JP2006228630A - 燃料電池システムの冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加湿状態や動力性能の悪化を防止することができる燃料電池システムの冷却制御装置を提供する。
【解決手段】 ラジエタ３に送風するファン４の回転数を制御する冷却制御装置６は、温度センサ７，車速検出手段８，音振要求ファン制限回転数演算手段９，調温制御ファン回転数演算手段１０，ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２を備える。音振要求ファン制限回転数演算手段９は、車速が低いほどファン上限回転数が小さくなるようにファン上限回転数が高くなるように演算する。調温制御ファン回転数演算手段１０は、冷却液目標温度を実現するように目標ファン回転数を演算する。ファン回転数制限手段１１は、目標ファン回転数をファン上限回転数に制限する。制限解除手段１２は、冷却液温度だ所定閾値を超えた場合に、ファン回転数制限を解除する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池を冷却するためにラジエタとファンを備えた燃料電池システムの冷却制御装置に関する。

燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。

通常燃料電池の運転温度を最適に保つために、燃料電池とラジエタ間に冷却液を循環させる冷却システムが設けられている。ラジエタには、ラジエタに送風するためにラジエタファンが設けられる。

このようなラジエタは、外気温度の上昇に伴って熱放散能力が低下する。外気温度が上昇しても燃料電池を適切な温度範囲に維持する技術として、外気温度から出力上限値関数により出力上限値を求め、燃料電池の出力をこの出力上限値に制限する技術がある（例えば、特許文献１）。

また、燃料電池車両の低騒音化技術として、ポンプやファンなどの回転装置がアイドル時に発生する騒音の周波数（基本周波数及び２次高調波）を相互に３０Ｈｚ以上離れるように設定して、騒音を低減する技術がある（例えば、特許文献２）。
特開平５−０７４４７７号公報（第３頁、図１） 特開２００４−１７８８４７号公報（第４頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載されているような出力制限を適用すると、冷却液の温度が上昇して出力制限がかかり、動力性能も悪化するという問題点があった。

また、特許文献２記載の技術にあっては、ラジエタのファンの回転数を制限することによって騒音を低減できるが、その跳ね返りとしてアイドル時以外は冷却液の温度が上昇して燃料電池の電解質膜が乾き、発電に悪影響を与えるという問題点があった。

上記問題点を解決するために、本発明は、電解質膜を挟持するアノード及びカソードにおける電極反応によって発電する燃料電池と、該燃料電池とラジエタとの間に冷却液を循環させる冷却システムと、前記ラジエタに送風するファンとを備えた燃料電池システムの冷却制御装置において、前記ファンの回転数を制限するファン回転数制限手段と、前記冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段と、前記検出された冷却液温度が所定温度閾値を超えた場合には、前記ファン回転数制限手段によるファンの回転数制限を解除する制限解除手段と、備えたことを要旨とする。

本発明によれば、冷却液温度が所定温度閾値を超えて上昇した場合には、ファンの回転数制限を解除するようにしたので、冷却液温度が高い場合には騒音振動の抑制よりも燃料電池の冷却を優先することにより、カソードやアノードの湿度を適正に保ち電解質膜を湿潤させる（以下、水マネージメントと定義する）ことができるという効果がある。

また、冷却液の温度上昇に応じてかかる出力制限が緩和され、燃料電池の出力性能の低下を防止することができるという効果がある。

次に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例１を示す構成図である。燃料電池１は、固体高分子型電解質を用いた燃料電池である。燃料電池１には、図示しない水素供給手段及び空気供給手段により、アノードに水素ガスが、カソードに空気がそれぞれ供給され、以下に示す電極反応が進行し、電力が発電される。

アノード（水素極）：Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- （１）
カソード（酸素極）：２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^- ＋(1/2)Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ （２）
燃料電池１とラジエタ３とは、冷却液管路５が循環路を形成するように接続されている。ポンプ２は、冷却液を燃料電池１とラジエタ３との間に循環させる。ファン４は、ラジエタ３へ風を送り冷却液を冷やす。

冷却制御装置６は、温度センサ７と、車速検出手段８と、音振要求ファン制限回転数演算手段９と、調温制御ファン回転数演算手段１０と、ファン回転数制限手段１１と、制限解除手段１２とを備えている。

温度センサ７は、燃料電池入口の冷却液温度を計測する。調温制御ファン回転数演算手段１０は、温度センサ７で検出された燃料電池入口の冷却液温度を目標温度に制御するための必要ファン回転数を演算する。

車速検出手段８は、車速を検出する。音振要求ファン制限回転数演算手段９は、車速と冷却液温度に応じてファン４の上限回転数を演算する。このファン上限回転数は、例えば、冷却液温度が高いほど車速に応じたファン回転数制限を緩和するように算出される。

制限手段１１は、音振要求ファン制限回転数演算手段９と調温制御ファン回転数演算手段１０でそれぞれ演算されたファン回転数のうち小さい方を選択することによって、調温制御ファン回転数演算手段１０で演算された調温度制御ファン回転数を音振要求ファン制限回転数演算手段９で演算された音振要求ファン回転数に制限する。

制限解除手段１２は、温度センサ７により検出された冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数制限を解除する。解除する場合には調温制御ファン回転数演算手段１０で演算されたファン回転数を選択する。

図２は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１及び制限解除手段１２の演算ブロック図である。

音振要求ファン制限回転数演算手段９は、車速に対するファン上限回転数の関係を示すテーブルを用いて、車速に応じてファン上限回転数を演算する。車速が低いほどファン４の騒音が聞こえ易くなるため、車速が低いほどファン上限回転数が小さくなるようにテーブル値を設定する。

調温制御ファン回転数演算手段１０は、例えば冷却液の目標温度と計測温度との偏差に基づくＰＩ制御演算により、冷却液温度を目標温度に維持するための目標ファン回転数を演算する。計測温度が目標温度からずれると、ＰＩ制御のフィードバックが働きファン回転数が補正され、計測温度を目標温度に戻すことができる。

ファン回転数制限手段１１は、音振要求ファン制限回転数演算手段９が出力するファン上限回転数と、調温制御ファン回転数演算手段１０が出力する目標ファン回転数の小さい方を選択することによって、ファン回転数を音振要求ファン制限回転数に制限する。

制限解除手段１２は、閾値と冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、この比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

制限解除手段１２は、温度センサ７が検出した冷却液温度が所定の閾値を超えたかどうかを比較器２２により判断し、この判断結果で回転数指示値切替器２３を切り替えることにより、超えてない場合にはファン回転数制限手段１１の出力を選択し、超えた場合には調温制御ファン回転数演算手段１０の出力を選択することによって音振要求ファン上限回転数の制限を解除する。

ここで、前記閾値には水マネージメントや動力性能を悪化させないような温度閾値を設定する。また、冷却液計測温度が閾値を所定時間超えた状態が続いてから解除することによって、冷却液計測温度にノイズが介入している場合においても、ファン回転数制限を誤解除するのを防止することができる。

図３は、車速、ファン回転数及び燃料電池入口冷却液温度の時間変化を表すタイムチャートである。（ａ）車速、（ｂ）ファン回転数、（ｃ）冷却液温度は、ファン回転数制限が解除されない場合を示し、（ｄ）車速、（ｅ）ファン回転数、（ｆ）冷却液温度は、ファン回転数制限が解除される場合を示す。

例えば、図３（ａ）に示すように、車速が高い状態から急に減速したときには、
・燃料電池の熱容量
・走行風の減少
・音振要求ファン上限回転数の低減（図３（ｂ））
によって、図３（ｃ）に示すように、冷却液の温度が一時的に上昇する。このとき冷却液の温度がファン制限解除温度閾値を超えなければ、図３（ｂ）に示すように、ファンの実回転数は音振要求ファン上限回転数に制限される。

例えば、図３（ｄ）に示すように、車速が高い状態で走行中に登り坂にさしかかり、車速が下がったときには、
・燃料電池の出力増加による発熱量の増加
・走行風の減少
・音振要求ファン上限回転数の低減（図３（ｅ））
によって、図３（ｆ）に示すように、冷却液の温度が上昇する。冷却液の温度がファン制限解除温度閾値を超えれば、音振要求ファン回転数制限が解除され、ファン実回転数は調温制御ファン目標回転数に一致する。

ファン回転数制限が解除されてから、回転数制限を復帰させるタイミングは、冷却液温度が解除温度閾値より低いファン制限復帰温度閾値を所定時間下回った場合とする。このように回転数制限解除と回転数制限復帰との間にヒステリシスを設けることによって、解除と復帰のハンチングを防止することができる。

以上説明した本実施例１によれば、冷却液温度が所定温度閾値を超えて上昇した場合には、ファンの回転数制限を解除するようにしたので、冷却液温度が高い場合には騒音振動の抑制よりも燃料電池の冷却を優先することにより、カソードやアノードの湿度を適正に保ち電解質膜を湿潤させることができるという効果がある。

また、冷却液の温度上昇に応じてかかる出力制限が緩和され、燃料電池の出力性能の低下を防止することができるという効果がある。

また本実施例によれば、冷却液温度が温度閾値を所定時間超えた場合にはファンの回転数制限を解除するようにしたので、冷却液温度の計測値にノイズが介入している場合においても誤解除するのを防止することができるという効果がある。

さらに本実施例によれば、ファン回転数制限を解除してから冷却液温度が解除温度閾値より低い所定温度閾値を所定時間下回った場合には、ファンの回転数制限を復帰するようにしたので、回転数制限と解除と復帰との間にヒステリシスを設けることができ、解除と復帰のハンチングを防止することができるという効果がある。

次に、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例２について説明する。図４は、実施例２を示す構成図である。図１の実施例１の構成に、エアコンのオン／オフを検出するエアコンＯＮ／ＯＦＦ検出手段１３が追加されており、これによりエアコンの作動状態がオンであるかオフであるかを検出する。制限解除手段１２は、エアコンの作動状態と冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数制限を解除する。その他の構成は実施例１と同様であるので、同じ構成要素には、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図５は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２の演算ブロック図である。音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１は、図２に示した実施例１と同様である。

図５において、本実施例の制限解除手段１２は、エアコンＯＮ状態の閾値Ａと、エアコンＯＦＦ状態の閾値Ｂ（閾値Ａ＞閾値Ｂ）と、これら２つの閾値を切り替えて出力する閾値切替器２１と、閾値切替器２１の出力と温度センサ７による冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、比較器２２の比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

制限解除手段１２は、冷却液の計測温度が所定の閾値を超えたかどうか判断し、超えてない場合にはファン回転数制限手段１１の出力を選択し、超えた場合には調温制御ファン回転数演算手段１０の出力を選択することによって音振要求ファン上限回転数の制限を解除する。

ここで、前記閾値を２段設け、エアコン作動状態がオンのときの閾値Ａは、エアコンオフのときの閾値Ｂに比べて値を高く設定する。このような設定が可能な理由を図６に示す燃料電池の出力電流、冷却液温度、水収支の関係を使って説明する。燃料電池の出力電流が大きいほど単位時間当たりの生成水の量が多くなるので水収支はプラスになる。また、冷却液温度が低いほどカソード排気に含まれる水蒸気圧が低下しカソードが乾燥しにくくなり水収支はプラスになる。エアコン作動状態がオンのときには、エアコンの消費電力分の出力電流が増加するので、冷却液温度がある程度高くても水収支がプラスになるので、図６のように水収支がプラスになる冷却液温度をファン制限解除温度閾値として設定することが可能となる。

以上説明した実施例２によれば、ファン回転数制限解除の温度閾値を２段設け、エアコンオン状態での温度閾値をエアコンオフ状態の温度閾値より高く設定したので、エアコンオン状態では、エアコンの消費電力分だけ燃料電池出力が増え、その分生成水が多くできるので水マネージメントには有利になる。したがって、ファン回転数制限解除の温度閾値を高く設定することによって、ファンの騒音を低減する効果が得られる。

また、一般的にラジエタ付近にはエアコン用のコンデンサが取り付けられており、エアコンの冷房が入るとコンデンサが発熱し、ラジエタへ当たる風が暖められて冷却液の冷却には不利となる。そこで、エアコンオン状態では、ファン回転数制限解除の温度閾値を高く設定することにより、容易にファン回転数の制限が解除されないようにすることができる。

次に、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例３について説明する。図７は、実施例３を示す構成図である。図１の実施例１の構成に、燃料電池目標取出電流に従って燃料電池１から取り出す電流を制御するパワーマネージャー１４と、燃料電池１の取出電流を検出する取出電流センサ１５とが追加されている。

制限解除手段１２は、取出電流センサ１５が検出した取出電流と冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数制限を解除する。その他の構成は実施例１と同様であるので、同じ構成要素には、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図８は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２の演算ブロック図である。音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１は、図２に示した実施例１と同様である。

図８において、本実施例の制限解除手段１２は、取出電流センサ１５が検出した燃料電池取出電流に対するファン回転数制限解除温度閾値を記憶する取出電流−温度閾値変換テーブル２４と、温度閾値と温度センサ７による冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、比較器２２の比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

取出電流−温度閾値変換テーブル２４の制限解除温度閾値は、燃料電池の取出電流に応じて設定する。図６で説明したように取出電流が大きいほど水収支がプラスになる冷却液最大温度が高くなる。したがって、取出電流が大きいほど、ファン制限解除の温度閾値を高く設定する。尚、燃料電池からの取出電流に代えて、取出電力を用いても同様の効果を得ることができる。

以上説明した実施例３によれば、燃料電池の取出電流や取出電力が大きいほどファン回転数制限解除の温度閾値を高くしたので、燃料電池の取出電流や取出電力が大きい分生成水が多くできるので水マネージメントには有利になる。したがって、ファン回転数制限解除の温度閾値を高く設定することによって、ファンの騒音を低減することができるという効果がある。

次に、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例４について説明する。図９は、実施例４を示す構成図である。図１の実施例１の構成に、燃料電池目標取出電流に従って燃料電池１から取り出す電流を制御するパワーマネージャー１４が追加されている。

制限解除手段１２は、燃料電池の目標取出電流と冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数制限を解除する。その他の構成は実施例１と同様であるので、同じ構成要素には、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図１０は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２の演算ブロック図である。音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１は、図２に示した実施例１と同様である。

図１０において、本実施例の制限解除手段１２は、燃料電池目標取出電流に対するファン回転数制限解除温度閾値を記憶する目標取出電流−温度閾値変換テーブル２５と、温度閾値と温度センサ７による冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、比較器２２の比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

目標取出電流−温度閾値変換テーブル２５の制限解除温度閾値は、燃料電池の目標取出電流に応じて設定する。本実施例は実施例３における取出電流を目標取出電流に置き換えた代替例である。尚、目標取出電流に代えて目標取出電力を用いても同様の効果がある。

以上説明した実施例４によれば、燃料電池の目標取出電流や目標取出電力が大きいほどファン回転数制限解除の温度閾値を高くしたので、実取出電流や実取出電力の代わりに目標取出電流や目標取出電力に応じて温度閾値を設定することによって、ファンの騒音を低減することができるという効果がある。

次に、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例５について説明する。図１１は、実施例５を示す構成図である。図１の実施例１の構成に、加湿用の純水を燃料電池１へ供給する純水ポンプ４０と、純水を貯蔵する純水タンク４１と、純水タンク４１の水位を検出する水位センサ４３と、燃料電池１と純水タンク４１との間で純水を循環させる純水管路４２が追加され、水位センサ４３の検出信号は、制限解除手段１２に接続されている。そして、制限解除手段１２は、純水タンクの水位信号と冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数の制限を解除する。その他の構成は、図１に示した実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図１２は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２の演算ブロック図である。音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１は、図２に示した実施例１と同様である。

図１２において、本実施例の制限解除手段１２は、純水タンク水位に対するファン回転数制限解除温度閾値を記憶する純水水位−温度閾値変換テーブル２６と、温度閾値と温度センサ７による冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、比較器２２の比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

純水水位−温度閾値変換テーブル２６の制限解除温度閾値は、純水タンク４１の水位に応じて設定する。純水タンク水位が高いほど、水マネージメントに余裕があるため、ファン制限解除の温度閾値を高く設定する。

以上説明した実施例５によれば、冷却液温度と純水タンク水位に応じてファンの回転数制限を解除するようにしたので、純水タンク水位が高いほどファン回転数制限解除の温度閾値を高く設定することにより、加湿用の純水量に余裕があるときにはファンの騒音低減を優先することができるという効果がある。また純水タンク水位が低いときには、ファンによる冷却を優先することにより加湿用純水の生成を促進することができるという効果がある。

次に、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例６について説明する。図１３は、実施例６を示す構成図である。図１の実施例１の構成に、燃料電池１のカソードへ空気を供給するコンプレッサ５０と、カソード出口の空気温度を検出するカソード出口温度センサ５１が追加され、カソード出口温度センサ５１の検出信号は、制限解除手段１２に接続されている。そして、制限解除手段１２は、カソード出口温度と冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数の制限を解除する。その他の構成は、図１に示した実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図１４は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２の演算ブロック図である。音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１は、図２に示した実施例１と同様である。

図１４において、本実施例の制限解除手段１２は、カソード出口空気温度に対するファン回転数制限解除温度閾値を記憶する空気温度−温度閾値変換テーブル２７と、温度閾値と温度センサ７による冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、比較器２２の比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

空気温度−温度閾値変換テーブル２７の制限解除温度閾値は、カソード出口空気温度に応じて設定する。カソード出口空気温度が高いほど、カソード排気に含まれる水蒸気圧が高まり水マネージメントが悪化するため、ファン回転数制限解除の温度閾値を低く設定し、冷却を優先する。

以上説明した実施例６によれば、カソード出口空気温度が高いほどファン回転数制限解除の温度閾値を低くしたので、カソード出口空気温度が高いほど電解質膜が乾き易くなり発電が困難になる場合に、ファン回転数制限解除の温度閾値を低くすることにより、ファンによる冷却を促進させ、水マネージメントの悪化を防止することができるという効果がある。

次に、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例７について説明する。図１５は、実施例７を示す構成図である。図１の実施例１の構成に、燃料電池１から電流を取り出すパワーマネージャー１４と、燃料電池が過温度になるのを防止するために燃料電池の取り出し電流を制限する出力制限手段１６が追加され、出力制限手段１６の出力制限値が制限解除手段１２に入力されている。また、制限解除手段１２は、出力制限値と冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数の制限を解除する。その他の構成は、図１に示した実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図１６は、本実施例における出力制限手段１６の演算ブロック図を示す。出力制限手段１６は、冷却液温度から出力制限値を演算する出力制限テーブル６１と、セレクトロー６２とを備えている。出力制限テーブル６１は、燃料電池入口の冷却液温度が高くなると出力制限値が下がるようにテーブル値が設定されている。この出力制限テーブル６１によって演算した出力制限値と燃料電池目標取出電流の小さい方の値をセレクトロー６２により選択することによって目標取出電流を制限する。また、前記演算された出力制限値は、制限解除手段１２に用いられる。

図１７は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２の演算ブロック図である。音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１は、図２に示した実施例１と同様である。

図１７において、本実施例の制限解除手段１２は、出力制限値に対するファン回転数制限解除温度閾値を記憶する出力制限値−温度閾値変換テーブル２８と、温度閾値と温度センサ７による冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、比較器２２の比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

出力制限値−温度閾値変換テーブル２８の制限解除温度閾値は、出力制限値に応じて設定する。出力制限がきつくかかり、出力制限値が下がるほど、ファン制限解除の温度閾値を低く設定し、ファンによる冷却を優先する。

以上説明した実施例７によれば、出力制限がきつくかかるほどファン回転数制限解除の温度閾値を低くしたので、ファンによる冷却を促進させ、出力制限を緩和し動力性能を向上させることができるという効果がある。

次に、本発明に係る燃料電池システムの冷却制御装置の実施例８について説明する。図１８は、実施例８を示す構成図である。図１の実施例１の構成に、燃料電池１から電流を取り出すパワーマネージャー１４と、燃料電池が過温度になるのを防止するために燃料電池の取り出し電流を制限する出力制限手段１６が追加され、出力制限手段１６の出力制限値と燃料電池目標取出電流が制限解除手段１２に入力されている。また、制限解除手段１２は、出力制限値と燃料電池目標取出電流と冷却液温度に応じて、ファン回転数制限手段１１でかけられたファン回転数の制限を解除する。その他の構成は、図１に示した実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

図１９は、本実施例における音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１、制限解除手段１２の演算ブロック図である。音振要求ファン制限回転数演算手段９、調温制御ファン回転数演算手段１０、ファン回転数制限手段１１は、図２に示した実施例１と同様である。

図１９において、本実施例の制限解除手段１２は、目標取出電流と出力制限値との偏差を算出する減算器２９と、この偏差に対するファン回転数制限解除温度閾値を記憶する偏差−温度閾値変換テーブル３０と、温度閾値と温度センサ７による冷却液計測温度とを比較する比較器２２と、比較器２２の比較結果に応じて、ファン回転数制限手段１１の回転数か、調温制御ファン回転数演算手段１０の回転数かを切り替える回転数指示値切替器２３とを備えている。

偏差−温度閾値変換テーブル３０の制限解除温度閾値は、目標取出電流と出力制限値との偏差に応じて設定する。この偏差が大きいほど、燃料電池に対する要求出力に対して実際の出力が出せない状況であるので、ファン回転数制限解除の温度閾値を低く設定し、ファンによる冷却を優先する。

以上説明した実施例８によれば、燃料電池の目標出力と出力制限値との偏差が大きくなるほど、ファン回転数制限解除の温度閾値を低くしたので、要求出力と実際の出力との乖離が大きい場合に、ファン回転数制限解除の温度閾値を低くして、出力制限を緩和することができるという効果がある。

本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例１を示す構成図である。 実施例１におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。 実施例１におけるタイムチャートである。 本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例２を示す構成図である。 実施例２におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。 実施例２における出力電流、冷却液温度、水収支の関係を示す図である。 本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例３を示す構成図である。 実施例３におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。 本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例４を示す構成図である。 実施例４におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。 本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例５を示す構成図である。 実施例５におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。 本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例６を示す構成図である。 実施例６におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。 本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例７を示す構成図である。 実施例７における燃料電池出力制限を説明するブロック図である。 実施例７におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。 本発明に係る燃料電池車両の冷却制御装置の実施例８を示す構成図である。 実施例８におけるファン回転数制限解除の詳細を説明するブロック図である。

符号の説明

１…燃料電池
２…ポンプ
３…ラジエタ
４…ファン
５…冷却液管路
６…冷却制御装置
７…温度センサ
８…車速検出手段
９…音振要求ファン制限回転数演算手段
１０…調温制御ファン回転数演算手段
１１…ファン回転数制限手段
１２…制限解除手段
１３…エアコンオン／オフ検出手段
１４…パワーマネージャー
１５…取出電流センサ
４０…純水ポンプ
４１…純水タンク
４２…純水管路
４３…水位センサ
５０…コンプレッサ
５１…カソード出口温度センサ

Claims (11)

1. 電解質膜を挟持するアノード及びカソードにおける電極反応によって発電する燃料電池と、該燃料電池とラジエタとの間に冷却液を循環させる冷却システムと、前記ラジエタに送風するファンとを備えた燃料電池システムの冷却制御装置において、
   前記ファンの回転数を制限するファン回転数制限手段と、
   前記冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段と、
   前記検出された冷却液温度が所定温度閾値を超えた場合には、前記ファン回転数制限手段によるファンの回転数制限を解除する制限解除手段と、
   備えたことを特徴とする燃料電池システムの冷却制御装置。
2. 前記燃料電池の負荷が大きいほど前記温度閾値が高くなるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
3. 前記燃料電池の負荷とは、燃料電池の取出電流あるいは取出電力であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
4. 前記燃料電池の負荷とは、燃料電池の目標取出電流あるいは目標取出電力であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
5. 前記燃料電池の負荷となるエアコンと、
   該エアコンの作動状態がオンかオフかを検出するエアコンオン／オフ検出手段とを備え、
   前記燃料電池の負荷とは、エアコンの作動状態を示し、
   前記制限解除手段は、エアコンオン状態における第１の温度閾値と、エアコンオフ状態の第２の温度閾値とを備え、第１の温度閾値を第２の温度閾値より高い値に設定したことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
6. 燃料電池の加湿用純水を蓄える純水タンクと、
   該純水タンクの水位を検出するタンク水位検出手段とを備え、
   前記制限解除手段は、タンク水位が高いほどファン回転数制限解除の温度閾値を高く設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
7. カソード出口の空気温度を検出するカソード出口空気温度検出手段を備え、
   前記制限解除手段は、カソード出口空気温度が高いほどファン回転数制限解除の温度閾値を低く設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
8. 前記検出された冷却液の温度に応じて燃料電池の出力を制限する出力制限手段を備え、
   前記制限解除手段は、出力制限がきつくかかるほどファン回転数制限解除の温度閾値を低く設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
9. 前記検出された冷却液の温度に応じて燃料電池の出力を制限する出力制限手段を備え、
   前記制限解除手段は、燃料電池の目標出力と出力制限値との偏差が大きくなるほど、ファン回転数制限解除の温度閾値を低く設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
10. 前記制限解除手段は、前記検出された冷却液温度が温度閾値を所定時間超えた場合にはファンの回転数制限を解除することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。
11. 前記制限解除手段は、ファン回転数制限を解除後、前記検出された冷却液温度が解除温度閾値より低い所定温度閾値を所定時間下回った場合には、ファンの回転数制限に復帰することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。

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