JP2002280036A - Cooling control device of fuel cell - Google Patents
Cooling control device of fuel cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池の冷却制御
装置に関する。The present invention relates to a fuel cell cooling control device.
【０００２】[0002]
【従来の技術と解決すべき課題】固体高分子型燃料電池
では、その構造によって、流入させる燃料ガスや酸化ガ
スの気体の圧力と、同じく流入させる冷却水の圧力との
相対関係が制約される。例えば冷却水の圧力が燃料ガス
および酸化ガス等のガス系の圧力よりも高くなると燃料
電池の冷却経路のシール性の劣化が進み、あるいは破損
の原因となる場合がある。この様な燃料電池において
は、常に冷却水の圧力をガス系の圧力よりも低く保つよ
うに運転することが必要である。2. Description of the Related Art In a polymer electrolyte fuel cell, the structure thereof restricts the relative relationship between the pressure of a fuel gas or an oxidizing gas to be supplied and the pressure of cooling water to be supplied. . For example, if the pressure of the cooling water is higher than the pressure of a gas system such as a fuel gas and an oxidizing gas, the sealing performance of the cooling path of the fuel cell may deteriorate, or may cause breakage. In such a fuel cell, it is necessary to always operate such that the pressure of the cooling water is kept lower than the pressure of the gas system.
【０００３】気体の圧力と液体の圧力の相対関係に着目
した技術としては、例えば特開平6-295734号公報に開示
されたものが知られている。これは高圧容器内に設置さ
れた燃料電池に冷却水を供給するフレキシブルホースが
つぶれないように、冷却水圧力が容器内ガス圧力より高
くなるように、容器内ガス圧力により作動する圧力制御
弁で冷却水圧力を調整するものである。しかしながら、
この装置ではガスの圧力に応じて一義的に冷却水圧力が
設定されてしまうので、両者の圧力および流量を任意に
制御するシステムに適用するのは困難であり、また本来
この技術は冷却水の圧力を気体の圧力より常に低く保つ
ことを目的としたものではない。As a technique which focuses on the relative relationship between the pressure of a gas and the pressure of a liquid, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-295734 is known. This is a pressure control valve that operates with the gas pressure in the container so that the cooling water pressure is higher than the gas pressure in the container so that the flexible hose that supplies the cooling water to the fuel cell installed in the high-pressure container does not collapse. It adjusts the cooling water pressure. However,
In this device, since the cooling water pressure is uniquely set according to the gas pressure, it is difficult to apply the cooling water pressure to a system that arbitrarily controls the pressure and the flow rate of the two. It is not intended to keep the pressure always lower than the gas pressure.
【０００４】一方、燃料電池の冷却方法に関しては、特
開昭59-73856号公報に開示されたものがある。これは冷
却水の燃料電池入口温度と燃料電池出口温度の差をある
範囲以内に制御するようにしたものである。しかしなが
ら、固体高分子型燃料電池では最適な運転温度がある範
囲に制限されている場合があり、例えば低温過ぎると触
媒の反応が鈍く、所望の電流一電圧特性が得られないお
それがあり、逆に高すぎると燃料電池の劣化が促進され
る。すなわち、過冷却や冷却不足は望ましい冷却状態で
はなく、出入口温度差を考慮するのみならず、その温度
の絶対値にも注意する必要がある。On the other hand, a method of cooling a fuel cell is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-73856. This is to control the difference between the fuel cell inlet temperature and the fuel cell outlet temperature of the cooling water within a certain range. However, in a polymer electrolyte fuel cell, the optimal operating temperature may be limited to a certain range.For example, if the temperature is too low, the reaction of the catalyst may be slow, and a desired current-voltage characteristic may not be obtained. If it is too high, the deterioration of the fuel cell is promoted. That is, supercooling or insufficient cooling is not a desirable cooling state, and it is necessary not only to consider the difference between the entrance and exit temperatures, but also to pay attention to the absolute value of the temperature.
【０００５】燃料電池の平均温度を略一定に保持するた
めには、冷却水の出口温度を検出し、ある設定された目
標値となるように冷却水温度をフィードバック制御する
構成も考えられるが、目標値に設定される運転温度は、
その燃料電池における運転上限温度の値に近い場合があ
り、例えば燃料電池発熱量の増加に冷却性能の上昇が間
にあわない時には、出口温度が上限温度を超えてしまう
おそれがある。さらに、燃料電池の冷却水入口温度だけ
を管理する手法も考えられるが、この場合には燃料電池
の発熱量によって冷却水出口温度が変化するので、出口
端での温度が必ずしも最適運転温度とはならない。In order to keep the average temperature of the fuel cell substantially constant, a configuration is conceivable in which the outlet temperature of the cooling water is detected and the cooling water temperature is feedback-controlled so as to reach a set target value. The operating temperature set to the target value is
There is a case where the upper limit temperature of the fuel cell is close to the value of the upper limit temperature. For example, when the increase in the heat generation amount of the fuel cell does not coincide with the increase in the cooling performance, the outlet temperature may exceed the upper limit temperature. Furthermore, a method of managing only the cooling water inlet temperature of the fuel cell can be considered, but in this case, since the cooling water outlet temperature changes depending on the calorific value of the fuel cell, the temperature at the outlet end is not necessarily the optimum operating temperature. No.
【０００６】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたもので、燃料電池システムにおいて必要な冷
却性能を確保しつつ冷却系の圧力がガス系の圧力よりも
高くなることを確実に防止して信頼性の高いシステムを
得ることを目的としている。The present invention has been made in view of such conventional problems, and ensures that the pressure of the cooling system is higher than the pressure of the gas system while securing the cooling performance required for the fuel cell system. The purpose is to obtain a highly reliable system by preventing it.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】第１の発明は、燃料電池
スタックに燃料ガスおよび／または酸化ガスを供給する
ガス供給装置と、燃料電池スタックと放熱装置とのあい
だに冷媒を循環させる冷却装置と、前記ガス供給装置に
よるガス供給圧力に基づいて冷却装置の冷媒供給圧力を
制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記ガス
供給圧力が平衡状態もしくは増加方向へ変化するときに
は前記冷媒供給圧力の目標値変化をゆるやかにするフィ
ルタを備えるとともに、ガス供給圧力が減少方向へ変化
するときには基準冷媒圧力目標値と冷媒圧力の制御目標
値とを比較し、小さい方の値を目標値として設定するよ
うに構成した。According to a first aspect of the present invention, there is provided a gas supply device for supplying a fuel gas and / or an oxidizing gas to a fuel cell stack, and a cooling device for circulating a refrigerant between the fuel cell stack and a heat radiating device. And a control device for controlling a refrigerant supply pressure of a cooling device based on a gas supply pressure of the gas supply device, wherein the control device supplies the refrigerant supply pressure when the gas supply pressure changes in an equilibrium state or an increasing direction. Equipped with a filter that gradually changes the target value of the pressure.When the gas supply pressure changes in the decreasing direction, the reference refrigerant pressure target value and the refrigerant pressure control target value are compared, and the smaller value is set as the target value. It was configured to be.
【０００８】第２の発明は、前記第１の発明のフィルタ
を遅れ要素から構成した。In a second aspect, the filter according to the first aspect comprises a delay element.
【０００９】第３の発明は、前記第１の発明のフィルタ
を目標値の変化率を制限するリミッタで構成した。According to a third aspect of the present invention, the filter according to the first aspect of the present invention comprises a limiter for limiting a rate of change of a target value.
【００１０】第４の発明は、前記第１の発明のフィルタ
を、ガス圧力が増加する場合には、燃料ガスと酸化ガス
の少なくとも一方の圧力がその目標圧力に略達したこと
を判別した後に冷媒圧力の目標値を更新するように構成
した。According to a fourth aspect of the present invention, when the gas pressure increases, the filter according to the first aspect of the invention determines that at least one of the fuel gas and the oxidizing gas has substantially reached the target pressure. The target value of the refrigerant pressure is configured to be updated.
【００１１】第５の発明は、前記各発明における冷却装
置を、冷媒の燃料電池スタックへの冷媒供給流量を、燃
料電池スタックの発電出力に応じてフィードフォワード
制御するとともに、前記燃料電池スタック出口端での冷
媒温度に応じてフィードバック補正を行い、かつ燃料電
池スタック入口端での冷媒温度に応じて放熱装置での放
熱量をフィードバック制御するように構成した。According to a fifth aspect of the present invention, in the cooling device according to the invention, the flow rate of the refrigerant supplied to the fuel cell stack is controlled in a feed-forward manner in accordance with the power output of the fuel cell stack. The feedback correction is performed in accordance with the refrigerant temperature in the fuel cell stack, and the amount of heat radiation in the radiator is feedback-controlled in accordance with the refrigerant temperature at the inlet end of the fuel cell stack.
【００１２】第６の発明は、前記各発明における放熱装
置として、冷媒が循環するラジエータと、ラジエータに
強制冷却風を供給する電動ファンとを備え、かつ前記冷
却制御装置はラジエータに供給する風量に応じて放熱量
を制御するように構成した。In a sixth aspect of the present invention, the radiator includes a radiator for circulating a refrigerant and an electric fan for supplying forced cooling air to the radiator. The heat radiation amount is controlled accordingly.
【００１３】[0013]
【作用・効果】前記第１の発明ないし第３の発明によれ
ば、例えば燃料電池の発電出力増大に伴い、ガス（燃料
ガス、酸化ガス）および冷媒の圧力および流量を増大方
向に調整する際には、フィルタにより冷媒圧力の目標値
はガスの目標値より遅れて立ち上がり、同じく減少方向
に調整する際には遅れ要素がなく直ちに圧力が低下す
る。これにより冷却用に十分な冷媒流量を確保しつつ、
冷媒圧力がガス圧力を超えて燃料電池が損耗するような
不都合を回避することができる。According to the first to third aspects of the present invention, when the pressure and flow rate of gas (fuel gas, oxidizing gas) and refrigerant are adjusted in the increasing direction, for example, as the power generation output of the fuel cell increases. Then, the target value of the refrigerant pressure rises later than the target value of the gas by the filter, and when the pressure is adjusted in the decreasing direction, the pressure immediately drops without any delay element. This ensures a sufficient refrigerant flow rate for cooling,
It is possible to avoid such a problem that the fuel cell is worn due to the refrigerant pressure exceeding the gas pressure.
【００１４】第４の発明によれば、冷媒圧力の目標値の
立ち上がりに無駄時間を設け、ガスの圧力が定常状態に
なったと判断した後に冷媒圧力の目標値を更新する構成
としたことから、燃料電池の負荷が変化する過渡時に冷
媒圧力がガスの圧力を超えるのを防止することが可能と
なる。According to the fourth aspect of the present invention, a dead time is provided at the rise of the target value of the refrigerant pressure, and the target value of the refrigerant pressure is updated after it is determined that the gas pressure has reached a steady state. This makes it possible to prevent the refrigerant pressure from exceeding the gas pressure during a transition when the load of the fuel cell changes.
【００１５】第５の発明によれば、冷媒の流量を燃料電
池出力に応じて決定するようにしたので、燃料電池スタ
ックの発熱量に略応じた冷媒流量とすることができ、燃
料電池温度を略一定に保持することができる。また燃料
電池出口端の温度に応じて冷媒流量に補正を施すので、
冷媒流量のフィードフォワード項の誤差を補正すること
ができ、最も温度の高い燃料電池スタック出口付近にお
いて過度に温度上昇することを防止できる。また、燃料
電池スタック入口端の温度に応じて冷却性能をフィード
バック制御するので、燃料電池スタック入口温度は略一
定に保つことが可能であり、前述の流量制御とあいまっ
て、燃料電池スタックの入口温度および出口温度を常に
最適な温度とすることができる。According to the fifth aspect, the flow rate of the refrigerant is determined in accordance with the output of the fuel cell. Therefore, the flow rate of the refrigerant can be set substantially in accordance with the calorific value of the fuel cell stack. It can be kept substantially constant. Also, since the refrigerant flow rate is corrected according to the temperature at the outlet end of the fuel cell,
The error in the feedforward term of the refrigerant flow rate can be corrected, and the temperature can be prevented from rising excessively near the outlet of the fuel cell stack having the highest temperature. Further, since the cooling performance is feedback-controlled in accordance with the temperature at the inlet end of the fuel cell stack, the inlet temperature of the fuel cell stack can be kept substantially constant. And the outlet temperature can always be the optimum temperature.
【００１６】第６の発明によれば、冷媒の流量と温度お
よび冷却ファンの風量に基づいて最適な放熱量が制御さ
れるので、燃料電池スタックを適温に保つことができ、
かつ効率の良い運転が実現できる。According to the sixth aspect of the present invention, since the optimum heat radiation amount is controlled based on the flow rate and temperature of the refrigerant and the air flow rate of the cooling fan, the fuel cell stack can be kept at an appropriate temperature.
And efficient operation can be realized.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は第１の実施形態に係る冷却装
置の概略構成である。図において、燃料電池スタック１
に燃料ガス供給系２および酸化ガス供給系３（以下、こ
れらを「ガス系」と総称する場合がある。）が備えられ
ている。冷媒である冷却水は冷却水ポンプ５により配管
４を経て燃料電池スタック１に供給される。燃料電池ス
タック１と熱交換した冷却水は、圧力調整弁６、冷却水
タンク７を経て、放熱装置であるラジエータ９に循環供
給される。８はラジエータ９に強制冷却風を供給する電
動のラジエータファンである。燃料電池スタック１の冷
却水出口部およびラジエータ９の冷却水出口部にはそれ
ぞれ冷却水の温度センサ１０、１１が設けられる。制御
装置（図示せず）は、例えばマイクロコンピュータおよ
びその周辺装置から構成され、前記温度センサ１０、１
１からの温度信号に基づき、前記ポンプ５、圧力調整弁
６、ラジエータファン８を制御する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration of the cooling device according to the first embodiment. In the figure, fuel cell stack 1
A fuel gas supply system 2 and an oxidizing gas supply system 3 (hereinafter, these may be collectively referred to as “gas system”). Cooling water, which is a coolant, is supplied to the fuel cell stack 1 via a pipe 4 by a cooling water pump 5. The cooling water that has exchanged heat with the fuel cell stack 1 is circulated through a pressure regulating valve 6 and a cooling water tank 7 to a radiator 9 that is a radiator. Reference numeral 8 denotes an electric radiator fan for supplying forced cooling air to the radiator 9. Cooling water temperature sensors 10 and 11 are provided at the cooling water outlet of the fuel cell stack 1 and the cooling water outlet of the radiator 9, respectively. The control device (not shown) is composed of, for example, a microcomputer and its peripheral devices.
The control unit controls the pump 5, the pressure regulating valve 6, and the radiator fan 8 based on the temperature signal from the control unit 1.
【００１８】次に前記制御装置による冷却制御の作用に
つき、図2に示した制御ブロックを用いて説明する。こ
の制御では、燃料電池の出力目標値１０３にフィードフ
ォワードゲイン１２２が乗じられて冷却水目標流量１０
９が演算される。これにより燃料電池出力に略比例して
発生する燃料電池の発熱量に応じた冷却水流量を遅滞な
く循環させることができ、該発熱量と略同等量の熱交換
（放熱）を行わせて、燃料電池の温度を略一定に保持す
ることが可能となる。冷却水流量制御については、燃料
電池スタック１の出口温度が検出され、ある目標値とな
るようにフィードバック制御が併用される。すなわちこ
のフィードバック制御系は、前記燃料電池スタック出口
の目標温度１０４、同じく温度センサ１０による検出値
１０５、フイードバツクゲイン１２３から構成され、前
述のフィードフォワードから定まる冷却水流量目標値に
加算補正される。Next, the operation of the cooling control by the control device will be described with reference to the control block shown in FIG. In this control, the output target value 103 of the fuel cell is multiplied by the feedforward gain 122, and the target cooling water flow rate 10
9 is calculated. As a result, the flow rate of the cooling water according to the calorific value of the fuel cell, which is generated substantially in proportion to the fuel cell output, can be circulated without delay. The temperature of the fuel cell can be kept substantially constant. As for the cooling water flow rate control, the outlet temperature of the fuel cell stack 1 is detected, and feedback control is also used so as to reach a certain target value. That is, this feedback control system is composed of the target temperature 104 at the outlet of the fuel cell stack, the value 105 detected by the temperature sensor 10, and the feedback gain 123, and is added to and corrected to the cooling water flow rate target value determined from the aforementioned feedforward. You.
【００１９】なお、冷却水流量目標値は主としてフィー
ドフォワード項により決定し、燃料電池スタック出口温
度によりフィードバック項はその補正量の上限に制限を
設ける構成とする。これにより、燃料電池発電量、すな
わち損失の増加に対して遅滞なく冷却水流量を変化させ
ることが可能となる。また、フィードバック項は補正量
の上限を制限する代わりに、そのゲインを小さく設定す
るようにしてもよい。また、冷却水流量のフィードバッ
クの引数としては、燃料電池出力の代わりに、燃料電池
発熱量を用いてもよい。この場合、例えば燃料電池出力
をパラメータとして発熱量を与えるテーブルを実験的に
設定しておき、これを参照して発熱量を求めるロジック
を追加するようにする。Note that the cooling water flow rate target value is mainly determined by the feedforward term, and the feedback term limits the upper limit of the correction amount according to the fuel cell stack exit temperature. This makes it possible to change the flow rate of the cooling water without delay with respect to the increase in the fuel cell power generation amount, that is, the loss. Further, instead of limiting the upper limit of the correction amount, the gain of the feedback term may be set small. As an argument of the feedback of the flow rate of the cooling water, the calorific value of the fuel cell may be used instead of the fuel cell output. In this case, for example, a table that gives a calorific value using the fuel cell output as a parameter is set experimentally, and a logic for calculating the calorific value with reference to the table is added.
【００２０】ところで、燃料電池スタック１の入口ない
しはラジエータ９の出口の水温は、ある目標値を持って
ラジエータの通過風量により制御される。ある入口目標
温度１０１と、検出された入口温度１０２の差分にフィ
ードバックゲイン１２１が乗じられ、電動ファン８の風
量目標値が演算される。これにより、ラジエータ９の出
口温度は目標値に従い一定に管理されることになる。な
お、この目標値は、燃料電池の最大出力発生時に、最大
冷却水流量を流した状態で、燃料電池出口温度が、燃料
電池の運転上限温度以下になるように設定するのがよ
い。具体的には燃料電池最大出力時に冷却水を最大流量
流した時の冷却水出入口における温度差分を運転上限温
度から減じた値以下に設定する。これにより、いかなる
燃料電池出力においても、燃料電池スタック１が運転上
限温度を超える事態を防止することが可能となる。Incidentally, the water temperature at the inlet of the fuel cell stack 1 or at the outlet of the radiator 9 is controlled with a certain target value by the amount of air passing through the radiator. The difference between a certain inlet target temperature 101 and the detected inlet temperature 102 is multiplied by the feedback gain 121 to calculate the air flow target value of the electric fan 8. As a result, the outlet temperature of the radiator 9 is controlled to be constant according to the target value. It is preferable that the target value is set such that the fuel cell outlet temperature is equal to or lower than the fuel cell operation upper limit temperature when the maximum cooling water flow rate is flowing when the maximum output of the fuel cell is generated. Specifically, the temperature difference at the cooling water inlet / outlet when the cooling water flows at the maximum flow rate at the time of the maximum output of the fuel cell is set to be equal to or less than the value obtained by subtracting from the operation upper limit temperature. This makes it possible to prevent the fuel cell stack 1 from exceeding the operating upper limit temperature at any fuel cell output.
【００２１】上記の構成により、冷却水の燃料電池出入
り口温度はそれぞれ所望の値に制御されることとなる。
一方、冷却水圧力の制御ロジックであるが、ガス系の圧
力目標値１１３は、その変化方向を判別する手段１１１
に入力され、昇圧なのか降圧なのかが判別される。な
お、燃料ガスおよび酸化ガスの運転圧力目標が同一のシ
ステムにおいては、圧力目標１１３は常にどちらか一方
を選択するように構成してもよい。また、燃料ガスおよ
び酸化ガスの運転圧力目標が互いに異なるシステムにお
いては、目標圧力の小さいほうのガス圧を選択すること
が望ましい。圧力目標値の代わりに、検出された圧力値
を用いてもよい。With the above arrangement, the fuel cell inlet / outlet temperature of the cooling water is controlled to a desired value.
On the other hand, in the control logic of the cooling water pressure, the gas system pressure target value 113 is determined by means 111 for determining the change direction.
To determine whether the voltage is step-up or step-down. In a system in which the operating pressure targets for the fuel gas and the oxidizing gas are the same, one of the pressure targets 113 may always be selected. In a system in which the operating pressure targets of the fuel gas and the oxidizing gas are different from each other, it is desirable to select the gas pressure having the smaller target pressure. The detected pressure value may be used instead of the pressure target value.
【００２２】燃料電池出力に応じて変更される基準運転
圧力目標１０６に対してはフィルタ１１２が挿入され
る。このフィルタはガス圧力変化の方向判別手段１１１
からの信号に応じて、昇圧であると判断された場合には
フィルタとして機能するが、降圧であると判断された場
合にはフィルタとして機能はせず、入力された基準圧力
目標１０６と、その時点の制御目標値とを比較し、小さ
い方の値を出力をする構成となっている。すなわち、ガ
ス系の圧力を上昇させる状況においては、冷却水圧力の
基準目標値にフィルタを挿入することで、冷却水圧力の
上昇を緩やかにし、またガス系の圧力を減少させる状況
においていは、冷却水圧力目標にフィルタを挿入せず、
現状の値を維持し、あるいは基準圧力目標値が現状の値
より低い場合には、その基準となる圧力目標値に従い速
やかに冷却水圧力を減少させるので、ガス系の圧力より
冷却水の圧力が高くなるのを確実に防止することができ
る。このような機能を有するフィルタ１１２としては、
例えば次式（１）、 ωn2／(S2+2ζωnS+ωn) … （１） 但しζ>1.0で表されるよう2次の遅れフィルタが適用で
きる。あるいは変化率を制限するリミッタを適用しても
よい。なお、基準冷媒圧力目標値とは前述の如く燃料電
池の出力や運転負荷に対応したもの、あるいは例えば燃
料電池車両の車速と要求駆動トルクとに応じて定められ
る基準値である。A filter 112 is inserted for the reference operating pressure target 106 changed according to the fuel cell output. This filter is provided with a gas pressure change direction determining means 111.
In response to the signal from, when it is determined that the pressure is increased, it functions as a filter. However, when it is determined that the voltage is decreased, it does not function as a filter. It is configured to compare with the control target value at the time and output the smaller value. In other words, in a situation where the pressure of the gas system is increased, a filter is inserted into the reference target value of the cooling water pressure to moderate the rise of the cooling water pressure and in a situation where the pressure of the gas system is decreased. Without inserting a filter at the cooling water pressure target,
If the current value is maintained, or if the reference pressure target value is lower than the current value, the cooling water pressure is rapidly reduced according to the reference pressure target value. It can be reliably prevented from becoming high. As a filter 112 having such a function,
For example, the following equation (1), ωn 2 / (S 2 + 2ζωnS + ωn) (1) However, a second-order delay filter can be applied as represented by ζ> 1.0. Alternatively, a limiter that limits the rate of change may be applied. Note that the reference refrigerant pressure target value is a value corresponding to the output and operating load of the fuel cell as described above, or a reference value determined according to, for example, the vehicle speed of the fuel cell vehicle and the required driving torque.
【００２３】図３に本実施形態による制御動作の実行例
を示す。これは、横軸に経過時間をとり、時間ｔ０で燃
料電池の出力(図示せず)を立ち上げるべく、ガスの圧力
目標値３０１をステップ的に上昇させ、これに伴いガス
圧力検出値３０２が図示のように立ち上がった例であ
る。冷却水圧力目標はステップ的変化に対して２次の遅
れフィルタの効果により３０３のようにすることで、実
冷却水圧力は３０４の様な特性を得ることができ、過渡
時においてもガス系の圧力より冷却水圧力が上昇する事
態を防止できる。また、３０５は冷却水流量の目標値で
あるが、燃料電池の出力上昇に合わせ発熱量も増大する
ので、実冷却水流量３０６を遅滞なく立ち上げるように
構成するのが望ましい。また３０７は圧力調整弁６（図
１参照）の作動状態であり、縦軸上方向に開度「大」を
とって示してある。この場合、実冷却水流量の増大に伴
い冷却水圧力が上がり気味になるのを、圧力調整弁６を
若干量開いて圧力を目標に合わせるようにしている。FIG. 3 shows an execution example of the control operation according to the present embodiment. This means that the elapsed time is plotted on the horizontal axis, and the gas pressure target value 301 is increased stepwise in order to start the output (not shown) of the fuel cell at time t0. This is an example in which it has risen as shown. By setting the target of the cooling water pressure to 303 as a result of the effect of the second-order lag filter with respect to the stepwise change, the actual cooling water pressure can obtain a characteristic like 304. The situation where the cooling water pressure rises above the pressure can be prevented. Reference numeral 305 denotes a target value of the flow rate of the cooling water. However, since the calorific value increases with an increase in the output of the fuel cell, it is desirable to start the actual flow rate 306 of the cooling water without delay. Reference numeral 307 denotes an operating state of the pressure regulating valve 6 (see FIG. 1), which is indicated by an opening “large” in the upward direction of the vertical axis. In this case, the pressure of the cooling water tends to increase with an increase in the actual flow rate of the cooling water. However, the pressure regulating valve 6 is slightly opened to adjust the pressure to the target.
【００２４】図４に本発明の第２の実施形態を示す。こ
れは前記第１の実施形態におけるフィルタ１１２の代わ
りに無駄時間要素（無駄時間設定手段１３１）を設けた
もので、この無駄時間の大きさは、ガス系圧力目標値と
検出値との差によって変更するようにしている。FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. This is provided with a dead time element (dead time setting means 131) in place of the filter 112 in the first embodiment. The magnitude of this dead time is determined by the difference between the gas system pressure target value and the detected value. I am trying to change it.
【００２５】図５は前記無駄時間の設定手段１３１の動
作手順であり、これは前述したマイクロコンピュータ等
からなる制御装置内にて周期的に実行されるプログラム
として設定されている。これを説明すると、まずステッ
プ２０１で図3のガス圧力検出値からガス圧力の変化方
向を入力する。次にステップ２０２でその変化が増加傾
向でなければ圧力目標値は新しく入力された値に更新す
る。ガス圧力が増加傾向であった場合には、さらにステ
ップ２０３でガス系の圧力目標値が、さらにステップ２
０４でガス系の圧力検出値がそれぞれ入力され、ステッ
プ２０５でこの両者が比較される。具体的には、検出値
が目標値より、ある設定値以上小さいと判断された場合
には、ガス系圧力がまだ過渡状態にあると判断し、冷却
水圧力を昇圧することはせず、現状の値を目標値として
設定する(ステップ２０６)。これに対して、検出値が目
標値に対し、ある設定値の範囲内でほぼ同じと見なせる
場合には、ガス系の圧力が定常状態にあると判断し、ス
テップ２０７で冷却水圧力目標値を更新し、冷却水圧力
を昇圧する。FIG. 5 shows the operation procedure of the dead time setting means 131, which is set as a program that is periodically executed in the above-described control device including a microcomputer and the like. To describe this, first, in step 201, the change direction of the gas pressure is input from the detected gas pressure value in FIG. Next, in step 202, if the change does not tend to increase, the pressure target value is updated to the newly input value. If the gas pressure is increasing, the target pressure of the gas system is further increased in step 203, and
At step 04, the detected pressure values of the gas system are input, and at step 205, the two are compared. Specifically, when it is determined that the detected value is smaller than the target value by a certain set value or more, it is determined that the gas system pressure is still in a transient state, and the pressure of the cooling water is not increased. Is set as the target value (step 206). On the other hand, when the detected value can be considered to be substantially the same as the target value within a certain set value range, it is determined that the gas system pressure is in a steady state, and the cooling water pressure target value is determined in step 207. Update and increase the cooling water pressure.
【００２６】この実施形態は、特に圧力の応答が遅いシ
ステムにおいて有効である。図６に本実施形態の制御動
作例を示す。横軸に経過時間をとり、時間ｔ０で燃料電
池の出力(図示せず)を立ち上げるべく、ガスの圧力目標
値３０１をステップ的に上昇させ、これに伴いガス圧力
検出値３０２が図のように立ち上がった例である。冷却
水圧力目標３０３は、ガス圧力検出値３０２が目標値３
０１と略同一となった時間Hまでは現在の値を維持し、
時間ｔ１以降に冷却水圧力目標値をランプ関数的に更新
する。この結果、実冷却水圧力は３０４のような特性を
得ることができ、過渡時においてもガス系の圧力より冷
却水圧力が上昇する事態を防止することができる。一
方、３０５は冷却水流量の目標値であるが、燃料電池の
出力上昇に合わせ発熱量も増大するので、実冷却水流量
３０６はこれを遅滞なく立ち上げるように構成するのが
望ましい。また３０７は圧力調整弁６の動作状態であ
り、縦軸上方向に開度「大」をとって示してある。実冷
却水流量の増大に伴い冷却水圧力が上がり気味になるの
を、圧力調整弁６を若干量開いて圧力を目標に合わせる
ようにしている。This embodiment is particularly useful in systems with slow pressure response. FIG. 6 shows a control operation example of the present embodiment. The elapsed time is plotted on the horizontal axis, and at time t0, the gas pressure target value 301 is increased in a stepwise manner in order to start the output (not shown) of the fuel cell. Here is an example that started up. The cooling water pressure target 303 is such that the gas pressure detection value 302 is the target value 3
The current value is maintained until time H, which is almost the same as 01,
After the time t1, the cooling water pressure target value is updated in a ramp function. As a result, the actual cooling water pressure can obtain a characteristic like 304, and it is possible to prevent a situation in which the cooling water pressure rises above the pressure of the gas system even during a transition. On the other hand, reference numeral 305 denotes a target value of the flow rate of the cooling water. However, since the calorific value increases with an increase in the output of the fuel cell, it is desirable that the actual flow rate 306 of the cooling water is started up without delay. Reference numeral 307 denotes an operation state of the pressure regulating valve 6, which is indicated by an opening "large" in the upward direction of the vertical axis. When the cooling water pressure tends to increase with an increase in the actual cooling water flow rate, the pressure regulating valve 6 is slightly opened to adjust the pressure to a target.
【００２７】図７に本発明の第３の実施形態を示す。こ
れは前記無駄時間の大きさをガス系圧力検出値の変化率
によって変更するようにしたものである。FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. This is to change the size of the dead time according to the rate of change of the gas system pressure detection value.
【００２８】図８は本実施形態の無駄時間の設定手段１
４１の動作手順であり、これは前述したマイクロコンピ
ュータ等からなる制御装置内にて周期的に実行されるプ
ログラムとして設定されている。この制御では、まずス
テップ２２１で図７のガス圧力変化量演算手段１４２か
らのガスの時間当たりの変化量を入力する。ステップ２
２２でその変化方向を判別し、増加傾向でなければ圧力
目標値は新しく設定された値とする。また、増加傾向で
あった場合にはさらにステップ２２３でガス系の圧力変
化量と、ある設定された値とを比較し、変化量がある設
定された値より小さく、ガス系の圧力はほぼ一定と見な
せる場合には、ステップ２２４で冷却水圧力目標値を更
新し、冷却水圧力を昇圧させる。ガス系の圧力変化量が
ある設定された値以上の場合には、ガス系圧力がまだ過
渡状態にあると判断し、冷却水圧力を昇圧することはせ
ず、現状の値を目標値として設定する(ステップ２２
６)。FIG. 8 shows a dead time setting means 1 according to this embodiment.
41 is an operation procedure, which is set as a program that is periodically executed in the control device including the microcomputer and the like described above. In this control, first, in step 221, the amount of change per hour of the gas from the gas pressure change amount calculation means 142 in FIG. 7 is input. Step 2
At 22, the direction of the change is determined, and if it does not tend to increase, the pressure target value is set to a newly set value. If the pressure is increasing, the change in the gas system pressure is compared with a certain set value in step 223, and the change is smaller than a certain set value, and the gas system pressure is substantially constant. If it can be considered, the cooling water pressure target value is updated in step 224, and the cooling water pressure is increased. If the gas system pressure change is above a certain set value, it is determined that the gas system pressure is still in the transient state, and the current value is set as the target value without increasing the cooling water pressure. (Step 22
6).
【図１】本発明の第１の実施形態の冷却系統の概略構成
図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cooling system according to a first embodiment of the present invention.
【図２】前記第１の実施形態の制御系のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of a control system according to the first embodiment.
【図３】前記第１の実施形態の動作状態を示すタイミン
グ図。FIG. 3 is a timing chart showing an operation state of the first embodiment.
【図４】本発明の第２の実施形態の制御系のブロック
図。FIG. 4 is a block diagram of a control system according to a second embodiment of the present invention.
【図５】前記第２の実施形態の制御内容を表す流れ図。FIG. 5 is a flowchart showing control contents of the second embodiment.
【図６】前記第２の実施形態の動作状態を示すタイミン
グ図。FIG. 6 is a timing chart showing an operation state of the second embodiment.
【図７】本発明の第３の実施形態の制御系のブロック
図。FIG. 7 is a block diagram of a control system according to a third embodiment of the present invention.
【図８】前記第３の実施形態の制御内容を表す流れ図。FIG. 8 is a flowchart showing control contents of the third embodiment.
１ 燃料電池スタック ２ 燃料ガス供給系 ３ 酸化ガス供給系 ４ 配管 ５ 冷却水ポンプ ６ 圧力調整弁 ７ 冷却水タンク ８ ラジエータファン（電動ファン） ９ ラジエータ １０ 温度センサ １１ 温度センサ Reference Signs List 1 fuel cell stack 2 fuel gas supply system 3 oxidizing gas supply system 4 piping 5 cooling water pump 6 pressure regulating valve 7 cooling water tank 8 radiator fan (electric fan) 9 radiator 10 temperature sensor 11 temperature sensor
Claims (6)
は酸化ガスを供給するガス供給装置と、燃料電池スタッ
クと放熱装置とのあいだに冷媒を循環させる冷却装置
と、前記ガス供給装置によるガス供給圧力に基づいて冷
却装置の冷媒供給圧力を制御する制御装置とを備え、 前記制御装置は、前記ガス供給圧力が平衡状態もしくは
増加方向へ変化するときには前記冷媒供給圧力の目標値
変化をゆるやかにするフィルタを備えるとともに、ガス
供給圧力が減少方向へ変化するときには基準冷媒圧力目
標値と冷媒圧力の制御目標値とを比較し、小さい方の値
を目標値として設定するように構成した燃料電池の冷却
制御装置。1. A gas supply device for supplying a fuel gas and / or an oxidizing gas to a fuel cell stack, a cooling device for circulating a refrigerant between the fuel cell stack and a heat radiating device, and a gas supply pressure by the gas supply device. A control device that controls the refrigerant supply pressure of the cooling device based on the filter, wherein the control device gradually changes the target value of the refrigerant supply pressure when the gas supply pressure changes in an equilibrium state or an increasing direction. And a fuel cell cooling control configured to compare the reference refrigerant pressure target value and the refrigerant pressure control target value when the gas supply pressure changes in the decreasing direction, and to set the smaller value as the target value. apparatus.
る請求項１に記載の燃料電池の冷却制御装置。2. The fuel cell cooling control device according to claim 1, wherein said filter is constituted by a delay element.
るリミッタで構成されている請求項１に記載の燃料電池
の冷却制御装置。3. The cooling control device for a fuel cell according to claim 1, wherein said filter is constituted by a limiter for limiting a rate of change of a target value.
には、燃料ガスと酸化ガスの少なくとも一方の圧力がそ
の目標圧力に略達したことを判別した後に冷媒圧力の目
標値を更新するように構成されている請求項１に記載の
燃料電池の冷却制御装置。4. When the gas pressure increases, the filter updates the target value of the refrigerant pressure after determining that at least one of the pressure of the fuel gas and the oxidizing gas has substantially reached the target pressure. 2. The cooling control device for a fuel cell according to claim 1, wherein the cooling control device comprises:
への冷媒供給流量を、燃料電池スタックの発電出力に応
じてフィードフォワード制御するとともに、前記燃料電
池スタック出口端での冷媒温度に応じてフィードバック
補正を行い、かつ燃料電池スタック入口端での冷媒温度
に応じて放熱装置での放熱量をフィードバック制御する
ように構成されている請求項１から請求項４のいずれか
に記載の燃料電池の冷却制御装置。5. The cooling device feed-forward controls the flow rate of refrigerant to the fuel cell stack according to the power generation output of the fuel cell stack, and controls the flow rate of refrigerant at the outlet end of the fuel cell stack. The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell is configured to perform feedback correction, and to perform feedback control of a heat radiation amount of the heat radiating device according to a refrigerant temperature at an inlet end of the fuel cell stack. Cooling control device.
ータと、ラジエータに強制冷却風を供給する電動ファン
とを備え、前記冷却制御装置はラジエータに供給する風
量に応じて放熱量を制御するように構成されている請求
項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池の冷却制
御装置。6. A radiator through which a refrigerant circulates and an electric fan for supplying forced cooling air to the radiator as the radiator, wherein the cooling control device controls the amount of heat radiation in accordance with the amount of air supplied to the radiator. The cooling control device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5, which is configured.
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