CN117457948A - 燃料电池系统 - Google Patents
燃料电池系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117457948A CN117457948A CN202310539356.1A CN202310539356A CN117457948A CN 117457948 A CN117457948 A CN 117457948A CN 202310539356 A CN202310539356 A CN 202310539356A CN 117457948 A CN117457948 A CN 117457948A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel cell
- warm
- flow path
- cooling water
- power consumption
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 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
- H01M8/04723—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
- H01M8/04007—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
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- 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)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
本说明书公开一种燃料电池系统，具备：冷却回路，具备相互并联地连接的第一流路以及第二流路；燃料电池，设于第一流路；电力消耗单元，设于第二流路，并且能够消耗燃料电池中产生的电力；至少一个循环控制设备，设于冷却回路，对冷却水的循环路径进行控制；以及控制单元，通过对燃料电池、电力消耗单元和至少一个循环控制设备的动作进行控制而能够执行第一预热运转。在第一预热运转中，冷却水在第一流路以及第二流路两者中循环，燃料电池发电，且燃料电池的发电电力的一部分被电力消耗单元消耗。
Description
技术领域
本说明书中公开的技术涉及燃料电池系统。
背景技术
日本特开2021-111488中公开了一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备燃料电池和用于对燃料电池进行冷却的冷却回路。
发明内容
在燃料电池系统中，在冷却回路内的冷却水的温度过低时，燃料电池的性能有可能下降。因此，在燃料电池系统启动时，在冷却水的温度过低时，为了使冷却水升温至合适的温度，执行预热运转。预热运转所需的时间越短越优选。在本说明书中，提供一种能够降低预热运转所需的时间(本说明书中也称为“预热时间”)的技术。
本说明书公开的燃料电池系统具备：冷却回路，具备相互并联地连接的第一流路以及第二流路；燃料电池，设于所述第一流路；电力消耗单元，设于所述第二流路，并且能够消耗所述燃料电池中产生的电力；至少一个循环控制设备，设于所述冷却回路，对冷却水的循环路径进行控制；以及控制单元，通过对所述燃料电池、所述电力消耗单元和所述至少一个循环控制设备的动作进行控制而能够执行第一预热运转。在所述第一预热运转中，所述冷却水在所述第一流路以及所述第二流路两者中循环，所述燃料电池发电，且所述燃料电池的发电电力的一部分被所述电力消耗单元消耗。
在燃料电池系统的预热运转中，通常为利用伴随于燃料电池的发电而产生的热来使冷却水升温的结构。相对于此，根据上述的结构，在预热运转中，不仅利用伴随于燃料电池的发电而产生的热，也利用伴随于电力消耗单元的电力消耗而产生的热来使冷却水升温。因此，能够有效地使冷却水升温，因此能够减少预热时间。
在燃料电池系统中，在燃料电池中产生了不能被燃料电池系统完全消耗的电力时，会产生不良情况(例如蓄电池的劣化)。因此，燃料电池的输出(发电电力)优选被抑制为不高于燃料电池系统的消耗电力的程度。根据上述的结构，在预热运转中，燃料电池的发电电力的一部分被电力消耗单元消耗。因此，与不用电力消耗单元来消耗燃料电池的发电电力的情况相比，能够增加燃料电池系统的消耗电力。由此，能够使燃料电池的输出与通常相比增加。因此，根据上述的结构，能够使伴随于燃料电池的发电而产生的热与通常相比增加，因此能够减少预热时间。
附图说明
本发明的实施方式的特征、优点、技术及工业意义通过参照附图如下来描述，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是示意性地示出实施例涉及的车辆100的结构的图。
图2是示意性地示出实施例涉及的FC系统2的冷却回路10的结构的图。
图3是示出在实施例涉及的FC系统2中使FC输出iv上升至输出上限值P1并执行了第一预热运转的情况下的FC堆4的电流电压特性的图。
图4是示出在实施例涉及的FC系统2中使FC输出iv上升至输出上限值P2并执行了第二预热运转的情况下的FC堆4的电流电压特性的图。
图5是示出实施例涉及的ECU8执行的处理的流程图。
具体实施方式
关于本发明的代表性的且非限定性的具体例，以下参照附图并详细地进行说明。该详细的说明单纯地旨在将用于实施本发明的优选的例子的详细内容出示给本领域技术人员，并不是旨在限定本发明的范围。并且，被公开的追加的特征以及发明为了提供进一步改善的燃料电池系统，能够与其他的特征和发明分开或一起使用。
并且，以下的详细的说明中公开的特征或工序的组合在最广泛的意义上实施本发明时不是必须的，尤其只是为了说明本发明的代表性的具体例而记载。而且，以下的代表性的具体例的各种各样的特征以及权利要求书中记载的发明的各种各样的特征在提供本发明的追加的且有用的实施方式时，不是必须与在此记载的具体例一样或者与列举的顺序一样组合。
本说明书以及/或者权利要求书中记载的全部的特征旨在与实施例以及/或者权利要求书中记载的特征的结构分开地作为对于申请当初的公开以及权利要求书中记载的特定事项的限定而单独地且相互独立地公开。而且，全部的数值范围以及与组成或集体有关的记载旨在作为对于申请当初的公开以及权利要求书中记载的特定事项的限定而公开它们的中间的结构。
在一个或一个以上的实施方式中，可以的是，所述控制单元还能够执行第二预热运转。可以的是，在所述第二预热运转中，所述冷却水在所述第一流路中循环，所述冷却水不在所述第二流路中循环，所述燃料电池发电，且所述燃料电池的发电电力不被所述电力消耗单元消耗。
上述的结构中的第二预热运转为一般的预热运转。如前述那样，在第一预热运转中，与第二预热运转相比较，能够减少预热时间。然而，在第一预热运转中，与第二预热运转相比较，更多的燃料被消耗。根据情况的不同，有时第二预热运转比第一预热运转更优异。因此，在燃料电池系统中，期望根据状况而在第一预热运转与第二预热运转之间切换预热运转。根据上述的结构，控制单元能够根据状况而在第一预热运转与第二预热运转之间切换预热运转。
在一个或一个以上的实施方式中，可以的是，所述控制单元在所述燃料电池系统启动时对所述冷却水的温度进行检测，在被检测出的所述温度低于预定温度时执行所述第一预热运转，在被检测出的所述温度高于所述预定温度时执行所述第二预热运转。
通常，冷却水的温度越低，冷却水的升温越需要时间，因此预热时间也越大。因此，在冷却水的温度为非常低的温度(例如-20℃)的情况下，尽管消耗很多燃料，但需要减少预热时间。另一方面，在冷却水的温度为比较高的温度(例如5℃)的情况下，相比减少预热时间，更需要抑制燃料的消耗。因此，在燃料电池系统中，期望根据冷却水的温度而在第一预热运转与第二预热运转之间切换预热运转。根据上述的结构，控制单元在冷却水的温度低于预定温度的情况下，执行能够减少预热时间的第一预热运转，在冷却水的温度高于预定温度的情况下，执行燃料的消耗量比较少的第二预热运转。如此，控制单元能够根据冷却水的温度而在第一预热运转与第二预热运转之间切换预热运转。
在一个或一个以上的实施方式中，可以的是，在将所述燃料电池的电动势的理论值设为v0，将所述燃料电池的电动势的实测值设为v，将所述冷却水在所述第一流路中循环且所述冷却水不在所述第二流路中循环时的所述冷却回路的热容量设为C1，将所述冷却水在所述第一流路以及第二流路两者中循环时的所述冷却回路的热容量设为C1+C2，将所述第二预热运转中的所述燃料电池的输出上限值设为P2的情况下，所述第一预热运转中的所述电力消耗单元的消耗电力PBR满足下式。
【数学式1】
在第二预热运转中，关于第二流路，不进行冷却水的循环·升温。另一方面，在第一预热运转中，关于第二流路，也进行了冷却水的循环·升温。因此，执行第一预热运转的情况下的热容量与执行第二预热运转的情况下的热容量相比，增大了第二流路所涉及的量(即增大了C2)。因此，在执行第一预热运转的情况下，在电力消耗单元中的消耗电力PBR较小时，与执行第二预热运转的情况相比，反而预热时间增加。根据以上内容，为了适当地发挥基于本申请的结构的减少预热时间的效果，需要使消耗电力PBR充分大。详细内容后述，根据上述的结构，由于能够使消耗电力PBR充分大，所以能够适当地发挥基于本申请的机构的减少预热时间的效果。
在一个或一个以上的实施方式中，可以的是，在将所述燃料电池的电动势的实测值设为v，将所述第二预热运转中的所述燃料电池的输出上限值设为P2，将基于冻胀限制的所述燃料电池的电流上限值设为imax的情况下，所述第一预热运转中的所述电力消耗单元的消耗电力PBR满足下式。
【数学式2】
PBR＜imaxv-P2
通常，在燃料电池中，为通过使氢和氧发生化学反应来进行发电的结构。因此，在燃料电池中，越增大燃料电池的电流值，消耗越多的氢和氧，产生越多的水。并且，在执行预热运转这样的低温状况下，有时燃料电池中产生的水会冻结。若在燃料电池中瞬间产生大量的水，则有时在燃料电池的电池单体之间产生冰块(将该现象称为“冻胀现象”)。在产生冻胀现象时，有可能损伤电池单体。因此，在燃料电池中，为了抑制冻胀现象，对燃料电池的电流值设定上限值(基于冻胀限制的燃料电池的电流上限值imax)。详细内容后述，根据上述的结构，通过使消耗电力PBR变小，能够抑制燃料电池的电流值达到电流上限值imax。由此，能够抑制冻胀现象。
在一个或一个以上的实施方式中，可以的是，所述燃料电池系统搭载于具备对车轮进行驱动的行驶用电动机的车辆。所述电力消耗单元可以为消耗所述行驶用电动机对所述车轮进行发电制动时的发电电力的制动电阻器。
根据上述的结构，能够将设于车辆的制动电阻器作为电力消耗单元来使用。因此，不需要在车辆中设置专用的零件而能够容易地实现本申请的结构。
(实施例)
如图1所示，本实施例的燃料电池系统(以下称为“FC系统2”。)搭载于车辆100。车辆100除了具备FC系统2以外，还具备一对前轮102、一对后轮104、与一对后轮104连结的行驶用电动机106、与行驶用电动机106电连接的蓄电池108。行驶用电动机106与FC系统2的燃料电池堆(以下称为“FC堆4”)和制动电阻器6分别电连接。蓄电池108为能够重复充电的二次电池(例如锂离子电池)，与FC系统2的FC堆4电连接。FC堆4和制动电阻器6相互电连接。FC系统2除了具备FC堆4和制动电阻器6以外，还具备ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)8。ECU8是具备处理器以及存储器的计算机装置的一种。ECU8对车辆100的电气系统进行控制。即，ECU8能够对FC系统2、行驶用电动机106以及蓄电池108等的动作进行控制。并且，虽然未图示，但是车辆100还具备贮存用于向FC堆4供给的氢的氢罐和用于向FC堆4供给空气(尤其氧)的空气压缩机。
FC堆4具备多个燃料电池单体(未图示)。各燃料电池单体通过使氢和氧发生化学反应来进行发电。即，FC堆4通过将氢和氧具有的化学能转换成电能来进行发电。在此，在将FC堆4的电动势的理论值设为v0，将FC堆4的电动势的实测值设为v，将FC堆4的电流值(FC电流值)设为i时，FC堆4的发电电力(FC输出)被推定为iv。在本实施例中，FC堆4中未被转换成电能的能量损失量视为被转换成热能。因此，FC堆4的发热量(FC发热量)被推定为i(v0-v)。
行驶用电动机106通过从蓄电池108或FC堆4供给的电力来进行动作，驱动一对后轮104旋转。行驶用电动机106也能够通过将自身的动能转换成电力来对一对后轮104进行发电制动。在行驶用电动机106对一对后轮104进行发电制动时，行驶用电动机106的发电电力通常充电于蓄电池108。不过，在蓄电池108处于接近充满电的状态的情况下，行驶用电动机106的发电电力向制动电阻器6供给，作为热能而被消耗。由此，抑制向蓄电池108的过度充电。
如图2所示，FC系统2具备用于对FC堆4和制动电阻器6进行冷却的冷却回路10。冷却回路10具备第一流路11、第二流路12、第三流路13、第四流路14、第五流路15和第六流路16。在第一流路11上设有FC堆4、第一泵22和第一止回阀24。FC堆4设于第一泵22的下游侧。第一止回阀24设于FC堆4的下游侧。并且，在第一流路11，在第一泵22的下游侧且第一止回阀24的上游侧处设有绕过FC堆4的旁通流路11a。在本实施例中，将旁通流路11a作为第一流路11的一部分。在旁通流路11a设有中冷器26。中冷器26使从空气压缩机(未图示)向FC堆4供给的空气在与流动于旁通流路11a的冷却水之间进行热交换。并且，在第二流路12设有制动电阻器6、第二泵28和第二止回阀30。制动电阻器6设于第二泵28的下游侧。第二止回阀30设于制动电阻器6的下游侧。第一流路11和第二流路12相互并联地连接。
在第一流路11和第二流路12的上游端连接了第三流路13的下游端。在第一流路11和第二流路12的下游端连接了第四流路14的上游端。第四流路14的下游端与三通阀32连接。三通阀32还与第五流路15的上游端和第六流路16的上游端连接。三通阀32能够在将第四流路14与第五流路15连接的第一连通状态和将第四流路14与第六流路16连接的第二连通状态之间进行切换。并且，在第五流路15设有离子交换器34。离子交换器34是用于对在第五流路15中流动的冷却水进行净化的设备。并且，在第六流路16设有散热器36。散热器36对从冷却水吸收到的热进行散热。第五流路15的下游端和第六流路16的下游端均与第三流路13的上游端连接。
虽然未图示，但是在冷却回路10设有对冷却水的温度进行检测的温度传感器。温度传感器既可以设置多个，也可以在第一流路11、第二流路12、第三流路13、第四流路14、第五流路15和第六流路16分别设置。ECU8能够基于这些温度传感器来检测冷却回路10的期望的位置处的冷却水的温度。
(冷却回路10的预热运转)
ECU8构成为在车辆100的电源被接通并FC系统2被启动时执行冷却回路10的预热运转。此时，ECU8构成为选择第一预热运转和第二预热运转中的任一方并执行。需要说明的是，在预热运转的执行期间，为了使FC发热量i(v0-v)增加，有意地使发电效率v/v0下降。因此，在预热运转的执行期间，发电效率v/v0被视为常数。并且，由于FC堆4的电动势的理论值v0为常数，所以FC堆4的电动势的实测值v也被视为常数。
在第一预热运转中，ECU8在使三通阀32为第一连通状态的基础上对第一泵22以及第二泵28进行驱动。由此，冷却水在冷却回路10中的第一流路11、第二流路12、第三流路13、第四流路14和第五流路15内循环。并且，ECU8执行FC堆4中的发电。FC堆4的发电电力向车辆100的各部供给，在车辆100的各部中被消耗。此时，FC堆4的发电电力的一部分向制动电阻器6供给，作为热能而被消耗。
在第一预热运转中，向在第一流路11、第二流路12、第三流路13、第四流路14和第五流路15中流动的冷却水施加FC发热量i(v0-v)和制动电阻器6的发热量(BR发热量)HBR。即，在第一预热运转中，利用伴随于FC堆4的发电而产生的热和伴随于制动电阻器6的电力消耗而产生的热来对冷却水进行加热。
在第一预热运转中，设定FC堆4的输出上限值P1。输出上限值P1是将第一预热运转的执行期间除蓄电池108以外的车辆100的各部中消耗的电力加在一起的值。在第一预热运转中，ECU8使FC输出iv上升至输出上限值P1，另一方面抑制FC输出iv高于输出上限值P1。由此，能够抑制向蓄电池108的过充电，并且能够使FC发热量i(v0-v)尽可能地上升。
图3中示出了使FC输出iv上升至输出上限值P1并执行了第一预热运转的情况下的FC堆4的电流电压特性。在预热运转的执行期间，FC堆4的电动势的实测值v被视为常数，因此在使FC输出iv上升至输出上限值P1时，FC电流值i上升至i1＝P1/v。在图3中，将该情况下的FC发热量i1(v0-v)设为H1来图示。因此，在P1和H1之间，下式(1)的关系成立。
【数学式3】
在第二预热运转中，ECU8在使三通阀32为第一连通状态的基础上对第一泵22进行驱动。ECU8不驱动第二泵28。由此，冷却水在冷却回路10中的第一流路11、第三流路13、第四流路14和第五流路15内循环。并且，ECU8执行FC堆4中的发电。FC堆4的发电电力向车辆100的各部供给，在车辆100的各部中被消耗。此时，FC堆4的发电电力不向制动电阻器6供给。
在第二预热运转中，向在第一流路11、第三流路13、第四流路14和第五流路15中流动的冷却水施加FC发热量i(v0-v)。即，在第二预热运转中，利用伴随于FC堆4的发电而产生的热来对冷却水进行加热。
在第二预热运转中，设定FC堆4的输出上限值P2。输出上限值P2是将第二预热运转的执行期间除蓄电池108以外的车辆100的各部中消耗的电力加在一起的值。在第二预热运转中，ECU8使FC输出iv上升至输出上限值P2，另一方面抑制FC输出iv高于输出上限值P2。由此，能够抑制向蓄电池108的过充电，并且使FC发热量i(v0-v)尽可能地上升。
图4中示出了使FC输出iv上升至输出上限值P2并执行了第二预热运转的情况下的FC堆4的电流电压特性。在预热运转的执行期间，FC堆4的电动势的实测值v被视为常数，因此在使FC输出iv上升至输出上限值P1时，FC电流值i上升至i2＝P2/v。在图4中，将该情况下的FC发热量i2(v0-v)设为H2来图示。因此，在P2和H2之间，下式(2)的关系成立。
【数学式4】
将第一预热运转与第二预热运转进行比较的话，关于预热运转的执行期间除蓄电池108以外的车辆100的各部中消耗的电力，第一预热运转与第二预热运转相比增大了制动电阻器6的消耗电力(BR消耗电力)PBR的量。由此，在输出上限值P1和输出上限值P2之间，下式(3)的关系成立。
【数学式5】
P1＝P2+PBR (3)
并且，在执行第一预热运转的情况下使冷却水升温ΔT℃所需要的时间t1和在执行第二预热运转的情况下使冷却水升温ΔT℃所需要的时间t2分别如下式(4)、(5)那样。
【数学式6】
在此，C1是冷却水在冷却回路10中的第一流路11、第三流路13、第四流路14和第五流路15内循环时的冷却回路10的热容量。C1+C2是冷却水在冷却回路10中的第一流路11、第二流路12、第三流路13、第四流路14和第五流路15内循环时的冷却回路10的热容量。
根据以上内容，为了使第一预热运转的预热时间比第二预热运转的预热时间小(t1＜t2)，需要BR消耗电力PBR满足下式(6)。需要说明的是，由于BR消耗电力PBR为与BR发热量HBR大致相同的值，所以在下式中设为HBR＝PBR。
【数学式7】
t1＜t2
P2(vo-v)(C1+C2)＜(P2+PBR)(v0-v)C1+PBR·v·C1
(关于FC堆4的冻胀限制)
在FC堆4中，越增大FC电流值i，越多的氢和氧被消耗，产生越多的水。因此，为了抑制在各燃料电池单体之间产生冻胀现象，设定基于冻胀限制的FC堆4的电流上限值imax。电流上限值imax仅在执行第一预热运转的情况下设定。这是因为在执行第一预热运转的情况下FC电流值i可能变得比较大。
在执行第一预热运转的情况下，为了避免FC电流值i高于电流上限值imax，需要BR消耗电力PBR满足下式(7)。
【数学式8】
i＜imax
P1＜imaxv
∴PBR＜imaxv-P2 (7)
(ECU8执行的处理)
以下，对ECU8执行的用于决定选择第一预热运转和第二预热运转中的哪个预热运转的处理进行说明。
如图5所示，在S2中，ECU8判断冷却水的温度是否低于预定的温度阈值k。在冷却水的温度低于温度阈值k的情况下(是的情况)，处理进入S4。
在S4中，ECU8选择第一预热运转。S4之后，处理进入S6。
在S6中，ECU8取得基于冻胀限制的FC堆4的电流上限值imax。考虑到外部空气温度越低而水越容易冻结，因此电流上限值imax设定为外部空气温度越高则越大、外部空气温度越低则越小的值。S6之后，处理进入S8。
在S8中，ECU8以使BR消耗电力PBR满足前述的式(6)以及(7)的方式决定BR消耗电力PBR的值。具体而言，ECU8在满足式(6)以及(7)的范围内将BR消耗电力PBR决定为尽可能大的值。S8之后，处理进入S12。
在S2中判定出冷却水的温度为温度阈值k以上的情况下(否的情况)，处理进入S10。在S10中，ECU8选择第二预热运转。S10之后，处理进入S12。
在S12中，ECU8执行在S4或S10中选择出的预热运转。S12之后，图5的处理结束。
在本实施例中，FC堆4相当于“燃料电池”，制动电阻器6相当于“电力消耗单元”，第一泵22以及第二泵28相当于“循环控制设备”，ECU8相当于“控制单元”。
(变形例)
在上述的实施例中，FC系统2也可以搭载于其他的移动装置或固定型的装置，并不限定于车辆100。
在上述的实施例中，作为FC堆4的燃料，也可以采用除氢以外的燃料(例如氨或乙醇)。
在上述的实施例中，作为电力消耗单元，也可以采用除制动电阻器6以外的设备(例如预热运转专用的电热设备)。
在上述的实施例中，也可以在旁通流路11a设有电磁阀。ECU8可以构成为在执行预热运转时通过将电磁阀关闭来禁止冷却水向旁通流路11a的流入。
在上述的实施例中，FC系统2作为循环控制设备也可以具备除第一泵22以及第二泵28以外的设备。例如，作为循环控制设备，FC系统2也可以具备设于第三流路13的泵、设于第三流路13的下游端并能够在将第三流路13与第一流路11连接的状态和将第三流路13与第二流路12连接的状态之间进行切换的三通阀。在该情况下，前述的第一预热运转以及第二预热运转也均能够执行。
在上述的实施例中，说明了第一预热运转中的BR消耗电力PBR满足式(6)以及(7)的结构。在别的实施例中，第一预热运转中的BR消耗电力PBR也可以不满足前述的式(6)和(7)中的至少一方。例如，在上述的实施例中，ECU8也可以构成为在图5的S6之后不执行S8而执行S12。
Claims (6)
1.一种燃料电池系统，具备：
冷却回路，具备相互并联地连接的第一流路以及第二流路；
燃料电池，设于所述第一流路；
电力消耗单元，设于所述第二流路，并且能够消耗所述燃料电池中产生的电力；
至少一个循环控制设备，设于所述冷却回路，对冷却水的循环路径进行控制；以及
控制单元，通过对所述燃料电池、所述电力消耗单元和所述至少一个循环控制设备的动作进行控制而能够执行第一预热运转，
在所述第一预热运转中，所述冷却水在所述第一流路以及所述第二流路两者中循环，所述燃料电池发电，且所述燃料电池的发电电力的一部分被所述电力消耗单元消耗。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述控制单元还能够执行第二预热运转，
在所述第二预热运转中，所述冷却水在所述第一流路中循环，所述冷却水不在所述第二流路中循环，所述燃料电池发电，且所述燃料电池的发电电力不被所述电力消耗单元消耗。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述控制单元在所述燃料电池系统启动时对所述冷却水的温度进行检测，在被检测出的所述温度低于预定温度时执行所述第一预热运转，在被检测出的所述温度高于所述预定温度时执行所述第二预热运转。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
在将所述燃料电池的电动势的理论值设为v0，将所述燃料电池的电动势的实测值设为v，将所述冷却水在所述第一流路中循环且所述冷却水不在所述第二流路中循环时的所述冷却回路的热容量设为C1，将所述冷却水在所述第一流路以及第二流路两者中循环时的所述冷却回路的热容量设为C1+C2，将所述第二预热运转中的所述燃料电池的输出上限值设为P2的情况下，
所述第一预热运转中的所述电力消耗单元的消耗电力PBR满足下式
5.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
在将所述燃料电池的电动势的实测值设为v，将所述第二预热运转中的所述燃料电池的输出上限值设为P2，将基于冻胀限制的所述燃料电池的电流上限值设为imax的情况下，
所述第一预热运转中的所述电力消耗单元的消耗电力PBR满足下式PBR＜imaxv-P2。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统搭载于具备对车轮进行驱动的行驶用电动机的车辆，
所述电力消耗单元为消耗所述行驶用电动机对所述车轮进行发电制动时的发电电力的制动电阻器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022118831A JP2024016591A (ja) | 2022-07-26 | 2022-07-26 | 燃料電池システム |
| JP2022-118831 | 2022-07-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117457948A true CN117457948A (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=89595460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310539356.1A Pending CN117457948A (zh) | 2022-07-26 | 2023-05-12 | 燃料电池系统 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024016591A (zh) |
| CN (1) | CN117457948A (zh) |
-
2022
- 2022-07-26 JP JP2022118831A patent/JP2024016591A/ja active Pending
-
2023
- 2023-05-12 CN CN202310539356.1A patent/CN117457948A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024016591A (ja) | 2024-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6687895B2 (ja) | 車両用燃料電池の暖機装置 | |
| US9987904B2 (en) | Fuel cell vehicle air-conditioning apparatus and control method thereof | |
| CN106159294B (zh) | 控制燃料电池堆的温度的系统和方法 | |
| US7940028B1 (en) | Thermal energy transfer system for a power source utilizing both metal-air and non-metal-air battery packs | |
| CN109572486B (zh) | 一种混合动力汽车动力电池热管理系统及控制方法 | |
| US7556873B2 (en) | Fuel cell system | |
| CN110661059B (zh) | 车辆电池热管理方法、装置和系统 | |
| KR20110118796A (ko) | 전기 배터리 내의 열을 관리하기 위한 방법 | |
| CN109841878B (zh) | 用于燃料电池的cod控制方法和系统 | |
| JP4386314B2 (ja) | 電動車両の電力制御方法 | |
| JP2012517661A (ja) | 電池用の熱管理の方法 | |
| KR20120051826A (ko) | 냉각수 폐열을 이용하는 연료전지 자동차의 난방시스템 | |
| JP2007280827A (ja) | 燃料電池用の温度制御システム | |
| CN111180765A (zh) | 用于燃料电池的冷启动控制系统和控制方法 | |
| JP7156005B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| CN113733855A (zh) | 一种电动汽车电池的低温快速启动系统及控制方法 | |
| US11165080B2 (en) | Fuel cell system | |
| CN113193260A (zh) | 车辆热管理方法及装置、系统 | |
| JP6515775B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2011178365A (ja) | 空調装置および空調制御方法 | |
| US20230150398A1 (en) | Fuel cell system | |
| JP2008210646A (ja) | 燃料電池システム | |
| CN117457948A (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN114590171B (zh) | 热管理系统的控制方法、热管理系统以及车辆 | |
| US11712982B2 (en) | Vehicle including power generation device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |