogging of the glass There is a case to let you. In such a case, even if the dischargeable amount of the storage battery decreases, the amount of electric power to be supplied to the heating means is determined before the heating means is operated, so that it is used without correction. In some cases, the battery power is exhausted before the temperature is increased to a temperature at which the battery can be operated. However, if power is used in addition to the heating means, the total amount of power used other than the heating means can be predicted until the temperature at which the fuel cell can operate, and the predicted power consumption can be discharged to the storage battery in advance. Since the amount of power supplied to the heating means is determined again using the value subtracted from the amount as the dischargeable amount of the storage battery, such a problem can be avoided.
[0059]
Furthermore, the low melting point fluid is circulated through the fuel cell, and the heating means indirectly heats the fuel cell main body by heating the low boiling point fluid. If the vehicle compartment heating means is used during operation of the heating means, the heating efficiency decrease of the fuel cell system, the detection result of the remaining battery level detection means, and the detection result of the fuel cell temperature detection means The amount of power supplied to the heating means is changed again based on the above. The driver may activate the vehicle compartment heating means while the heating means is being operated in a low temperature state where the fuel cell cannot be operated. In this case, even if the heating efficiency of the fuel cell may be lowered, if the amount of electric power to be supplied to the heating means is determined before the heating means is operated, it is used without correcting the lower efficiency. Therefore, in the worst case, the power of the storage battery may be used up before the fuel cell is raised to a temperature at which the fuel cell can be operated. However, if this configuration is adopted, the heat generated by the heating means is used for purposes other than heating the fuel cell. In this case, since the amount of electric power supplied to the heating means is determined again in consideration of the reduction in heating efficiency, such a problem can be avoided.
[0060]
Furthermore, when the remaining amount of the storage battery is small, or when the fuel cell temperature is low, the power supplied to the heating means is set to be small. The fuel cell heating amount per unit power consumption depends on the efficiency of each part such as the efficiency of the air supply device including the motor and the efficiency of the heat exchanger as described above, and the pressure of the air supply piping, combustor, heat exchanger, etc. Loss can be cited as one of the major factors. Although it is possible to reduce the degree of influence of pressure loss by providing a dedicated air supply device for the combustor, we will try to divert the device for supplying air to the fuel cell from the viewpoint of cost reduction, layout improvement and weight reduction. As a result, the length of piping, the presence of many valves, and the passage of fuel cells increase the number of factors that cause pressure loss, which is the most influential factor. The pressure loss basically increases with the square of the flow rate. Therefore, if the amount of air per unit time sent to the combustor is halved and the start time is doubled, the pressure loss will be about 1/4 and the time will be double, so other efficiencies such as the efficiency of the air supply device are ignored for convenience. In view of this, the amount of work required to raise the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature, that is, the power consumption can be reduced to about half. Therefore, the above-described effect can be greatly obtained.
[0061]
Further, when the amount of power supplied to the heating unit is less than a predetermined amount, the amount of power supplied to the heating unit is reset to the predetermined amount. In an air supply device that operates with electric power such as a compressor, the efficiency is extremely poor at extremely low rotations. Therefore, if a measure is taken not to operate at a predetermined speed or less with this configuration, a satisfactory heating operation without causing a deterioration in efficiency becomes possible.
[0062]
Furthermore, when the temperature of a storage battery is low temperature, it is set as the structure which correct | amends the detection result of a storage battery residual amount detection means to the side with little residual amount. For example, when the dischargeable amount of a battery is detected as an integrated value of current, a change in the dischargeable amount according to a temperature drop or deterioration cannot be detected. However, if the present configuration is adopted, it is possible to accurately grasp at least a dischargeable amount at a low temperature that is important at the time of low temperature startup, and thus the above-described effects can be obtained more accurately.
[0063]
The present invention is not limited to the above embodiments, and it is obvious that various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea are included.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a first embodiment.
FIG. 2 is also a control block diagram thereof.
FIG. 3 is a flowchart showing a heating operation execution determination function.
FIG. 4 is a flowchart showing a temperature correction function of a dischargeable amount.
FIG. 5 is a flowchart showing an energization amount change permission function;
FIG. 6 is a flowchart showing an energization amount determination function.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell body (fuel cell)
8 Combustor (heating means)
9 Air supply device (heating means)
10 Heat exchanger (heating means)
11 Temperature sensor (Fuel cell temperature detection means)
14 Radiator
15 battery
16 Storage battery temperature sensor (storage battery temperature detection means)
17 SOC calculator (storage battery remaining amount detection means)
18 Controller (control means)
19 Car interior heater (vehicle room heating means)

Claims

A fuel cell;
A storage battery that temporarily stores the power generated by the fuel cell;
Heating means for consuming electric power to heat and raise the temperature of the fuel cell, and the heating amount fluctuates depending on the supplied power amount characteristics,
In the fuel cell system in which at least the fuel cell is heated by the heating means when the system is started from a low temperature,
A storage battery remaining amount detecting means for detecting a dischargeable amount of the storage battery;
Fuel cell temperature detecting means for detecting a temperature in a system including the fuel cell;
E Bei and a control means for changing in accordance with the amount of power supplied to the heating means and the detection value of the detection value and the fuel cell temperature of the battery remaining amount at the start of the system,
The control means is a plurality of characteristics having different slopes depending on the temperature of the fuel cell temperature, and the relationship between the storage battery remaining amount of the storage battery and the amount of power that can be supplied to the heating means, compared to when the temperature is low A fuel cell system, wherein a plurality of characteristics having a larger inclination when set to a higher value are set, and the amount of electric power is determined from a remaining amount of storage battery detected according to a characteristic selected based on the detected fuel cell temperature .

2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein when the amount of electric power supplied to the heating unit falls below a predetermined set value, the control unit stops the correction of the supplied electric power.

Means for detecting the temperature of the storage battery;
3. The fuel cell system according to claim 1 , wherein, when the detected temperature of the storage battery is low, the control unit corrects the storage battery remaining amount detection value to a side having a lower remaining amount. 4.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the heating means includes an air supply device that operates by supplying electric power.

In the vehicle provided with the fuel cell system according to claim 1 as a drive source,
The heating means is configured to circulate a low boiling point fluid heated to the fuel cell, and includes a vehicle compartment heating means using the low boiling point fluid as a heat medium,
The said control means re-changes the change amount of the electric power supplied to a heating means at the time of starting of a system based on the action | operation of the said compartment heating means.