JP2006025517A - Fuel cell system - Google Patents

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Shinichi Makino
眞一 牧野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which avoids excess pressurization of water in a fuel cell body generated by the acceleration of a vehicle. <P>SOLUTION: The fuel cell system includes the fuel cell body 1 for generating power, according to electrochemical reaction of a hydrogen with an oxygen in supply gas, a cooling-water circulating path 4 for circulating cooling water used, when the fuel cell body 1 generates the power, a water-pressure regulator (cooling water pump 5 or a pressure regulating valve 6) for regulating the pressure of the cooling water in the cooling-water circulating path 4, an acceleration estimator (8, 9) for estimating the acceleration of the vehicle 11 mounted with the fuel cell body 1 and the cooling water circulating path 4, and a controller 2 for controlling the operation of the water pressure regulator (5, 6) according to the acceleration of the vehicle 11 to be estimated by the acceleration estimator (8, 9). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は燃料電池システムに関し、特に、燃料電池本体内の水の圧力を制御する手段を有する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having means for controlling the pressure of water in a fuel cell body.

燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池本体は、発電に伴う発熱を除去するため十分な冷却を行う必要があり、燃料電池本体内での温度分布のムラをなくすために、少しでも多くの冷却水を流すことが望ましい。燃料電池本体に温度ムラがあると、電気化学反応が不均一になり、発電効率の低下、燃料電池本体の劣化等の原因となる。   The fuel cell body that generates electricity by the electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidant gas must be cooled sufficiently to remove the heat generated by the power generation, and the temperature distribution within the fuel cell body In order to eliminate this unevenness, it is desirable to flow as much cooling water as possible. If the temperature of the fuel cell body is uneven, the electrochemical reaction becomes non-uniform, resulting in a decrease in power generation efficiency, deterioration of the fuel cell body, and the like.

また、燃料電池本体内の電解質膜を飽和含水状態に管理するために燃料電池本体に供給される燃料ガス等は湿潤している必要があり、燃料ガス等の加湿のために純水(加湿水)を流す必要がある。   Further, in order to manage the electrolyte membrane in the fuel cell main body in a saturated water-containing state, the fuel gas supplied to the fuel cell main body needs to be moistened, and pure water (humidified water) is used for humidifying the fuel gas etc. ).

従来から、冷却水循環路に冷却水を循環させて燃料電池本体を冷却する燃料電池システムが知られており(例えば、特許文献1参照)、特許文献1では、燃料電池本体の入口での冷却水圧力と出口での冷却水圧力との差から冷却水循環路の漏水異常を検知している。
特開2003−168454号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system that circulates cooling water in a cooling water circulation path to cool a fuel cell main body is known (see, for example, Patent Document 1). A water leakage abnormality in the cooling water circuit is detected from the difference between the pressure and the cooling water pressure at the outlet.
JP 2003-168454 A

しかし、冷却水循環路を有する燃料電池システムを車両に搭載した場合、燃料電池本体の入口と出口間の圧力差を管理するだけでは不十分な場合がある。即ち、カーブや急加減速、悪路走行時には、重力以外の加速度が発生する。この加速度と冷却水や加湿水の慣性によって、図7に示すように、燃料電池本体の内部に冷却水圧力や加湿水圧力が部分的に高くなる箇所が発生する。燃料電池本体内での冷却水や加湿水の耐圧は限られているため、冷却水や加湿水の漏れや燃料電池本体の破壊の原因となるおそれがある。   However, when a fuel cell system having a cooling water circulation path is mounted on a vehicle, it may not be sufficient to manage the pressure difference between the inlet and outlet of the fuel cell body. That is, acceleration other than gravity occurs when driving on a curve, sudden acceleration / deceleration, or rough road. Due to the acceleration and the inertia of the cooling water or the humidifying water, as shown in FIG. 7, a portion where the cooling water pressure or the humidifying water pressure is partially increased is generated inside the fuel cell main body. Since the pressure resistance of the cooling water and the humidifying water in the fuel cell main body is limited, there is a risk of causing the leakage of the cooling water or the humidifying water or the destruction of the fuel cell main body.

本発明の特徴は、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池本体と、この燃料電池本体が発電する際に使用する水(例えば、冷却水又は加湿水)が循環する水循環路と、水循環路内の水の圧力を調整する水圧調整部(例えば、ポンプ又は圧力調整弁)と、燃料電池本体及び水循環路を搭載する車両の加速度を推定する加速度推定部(例えば、加速度センサ又は車速度センサ)と、加速度推定部が推定する車両の加速度に応じて水圧調整部の動作を制御する制御部とを有する燃料電池システムであることを要旨とする。   A feature of the present invention is that a fuel cell body that generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen in fuel gas and oxygen in oxidant gas, and water (for example, cooling water or humidification) used when the fuel cell body generates power. Acceleration estimation for estimating the acceleration of a vehicle equipped with a water circulation path through which water) circulates, a water pressure adjustment unit (for example, a pump or a pressure adjustment valve) that adjusts the pressure of water in the water circulation path, and the fuel cell body and the water circulation path The gist of the present invention is a fuel cell system including a control unit (for example, an acceleration sensor or a vehicle speed sensor) and a control unit that controls the operation of the water pressure adjustment unit according to the acceleration of the vehicle estimated by the acceleration estimation unit.

本発明によれば、車両の加速度によって生じる燃料電池本体内での水の過加圧を回避する燃料電池システムを提供することが出来る。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which avoids the over pressurization of the water in the fuel cell main body produced by the acceleration of a vehicle can be provided.

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.

図1に示すように、本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムは、供給ガス中の水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池本体1と、燃料電池本体1が発電する際に使用する水が循環する水循環路の一例としての冷却水循環路4と、冷却水循環路4内の冷却水の圧力を調整する水圧調整部の例としての冷却水ポンプ5及び圧力調整弁6と、燃料電池本体1及び冷却水循環路4を搭載する車両11の加速度を推定する加速度推定部の例としての加速度センサ8及び加速度計算部9(以後、「車速度センサ」という)と、加速度センサ8又は車速度センサ9が推定する車両11の加速度に応じて冷却水ポンプ5或いは圧力調整弁6を制御する制御部の一例としてのコントローラ2と、冷却水の圧力を推定する圧力推定部の一例としての圧力センサ7と、燃料電池本体1が正常に動作することが推測される冷却水の圧力限界値を記憶する圧力限界値データベース10と、冷却水循環路4内の冷却水を冷却するラジエータ3とを有する。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the embodiment of the present invention includes a fuel cell main body 1 that generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in a supply gas, and when the fuel cell main body 1 generates electric power. A cooling water circulation path 4 as an example of a water circulation path through which water to be used is circulated, a cooling water pump 5 and a pressure adjustment valve 6 as an example of a water pressure adjusting unit for adjusting the pressure of the cooling water in the cooling water circulation path 4, and fuel An acceleration sensor 8 and an acceleration calculation unit 9 (hereinafter referred to as “vehicle speed sensor”) as an example of an acceleration estimation unit that estimates the acceleration of the vehicle 11 on which the battery body 1 and the cooling water circulation path 4 are mounted, and the acceleration sensor 8 or the vehicle A controller 2 as an example of a control unit that controls the cooling water pump 5 or the pressure regulating valve 6 according to the acceleration of the vehicle 11 estimated by the speed sensor 9, and an example of a pressure estimation unit that estimates the pressure of the cooling water; All pressure sensors 7, a pressure limit value database 10 that stores the pressure limit value of coolant that is estimated to operate normally, and a radiator 3 that cools the coolant in the coolant circulation path 4. And have.

本発明の実施の形態では、燃料電池本体1が発電する際に使用する「水」として、燃料電池本体1が発電する際に発生する熱を冷却するための冷却水を例にとり説明する。   In the embodiment of the present invention, as “water” used when the fuel cell main body 1 generates electric power, cooling water for cooling the heat generated when the fuel cell main body 1 generates electric power will be described as an example.

冷却水循環路4には冷却水が循環している。冷却水循環路4上には、冷却水ポンプ5、圧力センサ7、燃料電池本体1、圧力調整弁6、ラジエータ3が配置されている。冷却水ポンプ5が圧送した冷却水は、燃料電池本体1内で発電に伴う発熱を吸収し、圧力調整弁6でその循環量が制御され、ラジエータ3内で冷却され、再び、冷却水ポンプ5へ戻ってくる。冷却水循環路4内を冷却水が循環することにより、燃料電池本体1内で発生した熱がシステム外部へ排出される。なお、圧力センサ7は、燃料電池本体1入口の冷却水の圧力を検出する。   Cooling water circulates in the cooling water circulation path 4. A cooling water pump 5, a pressure sensor 7, a fuel cell main body 1, a pressure adjustment valve 6, and a radiator 3 are arranged on the cooling water circulation path 4. The cooling water pumped by the cooling water pump 5 absorbs heat generated by the power generation in the fuel cell main body 1, the circulation amount is controlled by the pressure regulating valve 6, the cooling water is cooled in the radiator 3, and the cooling water pump 5 again. Come back to. As the cooling water circulates in the cooling water circulation path 4, the heat generated in the fuel cell main body 1 is discharged to the outside of the system. The pressure sensor 7 detects the pressure of the cooling water at the inlet of the fuel cell main body 1.

冷却水ポンプ5は、その回転数を制御することにより冷却水循環路4内での冷却水の循環量を調整する。これにより、冷却水ポンプ5は「水圧調整部」として機能することができる。また、圧力調整弁6は、その開度を制御することにより冷却水循環路4内での冷却水の循環量を調整する。これにより、圧力調整弁6は「水圧調整部」として機能することができる。   The cooling water pump 5 adjusts the circulation amount of the cooling water in the cooling water circulation path 4 by controlling the rotation speed. Thereby, the cooling water pump 5 can function as a “water pressure adjusting unit”. The pressure regulating valve 6 adjusts the circulation amount of the cooling water in the cooling water circulation path 4 by controlling the opening degree. Thereby, the pressure regulating valve 6 can function as a “water pressure regulating unit”.

加速度センサ8は、車両11の前後、左右及び上下方向の加速度を直接検出することにより、「加速度推定部」として機能する。また、車速度センサ9は、車両11の速度を継続的に検出し、車両11の速度を微分して車両11の前後方向の加速度を算出することにより、「加速度推定部」として機能する。加速度センサ8は、車両11の前後、左右及び上下方向の加速度を検出する1又は2以上のセンサからなる。具体的には、前後方向のセンサと左右方向のセンサと上下方向のセンサとを組み合わせて1つの加速度センサ8を構成してもよいし、前後、左右及び上下方向の加速度を1つの加速度センサ8で検出しても構わない。前後、左右及び上下方向の加速度を検出する機能を有する加速度センサについては、特開平11−218544号公報に詳細な記載がある。また、加速度センサ8は、車両11に加わる重力加速度以外の加速度を検出する。即ち、車両11が上り坂、上り坂、右傾斜、左傾斜の道路を走行している時でも、平坦な道路を走行している時と同様に、車両11に加わる重力加速度とそれ以外の加速度を区別して検出することが望ましい。   The acceleration sensor 8 functions as an “acceleration estimation unit” by directly detecting the acceleration in the front-rear, left-right, and vertical directions of the vehicle 11. Further, the vehicle speed sensor 9 functions as an “acceleration estimation unit” by continuously detecting the speed of the vehicle 11 and differentiating the speed of the vehicle 11 to calculate the acceleration in the front-rear direction of the vehicle 11. The acceleration sensor 8 includes one or more sensors that detect acceleration in the front-rear, left-right, and vertical directions of the vehicle 11. Specifically, one acceleration sensor 8 may be configured by combining a front-rear sensor, a left-right sensor, and an up-down sensor, and the front-rear, left-right, and vertical accelerations may be combined into one acceleration sensor 8. You may detect by. Japanese Patent Laid-Open No. 11-218544 has a detailed description of an acceleration sensor having a function of detecting acceleration in the front-rear, left-right, and vertical directions. The acceleration sensor 8 detects acceleration other than gravitational acceleration applied to the vehicle 11. That is, even when the vehicle 11 is traveling on an uphill, uphill, right slope, or left slope road, the gravitational acceleration applied to the vehicle 11 and other accelerations are the same as when the vehicle 11 is traveling on a flat road. It is desirable to detect them separately.

コントローラ2は、圧力センサ7から冷却水の圧力の情報を取得し、加速度センサ8或いは車速度センサ9から車両11の前後、左右及び上下方向の加速度の情報を取得する。冷却水の圧力が圧力限界値データベース10内の圧力限界値を超えている場合であって、車両11の加速度が実質的に零でない時、コントローラ2は、加速度の情報に基づいて冷却水ポンプ5の回転数或いは圧力調整弁6の開度を制御する。これにより、冷却水循環路4内の冷却水の圧力を制御することができる。冷却水の圧力が圧力限界値データベース10内の圧力限界値を超えている場合であって、車両11の加速度が実質的に零である時、コントローラ2は、燃料電池システムに異常が発生したと判断して、燃料電池本体1の発電、即ち燃料電池システムを停止する。冷却水の圧力が圧力限界値データベース10内の圧力限界値を超えていない場合、コントローラ2は、冷却水の圧力の制御を行わない。コントローラ2は、冷却水循環路4内の冷却水の圧力を制御する際、冷却水ポンプ5の回転数及び圧力調整弁6の開度の両方を同時に制御してもよいし、何れか一方のみを制御しても構わない。   The controller 2 acquires information on the pressure of the cooling water from the pressure sensor 7, and acquires information on acceleration in the front-rear, left-right, and vertical directions of the vehicle 11 from the acceleration sensor 8 or the vehicle speed sensor 9. When the cooling water pressure exceeds the pressure limit value in the pressure limit value database 10 and the acceleration of the vehicle 11 is not substantially zero, the controller 2 uses the cooling water pump 5 based on the acceleration information. And the opening degree of the pressure regulating valve 6 is controlled. Thereby, the pressure of the cooling water in the cooling water circulation path 4 can be controlled. When the cooling water pressure exceeds the pressure limit value in the pressure limit value database 10 and the acceleration of the vehicle 11 is substantially zero, the controller 2 indicates that an abnormality has occurred in the fuel cell system. Judging, the power generation of the fuel cell body 1, that is, the fuel cell system is stopped. When the pressure of the cooling water does not exceed the pressure limit value in the pressure limit value database 10, the controller 2 does not control the pressure of the cooling water. The controller 2 may control both the rotational speed of the cooling water pump 5 and the opening degree of the pressure regulating valve 6 at the same time when controlling the pressure of the cooling water in the cooling water circulation path 4, or only one of them. You may control.

図2に示すように、圧力限界値データベース10には、コントローラ2が冷却水の圧力を制御する上で参照する制御目標圧力と燃料電池本体1の出力との関係を示すグラフが記憶されている。制御目標圧力には正常値と異常値とがあり、正常値と異常値は燃料電池本体1の出力の増加とともに単調に上昇している。コントローラ2は、燃料電池本体1の出力に応じて、冷却水の圧力が制御目標圧力の正常値になるように、冷却水ポンプ5の回転数或いは圧力調整弁6の開度を制御する。冷却水の圧力が制御目標圧力の異常値以上になった場合、コントローラ2は、冷却水ポンプ5の回転数或いは圧力調整弁6の開度を制御して冷却水の圧力を下げる。   As shown in FIG. 2, the pressure limit value database 10 stores a graph showing the relationship between the control target pressure that the controller 2 refers to when controlling the pressure of the cooling water and the output of the fuel cell main body 1. . The control target pressure has a normal value and an abnormal value, and the normal value and the abnormal value monotonously increase with an increase in the output of the fuel cell body 1. The controller 2 controls the rotation speed of the cooling water pump 5 or the opening of the pressure adjustment valve 6 so that the pressure of the cooling water becomes a normal value of the control target pressure according to the output of the fuel cell main body 1. When the cooling water pressure becomes equal to or higher than the abnormal value of the control target pressure, the controller 2 controls the number of revolutions of the cooling water pump 5 or the opening of the pressure regulating valve 6 to lower the cooling water pressure.

図3を参照して、図1のコントローラ2の動作手順を説明する。   With reference to FIG. 3, the operation | movement procedure of the controller 2 of FIG. 1 is demonstrated.

(イ)先ずS1段階において、燃料電池システムは通常運転を行っている。この状態を前提として、S2段階において、コントローラ2は、冷却水の圧力が上昇しているか否かを判断する。具体的には、コントローラ2は、圧力センサ7から取得した冷却水の圧力の情報に基づいて、冷却水の圧力が図2の制御目標値の異常値以上になっているか否かを判断する。冷却水の圧力が図2の制御目標値の異常値以上である場合(S2段階においてYES)S3段階に進む。冷却水の圧力が図2の制御目標値の異常値より低い場合(S2段階においてNO)S1段階に進む。したがって、S2段階では、冷却水の圧力が図2の制御目標値の異常値以上に上昇することをコントローラ2が監視していることになる。   (A) First, in the S1 stage, the fuel cell system is operating normally. On the premise of this state, in step S2, the controller 2 determines whether or not the pressure of the cooling water is increasing. Specifically, the controller 2 determines whether the pressure of the cooling water is equal to or higher than the abnormal value of the control target value in FIG. 2 based on the information on the pressure of the cooling water acquired from the pressure sensor 7. When the pressure of the cooling water is not less than the abnormal value of the control target value in FIG. When the pressure of the cooling water is lower than the abnormal value of the control target value in FIG. 2 (NO in step S2), the process proceeds to step S1. Therefore, in the step S2, the controller 2 monitors that the pressure of the cooling water rises above the abnormal value of the control target value in FIG.

(ロ)S3段階において、コントローラ2は、車両11に加速度が生じているか否かを判断する。具体的には、加速度センサ8或いは車速度センサ9から取得した車両11の前後、左右及び上下方向の加速度の情報に基づいて、前後、左右及び上下方向の加速度が実質的に零であるか否かを判断する。加速度が実質的に零である場合(S3段階においてNO)S5段階に進み、コントローラ2は、燃料電池システムに異常が発生したと判断し、燃料電池システムを停止する。即ち、燃料電池本体1の発電を停止する。一方、加速度が実質的に零でない場合(S3段階においてYES)S4段階に進み、コントローラ2は、冷却水の圧力が制御目標圧力の正常値になるように、車両の加速度に応じて冷却水ポンプ5の回転数或いは圧力調整弁6の開度を制御して、冷却水の圧力を調整する。その後、S2段階に戻る。以後、S5段階において燃料電池システムを停止しない限り、S1〜S4段階を繰り返し実施する。   (B) In step S3, the controller 2 determines whether or not the vehicle 11 is accelerating. Specifically, based on the information on the acceleration in the front / rear, left / right and up / down directions of the vehicle 11 acquired from the acceleration sensor 8 or the vehicle speed sensor 9, whether the acceleration in the front / rear, left / right and up / down directions is substantially zero or not. Determine whether. When the acceleration is substantially zero (NO in step S3), the process proceeds to step S5, where the controller 2 determines that an abnormality has occurred in the fuel cell system and stops the fuel cell system. That is, the power generation of the fuel cell main body 1 is stopped. On the other hand, if the acceleration is not substantially zero (YES in step S3), the process proceeds to step S4, where the controller 2 determines the cooling water pump according to the acceleration of the vehicle so that the cooling water pressure becomes a normal value of the control target pressure. The pressure of the cooling water is adjusted by controlling the rotational speed of 5 or the opening of the pressure regulating valve 6. Thereafter, the process returns to S2. Thereafter, steps S1 to S4 are repeated unless the fuel cell system is stopped in step S5.

図4(a)及び図4(b)に示すように、S4段階において、コントローラ2が冷却水の圧力を制御しない場合(非制御時)、車両11の前後、左右及び上下方向の加速度の上昇に合わせて、冷却水の圧力も上昇する。これに対して、S4段階においてコントローラ2が加速度の情報に基づいて冷却水の圧力を制御する場合(制御時)、車両の加速度が変化しても冷却水の圧力をほぼ一定に保持することができる。   As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), when the controller 2 does not control the cooling water pressure in the S4 stage (during non-control), the acceleration of the vehicle 11 is increased in the longitudinal, lateral, and vertical directions. Accordingly, the pressure of the cooling water also increases. On the other hand, when the controller 2 controls the cooling water pressure based on the acceleration information in step S4 (during control), the cooling water pressure can be kept substantially constant even when the vehicle acceleration changes. it can.

コントローラ2が冷却水ポンプ5の回転数を制御することにより冷却水の圧力を調整する場合、図5(a)及び図5(b)に示すように、車両11の前後、左右及び上下方向の加速度の上昇に合わせて、冷却水ポンプ5の回転数を一時的に低くする。これにより、冷却水の圧力の上昇が抑えられ、図4(a)に示したように、冷却水の圧力をほぼ一定に保持することができる。   When the controller 2 adjusts the pressure of the cooling water by controlling the number of rotations of the cooling water pump 5, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the front / rear, left / right and up / down directions of the vehicle 11 are used. The rotational speed of the cooling water pump 5 is temporarily lowered in accordance with the increase in acceleration. Thereby, the rise in the pressure of the cooling water is suppressed, and the pressure of the cooling water can be kept substantially constant as shown in FIG.

コントローラ2が圧力調整弁6の開度を制御することにより冷却水の圧力を調整する場合、図6(a)及び図6(b)に示すように、車両11の前後、左右及び上下方向の加速度の上昇に合わせて、圧力調整弁6の開度を一時的に高くする。これにより、冷却水の圧力の上昇が抑えられ、図4(a)に示したように、冷却水の圧力をほぼ一定に保持することができる。   When the controller 2 adjusts the pressure of the cooling water by controlling the opening of the pressure regulating valve 6, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the front and rear, the left and right, and the vertical direction of the vehicle 11 As the acceleration increases, the opening of the pressure regulating valve 6 is temporarily increased. Thereby, the rise in the pressure of the cooling water is suppressed, and the pressure of the cooling water can be kept substantially constant as shown in FIG.

以上説明したように、燃料電池本体1の発電に伴って発生する熱を冷却する冷却水系(3〜7)を有する燃料電池システムを搭載した車両11(燃料電池自動車)において、加速度センサ8又は車速度センサ9を用いて加速度を推定し、推定した加速度に応じて、冷却水の圧力を制御する。これにより、図7に示すように車両11の急加減速・急旋回・悪路走行時に発生する加速度による燃料電池本体1内の冷却水の一時的且つ部分的な圧力の上昇を抑えることができる。そのため、冷却水の漏れや燃料電池本体1の破壊を回避できる。また、加速度が発生していない状態では、最大限に冷却水を流すことができるので、燃料電池本体1内での温度ムラを小さくでき発電性能の向上・燃料電池の劣化低減等を実現できる。   As described above, in the vehicle 11 (fuel cell vehicle) equipped with the fuel cell system having the cooling water system (3 to 7) for cooling the heat generated by the power generation of the fuel cell main body 1, the acceleration sensor 8 or the vehicle The acceleration is estimated using the speed sensor 9, and the pressure of the cooling water is controlled according to the estimated acceleration. As a result, as shown in FIG. 7, it is possible to suppress a temporary and partial increase in the pressure of the cooling water in the fuel cell main body 1 due to the acceleration that occurs when the vehicle 11 suddenly accelerates / decelerates, turns sharply, or travels on a rough road. . Therefore, it is possible to avoid leakage of cooling water and destruction of the fuel cell main body 1. In addition, since cooling water can flow to the maximum when no acceleration is generated, temperature unevenness in the fuel cell main body 1 can be reduced, and power generation performance can be improved and fuel cell deterioration can be reduced.

また、前後・左右・上下方法の加速度を直接的に計測する加速度センサ8を有することにより、車両(燃料電池自動車)11の急加減速・急旋回・悪路走行等のすべての状況に迅速に対応することができる。   In addition, by having an acceleration sensor 8 that directly measures acceleration in the front / rear / left / right / up / down direction, the vehicle (fuel cell vehicle) 11 can quickly respond to all situations such as sudden acceleration / deceleration, sudden turning, and rough road traveling. Can respond.

また、車両11の速度の微分から、車両の前後方法の加速度を推定する車速度センサ9を備えることにより、前後方向を検出する加速度センサ或いは3方向の加速度を検出できる加速度センサ8の前後方向の検出機能を省くことができる。   Further, by providing a vehicle speed sensor 9 that estimates the acceleration of the vehicle front-rear method from the differential of the speed of the vehicle 11, the front-rear direction of the acceleration sensor 8 that can detect the front-rear direction or the acceleration sensor 8 that can detect the acceleration in three directions is provided. The detection function can be omitted.

また、車両11の加速度が零であり且つ冷却水の圧力が上昇している場合、燃料電池システムに異常が発生したと判断して燃料電池システムを停止する。これにより、車両11の加速度に起因する圧力上昇と、冷却水ポンプ5の故障や冷却水循環路4内への物詰まり等に起因する異常圧力上昇との切り分けをすることができる。   When the acceleration of the vehicle 11 is zero and the pressure of the cooling water is increasing, it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system, and the fuel cell system is stopped. Thereby, it is possible to distinguish between a pressure increase caused by the acceleration of the vehicle 11 and an abnormal pressure rise caused by a failure of the cooling water pump 5 or clogging in the cooling water circulation path 4.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は、1つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to one embodiment. However, it should not be understood that the description and the drawings, which form a part of this disclosure, limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

本発明の実施の形態では、燃料電池本体1が発電する際に使用する「水」として、燃料電池本体1が発電する際に発生する熱を冷却するための冷却水を例にとり説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池本体1が発電する際に使用する「水」は、燃料電池本体1へ供給される供給ガスを加湿するための加湿水であっても構わない。この場合、燃料電池本体1が発電する際に使用する水が循環する「水循環路」は加湿水が循環する加湿水循環路であり、水循環路内の水の圧力を調整する「水圧調整部」は加湿水ポンプ及び加湿水の圧力を調整する圧力調整弁であり、コントローラ2は、車両11の加速度に応じて加湿水ポンプの回転数及び加湿水の圧力を調整する圧力調整弁の開度を制御する。圧力限界値データベース10には、正常に動作し得る加湿水の圧力限界値が記憶されている。   In the embodiment of the present invention, the “water” used when the fuel cell main body 1 generates power has been described by taking cooling water for cooling the heat generated when the fuel cell main body 1 generates power as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the “water” used when the fuel cell main body 1 generates power may be humidified water for humidifying the supply gas supplied to the fuel cell main body 1. In this case, the “water circulation path” through which water used when the fuel cell body 1 generates electricity is a humidified water circulation path through which the humidified water circulates, and the “water pressure adjusting unit” that adjusts the pressure of water in the water circulation path is The pressure adjusting valve that adjusts the pressure of the humidifying water pump and the humidifying water, and the controller 2 controls the rotation speed of the humidifying water pump and the opening of the pressure adjusting valve that adjusts the pressure of the humidifying water according to the acceleration of the vehicle 11. To do. The pressure limit value database 10 stores the pressure limit value of the humidified water that can operate normally.

また、燃料電池システムが図1に示す冷却水系と上記の加湿水系の両方を備える場合、少なくとも一方の水に対してその圧力制御を行えばよい。もちろん、冷却水系と加湿水系の両方に対して同時に圧力制御を実施しても構わない。   When the fuel cell system includes both the cooling water system shown in FIG. 1 and the humidification water system, the pressure control may be performed on at least one of the water. Of course, pressure control may be simultaneously performed on both the cooling water system and the humidifying water system.

このように、本発明の実施の形態における「冷却水」を「加湿水」に置き換えても、同じ目的を達成でき、同一の作用効果を奏する。即ち、車両11の急加減速・急旋回・悪路走行時に発生する加速度による燃料電池本体1内の加湿水の一時的且つ部分的な圧力の上昇を抑えることができる。そのため、加湿水の漏れや燃料電池本体1の破壊を回避できる。また、加速度が発生していない状態では、必要量の加湿水を流すことができるので、燃料電池本体1内の電解質膜の加湿不足を回避することができ、発電性能の向上・燃料電池の劣化低減等を実現できる。   As described above, even if the “cooling water” in the embodiment of the present invention is replaced with “humidified water”, the same purpose can be achieved and the same effect can be obtained. That is, it is possible to suppress a temporary and partial increase in the pressure of the humidified water in the fuel cell main body 1 due to acceleration that occurs when the vehicle 11 suddenly accelerates / decelerates, turns sharply, or travels on a rough road. Therefore, leakage of humidified water and destruction of the fuel cell main body 1 can be avoided. In addition, when acceleration is not generated, a necessary amount of humidified water can be flowed, so that insufficient humidification of the electrolyte membrane in the fuel cell main body 1 can be avoided, and power generation performance is improved and fuel cells are deteriorated. Reduction can be realized.

また、車両11の加速度が零であり且つ加湿水の圧力が上昇している場合、燃料電池システムに異常が発生したと判断して燃料電池システムを停止する。これにより、車両11の加速度に起因する圧力上昇と、加湿水系ポンプの故障や加湿水循環路内への物詰まり等に起因する異常圧力上昇との切り分けをすることができる。   Further, when the acceleration of the vehicle 11 is zero and the pressure of the humidified water is increasing, it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system, and the fuel cell system is stopped. Thereby, it is possible to distinguish between a pressure increase caused by the acceleration of the vehicle 11 and an abnormal pressure rise caused by a failure of the humidifying water system pump or clogging in the humidifying water circulation path.

なお、上述した冷却水の圧力及び加湿水の圧力は、燃料電池本体1へ供給される燃料ガス或いは酸化剤ガスを含む供給ガスとの差圧であることが望ましい。燃料電池本体1内での漏水異常をより正確に防ぐことができる。もちろん、水循環路内の水の絶対圧力であっても構わない。   Note that the pressure of the cooling water and the pressure of the humidifying water described above are desirably differential pressures from the supply gas including the fuel gas or the oxidant gas supplied to the fuel cell main body 1. Abnormal water leakage in the fuel cell main body 1 can be prevented more accurately. Of course, the absolute pressure of water in the water circuit may be used.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。   Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.

本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図1の圧力限界値データベースに記憶されている制御目標圧力と燃料電池本体の出力との関係を示すグラフである。2 is a graph showing a relationship between a control target pressure stored in a pressure limit value database of FIG. 1 and an output of a fuel cell main body. 図1の燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a control method of the fuel cell system of FIG. 1. 図4(a)は図3のS4段階における冷却水圧力の制御時及び非制御時の冷却水圧力の時間変化を示すグラフであり、図4(b)は図4(a)に対応する車両加速度の時間変化を示すグラフである。FIG. 4A is a graph showing the change over time of the cooling water pressure during control and non-control of the cooling water pressure in step S4 in FIG. 3, and FIG. 4B is a vehicle corresponding to FIG. It is a graph which shows the time change of an acceleration. 図5(a)は図3のS4段階におけるポンプ回転数の時間変化を示すグラフであり、図5(b)は図5(a)に対応する車両加速度の時間変化を示すグラフである。FIG. 5A is a graph showing the time change of the pump rotation speed in the step S4 of FIG. 3, and FIG. 5B is a graph showing the time change of the vehicle acceleration corresponding to FIG. 5A. 図6(a)は図3のS4段階における圧力調整弁開度の時間変化を示すグラフであり、図6(b)は図6(a)に対応する車両加速度の時間変化を示すグラフである。FIG. 6A is a graph showing the time change of the pressure adjustment valve opening degree in the S4 stage of FIG. 3, and FIG. 6B is a graph showing the time change of the vehicle acceleration corresponding to FIG. 6A. . 車両の加速度による燃料電池本体内の冷却水/加湿水の部分的な圧力の上昇を示す図である。It is a figure which shows the raise of the partial pressure of the cooling water / humidification water in a fuel cell main body by the acceleration of a vehicle.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池本体
2…制御部(コントローラ)
3…ラジエータ
4…冷却水循環路
5…冷却水ポンプ
6…圧力調整弁
7…圧力センサ
8…加速度センサ
9…加速度計算部(車速度センサ)
10…圧力限界値データベース
11…車両
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body 2 ... Control part (controller)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Radiator 4 ... Cooling water circuit 5 ... Cooling water pump 6 ... Pressure adjustment valve 7 ... Pressure sensor 8 ... Acceleration sensor 9 ... Acceleration calculation part (vehicle speed sensor)
10 ... Pressure limit value database 11 ... Vehicle

Claims (9)

燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体が発電する際に使用する水が循環する水循環路と、
前記水循環路内の前記水の圧力を調整する水圧調整部と、
前記燃料電池本体及び前記水循環路を搭載する車両の加速度を推定する加速度推定部と、
前記加速度推定部が推定する前記加速度に応じて、水圧調整部を制御する制御部
とを有することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell body that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidant gas;
A water circulation path through which water used when the fuel cell body generates electricity;
A water pressure adjusting unit for adjusting the pressure of the water in the water circulation path;
An acceleration estimator for estimating an acceleration of a vehicle equipped with the fuel cell main body and the water circulation path;
A fuel cell system comprising: a control unit that controls a water pressure adjusting unit according to the acceleration estimated by the acceleration estimating unit.
前記水圧調整部は、その回転数を制御することによって前記水循環路内での前記水の循環量を調整するポンプであることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water pressure adjusting unit is a pump that adjusts a circulation amount of the water in the water circulation path by controlling a rotation speed thereof. 3. 前記水圧調整部は、その開度を制御することによって前記水循環路内での前記水の循環量を調整する圧力調整弁であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water pressure adjusting unit is a pressure adjusting valve that adjusts a circulation amount of the water in the water circulation path by controlling an opening degree thereof. 3. 前記加速度推定部は、前記車両の前後、左右及び上下方向の加速度を直接検出する加速度センサを備えることを特徴とする請求項1乃至3何れか1項記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the acceleration estimation unit includes an acceleration sensor that directly detects acceleration in the front-rear, left-right, and vertical directions of the vehicle. 前記加速度推定部は、前記車両の速度を微分して前記車両の前後方向の加速度を算出する加速度計算部を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the acceleration estimation unit further includes an acceleration calculation unit that differentiates a speed of the vehicle to calculate an acceleration in a longitudinal direction of the vehicle. 前記水の圧力を推定する圧力推定部と、
前記燃料電池本体が正常に動作することが推測される前記水の圧力限界値を記憶する圧力限界値データベースとを更に有し、
前記圧力推定部が推定する前記水の圧力が前記圧力限界値データベース内の圧力限界値を超え、且つ前記加速度推定部が推定する前記加速度が実質的に零である時、前記制御部は、前記燃料電池システムに異常が発生したと判断することを特徴とする請求項1乃至5何れか1項記載の燃料電池システム。
A pressure estimation unit for estimating the pressure of the water;
A pressure limit value database that stores the pressure limit value of the water that is estimated to operate normally.
When the water pressure estimated by the pressure estimation unit exceeds the pressure limit value in the pressure limit value database and the acceleration estimated by the acceleration estimation unit is substantially zero, the control unit The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system.
前記水循環路は、前記燃料電池本体が発電する際に発生する熱を冷却する冷却水が循環する冷却水循環路であることを特徴とする請求項1乃至6何れか1項記載の燃料電池システム。   7. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water circulation path is a cooling water circulation path through which cooling water for cooling heat generated when the fuel cell main body generates power is circulated. 前記水循環路は、前記燃料電池本体へ供給される前記燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくともどちらか一方を加湿する加湿水が循環する加湿水循環路であることを特徴とする請求項1乃至6何れか1項記載の燃料電池システム。   7. The water circulation path according to claim 1, wherein the water circulation path is a humidification water circulation path through which humidified water for humidifying at least one of the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell main body is circulated. The fuel cell system according to claim 1. 前記水の圧力は、前記燃料電池本体内における前記水と前記燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくともどちらか一方との差圧であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water pressure is a differential pressure between the water and at least one of the fuel gas and the oxidant gas in the fuel cell main body.
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