CN102449833B - 燃料电池系统 - Google Patents
燃料电池系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102449833B CN102449833B CN201080023035.7A CN201080023035A CN102449833B CN 102449833 B CN102449833 B CN 102449833B CN 201080023035 A CN201080023035 A CN 201080023035A CN 102449833 B CN102449833 B CN 102449833B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel cell
- cooling water
- programming rate
- temperature
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 206
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 122
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 9
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 9
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 14
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 13
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 6
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 235000006506 Brasenia schreberi Nutrition 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000020411 cell activation Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000013404 process transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04701—Temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
- H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04253—Means for solving freezing problems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
一种燃料电池系统，抑制燃料电池的电解质膜的劣化。其具备：升温速度计算部71，利用燃料电池2的温度及燃料电池2的含水量计算燃料电池的目标升温速度；驱动控制部72，利用由升温速度计算部71算出的目标升温速度及燃料电池的升温速度来控制冷却水泵54的驱动。驱动控制部72在燃料电池2的升温速度小于目标升温速度的情况下，控制冷却水泵54的驱动以使冷却水的循环量减少；在燃料电池2的升温速度在目标升温速度以上的情况下，控制冷却水泵54的驱动以使冷却水的循环量增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
燃料电池通过使氧化气体和燃料气体产生电化学反应而进行发电，并且生成水。水在冰点以下冻结。因此，如燃料电池内的温度在冰点以下的话，则生成水冻结。因此，在寒冷地区等起动燃料电池时，到燃料电池变暖的期间，需要防止燃料电池内生成水冻结。
下列专利文献1中公示有下述技术，在低温下起动燃料电池时，当燃料电池内部温度在0℃以下的情况下，通过停止冷却水泵，提高燃料电池的升温速度，防止生成水冻结。
专利文献1：(日本)特开2003－36874号公报
发明内容
但是，如停止冷却水泵的话，则冷却水的循环停止，由此来自燃料电池内的发热部位的热量的传递性降低，易于形成发电集中部位。若形成发电集中部位，则有燃料电池的电解质膜劣化的可能。
本发明是为了解决所述现有技术的问题点而做出，其目的在于，提供一种燃料电池系统，能够抑制燃料电池的电解质膜的劣化。
为了解决所述的课题，本发明的燃料电池系统，其特征在于，具备：接受反应气体的供给而利用该反应气体的电化学反应产生电力的燃料电池；和用于向所述燃料电池循环供给冷却水的冷却水循环流路；和使冷却水在所述冷却水循环流路中循环的冷却水泵；和在低温起动中，根据所述燃料电池的升温速度控制所述冷却水泵的驱动的控制单元。
根据本发明，在低温起动中，可根据燃料电池的升温速度控制冷却水泵的驱动。因此，例如，即使在冰点以下的低温时起动的情况下，也可在燃料电池的升温速度大时增加冷却水的循环量。由此，可避免由冷却水的循环量不足而导致形成发电集中部位的事态。
在所述燃料电池系统中，所述控制单元也可具有：目标升温速度计算单元，利用所述燃料电池的温度及所述燃料电池的含水量算出所述燃料电池的目标升温速度；驱动控制单元，利用由所述目标升温速度计算单元算出的所述目标升温速度及所述燃料电池的升温速度来控制所述冷却水泵的驱动。
由此，可根据燃料电池的温度和含水量算出目标升温速度，可根据该目标升温速度控制冷却水泵的驱动。因此，可适当地控制为防止燃料电池所含电解质膜的劣化所需要的冷却水的循环量。
在所述燃料电池系统中，所述驱动控制单元，在所述燃料电池的升温速度小于所述目标升温速度的情况下，控制所述冷却水泵的驱动以使冷却水的循环量减少；在所述燃料电池的升温速度在所述目标升温速度以上的情况下，控制所述冷却水泵的驱动以使冷却水的循环量增加。
由此，可简易地控制冷却水的循环量。
在所述燃料电池系统中，所述驱动控制单元也可具有：目标升温速度计算单元，利用所述燃料电池的温度及所述燃料电池的含水量算出所述燃料电池的目标升温速度；驱动控制单元，根据利用由所述目标升温速度计算单元算出的所述目标升温速度而算出的冷却水的循环量，控制所述冷却水泵的驱动。
由此，可根据燃料电池的温度和含水量能算出目标升温速度，可根据该目标升温速度控制冷却水泵的驱动。因此，可适当地控制为防止燃料电池所含电解质膜的劣化所需要的冷却水的循环量。
所述燃料电池系统也可还具有：目标循环量计算单元，利用所述目标升温速度算出冷却水的目标循环量；所述驱动控制单元，根据所述目标循环量控制所述冷却水泵的驱动量。
由此，可更可靠地控制冷却水的循环量。
在所述燃料电池系统中也可以是，在从所述目标升温速度中减去所述升温速度所得到的值在规定的第一阈值以上的情况下，所述驱动控制单元停止所述冷却水泵。
由此，由于可在目标升温速度和升温速度之间的差值扩大到第一阈值以上时停止冷却水泵，可迅速使燃料电池升温。
在所述燃料电池系统中也可以是，从所述目标升温速度减去所述升温速度的差值在第二阈值以下的情况下，所述驱动控制单元驱动所述冷却水泵，其中，所述第二阈值是所述第一阈值以下的值。
由此，由于可在目标升温速度和升温速度之间的差值缩小到第二阈值以下时再次驱动冷却水泵，因而可冷却已温度上升的燃料电池内部，抑制发电集中部位的形成。
在所述燃料电池系统中还具有：温度传感器，所述温度传感器设置于所述冷却水循环流路上而测定冷却水的温度；在所述燃料电池的起动中由所述温度传感器测出的温度在规定的低温阈值以下的情况下，所述控制单元判断为所述燃料电池处于所述低温起动中。
根据本发明，可抑制燃料电池的电解质膜的劣化。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式的燃料电池系统的构成图。
图2是用于说明冷却水泵的驱动控制处理(其1)流程的流程图。
图3是用于说明冷却水泵的驱动控制处理(其2)流程的流程图。
图4是表示变形例的控制部的机能构成。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的燃料电池系统的优选实施方式进行说明。在本实施方式中，对将本发明的燃料电池系统作为燃料电池车辆(FCHV；Fuel Cell Hybrid Vehicle：燃料电池混合动力车辆)的车载发电系统利用的情况进行说明。另外，本发明的燃料电池系统，也可适用于燃料电池车辆以外的各种移动体(机器人，船舶，飞机等)，并且，也可适用于定置用发电系统，其作为建筑物(住宅，大楼等)用的发电设备而被使用。
首先，参照图1对本实施方式的燃料电池系统的构成进行说明。图1是示意性地表示实施方式的燃料电池系统的构成图。
如该图所示，燃料电池系统1具有：接受作为反应气体的氧化气体与燃料气体的供给并通过电化学反应而产生电力的燃料电池2；将作为氧化气体的空气供给到燃料电池2的氧化气体配管系统3；将作为燃料气体的氢供给到燃料电池2的燃料气体配管系统4；将冷却水循环供给到燃料电池2的冷却系统5；对系统的电力进行充电放电的电力系统6；及统一控制系统整体的控制部7(控制单元)。
燃料电池2例如是高分子电解质型燃料电池，为层积多个单体电池的堆叠构造(电池层积体)。单体电池为在由离子交换膜构成的电解质的一侧的面上具有阴极(空气极)，在另一侧的面上具有阳极(燃料极)，进而具有从两侧夹持阴极及阳极的一对隔板的构造。该情况下，向一侧的隔板的燃料气体流路供给燃料气体，向另一侧的隔板的氧化气体流路供给氧化气体，这些反应气体发生化学反应，从而产生电力。在燃料电池2上设置有检测燃料电池的输出电压的电压传感器V和检测燃料电池的输出电流的电流传感器A。
氧化气体配管系统3具有：压缩机31，对经由过滤器取入的空气进行压缩，并送出压缩的空气作为氧化气体；氧化气体供给流路32，用于向燃料电池2供给氧化气体；及氧化废气排出流路33，用于将从燃料电池2排出的氧化废气排出。在氧化废气排出流路33中设置有调节燃料电池2内的氧化气体压力的背压阀34。
燃料气体配管系统4具有：作为贮存高压的燃料气体的燃料供给源的燃料罐40；用于将燃料罐40的燃料气体向燃料电池2供给的燃料气体供给流路41；及用于使从燃料电池2排出的燃料废气返回燃料供给流路41的燃料循环流路42。在燃料供给流路41设置有：调压阀43，将燃料气体的压力调压为预先设定的二次压力。在燃料循环流路42上设置有燃料泵44，将燃料循环流路42内的燃料废气加压而向燃料气体供给流路41侧送出。
冷却系统5具有：冷却冷却水的散热器51及散热器风扇52；用于向燃料电池2及散热器51上循环供给冷却水的冷却水循环流路53；及使冷却水在冷却水循环流路53中循环的冷却水泵54。在冷却水循环流路53中，在燃料电池2的出口侧设置有温度传感器T1，检测从燃料电池2排出的冷却水的温度；在燃料电池2的入口侧设置有温度传感器T2，检测向燃料电池2流入的冷却水的温度。
电力系统6具备DC/DC转换器61、作为二次电池的蓄电池62、牵引变换器63、牵引电动机64、及未图示的各种辅机变换器。DC/DC转换器61是直流的电压转换器，具有调整从蓄电池62输入的直流电压而向牵引变换器63侧输出的功能和调整从燃料电池2或牵引电动机64输入的直流电压而向蓄电池62输出的功能。
蓄电池62层积蓄电池单元而以一定的高电压为端子电压，并可通过未图示的蓄电池计算机的控制将剩余电力充电或辅助性地供给电力。牵引变换器63将直流电流变换为三相交流并供给到牵引电动机64。牵引电动机64例如是三相交流电动机，构成搭载有燃料电池系统1的燃料电池车辆的主动力源。辅机变换器是控制各电动机的驱动的电动机控制部，将直流电流变换为三相交流而供给到各电动机。
控制部7对设置在燃料电池车辆上的加速操作部件(例如，油门等)的操作量进行检测，接受加速要求值(例如来自牵引电动机64等的电力消耗装置的要求发电量)等的控制信息，控制系统内的各种设备的动作。另外，在电力消耗装置中，除了牵引电动机64外，还包含例如用于使燃料电池2工作所需的辅机装置(例如压缩机31和燃料泵44、冷却水泵54、散热器风扇52的电动机等)、与车辆的行驶相关的各种装置(变速机、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)所利用的致动器、乘员空间的空调装置(空调)、照明、音响等。
控制部7物理上例如具有：CPU、存储器70、及输入输出接口。在存储器70中，例如包含由CPU所处理的控制程序和存储控制数据的ROM，及主要作为用于控制处理的各种作业区域利用的RAM。这些要素相互经由总线连接。输入输出接口上连接有温度传感器T1、T2等的各种传感器，并且连接有例如用于驱动冷却水泵54等的各种驱动器。
CPU根据存储在ROM中的控制程序，经由输入输出接口接受各种传感器的检测结果，通过利用RAM内的各种数据等进行处理，执行下述冷却水泵控制处理等。另外，CPU经由输入输出接口向各种驱动器输出控制信号，从而控制燃料电池系统1整体。
控制部7功能上具有升温速度计算部71(目标升温速度算出单元)和驱动控制部72(驱动控制单元)。在控制部7的存储器70中，收纳有被升温速度计算部71及驱动控制部72所参照的各种映射。
升温速度计算部71算出燃料电池2的升温速度及目标升温速度。升温速度例如可用燃料电池2的温度算出。具体地可按通过每规定间隔地取得温度传感器T1的值，算出该变化的程度，而算出升温速度。
目标升温速度例如可用燃料电池的含水量及燃料电池的温度算出。具体而言，参照按照每个燃料电池的温度将燃料电池的含水量和目标升压速度建立对应而存储的映射算出目标升温速度。
存储于映射中的目标升温速度被设定为燃料电池的含水量越少则越小；燃料电池的含水量越多则越大，并且被设定为燃料电池的温度越高则越小；燃料电池的温度越低则越大。这是因为在燃料电池的含水量少，燃料电池的温度高时，生成水冻结的可能性低，由此使目标升温速度变小而提高运转效率。另一方面，因为燃料电池的含水量多，燃料电池的温度低时，生成水冻结的可能性高，由此加大目标升温速度而使燃料电池迅速升温。
作为在算出目标升温速度时所利用的燃料电池的温度，例如可利用温度传感器T1的值。在算出目标升温速度时所利用的燃料电池的含水量，例如可用燃料电池2的输出电流的积算值来算出。具体地可用以下式子1算出。
[数1]
h＝h0+∑IFC×a…式子1
所述式子1的h是燃料电池的含水量，h0是含水量的初始值，IFC是燃料电池的输出电流，a是换算系数。
所述式子1的初始值h0，可利用在燃料电池2起动时使上次燃料电池2结束时所测定的燃料电池2的阻抗。另一方面，也可利用在燃料电池的间歇运转后的通常运转重新开始时，在上次的通常运转中所算出的燃料电池2的水平衡作为所述式子1的初始值h0。燃料电池2内的水平衡，可通过从由燃料电池2的发电所生成的水分量减去由向燃料电池2供给的氧化气体所带出的水蒸气的水分量来算出。
通过利用燃料电池2的含水量及燃料电池2的温度算出目标升温速度，可根据由燃料电池2的温度和含水量所左右的燃料电池的状态而决定目标升温速度。因此，可适当地控制为防止燃料电池2所含的电解质膜的劣化所需要的冷却水的循环量。。
驱动控制部72根据由升温速度计算部71算出的目标升温速度及升温速度而控制冷却水泵54的驱动。具体而言，驱动控制部72在升温速度小于目标升温速度的情况下，控制冷却水泵54的驱动以使冷却水的循环量减少；在升温速度在目标升温速度以上的情况下，控制冷却水泵54的驱动以使冷却水的循环量增加。
通过如此控制冷却水泵54驱动，例如在燃料电池的含水量少，燃料电池的温度高时，可利用所述升温速度计算部71控制目标升温速度变小。其结果可使升温速度超过目标升温速度，使冷却水的循环量增加。由此，可抑制在燃料电池的含水量少，燃料电池的温度高时易于发生的发电集中部位的形成。另一方面，在燃料电池的含水量多，燃料电池的温度低时，可利用升温速度计算部71大幅提高目标升温速度。其结果可使升温速度低于目标升温速度，使冷却水的循环量减少，使升温优选。由此，可抑制在燃料电池的含水量多，燃料电池的温度低时易于发生的生成水的冻结。
驱动控制部72，从目标升温速度中减去升温速度的差值在第一阈值以上的情况下，停止冷却水泵54。第一阈值是为促进燃料电池2的升温而判断是否停止冷却水泵时的判断值。因此，作为第一阈值，例如可设定临界值，其是在考虑目标升温速度和升温速度的差值的情况下，判断与驱动冷却水泵54相比，使冷却水泵54停止而优先燃料电池的升温会更加有效时的临界值。由此，因为从目标升温速度和升温速度的差值扩大到第一阈值以上的情况下，可停止冷却水泵54，所以可使燃料电池2迅速升温。
驱动控制部72，从目标升温速度中减去升温速度的差值在第二阈值以下的情况下，驱动冷却水泵54。可设定第一阈值以下的值作为第二阈值。由此，由于可在目标升温速度和升温速度之间的差值缩小到第二阈值以下时再次驱动水泵54，可冷却已温度上升的燃料电池2内部，抑制形成发电集中部位。
另外，优选第二阈值设定为比第一阈值小的值。这是由于如果设定第二阈值与第一阈值为相同值的话，当升温速度在阈值附近变动时，会频繁地重复停止/驱动冷却水泵54。因此，通过设定第二阈值为比第一阈值小的值，可避免频繁地重复停止/驱动冷却水泵54的事态。
其次，参照如图2所示的流程图，对实施方式的燃料电池系统所执行的冷却水泵的驱动控制处理(其1)进行说明。另外，该驱动控制处理是在燃料电池起动时被执行的起动处理中被重复执行的处理。
首先，控制部7判断是否处于低温起动中(步骤S101)。该判断为NO(否)的情况(步骤S101；NO)下，控制部7终止本驱动控制处理。在此，例如可如下判断是否处于低温起动中。在燃料电池2的起动中由温度传感器T1测出的温度在规定的低温阈值以下的情况下，判断燃料电池处于低温起动中。作为规定的低温阈值，例如可利用冰点的0℃。
另一方面，在所述步骤S101的判断中判断处于低温起动中(步骤S101；YES(是))的情况下，驱动控制部72判断升温速度是否小于目标升温速度(步骤S102)。
在该判断中判断为升温速度小于目标升温速度(步骤S102；YES)的情况下，驱动控制部72控制冷水泵54的驱动以使冷却水的循环量减少(步骤S103)。
另一方面，在所述步骤S102的判断中判断为升温速度为目标升温速度以上(步骤S102；NO)的情况下，驱动控制部72控制冷水泵54的驱动以使冷却水的循环量增加(步骤S104)。
参照如图3所示的流程图，对实施方式的燃料电池系统所执行的冷却水泵的驱动控制处理(其2)进行说明。另外，该驱动控制处理(其2)是与所述驱动控制处理(其1)并行执行的处理。
首先，控制部7判断是否处于低温起动中(步骤S201)。该判断为NO的情况(步骤S201；NO)下，控制部7终止本驱动控制处理。
另一方面，在所述步骤S201的判断中判断为处于低温起动中(步骤S201；YES)的情况下，驱动控制部72判断从由升温速度计算部71所算出的目标升温速度减去升温速度的差值是否在第一阈值以上(步骤S202)。该判断为NO的情况(步骤S202；NO)下，控制部7使处理转移到后述的步骤S204。
另一方面，在所述步骤S202的判断中判断为从目标升温速度减去升温速度的差值在第一阈值以上(步骤S202；YES)的情况下，驱动控制部72停止冷却水泵54(步骤S203)。
接着驱动控制部72判断从由升温速度计算部71算出的目标升温速度减去升温速度的差值是否在第二阈值以下(步骤S204)。该判断为NO的情况下(步骤S204；NO)，控制部7终止本驱动控制处理。
另一方面，在所述阶段S204的判断中判断为从目标升温速度减去升温速度的差值在第二阈值以下的情况下(步骤S204；YES)，驱动控制部72驱动冷却水泵54(步骤S205)。
如上所述，根据实施方式的燃料电池系统1，因为在低温起动中可根据燃料电池2的升温速度控制冷却水泵54的驱动，所以即使在冰点以下的低温时起动的情况下，也可在燃料电池2的升温速度大时增加冷却水的循环量。由此，可避免由冷却水的循环量不足而导致形成发电集中部位的事态。据此，可抑制燃料电池2的电解质膜的劣化。
变形例
另外，所述实施方式的驱动控制部72，根据目标升温速度及升温速度控制冷却水泵54的驱动，但是控制冷却水泵54的方法不限于此。例如，也可用目标升温速度算出冷却水的目标循环量，并根据该目标循环量控制冷却水泵的驱动。
以下，对本变形例的燃料电池系统进行说明。本变形例的燃料电池系统与所述实施方式的燃料电池系统的不同之处在于，除所述实施方式的控制部7所具有的功能以外，还附加有后述的循环量计算部73。由于除此以外的构成，与实施方式的各构成相同，以下主要说明与实施方式的不同点。
如图4所示，本变形例的控制部7包含所述升温速度计算部71及驱动控制部72，循环量计算部73(目标循环量算出单元)。
循环量计算部73利用由升温速度计算部71算出的目标升温速度算出冷却水的目标循环量。循环量计算部73，例如可用以下的式子2～式子4算出冷却水的目标循环量。具体而言，将下列式子3及下列式子4代入下列式子2中而算出冷却水的循环量Y，将冷却水的目标循环量设定为该冷却水的循环量Y以下，而算出冷却水目标循环量。
[数2]
S/CFC＝QFC-QOUT…式子2
所述式子2的S是目标升温速度[K/sec]，CFC是燃料电池的热容[kJ/K]，QFC是燃料电池的发热量[kW]，QOUT是燃料电池的散热量[kW]。
[数3]
QFC＝[(VT×n]-VFC]×IFC÷1000…式子3
所述式子3的QFC是燃料电池的发热量[kW]，VT是用单体电池发热时的理论电动势[V]，n是燃料电池所包括的单体电池数量，VFC是燃料电池的输出电压[V]，IFC是燃料电池的输出电流。另外，燃料电池的发热量QFC，可用当前的燃料电池的温度和当前的燃料电池的含水量求得。因此，也可预先通过实验将该相关关系导出并存储在映射里，并参照该映射算出燃料电池的发热量QFC。
[数4]
QOUT＝k×(TIN-TOUT)×Y…式子4
所述式子4的QOUT是燃料电池的散热量[kW]，k是冷却水的比热[kJ/kgK]，TIN是燃料电池入口侧的冷却水温度，TOUT是燃料电池出口侧的冷却水温度，Y是冷却水的流量[kg/sec]。
本变形例的驱动控制部72，根据由循环量计算部73算出的冷却水的目标循环量来控制冷却水泵54的驱动。即，驱动控制部72根据利用目标升温速度S算出的冷却水的目标循环量来控制冷却水泵54的驱动。据此，可更正确地控制冷却水的循环量。
工业实用性
本发明的燃料电池系统适用于抑制燃料电池的电解质膜的劣化。
标号说明：
1…燃料电池系统，2…燃料电池，3…氧化气体配管系统，4…燃料气体配管系统，5…冷却系统，6…电力系统，7…控制部，53…冷却水循环流路，54…冷却水泵，70…存储器，71…升温速度计算部，72…驱动控制部，73…循环量计算部，T1…温度传感器，T2…温度传感器，V…电压传感器，A…电流传感器。
Claims (7)
1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：
接受反应气体的供给并利用该反应气体的电化学反应产生电力的燃料电池；
用于向所述燃料电池循环供给冷却水的冷却水循环流路；
使冷却水在所述冷却水循环流路中循环的冷却水泵；
升温速度计算单元，利用所述燃料电池的温度算出所述燃料电池的升温速度；
目标升温速度计算单元，利用所述燃料电池的温度及所述燃料电池的含水量算出所述燃料电池的目标升温速度，燃料电池的温度越高且燃料电池的含水量越少，则该目标升温速度越小，燃料电池的温度越低且燃料电池的含水量越多，则该目标升温速度越大；和
驱动控制单元，在冰点以下起动中所述燃料电池的升温速度小于所述目标升温速度的情况下，控制所述冷却水泵的驱动以使冷却水的循环量减少，在所述燃料电池的升温速度在所述目标升温速度以上的情况下，控制所述冷却水泵的驱动以使冷却水的循环量增加。
2.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：
接受反应气体的供给并利用该反应气体的电化学反应产生电力的燃料电池；
用于向所述燃料电池循环供给冷却水的冷却水循环流路；
使冷却水在所述冷却水循环流路中循环的冷却水泵；
目标升温速度计算单元，利用所述燃料电池的温度及所述燃料电池的含水量算出所述燃料电池的目标升温速度，燃料电池的温度越高且燃料电池的含水量越少，则该目标升温速度越小，燃料电池的温度越低且燃料电池的含水量越多，则该目标升温速度越大；
利用所述目标升温速度算出冷却水的目标循环量的目标循环量计算单元；和
在冰点以下起动中根据所述目标循环量来控制所述冷却水泵的驱动控制单元。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，在从所述目标升温速度中减去算出的所述升温速度的差值在规定的第一阈值以上的情况下，所述驱动控制单元停止所述冷却水泵。
4.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备升温速度计算单元，利用所述燃料电池的温度算出所述燃料电池的升温速度，
在从所述目标升温速度中减去算出的所述升温速度的差值在规定的第一阈值以上的情况下，所述驱动控制单元停止所述冷却水泵。
5.如权利要求3或4所述的燃料电池系统，其特征在于，
在从所述目标升温速度减去所述燃料电池的升温速度的差值在第二阈值以下的情况下，所述驱动控制单元驱动所述冷却水泵，其中，所述第二阈值是所述第一阈值以下的值。
6.如权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还具有温度传感器，所述温度传感器设置于所述冷却水循环流路上并测定冷却水的温度，
所述驱动控制单元根据在所述燃料电池的起动中由所述温度传感器检测出的温度判断所述燃料电池是否处于冰点以下的起动中。
7.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，还具有温度传感器，所述温度传感器设置于所述冷却水循环流路上并测定冷却水的温度，
所述驱动控制单元根据在所述燃料电池的起动中由所述温度传感器检测出的温度判断所述燃料电池是否处于冰点以下的起动中。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009126317A JP4743455B2 (ja) | 2009-05-26 | 2009-05-26 | 燃料電池システム |
| JP2009-126317 | 2009-05-26 | ||
| PCT/JP2010/057461 WO2010137438A1 (ja) | 2009-05-26 | 2010-04-27 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102449833A CN102449833A (zh) | 2012-05-09 |
| CN102449833B true CN102449833B (zh) | 2014-09-10 |
Family
ID=43222554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201080023035.7A Expired - Fee Related CN102449833B (zh) | 2009-05-26 | 2010-04-27 | 燃料电池系统 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8871401B2 (zh) |
| JP (1) | JP4743455B2 (zh) |
| CN (1) | CN102449833B (zh) |
| CA (1) | CA2755898C (zh) |
| DE (1) | DE112010002093B4 (zh) |
| WO (1) | WO2010137438A1 (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7459524B1 (en) | 1997-10-02 | 2008-12-02 | Emergent Product Development Gaithersburg Inc. | Chlamydia protein, sequence and uses thereof |
| DE112013006841B4 (de) | 2013-03-21 | 2017-10-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems |
| JP5790705B2 (ja) | 2013-05-17 | 2015-10-07 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
| JP6295521B2 (ja) * | 2013-06-17 | 2018-03-20 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| DE102013218092A1 (de) | 2013-09-10 | 2015-03-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Erwärmen einer Batterie |
| JP6222050B2 (ja) * | 2014-11-15 | 2017-11-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法 |
| JP6229643B2 (ja) | 2014-11-15 | 2017-11-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 |
| TWI697150B (zh) * | 2018-11-22 | 2020-06-21 | 財團法人工業技術研究院 | 陣列式燃料電池系統之控制裝置與方法 |
| JP7382184B2 (ja) | 2019-09-06 | 2023-11-16 | 株式会社Subaru | 燃料電池システム、制御装置および制御方法 |
| JP7342731B2 (ja) | 2020-02-19 | 2023-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| CN114256536A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-29 | 深圳拓邦股份有限公司 | 一种换电柜仓内电池安全加热方法及换电柜 |
| DE102022200319A1 (de) | 2022-01-13 | 2023-07-13 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3601166B2 (ja) * | 1996-02-23 | 2004-12-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JPH1167254A (ja) * | 1997-08-21 | 1999-03-09 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラントおよびその起動・停止操作方法 |
| JP4867094B2 (ja) * | 2001-07-19 | 2012-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP3918658B2 (ja) * | 2002-07-02 | 2007-05-23 | 日産自動車株式会社 | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2005228637A (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP4576880B2 (ja) * | 2004-05-17 | 2010-11-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2006156084A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| US7267086B2 (en) * | 2005-02-23 | 2007-09-11 | Emp Advanced Development, Llc | Thermal management system and method for a heat producing system |
| US7759010B2 (en) * | 2006-01-27 | 2010-07-20 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Pulsed coolant control for improved stack cold starting |
| JP2007220559A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Canon Inc | 燃料電池装置 |
| JP2007280827A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用の温度制御システム |
| JP2007299627A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池システム |
| JP5416347B2 (ja) * | 2007-10-12 | 2014-02-12 | 株式会社日立製作所 | 固体酸化物形燃料電池発電システムおよびその起動方法 |
-
2009
- 2009-05-26 JP JP2009126317A patent/JP4743455B2/ja active Active
-
2010
- 2010-04-27 CA CA2755898A patent/CA2755898C/en active Active
- 2010-04-27 DE DE112010002093.0T patent/DE112010002093B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2010-04-27 CN CN201080023035.7A patent/CN102449833B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2010-04-27 US US13/258,856 patent/US8871401B2/en active Active
- 2010-04-27 WO PCT/JP2010/057461 patent/WO2010137438A1/ja active Application Filing
-
2014
- 2014-09-26 US US14/498,482 patent/US9509005B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9509005B2 (en) | 2016-11-29 |
| CA2755898C (en) | 2013-10-08 |
| WO2010137438A1 (ja) | 2010-12-02 |
| JP4743455B2 (ja) | 2011-08-10 |
| CA2755898A1 (en) | 2010-12-02 |
| DE112010002093B4 (de) | 2017-05-04 |
| DE112010002093T5 (de) | 2012-10-04 |
| US20120015272A1 (en) | 2012-01-19 |
| CN102449833A (zh) | 2012-05-09 |
| US8871401B2 (en) | 2014-10-28 |
| JP2010277704A (ja) | 2010-12-09 |
| US20150017561A1 (en) | 2015-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102449833B (zh) | 燃料电池系统 | |
| US8263278B2 (en) | Fuel cell system and its operation method | |
| CN101755359B (zh) | 燃料电池系统及其控制方法 | |
| CN101809797B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN102044690B (zh) | 基于电池组参数执行燃料电池组的自适应电压抑制的方法 | |
| US8652699B2 (en) | Fuel cell system | |
| CN101803094B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101849313B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101421879A (zh) | 燃料电池用的温度控制系统 | |
| CN101529634A (zh) | 燃料电池系统 | |
| US20160190619A1 (en) | Control method of fuel cell system, fuel cell automobile, and fuel cell system | |
| JP4569350B2 (ja) | 電動機システム及び電動機システムの制御方法 | |
| WO2011021263A1 (ja) | 燃料電池システム | |
| KR102211693B1 (ko) | 연료 전지 시스템 | |
| CN101326666B (zh) | 燃料电池系统和移动体 | |
| JP2004265683A (ja) | 燃料電池発電制御システム | |
| CN113725465A (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101755358A (zh) | 燃料电池系统及燃料电池的起动方法 | |
| JP2008034309A (ja) | 燃料電池システム | |
| US20110008689A1 (en) | System and method for humidifying a master fuel cell stack with a slave fuel cell stack | |
| CN101904038A (zh) | 燃料电池系统 | |
| JP2010049827A (ja) | 燃料電池システム | |
| CN101855765B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101682059B (zh) | 燃料电池系统及其起动完成度显示方法 | |
| KR20170087593A (ko) | 연료전지 차량과 그 제어방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140910 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |