JP2009054427A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
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.
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
<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
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
Next, when the OCV is generated in this way, the
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
<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
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
<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
The
The outlet of the
<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
The
Note that the
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
<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
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
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
When the refrigerant pump 41 is activated, the refrigerant circulates via the
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
The
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
<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
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
Then, in a state where a predetermined OCV is generated in the
On the other hand, when the
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
The
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
In addition, a DC / DC converter (not shown) that reduces high-voltage power is connected between the traveling
<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
<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−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
<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
<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
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
≪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
When the
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
Specifically, it is determined whether or not the current temperature T11 of the
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
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
Specifically, the
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
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
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
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
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
If the current voltage V11 of the
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
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
Specifically, the processing of the
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
Thereafter, the processing of the
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
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
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
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
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
Specifically, the current IV characteristic of the
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
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
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
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
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
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
Specifically, the process of the
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
Thereafter, the processing of the
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
Specifically, the
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
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
Specifically, when the process proceeds from step S110 to step S111, the opening degree of the
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
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
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
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
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
Specifically, when the process proceeds from step S113 to step S114, the opening degree of the
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
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
When the temperature T11 of the
On the other hand, when the temperature T11 of the
≪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
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
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
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
In addition, when a bypass flow path for bypassing (reducing) the
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
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.
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
42 Butterfly valve (refrigerant flow restriction means, pressure loss adjustment unit)
43
54
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)
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.
Priority Applications (1)
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