CN105591125B - 燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池系统，能够抑制低温的冷却水流入到燃料电池而使燃料电池内的水冻结，从而能够良好地运转。流量调整阀(26)能够将向散热器(23)送入的冷却水的流量的比例调整为预定值(50％)以下，若判定为将向散热器(23)送入的冷却水的流量的比例设为预定值(50％)以上而向燃料电池(11)供给冷却水时燃料电池(11)内的冷却水的温度为预定温度(0℃)以上，控制部(41)则进行如下的预定比例供给运转：控制流量调整阀(26)及泵(22)，将向散热器(23)送入的冷却水的流量的比例设为预定值(50％)以上而向燃料电池(11)供给冷却水。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
作为具备燃料电池的系统，已知有如下结构：通过将设有散热器的循环路连接于燃料电池而使冷却水在循环路中循环，通过散热器使冷却水冷却并将其送入到燃料电池(参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2010-186599号公报
发明内容
然而，当在因外界气温较低而导致散热器内的冷却水的温度为零下的情况下使冷却水循环时，存在有如下隐患：散热器内的冷却水流入到燃料电池内而导致燃料电池内的冷却水冻结，从而产生发电不良。
本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种能够抑制低温的冷却水流入到燃料电池而导致燃料电池内的水冻结从而能够良好地运转的燃料电池系统。
为了实现上述目的，本发明的燃料电池系统具备：燃料电池，使冷却水在该燃料电池的内部流动；循环路，与该燃料电池的冷却水入口及冷却水出口连接，供冷却水循环；泵，设于该循环路，将上述冷却水从上述冷却水入口向上述燃料电池内送入；散热器，设于上述循环路，进行上述冷却水的散热；旁通路，相对于上述循环路以并联的方式与上述散热器连接；流量调整阀，设于上述循环路，调整向上述散热器及上述旁通路送入的上述冷却水的流量的比例；及控制部，控制上述泵及上述流量调整阀，上述流量调整阀能够将向上述散热器送入的冷却水的流量的比例调整为预定值以下，若判定为将向上述散热器送入的上述冷却水的流量的比例设为上述预定值以上而向上述燃料电池供给上述冷却水时上述燃料电池内的上述冷却水的温度为预定温度以上，上述控制部则进行如下的预定比例供给运转：控制上述流量调整阀及上述泵，以将向上述散热器送入的上述冷却水的流量的比例为上述预定值以上而向上述燃料电池供给上述冷却水，若判定为上述冷却水的温度小于上述预定温度，上述控制部则不向上述燃料电池供给上述冷却水。
根据该结构的燃料电池系统，通过进行控制部的预定比例供给运转，例如，即使从散热器供给某种程度上较大的量即预定值以上的比例的流量的冷却水，也仅在燃料电池内的冷却水的温度为预定温度以上的条件下允许向燃料电池供给冷却水。因此，能够抑制在燃料电池充分升温前向燃料电池大量地流入被散热器冷却后的冷却水。由此，能够抑制低温的冷却水流入到燃料电池而导致燃料电池内的水冻结，从而能够良好地运转。
在本发明的燃料电池系统中，也可以是，在上述旁通路设有除去上述冷却水的离子的离子交换器。
根据该结构的燃料电池系统，能够除去冷却水内的离子，能够将冷却水的导电率维持在一定值以下，能够始终保持绝缘性。
在本发明的燃料电池系统中，也可以是，上述控制部使上述预定比例供给运转与上述冷却水的温度变化无关地持续预定时间。
根据该结构的燃料电池系统，通过使预定比例供给运转持续预定时间，能够稳定地推定从旁通路合流后的向燃料电池供给的冷却水的温度，从而能够正确地进行之后的控制。
发明效果
根据本发明的燃料电池系统，能够提供如下的一种燃料电池系统：能够抑制低温的冷却水向燃料电池流入而导致燃料电池内的水冻结，从而能够良好地运转。
附图说明
图1是本实施方式的燃料电池系统的概略结构图。
图2是说明控制部的离子除去运转开始控制的流程图。
图3是说明控制部的离子除去运转开始控制的其他例的流程图。
具体实施方式
接着，说明本发明的燃料电池系统的一实施方式。以下，说明将该燃料电池系统应用于燃料电池车辆的车载发电系统的情况，但是本发明并不局限于这样的应用例，也可以应用于船舶、航空器、电车、步行机器人等所谓的移动体、应用于例如将燃料电池用作建筑物(住宅、办公楼等)用的发电设备的固定用发电系统。
图1是本实施方式的燃料电池系统的概略结构图。
如图1所示，本实施方式的燃料电池系统1具备燃料电池11。燃料电池11例如是固体高分子电解质型的燃料电池，形成为层叠多个单电池的组结构。燃料电池11的单电池在由离子交换膜构成的电解质侧的面上具有空气极，在另一侧的面上具有燃料极，进而以从两侧夹持空气极及燃料极的方式具有一对隔板。燃料电池11向一隔板的燃料气体流路供给氢气，向另一隔板的氧化气体流路供给由空气构成的氧化气体，通过该气体供给而产生电力。该燃料电池11在其内部具有由隔板形成的冷却水流路。燃料电池11具有冷却水入口11a和冷却水出口11b，从冷却水入口11a向冷却水流路送入冷却水，并将通过了冷却水流路的冷却水从冷却水出口11b送出。
在燃料电池11连接有循环路21。循环路21的一端连接于冷却水入口11a，另一端连接于冷却水出口11b。
在循环路21设有泵22及散热器23。泵22向燃料电池11内的冷却水流路送入冷却水。散热器23在冷却水与外部空气之间进行热交换。冷却水通过散热器23而被冷却。
另外，燃料电池系统1具备旁通路25。旁通路25相对于循环路21以并联的方式与散热器23连接。由此，从燃料电池11的冷却水出口11b送出的冷却水能够向旁通路25分支，向旁通路25分支的冷却水从旁通路25向循环路21合流。另外，在循环路21设有流量调整阀26。流量调整阀26设于循环路21中的与旁通路25的分支部位。该流量调整阀26是能够调整循环路21中的向散热器23送入的冷却水的流量及朝向旁通路25的冷却水的流量的三通阀。由此，向散热器23侧及旁通路25流动的冷却水的流量的比例能够由流量调整阀26调整。该流量调整阀26能够将朝向散热器23的冷却水的流量的比例调整为例如50％的流量即预定值以下。
另外，在旁通路25设有离子交换器31。该离子交换器31具有吸附在旁通路25中流动的冷却水中的离子的功能。离子交换器31例如具有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
燃料电池系统1具备控制部41。控制部41例如由具备CPU、ROM、RAM的微型计算机构成。该控制部41中，CPU根据控制程序来控制泵22及流量调整阀26。在该控制部41连接有检测燃料电池11内的冷却水的温度即FC水温的FC水温传感器(省略图示)、检测外界气温的外界气温传感器(省略图示)及检测散热器23内的冷却水的温度的散热器水温传感器(省略图示)，从这些传感器向控制部41发送检测信号。
在上述结构的燃料电池系统1中，当泵22被控制部41驱动时，冷却水在循环路21中循环。由此，从燃料电池11的冷却水出口11b送出的冷却水被送入到散热器23并与外部空气之间进行热交换，之后，从燃料电池11的冷却水入口11a向燃料电池11内供给。由此，燃料电池11被冷却水冷却。
在此，由于在燃料电池11内流动的冷却水通过多个单电池，因此必须抑制导电率而始终保持绝缘性。另一方面，若搭载有燃料电池系统1的车辆被长时间放置而冷却水不流动，则从冷却水的通路溶出的微少离子累积，从而冷却水的离子浓度上升，导电率上升。另外，若在修理等中重组冷却系统元件，则也因来自重组后的元件的溶出离子而导致冷却水的离子浓度上升，导电率上升。
因此，在燃料电池系统1中，通过控制部41来控制流量调整阀26，从而使得从燃料电池11的冷却水出口11b送出的冷却水也在旁通路25中流动。由此，冷却水通过旁通路25的离子交换器31而被离子交换器31除去所含有的离子，从而将导电率维持在一定值以下。
然而，在散热器23内的冷却水的温度为零下的情况下，当驱动泵22而使冷却水循环时，存在如下隐患：散热器23内的冷却水向燃料电池11内流入而导致燃料电池11内的冷却水冻结，从而产生发电不良。
因此，在本实施方式的燃料电池系统1中，为了抑制燃料电池11内的冷却水的冻结，控制部41进行以下的预定比例供给运转。
控制部41判定将向散热器23送入的冷却水的流量的比例设为预定值以上而向燃料电池11供给冷却水时燃料电池11内的冷却水的温度即FC水温是否为预定温度以上(步骤S01)。该判定中的向散热器23送入的冷却水的流量的比例的预定值例如为50％，另外，FC水温的预定温度为0℃。该判定是基于来自外界气温传感器、散热器水温传感器及FC水温传感器的检测信号而进行的。
根据上述判定，若判定为将向散热器23送入的冷却水的流量的比例设为预定值以上而向燃料电池11供给冷却水时燃料电池11内的冷却水的温度为预定温度以上，控制部41则控制流量调整阀26及泵22，以将向散热器23送入的冷却水的流量的比例设为预定值以上并使冷却水循环，向燃料电池11供给冷却水。另一方面，若判定为燃料电池11内的冷却水的温度小于所述预定温度，则不向燃料电池11供给冷却水。
通过进行上述预定比例供给运转，即使燃料电池11流入有循环的冷却水，也能够避免冻结。该预定比例供给运转持续进行预定时间。
另外，上述实施方式的燃料电池系统1在车辆被长时间放置而冷却水不流动的情况下等，进行使冷却水向旁通路25分流而除去离子的离子除去运转。此时，控制部41进行以下的离子除去运转开始控制。
图2是说明控制部的离子除去运转开始控制的流程图。
首先，控制部41基于来自外界气温传感器的检测信号来决定离子除去运转开始FC水温(步骤S01)。该离子除去运转开始FC水温是根据预先存储于ROM的映射值而算出的。映射值是根据从旁通路25合流后的向燃料电池11供给的冷却水的水温而推定并决定的。
接着，控制部41根据决定出的离子除去运转开始水温和来自FC水温传感器的检测信号来判定离子除去运转开始水温是否比燃料电池11内的冷却水的温度即FC水温高(步骤S02)。
在该判定中，在离子除去运转开始水温比FC水温高的情况下(步骤S02：“是”)，控制部41驱动泵22而使冷却水循环，从而将冷却水向燃料电池11送入(步骤S03)。此时，冷却水通过旁通路25的离子交换器31而被除去离子。另一方面，在离子除去运转开始水温为FC水温以下的情况下(步骤S02：“否”)，反复进行步骤S01的处理。在该期间，控制部41不驱动泵22，不使冷却水循环。
此外，在上述控制中，由于车辆被长时间放置，因此在考虑为散热器23的冷却水的水温与外界气温相同的情况下，为了不使零下(0℃以下)的冷却水进入到燃料电池11而将条件设为从旁通路25合流后的向燃料电池11供给的冷却水的水温为0℃以上。因此，控制部41在因外界气温较低而导致散热器23的冷却水的水温极低的情况下，充分升高FC水温，在能够确保从旁通路25合流后的向燃料电池11供给的冷却水的水温变为0℃以上之前，不允许离子除去运转。
另外，为了容易推定从旁通路25合流后的冷却水的水温，也可以将流量调整阀26的朝向旁通路25侧的开度设为一定。特别是为了避免从旁通路25合流后的冷却水的水温降低，更加优选将朝向旁通路25侧的开度设为50％左右。
此外，在上述离子除去运转开始控制中，控制部41基于来自外界气温传感器的检测信号来决定离子除去运转开始FC水温，但是也可以如图3所示，控制部41基于来自散热器水温传感器的检测信号来决定离子除去运转开始FC水温(步骤S11)。
并且，控制部41根据决定出的离子除去运转开始水温和来自FC水温传感器的检测信号来判定离子除去运转开始水温是否比FC水温高(步骤S12)。在该判定中，在离子除去运转开始水温比FC水温高的情况下(步骤S12：“是”)，控制部41驱动泵22而使冷却水循环，将冷却水向燃料电池11送入(步骤S13)。另一方面，在该判定中，在离子除去运转开始水温为FC水温以下的情况下(步骤S12：“否”)，反复进行步骤S11的处理。在该期间，控制部41不驱动泵22，不使冷却水循环。
以上，如所说明的那样，根据本实施方式的燃料电池系统1，通过进行控制部41的预定比例供给控制，例如，即使从散热器23供给某种程度上较大的量(例如，50％)即预定值以上的比例的流量的冷却水，也仅在燃料电池11内的冷却水的温度为预定温度(0℃)以上的条件下允许向燃料电池11供给冷却水。因此，能够抑制在燃料电池11充分升温前向燃料电池11大量地流入被散热器23冷却后的冷却水。由此，能够抑制低温的冷却水流入到燃料电池而导致燃料电池内的水冻结，从而能够良好地运转。
另外，在本实施方式的燃料电池系统1中，在旁通路25设有除去冷却水的离子的离子交换器31。因此，能够除去冷却水内的离子，能够将冷却水的导电率维持在一定值以下，能够始终保持绝缘性。
另外，由于使预定比例供给运转持续预定时间，因此能够稳定地推定从旁通路25合流后的向燃料电池11供给的冷却水的温度，能够正确地进行之后的控制。
附图标记说明
1 燃料电池系统
11 燃料电池
11a 冷却水入口
11b 冷却水出口
21 循环路
22 泵
23 散热器
25 旁通路
26 流量调整阀
31 离子交换器
41 控制部
Claims (3)
1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池，冷却水在该燃料电池的内部流动；
循环路，与该燃料电池的冷却水入口及冷却水出口连接，供冷却水循环；
泵，设于该循环路，将所述冷却水从所述冷却水入口向所述燃料电池内送入；
散热器，设于所述循环路，进行所述冷却水的散热；
旁通路，相对于所述循环路以并联的方式与所述散热器连接；
流量调整阀，设于所述循环路，调整向所述散热器及所述旁通路送入的所述冷却水的流量的比例；及
控制部，控制所述泵及所述流量调整阀，
所述流量调整阀能够将向所述散热器送入的冷却水的流量的比例调整为预定值以下，
若判定为将向所述散热器送入的所述冷却水的流量的比例设为所述预定值以上而向所述燃料电池供给所述冷却水时所述燃料电池内的所述冷却水的温度为预定温度以上，所述控制部则进行如下的预定比例供给运转：控制所述流量调整阀及所述泵，以将向所述散热器送入的所述冷却水的流量的比例设为所述预定值以上而向所述燃料电池供给所述冷却水；若判定为所述冷却水的温度小于所述预定温度，所述控制部则不向所述燃料电池供给所述冷却水。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在所述旁通路设有除去所述冷却水的离子的离子交换器。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
所述控制部使所述预定比例供给运转与所述冷却水的温度变化无关地持续预定时间。
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