JP2009054427A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2009054427A
JP2009054427A JP2007220333A JP2007220333A JP2009054427A JP 2009054427 A JP2009054427 A JP 2009054427A JP 2007220333 A JP2007220333 A JP 2007220333A JP 2007220333 A JP2007220333 A JP 2007220333A JP 2009054427 A JP2009054427 A JP 2009054427A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
refrigerant
temperature
flow rate
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
Application number
JP2007220333A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junpei Ogawa
純平 小河
Kazuhiro Wake
千大 和氣
Koichiro Miyata
幸一郎 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2007220333A priority Critical patent/JP2009054427A/en
Publication of JP2009054427A publication Critical patent/JP2009054427A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system that prevents a local overheating of a fuel cell stack. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is provided with a fuel cell stack 10, a coolant circulation means to circulate coolant so as to go through the fuel cell stack, and a butterfly valve 42 which restricts flow-rate of the coolant supplied to the fuel cell stack 10, and when the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is a warming-up completion temperature or more, the butterfly valve 42 releases restriction of the flow-rate of the coolant. The fuel cell system 1 is provided with a reaction status estimating means to estimate reaction status of the fuel cell stack 10 and a limiting value setting means which sets a limiting value of the flow-rate of the coolant supplied to the fuel cell stack 10 based on the reaction status estimated by a reaction status estimating means so as to prevent over heating of the fuel cell stack 10, when the temperature T11 of the fuel cell stack 11 is less than the warming-up completion temperature, and gives a command to a coolant flow-rate restriction means so as to limit within the set limiting value. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

近年、固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)等の燃料電池(単セル)が積層して構成される燃料電池スタックが注目されている。このような燃料電池スタックには、水素(燃料ガス)、酸素を含む空気(酸化剤ガス)が給排されると共に、これを経由するように冷媒が循環する。   2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on fuel cell stacks configured by stacking fuel cells (single cells) such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC). In such a fuel cell stack, hydrogen (fuel gas) and oxygen-containing air (oxidant gas) are supplied and discharged, and the refrigerant circulates through the fuel cell stack.

例えば、燃料電池スタック内の冷媒の通流経路について説明すると、冷媒は、1つの冷媒入口から燃料電池スタックの内部に導入され、内部を積層方向に進みつつ、各単セルの冷媒流路に分配供給される。また、各単セルからの冷媒は、燃料電池スタックの内部を積層方向に進みながら集合し、1つの冷媒出口から外部に排出される。このような給排方式は、水素や空気についても同様である。   For example, the flow path of the refrigerant in the fuel cell stack will be described. The refrigerant is introduced into the fuel cell stack from one refrigerant inlet, and is distributed to the refrigerant flow path of each single cell while proceeding in the stacking direction. Supplied. Further, the refrigerant from each single cell gathers while proceeding in the stacking direction inside the fuel cell stack, and is discharged to the outside from one refrigerant outlet. Such a supply / discharge system is the same for hydrogen and air.

また、燃料電池スタックは、電極反応を促進させる触媒の種類等に基づいて、暖機が完了したと判断され、発電が良好に進む温度(暖機完了温度)を個有しており、燃料電池スタックの温度を管理することは重要である。   Further, the fuel cell stack has a temperature (warm-up completion temperature) at which power generation is favorably determined based on the type of the catalyst that promotes the electrode reaction, etc. It is important to manage the temperature of the stack.

特に、氷点下等の低温環境下から燃料電池スタックを起動させる場合、発電による自己発熱を利用して、燃料電池スタックの温度を暖機完了温度に早期に高めるべく、燃料電池スタックへの冷媒の流量を減らし、つまり、冷媒流量を制限し、冷媒による冷却程度を抑える技術が提案されている。そして、燃料電池スタックの温度が、暖機完了温度に到達した場合に、冷媒流量の制限を解除する技術が提案されている(特許文献1参照)。
なお、燃料電池スタックの温度は、例えば1つ冷媒出口から排出される冷媒の温度と略等しいとみなし、この冷媒の温度を検出することにより、間接的に検出される。
In particular, when the fuel cell stack is started from a low temperature environment such as below freezing point, the flow rate of the refrigerant to the fuel cell stack is used to quickly raise the temperature of the fuel cell stack to the warm-up completion temperature by using self-heating by power generation. In other words, there has been proposed a technique for reducing the amount of cooling, that is, limiting the flow rate of the refrigerant and suppressing the degree of cooling by the refrigerant. And the technique which cancels | releases the restriction | limiting of a refrigerant | coolant flow volume when the temperature of a fuel cell stack reaches warming-up completion temperature is proposed (refer patent document 1).
Note that the temperature of the fuel cell stack is indirectly detected by detecting that the temperature of the refrigerant is substantially equal to, for example, the temperature of the refrigerant discharged from one refrigerant outlet.

特開2005−116257号公報JP 2005-116257 A

ところが、燃料電池スタック内において、冷媒流路の形状、向き等により、冷媒が流れやすい部分や、流れにくい部分がある。したがって、排出された冷媒の温度に基づく燃料電池スタックの温度が、暖機完了温度に上昇するまで冷媒の流量を制限していると、例えば、冷媒が流れにくい部分では冷媒の流量が不足し、この部分付近の単セルが局部的に過加熱状態となる虞がある。そして、このように過加熱状態になると、例えば、電解質膜等が劣化し、燃料電池スタックの耐久性が低下する虞がある。   However, in the fuel cell stack, depending on the shape and direction of the refrigerant flow path, there are portions where the refrigerant easily flows and portions where it is difficult to flow. Therefore, if the flow rate of the refrigerant is limited until the temperature of the fuel cell stack based on the temperature of the discharged refrigerant rises to the warm-up completion temperature, for example, the flow rate of the refrigerant is insufficient in a portion where the refrigerant is difficult to flow, There is a possibility that the single cell in the vicinity of this portion is locally overheated. In such an overheated state, for example, the electrolyte membrane or the like may deteriorate, and the durability of the fuel cell stack may be reduced.

そこで、本発明は、燃料電池スタックが局部的に過加熱状態となることを防止する燃料電池システムを提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell system which prevents that a fuel cell stack will be in an overheating state locally.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを経由するように冷媒を循環させる冷媒循環手段と、前記燃料電池スタックに供給される冷媒の流量を制限する冷媒流量制限手段と、を備え、前記燃料電池スタックの温度が暖機完了温度未満である場合、前記冷媒流量制限手段が冷媒の流量の制限を実行する燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックの反応状態を推定する反応状態推定手段と、前記燃料電池スタックの温度が暖機完了温度未満である場合、前記燃料電池スタックの過加熱が防止されるように、前記反応状態推定手段が推定する反応状態に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される冷媒の流量の制限値を変更し、当該変更された制限値で制限するように前記冷媒流量制限手段に指令する制限値変更手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。   As means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a fuel cell stack that generates electric power when a reaction gas is supplied, a refrigerant circulation means that circulates a refrigerant through the fuel cell stack, and the fuel cell. Refrigerant flow restriction means for restricting the flow rate of the refrigerant supplied to the stack, and when the temperature of the fuel cell stack is lower than the warm-up completion temperature, the refrigerant flow restriction means executes restriction of the flow rate of the refrigerant. In the fuel cell system, when the temperature of the fuel cell stack is less than a warm-up completion temperature and the reaction state estimation means for estimating the reaction state of the fuel cell stack, overheating of the fuel cell stack is prevented As described above, the limit value of the flow rate of the refrigerant supplied to the fuel cell stack is changed based on the reaction state estimated by the reaction state estimating means, and the changed A limit changing means for instructing said refrigerant flow restricting means to limit in limit value, a fuel cell system comprising: a.

このような燃料電池システムによれば、反応状態推定手段が、燃料電池スタックの反応状態、つまり、後記する実施形態では、温度、電圧、IV特性、平均セル電圧と最低セル電圧との電位差に基づいて、燃料電池の反応状態(暖機の進行程度)を推定する。
そして、制限値変更手段が、推定された燃料電池スタックの反応状態に基づいて、燃料電池スタックの過加熱が防止されるように、燃料電池スタックに供給される冷媒の流量の制限値を変更し、この変更された制限値で冷媒の流路を制限するように、冷媒流量制限手段に指令する。次いで、冷媒流量制限手段が、指令された制限値となるように、燃料電池スタックへの冷媒流量を制限する。
According to such a fuel cell system, the reaction state estimation means is based on the reaction state of the fuel cell stack, that is, in the embodiment described later, the temperature, the voltage, the IV characteristic, and the potential difference between the average cell voltage and the minimum cell voltage. Thus, the reaction state of the fuel cell (the progress of warm-up) is estimated.
Then, the limit value changing means changes the limit value of the flow rate of the refrigerant supplied to the fuel cell stack based on the estimated reaction state of the fuel cell stack so that overheating of the fuel cell stack is prevented. Then, the refrigerant flow restriction means is commanded to restrict the refrigerant flow path with the changed restriction value. Next, the refrigerant flow rate limiting means limits the refrigerant flow rate to the fuel cell stack so that the commanded limit value is reached.

このようにして、燃料電池の反応状態に基づいて、冷媒流量の制限値が変更(設定)され、これに従って、冷媒流量が制限されるので、燃料電池スタックが局部的に過加熱状態になることを防止することができる。   In this way, the limit value of the refrigerant flow rate is changed (set) based on the reaction state of the fuel cell, and the refrigerant flow rate is limited accordingly, so that the fuel cell stack is locally overheated. Can be prevented.

また、前記冷媒循環手段は、前記燃料電池スタックの発電電力により作動し、冷媒を圧送する冷媒ポンプを備え、前記冷媒流量制限手段は、通流する冷媒が受ける圧力損失を調整する圧力損失調整部を備え、前記燃料電池スタックに供給される冷媒を制限するべく、前記圧力損失調整部が圧力損失を高めている場合、前記冷媒ポンプはその回転数を高め、その消費電力を高めることを特徴とする燃料電池システムである。   The refrigerant circulation means includes a refrigerant pump that is operated by the generated power of the fuel cell stack and pumps the refrigerant, and the refrigerant flow restriction means adjusts a pressure loss received by the flowing refrigerant. When the pressure loss adjustment unit increases the pressure loss so as to limit the refrigerant supplied to the fuel cell stack, the refrigerant pump increases its rotational speed and increases its power consumption. This is a fuel cell system.

このような燃料電池システムによれば、燃料電池スタックに供給される冷媒を制限するべく、圧力損失調整部が圧力損失を高めている場合、冷媒ポンプはその回転数を高め、その消費電力を高めることにより、燃料電池スタックの発電電力を増加させることができる。これにより、発電に伴う燃料電池スタックの自己発熱量を高め、燃料電池スタックの暖機を促進することができる。
なお、圧力損失を高める程度(後記する実施形態ではバタフライ弁の開度)は、冷媒ポンプの回転数を変更しない場合における圧力損失よりも高めに設定すると共に、冷媒が冷媒流量制限手段(圧力損失調整部)を通過しにくくなることに対応して、冷媒ポンプの回転数を高めることが好ましい。
According to such a fuel cell system, when the pressure loss adjusting unit increases the pressure loss so as to limit the refrigerant supplied to the fuel cell stack, the refrigerant pump increases its rotational speed and increases its power consumption. As a result, the power generated by the fuel cell stack can be increased. Thereby, the self-heating amount of the fuel cell stack accompanying power generation can be increased, and warming up of the fuel cell stack can be promoted.
It should be noted that the degree of increasing the pressure loss (the opening degree of the butterfly valve in the embodiment described later) is set higher than the pressure loss when the number of revolutions of the refrigerant pump is not changed, and the refrigerant is limited to the refrigerant flow restriction means (pressure loss). It is preferable to increase the rotational speed of the refrigerant pump in response to the difficulty of passing through the adjusting unit).

また、システム起動時に前記燃料電池スタック内を反応ガスに置換する反応ガス置換手段を備え、前記反応状態推定手段は、前記反応ガス置換手段による反応ガスの置換時における前記燃料電池スタックの電圧に基づいて、前記燃料電池スタックの反応状態を推定することを特徴とする燃料電池システムである。   The system further includes a reaction gas replacement unit that replaces the inside of the fuel cell stack with a reaction gas when the system is started up. The reaction state estimation unit is based on the voltage of the fuel cell stack when the reaction gas is replaced by the reaction gas replacement unit. The fuel cell system is characterized by estimating a reaction state of the fuel cell stack.

このような燃料電池システムによれば、反応状態推定手段は、反応ガス置換手段による反応ガスの置換時における燃料電池スタックの電圧に基づいて、燃料電池スタックの反応状態を推定することができる。
ここで、燃料電池スタックの温度が暖機完了温度未満であっても、例えば、燃料電池スタックが新しく、電極反応が好適に進み、良好な電圧が出力される場合がある。したがって、このような場合でも、反応状態推定手段が、出力された電圧に基づいて、燃料電池スタックの反応状態を推定し、制限値変更手段が、これに基づいて冷媒流量の制限値を変更し、適切に冷媒を供給することができる。
According to such a fuel cell system, the reaction state estimation means can estimate the reaction state of the fuel cell stack based on the voltage of the fuel cell stack when the reaction gas is replaced by the reaction gas replacement means.
Here, even if the temperature of the fuel cell stack is lower than the warm-up completion temperature, for example, the fuel cell stack is new, the electrode reaction proceeds favorably, and a good voltage may be output. Therefore, even in such a case, the reaction state estimating means estimates the reaction state of the fuel cell stack based on the output voltage, and the limit value changing means changes the refrigerant flow rate limit value based on this. The refrigerant can be supplied appropriately.

また、前記反応状態推定手段は、前記燃料電池スタックの電圧−電流特性(IV特性)に基づいて、前記燃料電池スタックの反応状態を推定することを特徴とする燃料電池システムである。   The reaction state estimation means estimates the reaction state of the fuel cell stack based on a voltage-current characteristic (IV characteristic) of the fuel cell stack.

このような燃料電池システムによれば、反応状態推定手段は、燃料電池スタックの電圧−電流特性(IV特性)に基づいて、燃料電池スタックの反応状態を推定することができる。
ここで、燃料電池スタックの温度が暖機完了温度未満であっても、例えば、燃料電池スタックが新しく、電極反応が好適に進み、良好なIV特性が得られる場合がある。したがって、このような場合でも、反応状態推定手段が、IV特性に基づいて、燃料電池スタックの反応状態を推定し、制限値変更手段が、これに基づいて冷媒流量の制限値を変更し、適切に冷媒を供給することができる。
According to such a fuel cell system, the reaction state estimation means can estimate the reaction state of the fuel cell stack based on the voltage-current characteristic (IV characteristic) of the fuel cell stack.
Here, even if the temperature of the fuel cell stack is lower than the warm-up completion temperature, for example, the fuel cell stack is new, the electrode reaction proceeds favorably, and good IV characteristics may be obtained. Therefore, even in such a case, the reaction state estimating means estimates the reaction state of the fuel cell stack based on the IV characteristics, and the limit value changing means changes the limit value of the refrigerant flow rate based on this, and appropriately It is possible to supply a refrigerant.

また、前記反応状態推定手段は、前記燃料電池スタックを構成する複数の単セルから求められる所定電圧(後記する実施形態では平均セル電圧V21)と、最低セル電圧(V22)との電圧差(ΔV21)に基づいて、前記燃料電池スタックの反応状態を推定する燃料電池システムである。   Further, the reaction state estimation means is configured to provide a voltage difference (ΔV21) between a predetermined voltage (average cell voltage V21 in the embodiment described later) and a minimum cell voltage (V22) obtained from a plurality of single cells constituting the fuel cell stack. ) To estimate the reaction state of the fuel cell stack.

このような燃料電池システムによれば、反応状態推定手段は、複数の単セルから求められる所定電圧と最低セル電圧との電圧差に基づいて、燃料電池スタックの反応状態を推定することができる。
ここで、一般に、燃料電池スタックの暖機が進み、燃料電池スタックの温度が高くなると、所定電圧と最低セル電圧との電圧差が小さくなり、燃料電池スタックの発電が安定する。したがって、反応状態推定手段が、前記電圧差に基づいて、燃料電池スタックの反応状態を推定し、制限値変更手段が、これに基づいて、冷媒流量の制限値を変更し、適切に冷媒を供給することができる。
According to such a fuel cell system, the reaction state estimation means can estimate the reaction state of the fuel cell stack based on the voltage difference between the predetermined voltage obtained from the plurality of single cells and the minimum cell voltage.
Here, in general, when the warm-up of the fuel cell stack progresses and the temperature of the fuel cell stack increases, the voltage difference between the predetermined voltage and the minimum cell voltage decreases, and the power generation of the fuel cell stack is stabilized. Therefore, the reaction state estimation means estimates the reaction state of the fuel cell stack based on the voltage difference, and the limit value changing means changes the refrigerant flow rate limit value based on this, and supplies the refrigerant appropriately. can do.

本発明によれば、燃料電池スタックが局部的に過加熱状態となることを防止する燃料電池システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system that prevents the fuel cell stack from being overheated locally.

以下、本発明の一実施形態について、図1から図10を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

≪燃料電池システム≫
図1に示す燃料電池システム1は、図示しない燃料電池自動車(移動体)に搭載されている。燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、セル電圧モニタ15と、燃料電池スタック10のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池スタック10のカソードに対して空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、燃料電池スタック10を経由するように冷媒(ラジエータ液)を循環させる冷媒循環系(冷媒循環手段)と、燃料電池スタック10の発電電力を消費する電力消費系と、IG61(イグニッション)と、これらを電子制御するECU70(Electronic Control Unit、電子制御装置)と、を備えている。
≪Fuel cell system≫
A fuel cell system 1 shown in FIG. 1 is mounted on a fuel cell vehicle (mobile body) (not shown). The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, a cell voltage monitor 15, an anode system that supplies and discharges hydrogen (fuel gas and reactive gas) to and from the anode of the fuel cell stack 10, and a cathode of the fuel cell stack 10. On the other hand, a cathode system that supplies and discharges air (oxidant gas, reaction gas), a refrigerant circulation system (refrigerant circulation means) that circulates refrigerant (radiator liquid) through the fuel cell stack 10, and the fuel cell stack 10 A power consumption system that consumes the generated power, an IG 61 (ignition), and an ECU 70 (Electronic Control Unit) that electronically controls these are provided.

<燃料電池スタック>
燃料電池スタック10は、複数(例えば200〜400枚)の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、MEAと、これを挟む2枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。MEAは、1価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。
<Fuel cell stack>
The fuel cell stack 10 is a stack formed by stacking a plurality of (for example, 200 to 400) solid polymer type single cells, and the plurality of single cells are electrically connected in series. The single cell includes an MEA and two conductive separators sandwiching the MEA. The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a monovalent cation exchange membrane or the like, and an anode and a cathode sandwiching the electrolyte membrane.

アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒(Pt、Ru等)を含んでいる。   The anode and cathode are mainly composed of a conductive porous material such as carbon paper, and contain a catalyst (Pt, Ru, etc.) for causing an electrode reaction in the anode and cathode.

各セパレータには、各MEAの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路11(燃料ガス流路)、カソード流路12(酸化剤ガス流路)として機能している。そして、アノード流路11を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路12を介して各カソードに空気が供給されると、電極反応が起こり、各単セルでOCV(Open Circuit Voltage)、開回路電圧)が発生するようになっている。
次いで、このようにOCVが発生した状態で、燃料電池スタック10が走行モータ51等に電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック10が発電するようになっている。
Each separator is formed with a groove for supplying hydrogen or air to the entire surface of each MEA, and through holes for supplying and discharging hydrogen or air to all single cells. It functions as a channel 11 (fuel gas channel) and a cathode channel 12 (oxidant gas channel). Then, when hydrogen is supplied to each anode via the anode flow path 11 and air is supplied to each cathode via the cathode flow path 12, an electrode reaction occurs, and an OCV (Open Circuit Voltage) in each single cell, Open circuit voltage).
Next, when the OCV is generated in this way, the fuel cell stack 10 is electrically connected to the traveling motor 51 and the like, and when the current is taken out, the fuel cell stack 10 generates power.

また、各セパレータには、燃料電池スタック10を冷却するための冷媒が通流する冷媒流路13を構成する溝、貫通孔が形成されている。そして、冷媒は、1つの入口から燃料電池スタック10の積層方向に流れる共に、各単セルの冷媒流路13に分配供給されるようになっている。また、各単セルの冷媒流路13から冷媒は、積層方向で流れつつ集合した後、1つの出口から外部に排出されるようになっている。   Each separator is formed with a groove and a through-hole that constitute a refrigerant flow path 13 through which a refrigerant for cooling the fuel cell stack 10 flows. The refrigerant flows from one inlet in the stacking direction of the fuel cell stack 10 and is distributed and supplied to the refrigerant flow path 13 of each single cell. In addition, the refrigerant is collected from the refrigerant flow path 13 of each single cell while flowing in the stacking direction, and then discharged from one outlet to the outside.

<セル電圧モニタ>
セル電圧モニタ15は、燃料電池スタック10を構成する複数の単セル毎の電圧(セル電圧)を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備えている。
<Cell voltage monitor>
The cell voltage monitor 15 is a device that detects a voltage (cell voltage) for each of a plurality of single cells constituting the fuel cell stack 10, and includes a monitor main body and a wire harness that connects the monitor main body and each single cell. ing.

モニタ本体は、所定周期で全単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧を検出し、平均セル電圧V21(所定電圧)、最低セル電圧V22、平均セル電圧V21と最低セル電圧V22との電圧差ΔV21(V21−V22)を算出するようになっている。そして、モニタ本体は、電圧差ΔV21をECU70に出力するようになっている。   The monitor main body scans all single cells in a predetermined cycle, detects the cell voltage of each single cell, and calculates the average cell voltage V21 (predetermined voltage), the lowest cell voltage V22, and the average cell voltage V21 and the lowest cell voltage V22. The difference ΔV21 (V21−V22) is calculated. The monitor body outputs the voltage difference ΔV21 to the ECU 70.

<アノード系>
アノード系は、水素タンク21と、遮断弁22とを備えている。
水素タンク21は、配管21a、遮断弁22、配管22aを介して、アノード流路11の入口に接続されている。そして、ECU70からの指令によって遮断弁22が開かれると、水素が、水素タンク21から、遮断弁22等を経由して、アノード流路11に供給されるようになっている。
アノード流路11の出口は、配管22bに接続されており、アノード流路11から排出されたアノードオフガスは、配管22bを介して、外部に排出されるようになっている。
<Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank 21 and a shutoff valve 22.
The hydrogen tank 21 is connected to the inlet of the anode flow path 11 via a pipe 21a, a shutoff valve 22, and a pipe 22a. Then, when the shutoff valve 22 is opened by a command from the ECU 70, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 21 to the anode flow path 11 via the shutoff valve 22 and the like.
The outlet of the anode flow path 11 is connected to a pipe 22b, and the anode off gas discharged from the anode flow path 11 is discharged to the outside through the pipe 22b.

<カソード系>
カソード系は、コンプレッサ31を備えている。
コンプレッサ31は、配管31aを介して、カソード流路12の入口に接続されている。そして、ECU70の指令に従ってコンプレッサ31が作動すると、酸素を含む空気が取り込まれ、カソード流路12に供給されるようになっている。また、配管31aには加湿器(図示しない)が設けられており、カソード流路12に供給される空気が適宜に加湿されるようになっている。
なお、コンプレッサ31と、後記する冷媒ポンプ41とは、その動力源となるモータMを共有しており、システム構成の簡略化が図られている。すなわち、モータMの出力軸周りには、コンプレッサ31の羽根車と、冷媒ポンプ41の羽根車とが取り付けられている。
<Cathode system>
The cathode system includes a compressor 31.
The compressor 31 is connected to the inlet of the cathode channel 12 via a pipe 31a. When the compressor 31 is operated in accordance with a command from the ECU 70, air containing oxygen is taken in and supplied to the cathode channel 12. Further, the pipe 31a is provided with a humidifier (not shown) so that the air supplied to the cathode channel 12 is appropriately humidified.
Note that the compressor 31 and a refrigerant pump 41 described later share a motor M serving as a power source, thereby simplifying the system configuration. That is, the impeller of the compressor 31 and the impeller of the refrigerant pump 41 are attached around the output shaft of the motor M.

カソード流路12の出口は、配管31bに接続されており、カソード流路12から排出されたカソードオフガスが、配管31bを介して外部に排出されるようになっている。   The outlet of the cathode channel 12 is connected to the pipe 31b, and the cathode off gas discharged from the cathode channel 12 is discharged to the outside through the pipe 31b.

<冷媒循環系>
冷媒循環系は、燃料電池スタック10の冷媒流路13を経由するように冷媒(冷却水、ラジエータ液)を循環させる系であり、冷媒ポンプ41と、バタフライ弁42(冷媒流量制限手段)と、冷媒を放熱させるラジエータ43(放熱器)と、温度センサ44とを備えている。
<Refrigerant circulation system>
The refrigerant circulation system is a system that circulates refrigerant (cooling water, radiator liquid) so as to pass through the refrigerant flow path 13 of the fuel cell stack 10, and includes a refrigerant pump 41, a butterfly valve 42 (refrigerant flow restriction means), A radiator 43 (heat radiator) for radiating the refrigerant and a temperature sensor 44 are provided.

冷媒ポンプ41は、冷媒を圧送する装置であり、その動力源であるモータMは、コンタクタ53等を介して燃料電池スタック10と、バッテリ52とに接続されている。モータMは、ECU70の指令に従って、燃料電池スタック10及び/又はバッテリ52を電源として、作動するようになっている。すなわち、冷媒ポンプ41は、燃料電池スタック10の発電電力及び/又はバッテリ52の充電電力により作動する。   The refrigerant pump 41 is a device that pumps the refrigerant, and a motor M that is a power source thereof is connected to the fuel cell stack 10 and the battery 52 via a contactor 53 and the like. The motor M operates with the fuel cell stack 10 and / or the battery 52 as a power source in accordance with a command from the ECU 70. That is, the refrigerant pump 41 is operated by the generated power of the fuel cell stack 10 and / or the charging power of the battery 52.

冷媒ポンプ41の吐出口は、配管41a、バタフライ弁42、配管42aを介して、冷媒流路13の入口に接続されている。冷媒流路13の出口は、配管43a、ラジエータ43、配管43bを介して、冷媒ポンプ41の吸引口に接続されている。
そして、冷媒ポンプ41が作動すると、冷媒が、バタフライ弁42、冷媒流路13及びラジエータ43を経由して循環するようになっている。
The discharge port of the refrigerant pump 41 is connected to the inlet of the refrigerant flow path 13 via the pipe 41a, the butterfly valve 42, and the pipe 42a. The outlet of the refrigerant flow path 13 is connected to the suction port of the refrigerant pump 41 via the pipe 43a, the radiator 43, and the pipe 43b.
When the refrigerant pump 41 is activated, the refrigerant circulates via the butterfly valve 42, the refrigerant flow path 13, and the radiator 43.

バタフライ弁42は、その弁体(圧力損失調整部)の開度を調整することで、冷媒循環系を通流する冷媒、詳細には冷媒流路13に供給される冷媒が受ける圧力損失を調整し、冷媒流路13に供給される冷媒の流量を制限する冷媒流量制限手段である。すなわち、バタフライ弁42の弁体の開度が、例えば小さくなると、通流する冷媒が受ける圧力損失が高まり、冷媒流路13への冷媒の流量が減ずるようになっている。
また、バタフライ弁42は、ECU70と接続されており、ECU70によって、その開度が適宜に制御されるようになっている。
The butterfly valve 42 adjusts the pressure loss received by the refrigerant flowing through the refrigerant circulation system, specifically, the refrigerant supplied to the refrigerant flow path 13 by adjusting the opening degree of the valve body (pressure loss adjusting unit). And a refrigerant flow rate limiting means for limiting the flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant flow path 13. That is, when the opening degree of the valve body of the butterfly valve 42 becomes small, for example, the pressure loss received by the flowing refrigerant increases, and the flow rate of the refrigerant to the refrigerant flow path 13 decreases.
The butterfly valve 42 is connected to the ECU 70, and the opening degree of the butterfly valve 42 is appropriately controlled by the ECU 70.

温度センサ44(温度検出手段)は、配管43aの冷媒流路13寄りに配置されている。ここで、配管43a内の温度は、冷媒流路13の温度、つまり、燃料電池スタック10の現在の温度T11に略等しいとし、温度センサ44が燃料電池スタック10の現在の温度T11を検出するとする。そして、温度センサ44は、検出した燃料電池スタック10の現在の温度T11を、ECU70に出力するようになっている。   The temperature sensor 44 (temperature detection means) is disposed near the refrigerant flow path 13 of the pipe 43a. Here, it is assumed that the temperature in the pipe 43a is substantially equal to the temperature of the refrigerant flow path 13, that is, the current temperature T11 of the fuel cell stack 10, and the temperature sensor 44 detects the current temperature T11 of the fuel cell stack 10. . The temperature sensor 44 outputs the detected current temperature T11 of the fuel cell stack 10 to the ECU 70.

<電力消費系>
電力消費系は、燃料電池自動車の動力源となる走行モータ51(外部負荷)と、電力を充放電するバッテリ52と、ON/OFFスイッチであるコンタクタ53と、出力検出器54とを備えている。
<Power consumption system>
The power consumption system includes a travel motor 51 (external load) that is a power source of the fuel cell vehicle, a battery 52 that charges and discharges power, a contactor 53 that is an ON / OFF switch, and an output detector 54. .

走行モータ51は、コンタクタ53、出力検出器54を介して、燃料電池スタック10の出力端子(図示しない)に接続されている。
そして、燃料電池スタック10において所定のOCVが発生している状態で、ECU70によりコンタクタ53がONされ、燃料電池スタック10の出力を制御する図示しないVCU(Voltage Control Unit)がECU70により適宜に制御されると、燃料電池スタック10から電流が取り出され、燃料電池スタック10が発電するようになっている。
一方、コンタクタ53がOFFされると、燃料電池スタック10と走行モータ51等との電気的接続が遮断され、燃料電池スタック10の発電が停止するようになっている。
The travel motor 51 is connected to an output terminal (not shown) of the fuel cell stack 10 via a contactor 53 and an output detector 54.
Then, in a state where a predetermined OCV is generated in the fuel cell stack 10, the contactor 53 is turned on by the ECU 70, and a VCU (Voltage Control Unit) (not shown) for controlling the output of the fuel cell stack 10 is appropriately controlled by the ECU 70. Then, a current is taken out from the fuel cell stack 10 and the fuel cell stack 10 generates power.
On the other hand, when the contactor 53 is turned off, the electrical connection between the fuel cell stack 10 and the travel motor 51 is cut off, and the power generation of the fuel cell stack 10 is stopped.

出力検出器54は、燃料電池スタック10において現在出力されている電圧V11(OCVを含む)及び電流A11を検出する機器であり、電圧センサ及び電流センサを備えている。電圧センサは電圧V11を、電流センサは電流A11を、それぞれ検出可能なように適所に配置されている。
そして、出力検出器54は、検出した電圧V11及び電流A11を、ECU70に出力するようになっている。
The output detector 54 is a device that detects a voltage V11 (including OCV) and a current A11 that are currently output in the fuel cell stack 10, and includes a voltage sensor and a current sensor. The voltage sensor is arranged at an appropriate position so that the voltage V11 can be detected, and the current sensor can detect the current A11.
The output detector 54 outputs the detected voltage V11 and current A11 to the ECU 70.

バッテリ52は、走行モータ51とコンタクタ53と間で、コンタクタ53に対して、走行モータ51と並列で接続されており、燃料電池スタック10の余剰電力を充電したり、燃料電池スタック10をアシストするようになっている。
その他、走行モータ51とコンタクタ53との間には、高圧電力を降圧するDC/DCコンバータ(図示しない)が接続されている。そして、遮断弁22、ECU70等は、この降圧された電力により作動するようになっている。
The battery 52 is connected between the traveling motor 51 and the contactor 53 in parallel to the traveling motor 51 with respect to the contactor 53, and charges the surplus power of the fuel cell stack 10 or assists the fuel cell stack 10. It is like that.
In addition, a DC / DC converter (not shown) that reduces high-voltage power is connected between the traveling motor 51 and the contactor 53. The shut-off valve 22, the ECU 70, and the like are operated by this reduced power.

<IG>
IG61は、燃料電池自動車及び燃料電池システム1の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、IG61はECU70と接続されており、ECU70はIG61のON/OFF信号を検知するようになっている。
<IG>
The IG 61 is a start switch for the fuel cell vehicle and the fuel cell system 1 and is provided around the driver's seat. Moreover, IG61 is connected with ECU70, ECU70 detects the ON / OFF signal of IG61.

<ECU>
ECU70は、燃料電池システム1を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種処理を実行するようになっている。
<ECU>
The ECU 70 is a control device that electronically controls the fuel cell system 1 and includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like, and exhibits various functions according to programs stored therein. However, various processes are executed.

<ECU−反応状態推定機能>
ECU70(反応状態推定手段)は、燃料電池スタック10の反応状態を推定する機能、つまり、燃料電池スタック10の温度T11、電圧V11、IV特性及び平均セル電圧V21と最低セル電圧V22との電位差ΔV21に基づいて、燃料電池スタック10の暖機の程度が、これに供給される冷媒の流量の制限を変更すべき程度であるか否かを推定する機能を備えている。
<ECU-Reaction state estimation function>
The ECU 70 (reaction state estimation means) functions to estimate the reaction state of the fuel cell stack 10, that is, the temperature T11, voltage V11, IV characteristics of the fuel cell stack 10, and the potential difference ΔV21 between the average cell voltage V21 and the minimum cell voltage V22. Based on the above, the fuel cell stack 10 has a function of estimating whether or not the degree of warm-up of the fuel cell stack 10 should be the degree to which the restriction on the flow rate of the refrigerant supplied to the fuel cell stack 10 should be changed.

<ECU−制限値変更機能>
ECU70(制限値変更手段)は、推定された燃料電池スタック10の反応状態、つまり、燃料電池スタック10の暖機の程度に基づいて、冷媒流路13への冷媒の流量の制限値を変更し、この変更された制限値で制限するように、冷媒ポンプ41及びバタフライ弁42に指令する機能を備えている。
<ECU-Limit value change function>
The ECU 70 (limit value changing means) changes the limit value of the refrigerant flow rate to the refrigerant flow path 13 based on the estimated reaction state of the fuel cell stack 10, that is, the degree of warm-up of the fuel cell stack 10. In addition, the refrigerant pump 41 and the butterfly valve 42 are instructed to be limited by the changed limit value.

<ECU−暖機完了判定、冷媒流量制限解除機能>
ECU70は、燃料電池スタック10の現在の温度T11と、暖機完了温度T3(例えば80℃)とに基づいて、燃料電池スタック10の暖機が完了したか否かを判定し、暖機は完了したと判定された場合、バタフライ弁42による冷媒流路13への冷媒流量制限を解除する機能を備えている。すなわち、燃料電池システム1では、燃料電池スタック10の温度T11が、暖機完了温度T3以上である場合、冷媒流量の制限が解除される設定となっている。言い換えると、燃料電池スタック10の温度T11が、暖機完了温度T3未満である場合、冷媒流量の制限が実行される設定となっている。
なお、暖機完了温度T3は、アノード等に含まれる触媒の種類等に依存し、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。また、暖機完了温度T3と、後記する冷媒流量変更温度T2(例えば30℃)、低温起動開始温度T1(例えば0℃)との関係は、「T1<T2<T3」となる。
<ECU—Warm-up completion determination, refrigerant flow rate restriction release function>
The ECU 70 determines whether or not the warm-up of the fuel cell stack 10 is completed based on the current temperature T11 of the fuel cell stack 10 and the warm-up completion temperature T3 (for example, 80 ° C.), and the warm-up is completed. When it is determined that the refrigerant flow rate has been determined, the function of releasing the restriction on the refrigerant flow rate to the refrigerant flow path 13 by the butterfly valve 42 is provided. That is, in the fuel cell system 1, when the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is equal to or higher than the warm-up completion temperature T3, the refrigerant flow rate restriction is set to be released. In other words, when the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is lower than the warm-up completion temperature T3, the refrigerant flow rate is limited.
The warm-up completion temperature T3 depends on the type of catalyst included in the anode or the like, is determined by a preliminary test or the like, and is stored in the ECU 70 in advance. Further, the relationship between the warm-up completion temperature T3, the refrigerant flow rate changing temperature T2 (for example, 30 ° C.), and the low-temperature starting start temperature T1 (for example, 0 ° C.) is “T1 <T2 <T3”.

≪燃料電池システムの動作≫
次に、図2、図3を主に参照して、燃料電池システム1の動作を、ECU70に設定されたプログラム(フローチャート)の流れと共に説明する。
なお、IG61がONされると、図2のフローチャートに示す処理がスタートする。また、IG61のON前(初期状態)において、遮断弁22は閉じられ、コンプレッサ31及び冷媒ポンプ41は停止し、コンタクタ53はOFFされており、燃料電池スタック10の発電は停止している。
≪Operation of fuel cell system≫
Next, with reference mainly to FIGS. 2 and 3, the operation of the fuel cell system 1 will be described together with the flow of a program (flow chart) set in the ECU 70.
When the IG 61 is turned on, the process shown in the flowchart of FIG. 2 starts. Further, before the IG 61 is turned on (initial state), the shutoff valve 22 is closed, the compressor 31 and the refrigerant pump 41 are stopped, the contactor 53 is turned off, and the power generation of the fuel cell stack 10 is stopped.

ステップS101において、ECU70は、燃料電池システム1を起動するに際し、燃料電池スタック10の暖機を促進するため、低温起動する必要があるか否かを判定する。
具体的には、燃料電池スタック10の現在の温度T11が、低温起動開始温度T1以下であるか否かを判定する。低温起動開始温度T1は、燃料電池スタック10内が凍結している虞があり、低温起動し、暖機をする必要があると判断される温度(例えば0℃)である。なお、低温起動開始温度T1は、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。
In step S101, when starting the fuel cell system 1, the ECU 70 determines whether or not it is necessary to start the fuel cell stack 10 at a low temperature in order to promote warm-up of the fuel cell stack 10.
Specifically, it is determined whether or not the current temperature T11 of the fuel cell stack 10 is equal to or lower than the low temperature start start temperature T1. The low temperature start start temperature T1 is a temperature (for example, 0 ° C.) at which it is determined that there is a possibility that the fuel cell stack 10 is frozen and it is necessary to start up at a low temperature and warm up. The low temperature start start temperature T1 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 70 in advance.

燃料電池スタック10の現在の温度T11が、低温起動開始温度T1以下である場合(S101・Yes)、低温起動する必要があると判定し、ECU70の処理はステップS102に進む。一方、燃料電池スタック10の現在の温度T11が低温起動開始温度T1以下でない場合(S101・No)、低温起動する必要はないと判定し、ECU70の処理はステップS110に進む。   When the current temperature T11 of the fuel cell stack 10 is equal to or lower than the low temperature start start temperature T1 (S101 / Yes), it is determined that the low temperature start is necessary, and the processing of the ECU 70 proceeds to step S102. On the other hand, if the current temperature T11 of the fuel cell stack 10 is not equal to or lower than the low temperature start temperature T1 (No in S101), it is determined that there is no need to start at low temperature, and the processing of the ECU 70 proceeds to step S110.

ステップS102において、ECU70は、燃料電池スタック10の暖機を促進するため、燃料電池システム1の低温起動モードでの制御を開始する。
具体的には、ECU70は、遮断弁22を開き、水素タンク21(反応ガス置換手段)からアノード流路11に水素を供給する。また、モータM(コンプレッサ31、冷媒ポンプ41)を作動させ、コンプレッサ31(反応ガス置換手段)からカソード流路12に空気を供給すると共に、冷媒を循環させる。これにより、アノード流路11は水素に、カソード流路12は空気にそれぞれ置換され始める。このとき、モータMの回転数は、後記するステップS110における通常起動モードでのモータMの回転数よりも高めに設定される。これにより、燃料電池スタック10のカソードには、通常起動モードにおける通常流量よりも多流量・高圧で空気が供給される。
In step S102, the ECU 70 starts control of the fuel cell system 1 in the low temperature startup mode in order to promote warm-up of the fuel cell stack 10.
Specifically, the ECU 70 opens the shut-off valve 22 and supplies hydrogen from the hydrogen tank 21 (reactive gas replacement means) to the anode flow path 11. Further, the motor M (compressor 31, refrigerant pump 41) is operated to supply air from the compressor 31 (reaction gas replacement means) to the cathode flow path 12 and to circulate the refrigerant. As a result, the anode channel 11 starts to be replaced with hydrogen and the cathode channel 12 starts to be replaced with air. At this time, the rotational speed of the motor M is set higher than the rotational speed of the motor M in the normal startup mode in step S110 described later. As a result, air is supplied to the cathode of the fuel cell stack 10 at a higher flow rate and higher pressure than the normal flow rate in the normal startup mode.

さらに、ECU70は、バタフライ弁42の開度を、後記するステップS110における通常起動モード用の開度(通常起動用開度)よりも小さい、低温起動モード用の開度(低温起動用開度)に設定する。これにより、冷媒流路13への冷媒の流量は、通常起動モード時よりも少ない流量に制御され、自己発熱による燃料電池スタック10の暖機が促進される。   Further, the ECU 70 opens the butterfly valve 42 at an opening for the low temperature starting mode (opening for the low temperature starting) smaller than the opening for the normal starting mode (the opening for normal starting) in Step S110 described later. Set to. As a result, the flow rate of the refrigerant to the refrigerant flow path 13 is controlled to be lower than that in the normal startup mode, and warming up of the fuel cell stack 10 by self-heating is promoted.

ステップS103において、ECU70は、燃料電池スタック10の現在の温度T11が、冷媒流量変更温度T2未満であるか否かを判定する(図4参照)。
冷媒流量変更温度T2は、燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3未満であるものの、この冷媒流量変更温度T2以上であれば、バタフライ弁42の開度を、低温起動用開度から通常起動用開度に変更し(広げ)、冷媒流路13への冷媒流量を増加(変更)したとしても、その後における燃料電池スタック10の自己発熱によって、燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3に、多大な時間を要せずに上昇すると推定される温度に設定される。なお、このような冷媒流量変更温度T2は、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。
In step S103, the ECU 70 determines whether or not the current temperature T11 of the fuel cell stack 10 is lower than the refrigerant flow rate changing temperature T2 (see FIG. 4).
Although the refrigerant flow rate change temperature T2 is equal to or higher than the refrigerant flow rate change temperature T2 when the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is lower than the warm-up completion temperature T3, the opening degree of the butterfly valve 42 is changed from the low temperature start-up opening degree. Even if it is changed to the normal starting opening (expanded) and the refrigerant flow rate to the refrigerant flow path 13 is increased (changed), the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is warmed up by the subsequent self-heating of the fuel cell stack 10. The completion temperature T3 is set to a temperature that is estimated to rise without requiring much time. Note that such a refrigerant flow rate changing temperature T2 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 70 in advance.

そして、燃料電池スタック10の現在の温度T11が、冷媒流量変更温度T2未満であると判定された場合(S103・Yes)、ECU70の処理はステップS104に進む。一方、現在の温度T11が、冷媒流量変更温度T2未満でないと判定された場合(S103・No)、ECU70の処理はステップS111に進む。   When it is determined that the current temperature T11 of the fuel cell stack 10 is lower than the refrigerant flow rate changing temperature T2 (S103 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S104. On the other hand, when it is determined that the current temperature T11 is not less than the refrigerant flow rate changing temperature T2 (S103, No), the process of the ECU 70 proceeds to step S111.

ステップS104において、ECU70は、水素及び空気の置換中における燃料電池スタック10の現在の電圧V11(OCV)が、冷媒流量変更電圧V1未満であるか否かを判定する(図5参照)。
冷媒流量変更電圧V1は、燃料電池スタック10の現在の電圧V11が、この冷媒流量変更電圧V1以上であれば、バタフライ弁42の開度を、低温起動用開度から通常起動用開度に変更し(広げ)、冷媒流路13への冷媒流量を増加(変更)したとしても、その後における燃料電池スタック10の自己発熱によって、燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3に、多大な時間を要せずに上昇すると推定される電圧に設定される。なお、このような冷媒流量変更電圧V1は、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。
In step S104, the ECU 70 determines whether or not the current voltage V11 (OCV) of the fuel cell stack 10 during the replacement of hydrogen and air is less than the refrigerant flow rate changing voltage V1 (see FIG. 5).
If the current voltage V11 of the fuel cell stack 10 is equal to or higher than the refrigerant flow rate change voltage V1, the refrigerant flow rate change voltage V1 changes the opening degree of the butterfly valve 42 from the low temperature start-up opening degree to the normal start-up opening degree. However, even if the refrigerant flow rate to the refrigerant flow path 13 is increased (changed), the temperature T11 of the fuel cell stack 10 increases to the warm-up completion temperature T3 due to the subsequent self-heating of the fuel cell stack 10. It is set to a voltage estimated to rise without taking time. Note that such a refrigerant flow rate changing voltage V1 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 70 in advance.

そして、燃料電池スタック10の現在の電圧V11が、冷媒流量変更電圧V1未満であると判定された場合(S104・Yes)、ECU70の処理はステップS200に進む。一方、現在の電圧V11が、冷媒流量変更電圧V1未満でないと判定された場合(S104・No)、ECU70の処理はステップS111に進む。   When it is determined that the current voltage V11 of the fuel cell stack 10 is less than the refrigerant flow rate change voltage V1 (Yes in S104), the process of the ECU 70 proceeds to step S200. On the other hand, when it is determined that the current voltage V11 is not less than the refrigerant flow rate changing voltage V1 (S104, No), the process of the ECU 70 proceeds to step S111.

ステップS200において、ECU70は、冷媒流路13に供給される冷媒の流量を、低温用起動用に制限、つまり、バタフライ弁42の開度を低温起動用に設定する。
具体的には、ECU70の処理は図3のステップS201に進み、ステップS201において、ECU70は、バタフライ弁42を閉方向に制御し、その開度を小さくする。このとき、バタフライ弁42は、燃料電池スタック10の現在の温度T11、電圧V11(OCV)、IG61のONからの時間t、及び、電圧差ΔV21(V21−V22)と、図8、図9のマップとに基づいて制御される。詳細には、図8、図9に示すように、現在の温度T11が低く、電圧V11が低く、IG61のONからの時間tが短く、電圧差ΔV21が大きいほど、バタフライ弁42の開度が小さくなるように制御される。
In step S200, the ECU 70 limits the flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant flow path 13 for low temperature activation, that is, sets the opening degree of the butterfly valve 42 for low temperature activation.
Specifically, the processing of the ECU 70 proceeds to step S201 in FIG. 3, and in step S201, the ECU 70 controls the butterfly valve 42 in the closing direction to reduce its opening. At this time, the butterfly valve 42 has a current temperature T11 of the fuel cell stack 10, a voltage V11 (OCV), a time t from turning on the IG 61, and a voltage difference ΔV21 (V21−V22), as shown in FIGS. Control based on the map. Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, the opening of the butterfly valve 42 increases as the current temperature T11 is lower, the voltage V11 is lower, the time t from when the IG 61 is turned on is shorter, and the voltage difference ΔV21 is larger. It is controlled to be smaller.

ステップS202において、ECU70は、ステップS201における閉方向への制御後のバタフライ弁42の開度と、図10のマップとに基づいて、モータM(冷媒ポンプ41)の回転数を増加させる。詳細には、図10に示すように、バタフライ弁42の開度が小さいほど、モータMの回転数が高くなるように制御される。このとき、バタフライ弁42の開度の閉方向への制御前後で、冷媒流路13への冷媒流量が変化しないように、モータMの回転数が高められる。これにより、モータM(冷媒ポンプ41)の消費電力が大きくなる。
その後、ECU70の処理は、エンドを経由して、図2のステップS105に進む。
In step S202, the ECU 70 increases the rotation speed of the motor M (refrigerant pump 41) based on the opening degree of the butterfly valve 42 after the control in the closing direction in step S201 and the map of FIG. Specifically, as shown in FIG. 10, the rotation speed of the motor M is controlled to be higher as the opening degree of the butterfly valve 42 is smaller. At this time, the rotation speed of the motor M is increased so that the refrigerant flow rate to the refrigerant flow path 13 does not change before and after the control of the opening degree of the butterfly valve 42 in the closing direction. Thereby, the power consumption of the motor M (refrigerant pump 41) becomes large.
Thereafter, the processing of the ECU 70 proceeds to step S105 in FIG. 2 via the end.

ステップS105において、ECU70は、現在の電圧V11(OCV)が発電可能電圧V0以上であるか否かを判定する。発電可能電圧V0は、燃料電池スタック10内が水素、空気に良好に置換され、所定濃度に高まり、発電可能な状態になったと判断される電圧であり、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。   In step S105, the ECU 70 determines whether or not the current voltage V11 (OCV) is equal to or higher than the power generation possible voltage V0. The power generation possible voltage V0 is a voltage at which the inside of the fuel cell stack 10 is satisfactorily replaced with hydrogen and air, is increased to a predetermined concentration, and is determined to be in a power generation enabled state. It is remembered.

そして、現在の電圧V11が発電可能電圧V0以上であると判定された場合(S105・Yes)、ECU70の処理はステップS106に進む。一方、現在の電圧V11が発電可能電圧V0以上でないと判定された場合(S105・No)、ECU70の処理はステップS103に進む。   When it is determined that the current voltage V11 is equal to or higher than the power generation possible voltage V0 (Yes in S105), the process of the ECU 70 proceeds to step S106. On the other hand, when it is determined that the current voltage V11 is not equal to or higher than the power generation possible voltage V0 (S105, No), the process of the ECU 70 proceeds to step S103.

ステップS106において、ECU70は、燃料電池スタック10の発電を開始させる。具体的には、ECU70は、コンタクタ53をONし、発電要求に応じて燃料電池スタック10から電流を取り出し、燃料電池スタック10を発電させる。このように発電すると、その自己発熱により燃料電池スタック10の暖機が進む。この場合において、燃料電池スタック10の発電電力は、ステップS102で多流量・高圧で供給を開始した空気に対応して、後記するステップS113における発電電力よりも大きくし、自己発熱量を大きくする。   In step S106, the ECU 70 starts power generation of the fuel cell stack 10. Specifically, the ECU 70 turns on the contactor 53, extracts current from the fuel cell stack 10 in response to a power generation request, and causes the fuel cell stack 10 to generate power. When power is generated in this manner, the fuel cell stack 10 is warmed up by the self-heating. In this case, the generated power of the fuel cell stack 10 is made larger than the generated power in step S113, which will be described later, corresponding to the air started to be supplied at a high flow rate and high pressure in step S102, and the self-heat generation amount is increased.

ステップS107において、ECU70は、燃料電池スタック10の現在の温度T11が、冷媒流量変更温度T2未満であるか否かを判定する。現在の温度T11が冷媒流量変更温度T2未満である場合(S107・Yes)、ECU70の処理はステップS108に進む。一方、現在の温度T11が冷媒流量変更温度T2未満でない場合(S107・No)、ECU70の処理はステップS114に進む。   In step S107, the ECU 70 determines whether or not the current temperature T11 of the fuel cell stack 10 is less than the refrigerant flow rate change temperature T2. When the current temperature T11 is lower than the refrigerant flow rate changing temperature T2 (S107 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S108. On the other hand, when the current temperature T11 is not less than the refrigerant flow rate changing temperature T2 (S107, No), the process of the ECU 70 proceeds to step S114.

ステップS108において、ECU70は、現在のIV特性(電流−電圧曲線)が、判定IV特性よりも低いか否かを判定する。
具体的には、出力検出器54を介して検出される燃料電池スタック10の現在の電圧V11及び電流A11に基づいて、燃料電池スタック10の現在のIV特性を求める。次いで、ECU70は、この求めたIV特性が判定IV特性よりも低いか否かを判定する。
In step S108, the ECU 70 determines whether or not the current IV characteristic (current-voltage curve) is lower than the determination IV characteristic.
Specifically, the current IV characteristic of the fuel cell stack 10 is obtained based on the current voltage V11 and current A11 of the fuel cell stack 10 detected via the output detector 54. Next, the ECU 70 determines whether or not the obtained IV characteristic is lower than the determination IV characteristic.

判定IV特性は、現在のIV特性が、この判定IV特性以上であれば、バタフライ弁42の開度を、低温起動用開度から通常起動用開度に変更し(広げ)、冷媒流路13への冷媒流量を増加(変更)したとしても、その後における燃料電池スタック10の自己発熱によって、燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3に、多大な時間を要せずに上昇すると推定されるIV特性に設定される。なお、このような判定IV特性は、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。   If the current IV characteristic is equal to or higher than the determination IV characteristic, the opening degree of the butterfly valve 42 is changed (expanded) from the low temperature starting opening degree to the normal starting opening degree. Even if the refrigerant flow rate is increased (changed), it is estimated that the temperature T11 of the fuel cell stack 10 rises to the warm-up completion temperature T3 without much time due to subsequent self-heating of the fuel cell stack 10 IV characteristics to be set. Such a determination IV characteristic is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 70 in advance.

そして、現在のIV特性が、判定IV特性よりも低いと判定された場合(S108・Yes)、ECU70の処理はステップS109に進む。一方、現在のIV特性が、判定IV特性よりも低くないと判定された場合(S108・No)、ECU70の処理はステップS114に進む。   If it is determined that the current IV characteristic is lower than the determination IV characteristic (Yes in S108), the process of the ECU 70 proceeds to step S109. On the other hand, when it is determined that the current IV characteristic is not lower than the determination IV characteristic (No in S108), the process of the ECU 70 proceeds to step S114.

ステップS109において、ECU70は、セル電圧モニタ15を介して検出される平均セル電圧V21と最低セル電圧V22との電圧差ΔV21(V21−V22)が、判定電圧差ΔV20よりも大きいか否かを判定する。
判定電圧差ΔV20は、電圧差ΔV21が、この判定電圧差ΔV20以下であれば、バタフライ弁42の開度を、低温起動用開度から通常起動用開度に変更し(広げ)、冷媒流路13への冷媒流量を増加(変更)したとしても、その後における燃料電池スタック10の自己発熱によって、燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3に、多大な時間を要せずに上昇すると推定される電位差に設定される。なお、このような判定電圧差ΔV20は、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。
In step S109, the ECU 70 determines whether or not the voltage difference ΔV21 (V21−V22) between the average cell voltage V21 and the lowest cell voltage V22 detected via the cell voltage monitor 15 is larger than the determination voltage difference ΔV20. To do.
If the voltage difference ΔV21 is equal to or smaller than the determination voltage difference ΔV20, the determination voltage difference ΔV20 is changed (expanded) from the low-temperature start opening to the normal start opening by expanding the butterfly valve 42. Even if the refrigerant flow rate to 13 is increased (changed), if the temperature T11 of the fuel cell stack 10 rises to the warm-up completion temperature T3 without taking much time due to subsequent self-heating of the fuel cell stack 10 Set to the estimated potential difference. Note that such a determination voltage difference ΔV20 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 70 in advance.

そして、現在の電圧差ΔV21が判定電圧差ΔV20よりも大きいと判定された場合(S109・Yes)、ECU70の処理はステップS300に進む。一方、現在の電圧差ΔV21が判定電圧差ΔV20よりも大きくないと判定された場合(S109・No)、ECU70の処理はステップS114に進む。   When it is determined that the current voltage difference ΔV21 is greater than the determination voltage difference ΔV20 (S109 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S300. On the other hand, when it is determined that the current voltage difference ΔV21 is not greater than the determination voltage difference ΔV20 (No in S109), the process of the ECU 70 proceeds to step S114.

ステップS300において、ECU70は、ステップS200と同様に、冷媒流路13に供給される冷媒の流量を制限する。
具体的には、ECU70の処理は図3のステップS301に進み、ステップS301において、ECU70は、バタフライ弁42を閉方向に制御し、その開度を小さくする。このとき、バタフライ弁42は、燃料電池スタック10の現在の温度T11、IG61のONからの時間t、現在のIV特性と判定IV特性との差、電圧差ΔV21(V21−V22)と、図8、図9のマップとに基づいて制御される。詳細には、図8、図9に示すように、現在の温度T11が低く、IG61のONからの時間tが短く、現在のIV特性と判定IV特性との差が大きく、ΔV21が大きいほど、バタフライ弁42の開度が小さくなるように制御される。
In step S300, the ECU 70 limits the flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant flow path 13 as in step S200.
Specifically, the process of the ECU 70 proceeds to step S301 in FIG. 3, and in step S301, the ECU 70 controls the butterfly valve 42 in the closing direction to reduce its opening. At this time, the butterfly valve 42 has a current temperature T11 of the fuel cell stack 10, a time t from when the IG 61 is turned on, a difference between the current IV characteristic and the determination IV characteristic, a voltage difference ΔV21 (V21−V22), and FIG. Control is performed based on the map of FIG. Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, the current temperature T11 is low, the time t from turning on the IG 61 is short, the difference between the current IV characteristic and the determination IV characteristic is large, and ΔV21 is large, Control is performed so that the opening degree of the butterfly valve 42 is reduced.

ステップS302において、ECU70は、ステップS202と同様に、ステップS301における閉方向への制御後のバタフライ弁42の開度と、図10のマップとに基づいて、モータM(冷媒ポンプ41)の回転数を増加させる。詳細には、図10に示すように、バタフライ弁42の開度が小さいほど、モータMの回転数が高くなるように制御される。これにより、モータM(冷媒ポンプ41)の消費電力、及び、燃料電池スタック10の発電電力が大きくなり、自己発熱による燃料電池スタック10の暖機が促進される。
その後、ECU70の処理は、エンドを経由して、図2のステップS107に進む。
In step S302, as in step S202, the ECU 70 determines the rotational speed of the motor M (refrigerant pump 41) based on the opening degree of the butterfly valve 42 after the control in the closing direction in step S301 and the map of FIG. Increase. Specifically, as shown in FIG. 10, the rotation speed of the motor M is controlled to be higher as the opening degree of the butterfly valve 42 is smaller. Thereby, the power consumption of the motor M (refrigerant pump 41) and the generated power of the fuel cell stack 10 are increased, and the warm-up of the fuel cell stack 10 due to self-heating is promoted.
Thereafter, the processing of the ECU 70 proceeds to step S107 in FIG. 2 via the end.

次に、ステップS101の判定がNoの場合に進むステップS110を説明する。
ステップS110において、ECU70は、燃料電池システム1の通常起動モードでの制御を開始する。
具体的には、ECU70は、遮断弁22を開き、アノード流路11に水素を供給する。また、モータM(コンプレッサ31、冷媒ポンプ41)を作動させ、カソード流路12に空気を供給すると共に、冷媒を循環させる。
なお、モータMの通常起動用の回転数は、ステップS102における低温起動用のモータMの回転数よりも低く設定される。また、バタフライ弁42の通常起動用の開度は、暖機完了後の開度よりも小さく、ステップS102における低温起動用のバタフライ弁42の開度よりも大きい範囲で設定される。
Next, step S110 that proceeds when the determination in step S101 is No will be described.
In step S110, the ECU 70 starts control in the normal activation mode of the fuel cell system 1.
Specifically, the ECU 70 opens the shut-off valve 22 and supplies hydrogen to the anode flow path 11. Further, the motor M (the compressor 31 and the refrigerant pump 41) is operated to supply air to the cathode channel 12 and to circulate the refrigerant.
The rotation speed for normal startup of the motor M is set lower than the rotation speed of the motor M for low temperature startup in step S102. Further, the opening degree for normal activation of the butterfly valve 42 is set in a range that is smaller than the opening degree after completion of warming up and larger than the opening degree of the butterfly valve 42 for low temperature activation in step S102.

ステップS111において、ECU70は、冷媒流路13に供給される冷媒の流量の制限を通常起動用に設定、詳細には、バタフライ弁42の開度を通常起動用開度に設定する。
具体的には、ステップS110からステップS111に進んだ場合、バタフライ弁42の開度は、通常起動用開度のまま維持される。
これに対し、ステップS103の判定結果がNo、又は、ステップS104の判定結果がNoとなって、ステップS111に進んだ場合、バタフライ弁42の開度は、通常起動用開度に変更される。これにより、冷媒流路13への冷媒の流量は変更されると共に増加し、燃料電池スタック10における局部的な過加熱が防止される。
In step S111, the ECU 70 sets the restriction on the flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant flow path 13 for normal activation. Specifically, the ECU 70 sets the opening degree of the butterfly valve 42 to the normal activation opening degree.
Specifically, when the process proceeds from step S110 to step S111, the opening degree of the butterfly valve 42 is maintained as the normal starting opening degree.
On the other hand, when the determination result of step S103 is No or the determination result of step S104 is No and the process proceeds to step S111, the opening degree of the butterfly valve 42 is changed to the normal activation opening degree. Thereby, the flow rate of the refrigerant to the refrigerant channel 13 is changed and increased, and local overheating in the fuel cell stack 10 is prevented.

ステップS112において、ECU70は、ステップS105と同様に、現在のV11(OCV)が発電可能電圧V0以上であるか否かを判定する。
そして、現在の電圧V11が発電可能電圧V0以上であると判定された場合(S112・Yes)、ECU70の処理はステップS113に進む。一方、現在の電圧V11が発電可能電圧V0以上でないと判定された場合(S112・No)、ECU70の処理はステップS112の判定を繰り返す。
In step S112, the ECU 70 determines whether or not the current V11 (OCV) is equal to or higher than the power generation possible voltage V0, as in step S105.
When it is determined that the current voltage V11 is equal to or higher than the power generation possible voltage V0 (S112 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S113. On the other hand, when it is determined that the current voltage V11 is not equal to or higher than the power generation possible voltage V0 (S112 · No), the ECU 70 repeats the determination in step S112.

ステップS113において、ECU70は、ステップS106と同様に、燃料電池スタック10の発電を開始させる。   In step S113, the ECU 70 starts power generation of the fuel cell stack 10 as in step S106.

ステップS114において、ECU70は、ステップS111と同様に、冷媒流路13に供給される冷媒の流量の制限を通常起動用に設定、詳細には、バタフライ弁42の開度を通常起動用開度に設定する。
具体的には、ステップS113からステップS114に進んだ場合、バタフライ弁42の開度は、通常起動用開度のまま維持される。
これに対し、ステップS107の判定結果がNo、ステップS108の判定結果がNo、又は、ステップS109の判定結果がNoとなって、ステップS114に進んだ場合、バタフライ弁42の開度は、通常起動用開度に変更される。これにより、冷媒流路13への冷媒の流量は変更されると共に増加し、燃料電池スタック10における局部的な過加熱が防止される。
In step S114, as in step S111, the ECU 70 sets the restriction on the flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant flow path 13 for normal activation. Specifically, the opening of the butterfly valve 42 is set to the normal activation opening. Set.
Specifically, when the process proceeds from step S113 to step S114, the opening degree of the butterfly valve 42 is maintained as the normal starting opening degree.
On the other hand, when the determination result of step S107 is No, the determination result of step S108 is No, or the determination result of step S109 is No and the process proceeds to step S114, the opening degree of the butterfly valve 42 is normally activated. The opening is changed. Thereby, the flow rate of the refrigerant to the refrigerant channel 13 is changed and increased, and local overheating in the fuel cell stack 10 is prevented.

次に、ステップS115において、ECU70は、燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3以上であるか否かを判定する。
燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3以上である場合(S115・Yes)、ECU70の処理はエンドに進む。このようにエンドに進む場合、バタフライ弁42の開度は、通常起動用開度から全開に変更される。これにより、冷媒流路13への冷媒供給の制限は解除される。
一方、燃料電池スタック10の温度T11が、暖機完了温度T3以上でない場合(S115・No)、ECU70の処理はステップS115の判定を繰り返す。
Next, in step S115, the ECU 70 determines whether or not the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is equal to or higher than the warm-up completion temperature T3.
When the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is equal to or higher than the warm-up completion temperature T3 (Yes in S115), the process of the ECU 70 proceeds to the end. When the process proceeds to the end in this way, the opening degree of the butterfly valve 42 is changed from the normal starting opening degree to the full opening. Thereby, the restriction | limiting of the refrigerant | coolant supply to the refrigerant flow path 13 is cancelled | released.
On the other hand, when the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is not equal to or higher than the warm-up completion temperature T3 (No in S115), the process of the ECU 70 repeats the determination in step S115.

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム1によれば、次の効果を得ることができる。
低温起動モードでの起動している場合において、燃料電池スタック10の温度T11が暖機完了温度T3未満であるものの、所定の条件が満たされた場合(S103・No、S104・No、S107・No、S108・No、S109・No)、バタフライ弁42の開度を低温起動用から通常起動用に変更し、冷媒流量を低温起動用から通常起動用に増加(変更)することができる。これにより、燃料電池スタック10が、局部的に過加熱状態になることを防止することができる。
≪Effect of fuel cell system≫
According to such a fuel cell system 1, the following effects can be obtained.
When starting in the low temperature start mode, the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is lower than the warm-up completion temperature T3, but the predetermined condition is satisfied (S103 No, S104 No, S107 No S108 · No, S109 · No), the opening degree of the butterfly valve 42 can be changed from the low temperature start to the normal start, and the refrigerant flow rate can be increased (changed) from the low temperature start to the normal start. Thereby, the fuel cell stack 10 can be prevented from being overheated locally.

また、低温起動モードで起動している場合において、冷媒の流量を制限・変更する場合(S200、S300)、燃料電池スタック10の現在の温度T11、電圧V11、現在のIV特性と判定IV特性との差、電圧差ΔV21(V21−V22)、IG61のONからの時間tに基づいて、バタフライ弁42を閉方向に制御すると共に、制御後のバタフライ弁42の開度に対応して冷媒ポンプ41の回転数を増加させ、その消費電力を増加させることで、燃料電池スタック10の発電電力が増加する。その結果、燃料電池スタック10の自己発熱量を高め、暖機を促進しつつ、冷媒流路13に適切に冷媒を供給することができる。   Further, in the case of starting in the low temperature starting mode, when the flow rate of the refrigerant is limited / changed (S200, S300), the current temperature T11, voltage V11, current IV characteristic and determination IV characteristic of the fuel cell stack 10 , The voltage difference ΔV21 (V21−V22), and the time t from when the IG 61 is turned on, the butterfly valve 42 is controlled in the closing direction, and the refrigerant pump 41 corresponds to the opening degree of the butterfly valve 42 after the control. By increasing the number of revolutions and increasing the power consumption, the power generated by the fuel cell stack 10 increases. As a result, it is possible to appropriately supply the refrigerant to the refrigerant flow path 13 while increasing the amount of self-heating of the fuel cell stack 10 and promoting warm-up.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, For example, it can change as follows in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

前記した実施形態では、燃料電池スタック10の温度T11を検出する温度センサ44が、配管43aに設けられた構成を例示したが、配管22b、31bや、燃料電池スタック10の筐体に設ける構成でもよい。また、複数の温度センサを設けて、誤検出を防止する構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the temperature sensor 44 that detects the temperature T11 of the fuel cell stack 10 is provided in the pipe 43a is exemplified, but the configuration in which the temperature sensor 44 is provided in the pipes 22b and 31b and the casing of the fuel cell stack 10 is also exemplified. Good. Further, a plurality of temperature sensors may be provided to prevent erroneous detection.

前記した実施形態では、ステップS200、S300において、冷媒流量を制限する場合、バタフライ弁42の開度を小さくすると共に冷媒ポンプ41の回転数を高める構成を例示したが、この他に例えば、単に冷媒ポンプ41の回転数を低下させることで、冷媒流量を制限する構成としてもよい。
また、冷媒流路13をバイパス(迂回)するバイパス流路を設けると共に、このバイパス流路に流量調整弁を設け、冷媒流量を制限する場合、このバイパス流路への冷媒流量が増加するように前記流量調整弁を制御する構成としてもよい。
In the above-described embodiment, when the refrigerant flow rate is limited in steps S200 and S300, the configuration in which the opening degree of the butterfly valve 42 is reduced and the rotation speed of the refrigerant pump 41 is increased is exemplified. It is good also as a structure which restrict | limits a refrigerant | coolant flow volume by reducing the rotation speed of the pump 41. FIG.
In addition, when a bypass flow path for bypassing (reducing) the refrigerant flow path 13 is provided and a flow rate adjusting valve is provided in the bypass flow path to restrict the refrigerant flow rate, the refrigerant flow rate to the bypass flow path is increased. It is good also as a structure which controls the said flow regulating valve.

前記した実施形態では、図4に示すように、冷媒流量変更温度T2が一定である場合を例示したが、図4に破線で示すように、IG61のONからの時間が長くなるにつれて、冷媒流量変更温度T2が高くなる構成でもよい。冷媒流量変更電圧V1についても、図5に破線で示すように、同様である。
また、図6に破線で示すように、判定IV特性が、IG61のONからの時間が長くなるにつれて、高くなる構成としてもよい。さらに、図7に破線で示すように、IG61のONからの時間が長くなるにつれて、判定電圧差ΔV20が小さくなる構成としてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the refrigerant flow rate change temperature T2 is constant as illustrated in FIG. 4 is exemplified, but as shown by the broken line in FIG. The change temperature T2 may be high. The same applies to the refrigerant flow rate changing voltage V1, as indicated by a broken line in FIG.
Further, as indicated by a broken line in FIG. 6, the determination IV characteristic may be configured to become higher as the time from when the IG 61 is turned on becomes longer. Furthermore, as indicated by a broken line in FIG. 7, the determination voltage difference ΔV20 may be reduced as the time from when the IG 61 is turned on becomes longer.

前記した実施形態では、燃料電池システム1が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムに組み込んでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムでもよい。   In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system 1 is mounted on a fuel cell vehicle is illustrated. However, for example, the fuel cell system 1 may be incorporated in a fuel cell system mounted on a motorcycle, a train, or a ship. Moreover, a stationary fuel cell system for home use or a fuel cell system incorporated in a hot water supply system may be used.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 図2のステップS200(S300)のサブフローチャートである。It is a subflowchart of step S200 (S300) of FIG. IGのONからの時間tと、燃料電池スタックの温度T11と、冷媒流量の制限の有無との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between time t from ON of IG, temperature T11 of a fuel cell stack, and the presence or absence of a restriction | limiting of a refrigerant | coolant flow rate. IGのONからの時間tと、燃料電池スタックの電圧V11(OCV)と、冷媒流量の制限の有無との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the time t from ON of IG, the voltage V11 (OCV) of a fuel cell stack, and the presence or absence of a restriction | limiting of a refrigerant | coolant flow volume. IGのONからの時間tと、燃料電池スタックのIV特性と、冷媒流量の制限の有無との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the time t from ON of IG, the IV characteristic of a fuel cell stack, and the presence or absence of a restriction | limiting of a refrigerant | coolant flow rate. IGのONからの時間tと、平均セル電圧V21と最低セル電圧V22との電圧差ΔV21と、冷媒流量の制限の有無との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between time t from ON of IG, voltage difference (DELTA) V21 of the average cell voltage V21 and the minimum cell voltage V22, and the presence or absence of a restriction | limiting of a refrigerant | coolant flow volume. 燃料電池スタックの温度T11、電圧V11(OCV)及びIGのONからの時間tと、バタフライ弁の開度との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the temperature T11 of a fuel cell stack, voltage V11 (OCV), time t from ON of IG, and the opening degree of a butterfly valve. 燃料電池スタックの現在のIV特性と判定IV特性との差、平均セル電圧V21と最低セル電圧V22との電圧差ΔV21と、バタフライ弁の開度との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the difference of the present IV characteristic and determination IV characteristic of a fuel cell stack, voltage difference (DELTA) V21 of the average cell voltage V21 and the lowest cell voltage V22, and the opening degree of a butterfly valve. バタフライ弁の開度と、モータ(冷媒ポンプ)の回転数との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the opening degree of a butterfly valve, and the rotation speed of a motor (refrigerant pump).

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
11 アノード流路
12 カソード流路
13 冷媒流路
15 セル電圧モニタ
41 冷媒ポンプ(冷媒循環手段)
42 バタフライ弁(冷媒流量制限手段、圧力損失調整部)
43 ラジエータ
44 温度センサ(温度検出手段)
54 出力検出器
70 ECU(反応状態推定手段、制限値設定手段)
T11 燃料電池スタックの現在の温度
T1 低温起動開始温度
T2 冷媒流量変更温度
T3 暖機完了温度
A11 燃料電池スタックの現在の電流
V11 燃料電池スタックの現在の電圧
V0 発電可能電圧
V1 冷媒流量変更電圧
V21 平均セル電圧(所定電圧)
V22 最低セル電圧
ΔV21 平均セル電圧と最低セル電圧との差
ΔV20 判定電圧差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell stack 11 Anode flow path 12 Cathode flow path 13 Refrigerant flow path 15 Cell voltage monitor 41 Refrigerant pump (refrigerant circulation means)
42 Butterfly valve (refrigerant flow restriction means, pressure loss adjustment unit)
43 Radiator 44 Temperature sensor (temperature detection means)
54 output detector 70 ECU (reaction state estimation means, limit value setting means)
T11 Current temperature of fuel cell stack T1 Low temperature start start temperature T2 Refrigerant flow rate change temperature T3 Warm-up completion temperature A11 Current current of fuel cell stack V11 Current voltage of fuel cell stack V0 Power generation potential V1 Refrigerant flow rate change voltage V21 Average Cell voltage (predetermined voltage)
V22 Minimum cell voltage ΔV21 Difference between average cell voltage and minimum cell voltage ΔV20 Judgment voltage difference

Claims (2)

反応ガスが供給されることで発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを経由するように冷媒を循環させる冷媒循環手段と、
前記燃料電池スタックに供給される冷媒の流量を制限する冷媒流量制限手段と、
を備え、前記燃料電池スタックの温度が暖機完了温度未満である場合、前記冷媒流量制限手段が冷媒の流量の制限を実行する燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックの反応状態を推定する反応状態推定手段と、
前記燃料電池スタックの温度が暖機完了温度未満である場合、前記燃料電池スタックの過加熱が防止されるように、前記反応状態推定手段が推定する反応状態に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される冷媒の流量の制限値を変更し、当該変更された制限値で制限するように前記冷媒流量制限手段に指令する制限値変更手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack that generates electricity by supplying reactive gas;
Refrigerant circulation means for circulating the refrigerant through the fuel cell stack;
Refrigerant flow rate limiting means for limiting the flow rate of the refrigerant supplied to the fuel cell stack;
And when the temperature of the fuel cell stack is lower than the warm-up completion temperature, the refrigerant flow rate limiting means executes a flow rate limitation of the refrigerant,
Reaction state estimation means for estimating a reaction state of the fuel cell stack;
When the temperature of the fuel cell stack is lower than the warm-up completion temperature, the fuel cell stack is supplied to the fuel cell stack based on the reaction state estimated by the reaction state estimation unit so that overheating of the fuel cell stack is prevented. Limit value changing means for instructing the refrigerant flow rate limiting means to change the limit value of the flow rate of the refrigerant to be performed and to limit the refrigerant flow limit value with the changed limit value;
A fuel cell system comprising:
前記冷媒循環手段は、前記燃料電池スタックの発電電力により作動し、冷媒を圧送する冷媒ポンプを備え、
前記冷媒流量制限手段は、通流する冷媒が受ける圧力損失を調整する圧力損失調整部を備え、
前記燃料電池スタックに供給される冷媒を制限するべく、前記圧力損失調整部が圧力損失を高めている場合、前記冷媒ポンプはその回転数を高め、その消費電力を高める
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。

The refrigerant circulation means includes a refrigerant pump that is operated by generated power of the fuel cell stack and pumps the refrigerant,
The refrigerant flow rate limiting means includes a pressure loss adjusting unit that adjusts the pressure loss received by the flowing refrigerant,
The refrigerant pump increases the number of revolutions and increases the power consumption when the pressure loss adjustment unit increases the pressure loss so as to limit the refrigerant supplied to the fuel cell stack. 2. The fuel cell system according to 1.

JP2007220333A 2007-08-27 2007-08-27 Fuel cell system Pending JP2009054427A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007220333A JP2009054427A (en) 2007-08-27 2007-08-27 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007220333A JP2009054427A (en) 2007-08-27 2007-08-27 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009054427A true JP2009054427A (en) 2009-03-12

Family

ID=40505333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007220333A Pending JP2009054427A (en) 2007-08-27 2007-08-27 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009054427A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010150337A1 (en) * 2009-06-22 2010-12-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and start timing control method for the fuel cell system
JPWO2013027634A1 (en) * 2011-08-23 2015-03-19 日産自動車株式会社 Fuel cell power generation characteristic estimation device
JP2015216084A (en) * 2014-05-13 2015-12-03 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
US9531022B2 (en) 2013-05-17 2016-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method thereof
JP2019149260A (en) * 2018-02-26 2019-09-05 トヨタ自動車株式会社 Control method of fuel-cell vehicle
CN111697250A (en) * 2019-03-15 2020-09-22 本田技研工业株式会社 Fuel cell system and temperature adjustment method for fuel cell stack

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010150337A1 (en) * 2009-06-22 2010-12-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and start timing control method for the fuel cell system
CN102804469A (en) * 2009-06-22 2012-11-28 丰田自动车株式会社 Fuel cell system and start timing control method for the fuel cell system
JP5273415B2 (en) * 2009-06-22 2013-08-28 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and start-up control method in fuel cell system
US9337502B2 (en) 2009-06-22 2016-05-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method at starting in the fuel cell system
JPWO2013027634A1 (en) * 2011-08-23 2015-03-19 日産自動車株式会社 Fuel cell power generation characteristic estimation device
US9685669B2 (en) 2011-08-23 2017-06-20 Nissan Motor Co., Ltd. Power generation characteristic estimation device for fuel cell
US9531022B2 (en) 2013-05-17 2016-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method thereof
JP2015216084A (en) * 2014-05-13 2015-12-03 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
JP2019149260A (en) * 2018-02-26 2019-09-05 トヨタ自動車株式会社 Control method of fuel-cell vehicle
CN111697250A (en) * 2019-03-15 2020-09-22 本田技研工业株式会社 Fuel cell system and temperature adjustment method for fuel cell stack

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5576902B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP3999498B2 (en) Fuel cell system and method for stopping the same
JP4796361B2 (en) Fuel cell system
JP5273415B2 (en) Fuel cell system and start-up control method in fuel cell system
JP5038646B2 (en) Fuel cell vehicle
JP5231750B2 (en) Fuel cell system
JP4595317B2 (en) Fuel cell system
JP2009054427A (en) Fuel cell system
JP2013206625A (en) Fuel cell system
JP2005228637A (en) Fuel cell system
JP2008103228A (en) Fuel cell system
JP5113634B2 (en) Fuel cell system
JP2007305412A (en) Idling control device and control method of fuel cell system
JP2007287540A (en) Fuel cell system, and vehicle mounted with fuel cell system
JP2007305334A (en) Fuel cell system
JP2007220355A (en) Low-temperature starting method of fuel cell system and fuel cell
JP2008210646A (en) Fuel cell system
JP5065655B2 (en) Fuel cell system
JP2010198786A (en) Fuel cell system
JP5060105B2 (en) Fuel cell system
JP5086740B2 (en) Fuel cell system
JP2005093117A (en) Fuel cell system
JP2008293756A (en) Fuel cell system and its operation method
JP2007305519A (en) Fuel cell system
JP2006012550A (en) Fuel cell system