CN109693558A - 燃料电池车 - Google Patents

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Abstract

燃料电池车具备燃料电池(2)和二次电池(3)。循环流路(12)使制冷剂在燃料电池(2)与散热器(15)之间循环。旁通流路(16)通过所述二次电池(3)。旁通流路(16)的一端与循环流路(12)的散热器(15)的上游侧连接，另一端与散热器(15)的下游侧连接，控制器(30)在制冷剂温度是预定的温度阈值以上的情况下，操作切换阀(14)而使制冷剂流到散热器侧，在所述制冷剂温度小于温度阈值的情况下，操作所述切换阀(14)而使制冷剂流到旁通流路侧。

Description

燃料电池车
技术领域
本说明书公开的技术涉及具备燃料电池和二次电池的燃料电池车。
背景技术
在燃料电池车中，作为行驶用的马达的电源，组合使用燃料电池和二次电池的情形较多。二次电池承担补充响应延迟的燃料电池的作用。在燃料电池的输出不足的情况下，二次电池补偿不足量。在二次电池的剩余量降低的情况下，用燃料电池的电力对二次电池进行充电。二次电池还能够积蓄马达发电的电力。
例如在日本特开平10-3951中公开了在二次电池的温度调整中使用燃料电池的冷却系统的技术。二次电池在温度过低时性能降低。在日本特开平10-3951公开的燃料电池车中，在车的点火开关被切换到关断时，使制冷剂从燃料电池的冷却系统向二次电池循环，如果二次电池的温度超过预定的温度阈值，则停止制冷剂的循环。通过将温度变高的制冷剂贮存到二次电池，缓和点火开关关断后的二次电池的温度降低。由此，在接下来使点火开关接通时，能够尽可能提高二次电池的温度。
日本特开平10-3951的技术是使点火开关关断后的二次电池的温度降低变慢的技术。最好在点火开关接通的期间，也能够使用燃料电池的冷却系统来防止二次电池的温度变低。
发明内容
本公开的一个方案所涉及的燃料电池车具备燃料电池、二次电池、散热器、循环流路、旁通流路、切换阀、温度传感器以及控制器。循环流路使制冷剂在燃料电池与散热器之间循环。旁通流路通过所述二次电池。旁通流路的一端在所述散热器的上游侧与所述循环流路连接，并且所述旁通流路的另一端在所述散热器的下游侧与所述循环流路连接。切换阀在散热器侧与旁通流路侧之间切换制冷剂流动的方向。切换阀设置于散热器的上游侧的循环流路和旁通流路的连接部位。温度传感器测量通过所述燃料电池后的制冷剂的温度。控制器在制冷剂的温度是预定的温度阈值以上的情况下，将切换阀切换到散热器侧，在制冷剂的温度小于预定的温度阈值的情况下，将切换阀切换到旁通流路侧。
本公开的另一个方案所涉及的燃料电池车具备燃料电池、二次电池、散热器、循环流路、旁通流路、切换阀、第1温度传感器、第2温度传感器以及控制器。循环路径使制冷剂在燃料电池与散热器之间循环。旁通流路通过二次电池。旁通流路的一端在所述散热器的上游侧与循环流路连接，并且旁通流路的另一端在散热器的下游侧与循环流路连接。切换阀在散热器侧与旁通流路侧之间切换制冷剂流动的方向。切换阀在散热器的上游侧设置于循环流路和旁通流路的连接部位。第1温度传感器测量制冷剂温度。制冷剂温度是通过燃料电池后的制冷剂的温度。第2温度传感器测量二次电池温度。二次电池温度是二次电池的温度。控制器在满足下述条件i)的情况下，将切换阀切换到旁通流路侧，在不满足条件i)的情况下，将切换阀切换到散热器侧。条件i)是指，制冷剂温度低于预定的温度阈值，并且制冷剂温度超过二次电池温度。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业上的意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是实施例的燃料电池车的框图。
图2是冷却系统的框图。
图3是在第1实施例中控制器执行的阀切换控制的流程图。
图4是在第2实施例中控制器执行的阀切换控制的流程图。
图5是示出燃料电池、蓄电池以及旁通流路的布局的图。
具体实施方式
参照附图，说明实施例的燃料电池车。图1示出燃料电池车100的电力系统的框图。实施例的燃料电池车100具备燃料电池2、蓄电池3、第1转换器4、第2转换器5、逆变器6、行驶用的马达7。燃料电池2和蓄电池3都是用于驱动行驶用的马达7的电源。第1转换器4和第2转换器5是电压转换器。第1转换器4的低压侧与燃料电池2连接，高压侧与逆变器6的直流侧连接。第2转换器5的低压侧与蓄电池3连接，高压侧与逆变器6的直流侧连接。对逆变器6的交流侧连接行驶用的马达7。
第1转换器4使燃料电池2输出的电力的电压升压。第2转换器具有：升压功能，使蓄电池3的输出电压升压而供给到逆变器6；以及降压功能，使从逆变器6送来的电力(后述再生电力)的电压降压而供给到蓄电池3。即，第2转换器是双向DC-DC转换器。第2转换器5有时还使燃料电池2的剩余电力的电压降压而供给到蓄电池3。
逆变器6将升压后的燃料电池2的直流电力、或者升压后的蓄电池3的直流电力变换为适合于马达7的驱动的交流电力。用从逆变器6供给的交流电力驱动马达7。马达7有时使用车辆的动能来发电。将马达7生成的电力称为再生电力。逆变器6有时还将马达7发电的再生电力(交流电力)变换为直流而供给到第2转换器5。
马达7所要求的输出根据驾驶员的加速操作而频繁地变化。另一方面，燃料电池2的输出电力的调整的时间常数长。燃料电池车100为了补偿燃料电池2的响应的延迟，搭载有蓄电池3。蓄电池3是例如锂离子电池等二次电池。二次电池是可再充电的电池。燃料电池车100在燃料电池2的输出电力未达到马达7的目标输出的情况下，用蓄电池3的电力补偿。另外，在燃料电池2的输出电力超过马达7的目标输出的情况下，将燃料电池2的剩余的电力充电到蓄电池3。在该情况下，第1转换器4的输出电力的一部分被供给到逆变器6，第1转换器4的输出电力的剩余部分通过第2转换器降压，被供给到蓄电池3。
燃料电池车100具备对燃料电池2进行冷却的冷却系统10。冷却系统10不仅被用于对燃料电池2进行冷却，而且还被用于蓄电池3的温度调整。图2示出冷却系统10的框图。冷却系统10具备散热器15、循环流路12、压送制冷剂的泵13以及控制器30。循环流路12使制冷剂在散热器15与燃料电池2之间循环。泵13将从燃料电池2输出的制冷剂送到散热器15。在散热器15中具备风扇15a，制冷剂通过由风扇15a送来的空气散热，制冷剂的温度降低。温度降低后的制冷剂通过循环流路12被再次送到燃料电池2，对燃料电池2进行冷却。制冷剂是液体，典型地是水或者LLC(Long Life Coolant，长效冷却液)。图2中的粗的箭头线表示制冷剂的流动方向，虚线表示信号线。以下，为简化说明，有时将制冷剂流的上游侧(制冷剂流的下游侧)称为制冷剂流上游侧(制冷剂流下游侧)、或者简单地称为上游侧(下游侧)。
对循环流路12连接使制冷剂绕开散热器15的旁通流路16。旁通流路16的一端在散热器15的上游侧与循环流路12连接，另一端在散热器15的下游侧与循环流路12连接。旁通流路16通过蓄电池3。“旁通流路16通过蓄电池3”是指，旁通流路16通过蓄电池3的框体这样的意思。旁通流路16是为了调整蓄电池3的温度而将制冷剂引导到蓄电池3的流路。
在散热器15的上游侧在循环流路12和旁通流路16的连接部位具备切换阀14。切换阀14在散热器15侧与旁通流路16侧之间切换从燃料电池2输出的制冷剂流动的方向。切换阀14由控制器30控制。关于切换阀14的控制将后述。
在旁通流路16中设置有3个分支21、22、23。分支23与旁通流路16的下游端相当，旁通流路16在分支23处与循环流路12合流。在旁通流路16的途中设置有2个分支21、22。分支21将制冷剂分到朝向蓄电池3的流路和捷径流路17。在捷径流路17的下游侧连接分支22。在捷径流路17中流过的制冷剂和通过蓄电池3后的制冷剂在分支22处合流，朝向旁通流路16的下游端。分支21、22、捷径流路17是为了调整流向蓄电池3的制冷剂的量而设置的。在使与流过循环流路12的制冷剂的量相同的量的制冷剂流向蓄电池3即可的情况下，不需要分支21、22、捷径流路17。
冷却系统10具备2个温度传感器31、32。第1温度传感器31设置于循环流路12的燃料电池的下游侧，测量通过燃料电池2后的制冷剂的温度。第1温度传感器31设置于循环流路12的燃料电池出口或者燃料电池出口附近。第2温度传感器32设置于蓄电池3，测量蓄电池3的温度。
蓄电池3在低的温度下性能降低。燃料电池车100能够使用用于对燃料电池2进行冷却的冷却系统10，对蓄电池3加热。控制器30在预定的条件被满足时，将切换阀14从散热器侧切换到旁通流路侧，以使制冷剂流向旁通流路16。图3示出控制器30执行的阀切换控制的流程图。
控制器30首先从第1温度传感器31取得制冷剂温度(步骤S2)。如上所述，第1温度传感器31测量的温度是通过燃料电池2后的制冷剂的温度(制冷剂温度)。接下来，控制器30将取得的制冷剂温度与温度阈值进行比较(步骤S3)。例如，在蓄电池3正常地动作的温度范围中设定温度阈值。温度阈值例如被设定为60℃。控制器30在制冷剂温度超过温度阈值的情况下，将切换阀14切换到散热器侧，以使制冷剂流向散热器15(步骤S3：“是”、S4)。控制器30同时使散热器的风扇15a动作。在制冷剂温度超过温度阈值的情况下，将制冷剂送到散热器15，降低制冷剂的温度。温度降低后的制冷剂通过循环流路12，被送到燃料电池2。通过温度降低后的制冷剂，燃料电池2被冷却。能够将第1温度传感器31测量的制冷剂温度考虑为燃料电池2的温度的推测值。通常，同时利用燃料电池2和蓄电池3。在制冷剂温度高于温度阈值的情况下，蓄电池3的温度不低的可能性高，所以无需对蓄电池3加热。在这样的情况下，将切换阀14切换到散热器侧，冷却系统10对燃料电池2进行冷却。此外，虽然图示省略，但在燃料电池2中也具备温度传感器，控制器30对泵13进行控制，以将燃料电池2的温度维持为适合于动作的预定范围内。
另一方面，控制器30在第1温度传感器31测量的制冷剂温度低于温度阈值的情况下，将切换阀14切换到旁通流路侧，以使制冷剂流向蓄电池3(步骤S3：“否”、S5)。控制器30定期地反复进行图3的流程图的处理。在制冷剂温度(即燃料电池2的温度的推测值)低的情况下，蓄电池3的温度也低的可能性高。在这样的情况下，通过将制冷剂送到蓄电池3，能够用制冷剂对蓄电池3加热。
接下来，说明第2实施例的燃料电池车。第2实施例的燃料电池车的构造与第1实施例的燃料电池车相同。因此，对于第2实施例的燃料电池车也使用图1和图2。图1和图2已经说明，所以关于第2实施例的燃料电池车的硬件，省略说明。
在第2实施例的燃料电池车中，控制器30执行的阀切换控制与第1实施例的情况不同。图4示出第2实施例的控制器30执行的阀切换控制的流程图。控制器30首先从第1温度传感器31取得制冷剂的温度，从第2温度传感器32取得蓄电池3的温度(步骤S12)。制冷剂的温度与第1实施例的情况相同，是通过燃料电池2后的制冷剂的温度。以下，将第1温度传感器31测量出的温度称为制冷剂温度，将第2温度传感器32测量出的温度称为蓄电池温度。
接下来，控制器30比较制冷剂温度和蓄电池温度(步骤S13)。在制冷剂温度低于蓄电池温度的情况下，无法用制冷剂对蓄电池3加热，所以将切换阀14切换到散热器侧，以使制冷剂不流入旁通流路16(步骤S13：“否”、S16)。此外，此时，在蓄电池3的温度低的情况下，燃料电池2的温度未高到需要冷却的程度的可能性也高，所以控制器30使散热器的风扇15a停止。另外，在燃料电池2的温度低于预定的温度的情况下，控制器30使泵13也停止。
另一方面，在制冷剂温度超过蓄电池温度的情况下，控制器30接着将制冷剂温度与过热保护温度进行比较(步骤S13：“是”、S14)。过热保护温度是如果蓄电池的温度超过该温度(过热保护温度)则性能降低的温度。在制冷剂温度超过过热保护温度的情况下，如果使这样的高温的制冷剂流向蓄电池3，蓄电池3的温度会变得过高。因此，在制冷剂温度超过过热保护温度的情况下，控制器30将切换阀14切换到散热器侧，以使制冷剂通过散热器15(步骤S14：“否”、S16)。在制冷剂温度低于过热保护温度的情况下，控制器30将切换阀14切换到旁通流路侧，以使制冷剂流向蓄电池3(步骤S14：“是”、S15)。控制器30定期地反复进行图4的处理。步骤S13和S14的判断都为“是”的情况是指，制冷剂温度超过蓄电池温度、并且制冷剂温度低于过热保护温度的情况。属于这样的温度范围的制冷剂温度适合于将蓄电池3保持在适合的温度范围。
第1实施例和第2实施例的燃料电池车能够使用燃料电池2的冷却系统10，将蓄电池3调整到适合的温度范围。第1实施例的处理(图3)和第2实施例的处理(图4)在车辆的点火开关接通的期间执行。实施例的燃料电池车能够在车辆的点火开关接通的期间、预定的条件成立时，对蓄电池3加热。
在此，说明燃料电池2、蓄电池3以及流路的布局。图5示出它们的布局。在图5中，用假想线描绘燃料电池车100的车辆的轮廓。散热器15、燃料电池2以及循环流路12搭载于车辆的前舱101。另一方面，蓄电池3搭载于车辆的后舱102。旁通流路16从前舱101通过车室的下部延伸到后舱102。换言之，旁通流路16是将用于搭载于前舱101的燃料电池2的冷却系统的流路(循环流路12)延长至搭载于后舱102的蓄电池3的流路。
叙述与在实施例中说明的技术有关的留意点。本说明书公开的技术是在蓄电池3的温度低时对蓄电池3加热的技术。为了防止蓄电池3的过热，燃料电池车也可以具备对蓄电池3进行冷却的其它冷却器。
如上所述，实施例的技术是使用用于燃料电池2的冷却系统10对蓄电池3加热的技术。控制器30根据燃料电池2的温度，调整泵13的输出，将燃料电池2的温度保持在适合的温度范围。此外，在燃料电池2的温度低于适合于动作的温度的情况下，也可以停止泵13和风扇15a。或者，在制冷剂温度超过燃料电池2的温度的情况下，控制器30也可以使风扇15a停止，使泵13动作。在该情况下，能够用比燃料电池2的温度高的制冷剂对燃料电池2加热。
图3的步骤S3、图4的步骤S13、S14中的不等号符号是包括相等的情况的不等号符号，但也可以使用不包括相等的情况的不等号符号。
与效果一起说明本说明书公开的燃料电池车的结构。燃料电池车具备燃料电池和二次电池。燃料电池车还具备循环流路、旁通流路、切换阀、温度传感器以及控制器。循环流路使制冷剂在燃料电池与散热器之间循环。旁通流路的一端在散热器的制冷剂流的上游侧与所述循环流路连接，并且另一端在散热器的制冷剂流的下游侧与循环流路连接。换言之，旁通流路是使制冷剂绕开散热器的流路。旁通流路在途中通过二次电池。“通过二次电池”是指，为了调整二次电池的温度而通过二次电池的框体这样的意思。切换阀在散热器的制冷剂流的上游侧设置于循环流路和旁通流路的连接部位，在散热器侧与旁通流路侧之间切换制冷剂流动的方向。温度传感器测量通过燃料电池后的制冷剂的温度(制冷剂温度)。控制器在制冷剂温度超过预定的温度阈值的情况下，将切换阀切换到散热器侧，在制冷剂温度低于温度阈值的情况下，将切换阀切换到旁通流路侧。
用作行驶用的马达的电源的燃料电池和二次电池通常同时起动。因此，在通过燃料电池后的制冷剂的温度(制冷剂温度)低的情况下，二次电池的温度也低的盖然性高。本说明书公开的燃料电池车的控制器在这样的情况下将切换阀切换到旁通流路侧，使制冷剂流入二次电池来提高二次电池的温度。另一方面，在制冷剂温度高的情况下，二次电池的温度也高的可能性大，所以控制器将切换阀切换到散热器侧，使燃料电池的冷却系统的制冷剂不导入到二次电池。温度高的制冷剂用散热器冷却。通过控制器的上述处理，在点火开关接通的期间也能够提高二次电池的温度。
控制器也可以构成为代替上述处理而执行接下来的处理。如果制冷剂温度低于预定的温度阈值并且制冷剂温度超过二次电池温度，则控制器将切换阀切换到旁通流路侧，否则，控制器将切换阀切换到散热器侧。温度阈值典型地是二次电池的过热保护温度。过热保护温度是如果二次电池的温度上升到该温度以上则性能降低的温度。在制冷剂温度低于阈值温度并且制冷剂温度超过二次电池温度的情况下，通过将制冷剂引导到旁通流路(二次电池)，能够将二次电池调整为适合的温度。
以上，详细说明了本发明的具体例子，但它们仅为例示，未限定权利要求书。在专利权利要求书记载的技术中，包括使以上例示的具体例子多种多样地变形、变更而得到的例子。在本说明书或者附图中说明的技术要素单独地或者通过各种组合发挥技术上的有用性，不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，在本说明书或者附图中例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中的一个目的的技术自身具有技术上的有用性。

Claims (2)

1.一种燃料电池车，包括：
燃料电池；
二次电池；
散热器；
循环流路，使制冷剂在所述燃料电池与所述散热器之间循环；
旁通流路，通过所述二次电池，所述旁通流路的一端在所述散热器的上游侧与所述循环流路连接，并且所述旁通流路的另一端在所述散热器的下游侧与所述循环流路连接；
切换阀，在所述散热器侧与所述旁通流路侧之间切换所述制冷剂流动的方向，所述切换阀设置于所述散热器的上游侧的所述循环流路和所述旁通流路的连接部位；
温度传感器，测量通过所述燃料电池后的所述制冷剂的温度；以及
控制器，构成为在所述制冷剂的所述温度超过预定的温度阈值的情况下，将所述切换阀切换到所述散热器侧，在所述制冷剂的所述温度低于所述预定的温度阈值的情况下，将所述切换阀切换到所述旁通流路侧。
2.一种燃料电池车，包括：
燃料电池；
二次电池；
散热器；
循环流路，使制冷剂在所述燃料电池与散热器之间循环；
旁通流路，通过所述二次电池，所述旁通流路的一端在所述散热器的上游侧与所述循环流路连接，并且所述旁通流路的另一端在所述散热器的下游侧与所述循环流路连接；
切换阀，在所述散热器侧与所述旁通流路侧之间切换所述制冷剂流动的方向，所述切换阀在所述散热器的上游侧设置于所述循环流路和所述旁通流路的连接部位；
第1温度传感器，测量制冷剂温度，所述制冷剂温度是通过所述燃料电池后的所述制冷剂的温度；
第2温度传感器，测量二次电池温度，所述二次电池温度是所述二次电池的温度；以及
控制器，构成为在满足下述条件i)的情况下，将所述切换阀切换到所述旁通流路侧，在不满足所述条件i)的情况下，将所述切换阀切换到所述散热器侧，
i)所述制冷剂温度低于预定的温度阈值，并且所述制冷剂温度超过所述二次电池温度。
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