JP2009245802A - Fuel battery system - Google Patents

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浩己 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery system capable of suppressing temperature irregularity inside a fuel battery. <P>SOLUTION: The fuel battery system includes a cooling system that circulates a cooling medium (heat-exchanging medium), such as a coolant. A coolant channel inside the fuel battery 10 is connected to a pipeline 20, which in turn includes a radiator 22 and a pump 24 disposed in the middle of the pipeline 20. The pump 24 is rotated clockwise, counterclockwise, and clockwise in order by rotation switchover to operate the system. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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

従来、例えば、特開平10−340734号公報に開示されているように、冷却系内で冷媒を循環させることにより、燃料電池内部の温度を所望の温度に調整する燃料電池システムが知られている。このような燃料電池システムでは、通常、冷却系内にラジエータが含まれている。冷却系内の冷媒の流通量を増大させるほど、ラジエータを介して冷媒から多くの熱が放出され、その結果、燃料電池が積極的に冷却される。   Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-340734, a fuel cell system that adjusts the temperature inside a fuel cell to a desired temperature by circulating a refrigerant in a cooling system is known. . In such a fuel cell system, a radiator is usually included in the cooling system. As the circulation amount of the refrigerant in the cooling system is increased, more heat is released from the refrigerant through the radiator, and as a result, the fuel cell is actively cooled.

燃料電池内の冷媒の流通は、燃料電池を冷やすという役割とともに、燃料電池内の温度ムラを抑制する役割も担っている。冷媒の流量を変化させると、燃料電池内部の温度ムラを緩和する効果もこれに応じて変化する。上記従来の燃料電池システムでは、この点を生かして、燃料電池内部の温度の分布状態が大きい場合、すなわち、燃料電池内部の温度ムラが大きいと認められる場合に、単位時間当たりの冷媒の流量を大きくしている。   The circulation of the refrigerant in the fuel cell plays a role of cooling the fuel cell and suppressing temperature unevenness in the fuel cell. When the flow rate of the refrigerant is changed, the effect of alleviating temperature unevenness inside the fuel cell also changes accordingly. In the conventional fuel cell system, taking advantage of this point, when the temperature distribution inside the fuel cell is large, that is, when the temperature variation inside the fuel cell is recognized to be large, the refrigerant flow rate per unit time is reduced. It is getting bigger.

特開平10−340734号公報JP 10-340734 A 特開2007−87779号公報JP 2007-87779 A 特開2003−223915号公報JP 2003-223915 A 特開2002−313386号公報JP 2002-313386 A

しかしながら、冷却系に対して多様な要求がある場合、従来の技術では十分に応えられない状況も考えられる。   However, when there are various requirements for the cooling system, there may be a situation where the conventional technology cannot sufficiently meet the demand.

例えば、燃料電池の低温時など熱の積極的な放出を控えたいという要求がある場合、上記従来の燃料電池システムの冷却系では、冷媒の循環流量を抑えてラジエータを介して放出される熱量を少なくすることも考えられる。しかしながら、これに付随して燃料電池内部の温度ムラを緩和する機能が低下し、温度ムラ緩和効果が不要に低下するという不都合が生じてしまう。   For example, when there is a request to refrain from active heat release such as when the fuel cell is at a low temperature, the cooling system of the conventional fuel cell system described above suppresses the circulation flow rate of the refrigerant and reduces the amount of heat released through the radiator. It is possible to reduce it. However, in association with this, the function of reducing the temperature unevenness inside the fuel cell is reduced, and the temperature unevenness reducing effect is unnecessarily reduced.

そこで、本願発明者は鋭意研究を行ったところ、燃料電池内部の温度ムラを抑制することができる他の手法を見出した。   Therefore, the present inventor conducted intensive research and found another method capable of suppressing temperature unevenness inside the fuel cell.

この発明は、燃料電池内部の温度ムラを抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the fuel cell system which can suppress the temperature nonuniformity inside a fuel cell.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
冷媒を流通させるための冷媒流路を備えた燃料電池と、
前記冷媒流路内の冷媒に流れを生じさせる冷媒流通機構と、
前記冷媒流路内の冷媒の流れの方向を、第1の方向と、該第1の方向と反対の第2の方向とに切り替えることができる切換手段と、
前記第1の方向、前記第2の方向、前記第1の方向の順番で前記冷媒流路内の冷媒の流れの方向を切り換える制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system,
A fuel cell having a refrigerant flow path for circulating the refrigerant;
A refrigerant flow mechanism for causing a flow in the refrigerant in the refrigerant flow path;
Switching means capable of switching the flow direction of the refrigerant in the refrigerant flow path between a first direction and a second direction opposite to the first direction;
Control means for switching the flow direction of the refrigerant in the refrigerant flow path in the order of the first direction, the second direction, and the first direction;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記制御手段が、前記第1の方向に冷媒を流す場合と前記第2の方向に冷媒を流す場合の少なくとも一方の場合に、前記燃料電池内の前記冷媒通路の総容積以上の量の冷媒を流すことを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
When the control means causes the refrigerant to flow in the first direction and / or causes the refrigerant to flow in the second direction, an amount of refrigerant equal to or greater than the total volume of the refrigerant passage in the fuel cell is supplied. It is characterized by flowing.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記制御手段は、前記第1の方向と前記第2の方向のうち一方の方向に前記冷媒を流す量を他方の方向に該冷媒を流す量よりも少なくして、該第1の方向と該第2の方向の切り換えを行う運転モードを有することを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The control means reduces the amount of flowing the refrigerant in one direction out of the first direction and the second direction less than the amount of flowing the refrigerant in the other direction, An operation mode for switching in the second direction is provided.

また、第4の発明は、第1乃至第3の発明のいずれか1つにおいて、
前記燃料電池の温度を検知する検知手段と、
前記燃料電池の始動時に、該燃料電池の温度が所定温度を下回っている場合に、前記制御手段による前記冷媒の流れの方向の切り換えを実行する始動手段を備えることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
Detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
When the fuel cell is started, when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature, the fuel cell is provided with starting means for executing switching of the refrigerant flow direction by the control means.

第1の発明によれば、燃料電池の冷媒流路を経由して往復するような冷媒の流動を生じさせて、燃料電池内部の温度ムラを緩和することができる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to reduce the temperature unevenness inside the fuel cell by causing the refrigerant to flow back and forth via the refrigerant flow path of the fuel cell.

第2の発明によれば、冷媒を一旦燃料電池の外部へと出して、その過程で冷媒を十分に混合することができる。これにより、燃料電池に対して繰り返し流し込まれる冷媒の温度を、より均一に近づけることができる。その結果、燃料電池内部の温度ムラをより一層緩和することができる。   According to the second invention, the refrigerant can be once taken out of the fuel cell, and the refrigerant can be sufficiently mixed in the process. Thereby, the temperature of the refrigerant repeatedly poured into the fuel cell can be made more uniform. As a result, temperature unevenness inside the fuel cell can be further alleviated.

第3の発明によれば、燃料電池に対して往復するように冷媒を流しながら、燃料電池に対する冷媒の全体的な位置をずらしていくことができる。このようにすることで、燃料電池に対して流入する冷媒の温度が急激に変化するのを避けることができる。   According to the third invention, the overall position of the refrigerant with respect to the fuel cell can be shifted while flowing the refrigerant so as to reciprocate with respect to the fuel cell. By doing in this way, it can avoid that the temperature of the refrigerant | coolant which flows in into a fuel cell changes rapidly.

第4の発明によれば、燃料電池の低温始動時に、燃料電池の温度を短時間で上昇させることができる。   According to the fourth invention, the temperature of the fuel cell can be raised in a short time when the fuel cell is started at a low temperature.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の燃料電池システムの構成を示している。実施の形態1の燃料電池システムは、燃料電池10を備えている。燃料電池10は、複数個の単位セル12が、紙面左右方向に重ねられたもの(所謂、燃料電池スタック)である。実施の形態1では、燃料電池10を、例えば200枚など、数百枚単位で単位セル12が積層されたものとする。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 shows the configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. The fuel cell system of Embodiment 1 includes a fuel cell 10. The fuel cell 10 is a unit in which a plurality of unit cells 12 are stacked in the left-right direction on the paper (so-called fuel cell stack). In the first embodiment, it is assumed that unit cells 12 are stacked in units of several hundreds of fuel cells 10 such as 200.

単位セル12は、図1の紙面奥行き方向に広がりを有する板状の構造物である。個々の単位セル12は、その内部に、膜電極接合体を備えている。膜電極接合体は、電解質膜を挟んでアノードとカソードが形成された発電体である。アノード側には、水素を含む燃料ガス(本実施形態では水素ガスとする)を面内に流通させるためのガス流路が形成されている。また、カソード側には、酸素を含む酸化ガス(本実施形態では空気とする)を面内に流通させるためのガス流路が形成されている。燃料ガスと酸化ガスの供給を受けることにより、単位セル12内で発電反応が生じる。発電反応に伴って、単位セル12は発熱する。   The unit cell 12 is a plate-like structure having a spread in the depth direction of the paper surface of FIG. Each unit cell 12 includes a membrane electrode assembly therein. The membrane electrode assembly is a power generator in which an anode and a cathode are formed with an electrolyte membrane interposed therebetween. On the anode side, there is formed a gas flow path for allowing a fuel gas containing hydrogen (in this embodiment, hydrogen gas) to flow in the plane. In addition, a gas flow path for allowing an oxidizing gas containing oxygen (in this embodiment, air) to flow in the plane is formed on the cathode side. By receiving the supply of the fuel gas and the oxidizing gas, a power generation reaction occurs in the unit cell 12. The unit cell 12 generates heat along with the power generation reaction.

個々の単位セル12の境界には、冷媒(実施の形態1では、LLC:Long life Coolantとも呼称される冷却液を用いる)を流通させるための通路(以下、「冷却液流路」とも称す)が設けられている。具体的には、単位セル12の面内のほぼ全域を網羅するように、各単位セル12の面内を冷却液流路が分岐して延びている。   A passage (hereinafter also referred to as “cooling liquid flow path”) for circulating a refrigerant (in the first embodiment, a cooling liquid also referred to as LLC: Long life Coolant) is used at the boundary of each unit cell 12. Is provided. Specifically, the coolant flow path branches and extends in the plane of each unit cell 12 so as to cover almost the entire area in the plane of the unit cell 12.

図示しないが、実施の形態1の燃料電池10は、第1、2の冷却液マニホールドを備えている。個々の単位セル12の冷却液流路の一端は、第1の冷却液マニホールドで束ねられる。また、個々の単位セル12の冷却液流路の他端は、第2の冷却液マニホールドで束ねられる。この第1、2の冷却液マニホールドを介して、個々の単位セル12の冷却液流路を、燃料電池10の外部と繋げることができる。なお、このような単位セルの構成並びに当該単位セルを積層した燃料電池の構成は公知であるため、ここでは、これ以上の説明は省略する。   Although not shown, the fuel cell 10 of Embodiment 1 includes first and second coolant manifolds. One end of the coolant flow path of each unit cell 12 is bundled by the first coolant manifold. The other ends of the coolant flow paths of the individual unit cells 12 are bundled by a second coolant manifold. Via the first and second coolant manifolds, the coolant flow paths of the individual unit cells 12 can be connected to the outside of the fuel cell 10. In addition, since the structure of such a unit cell and the structure of the fuel cell which laminated | stacked the said unit cell are well-known, further description is abbreviate | omitted here.

実施の形態1の燃料電池システムは、管路20を有している。管路20の一端は、上記の第1の冷却液マニホールドに、管路20の他端は、上記の第2の冷却液マニホールドに、それぞれ接続している。これにより、管路20と個々の単位セル12の冷却液流路とを経由して、冷却液を循環させることができる。   The fuel cell system of Embodiment 1 has a pipe line 20. One end of the conduit 20 is connected to the first coolant manifold, and the other end of the conduit 20 is connected to the second coolant manifold. As a result, the coolant can be circulated via the conduit 20 and the coolant channels of the individual unit cells 12.

管路20は、その途中に、ラジエータ22を備えている。ラジエータ22は、管路20を流れる冷却液の熱を系外に放出することができる。   The pipe line 20 includes a radiator 22 in the middle thereof. The radiator 22 can release the heat of the coolant flowing through the pipe line 20 to the outside of the system.

また、管路20は、その途中に、ポンプ24を備えている。実施の形態1では、ポンプ24として、その回転方向(すなわち、冷却液の流通方向)を反転させることができるものを選択しておく。これにより、燃料電池10、管路20およびラジエータ22を含む循環系の内部において、冷却水を正方向または逆方向に向かって流すことができる。但し、図1紙面上において、図中に矢印を付して示すように、右回りの流れを「正方向」と称し、反対の左回りの流れを「逆方向」と称す。   The pipe line 20 includes a pump 24 in the middle thereof. In the first embodiment, a pump 24 that can reverse its rotation direction (that is, the coolant flow direction) is selected. Thereby, inside the circulation system including the fuel cell 10, the pipe line 20, and the radiator 22, the cooling water can flow in the forward direction or the reverse direction. However, on the paper surface of FIG. 1, as shown with an arrow in the drawing, the clockwise flow is referred to as “forward direction”, and the opposite counterclockwise flow is referred to as “reverse direction”.

ポンプ24は、コントローラ26と接続している。コントローラ26を操作することにより、ポンプ24の回転方向や流量を適宜に変化させることができる。   The pump 24 is connected to the controller 26. By operating the controller 26, the rotation direction and flow rate of the pump 24 can be appropriately changed.

実施の形態1の燃料電池システムは、管路20の燃料電池10付近の位置に、温度センサ30および32を備えている。温度センサ30は、冷却液が正方向に流れている場合の、燃料電池10に流れ込む前の冷却液の温度(以下、この温度を「冷却液温度t」とも称す)を測定することができる。温度センサ32は、冷却液が正方向に流れている場合の、燃料電池10から流出した冷却液の温度(以下、この温度を「冷却液温度t」とも称す)を測定することができる。 The fuel cell system of the first embodiment includes temperature sensors 30 and 32 at a position in the vicinity of the fuel cell 10 in the pipe line 20. The temperature sensor 30 can measure the temperature of the coolant before flowing into the fuel cell 10 when the coolant is flowing in the forward direction (hereinafter, this temperature is also referred to as “coolant temperature t 1 ”). . The temperature sensor 32 can measure the temperature of the coolant that has flowed out of the fuel cell 10 when the coolant is flowing in the forward direction (hereinafter, this temperature is also referred to as “coolant temperature t 2 ”).

実施の形態1の燃料電池システムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40は、コントローラ26、温度センサ30および32に接続している。ECU40からコントローラ26へと制御信号が送られることにより、ポンプ24の回転方向を切り換えることができる。また、ECU40は、温度センサ30および32の出力を参照することにより、燃料電池10の温度環境に関する情報を取得することができる。   The fuel cell system of Embodiment 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. The ECU 40 is connected to the controller 26 and the temperature sensors 30 and 32. By sending a control signal from the ECU 40 to the controller 26, the rotation direction of the pump 24 can be switched. Further, the ECU 40 can acquire information on the temperature environment of the fuel cell 10 by referring to the outputs of the temperature sensors 30 and 32.

実施の形態1では、システムの冷却液流路の全容積(具体的には、燃料電池10内部の冷却液流路の総容積、管路20の容積、ラジエータ22内の容積などの総和)を、燃料電池10内の冷却液流路の総容積に比して十分に大きく(少なくとも2倍以上、例えば、3〜4倍程度)しておく。   In the first embodiment, the total volume of the coolant flow path of the system (specifically, the total volume of the coolant flow path inside the fuel cell 10, the volume of the pipe line 20, the volume in the radiator 22, etc.) The volume of the coolant flow path in the fuel cell 10 is sufficiently large (at least twice or more, for example, about 3 to 4 times).

なお、以下の説明では、実施の形態1における燃料電池10の冷却用の構成(燃料電池10内部の冷却液流路、管路20、ラジエータ22およびポンプ24)を、包括的に、「冷却系」と称すことがある。また、実施の形態1では、燃料電池10の冷却液流路と管路20とが接続することにより、冷却液の循環通路が構築されている。   In the following description, the configuration for cooling the fuel cell 10 in Embodiment 1 (the coolant flow path, the pipe line 20, the radiator 22, and the pump 24 inside the fuel cell 10) is comprehensively described as “cooling system”. May be called. Further, in the first embodiment, a coolant circulation path is constructed by connecting the coolant flow path of the fuel cell 10 and the pipe line 20.

[実施の形態1の動作]
(実施の形態1の基本動作)
発電反応に伴う単位セル12の発熱量は、厳密には、個々の単位セル12の間でばらついている。また、1枚の単位セル12の面内においても、完全に均一に発熱するわけではない。このような発熱量のばらつき等に起因して、燃料電池10内部には温度のばらつき(温度ムラ)が生じる。特に、数百枚単位で複数の単位セル12が積層されている場合には、このような温度ばらつきも大きくなりやすいと考えられる。
[Operation of Embodiment 1]
(Basic operation of the first embodiment)
Strictly speaking, the calorific value of the unit cells 12 due to the power generation reaction varies among the individual unit cells 12. Further, even within the surface of one unit cell 12, heat is not generated completely uniformly. Due to such a variation in the heat generation amount, a variation in temperature (temperature unevenness) occurs in the fuel cell 10. In particular, when a plurality of unit cells 12 are stacked in units of several hundreds, it is considered that such temperature variations are likely to increase.

実施の形態1の燃料電池システムは、ポンプ24の回転方向を正方向または逆方向に固定して、システム内で冷却液を循環させることができる。冷却液を循環させることにより、燃料電池10を冷やすとともに、燃料電池10内の温度ムラを抑制することができる。   In the fuel cell system of the first embodiment, the rotation direction of the pump 24 can be fixed in the forward direction or the reverse direction, and the coolant can be circulated in the system. By circulating the coolant, the fuel cell 10 can be cooled and temperature unevenness in the fuel cell 10 can be suppressed.

(実施の形態1の特徴動作)
実施の形態1では、冷却液の循環の運転に加えて、さらに、以下述べる2つの様式(それぞれ、「第1の動作」、「第2の動作」と称す)で冷却液を流しながらシステムを運転することができる。
(Characteristic operation of the first embodiment)
In the first embodiment, in addition to the operation of circulating the coolant, the system is further operated while flowing the coolant in the following two modes (referred to as “first operation” and “second operation”, respectively). You can drive.

(i)第1の動作
以下、図2を用いて、実施の形態1の第1の動作を説明する。図2は、縦軸にポンプ24の単位時間当りの回転数をとり、横軸に時間をとって、ポンプ24の挙動の時間変化を示した図である。図2において、零を境に紙面上方の回転数は、ポンプ24が正方向に回転している状態における回転数を、零を境に紙面下方の回転数は、ポンプ24が逆方向に回転している状態における回転数を、それぞれ意味する。正方向、逆方向の回転数の最大値は、ともに同じ値でAと記してある(便宜上、逆方向にはマイナスの符号を付ける)。ポンプの回転数と冷却液の流量との間には相関があるので、図2の縦軸は、単位時間当りの流量(リットル/秒)として読むことができる。
(I) First Operation Hereinafter, the first operation of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the time change of the behavior of the pump 24 with the vertical axis representing the number of rotations per unit time of the pump 24 and the horizontal axis representing time. In FIG. 2, the number of rotations above the page with zero as the boundary is the number of rotations in the state where the pump 24 is rotating in the forward direction, and the number of rotations below the sheet with respect to zero is the rotation of the pump 24 in the reverse direction. The number of rotations in the state of The maximum value of the number of rotations in the forward direction and the reverse direction is the same value and is denoted by A (for the sake of convenience, a minus sign is attached to the reverse direction). Since there is a correlation between the number of rotations of the pump and the flow rate of the coolant, the vertical axis in FIG. 2 can be read as a flow rate (liter / second) per unit time.

図2において、符号50と斜線を付した領域(以下、単に「領域50」とも称す)の面積は、ポンプ24の正方向側回転期間の1周期(図2中のW)の曲線を、時間で積分した値である。前述したように、図2の縦軸は単位時間当たりの流量として読むことができるので、領域50の面積は、ポンプ24が正方向側回転期間の1周期において流す流量(すなわち、期間Wで流れる冷却液の体積:リットル)を意味する。   In FIG. 2, the area of the hatched region (hereinafter also simply referred to as “region 50”) is the curve of one cycle (W in FIG. 2) of the rotation direction of the pump 24 in the forward direction. It is the value integrated by. As described above, since the vertical axis in FIG. 2 can be read as a flow rate per unit time, the area 50 has an area that is the flow rate that the pump 24 flows in one cycle of the forward rotation side (that is, the flow rate in the period W). Means the volume of the coolant: liter).

図2に示すように、実施の形態1の第1の動作では、ポンプ24が正方向に回転する期間と、ポンプ24が逆方向に回転する期間とを、交互に発生させている。ここでは、ポンプ24の回転方向を、そのまま、管路20等を流れる冷却液の流れの方向を意味すると考える。よって、第1の動作によれば、冷却液がその流通方向を正方向と逆方向とに交互に反転しながら流れることになる。   As shown in FIG. 2, in the first operation of the first embodiment, the period in which the pump 24 rotates in the forward direction and the period in which the pump 24 rotates in the reverse direction are alternately generated. Here, the rotation direction of the pump 24 is considered to mean the direction of the flow of the coolant flowing through the pipe line 20 and the like as it is. Therefore, according to the first operation, the coolant flows while reversing the flow direction alternately between the forward direction and the reverse direction.

このような動作によれば、燃料電池10の内部で冷却液が往復を繰り返し、冷却液の流動に伴って燃料電池10内部(より具体的には、個々の単位セル12の面内)の温度勾配が平滑化される。従って、燃料電池10内部に生ずる温度ムラを緩和し、燃料電池10全体をより均一な温度に近づけることができる。   According to such an operation, the coolant reciprocates repeatedly inside the fuel cell 10, and the temperature inside the fuel cell 10 (more specifically, in the plane of each unit cell 12) as the coolant flows. The gradient is smoothed. Therefore, the temperature unevenness generated in the fuel cell 10 can be alleviated and the entire fuel cell 10 can be brought closer to a more uniform temperature.

また、実施の形態1では、領域50の面積を、ちょうど、「燃料電池10内の冷却液流路の総容積」と、「管路20のうち燃料電池10から温度センサ30、32までの部分の容積」とを加えた合計の容積VFCに一致するように定める。容積VFCは、図1を用いて模式的に表せば、図1の破線で囲った部位の冷却液流路の容積である。 Further, in the first embodiment, the area of the region 50 is just “the total volume of the coolant channel in the fuel cell 10” and “the portion of the conduit 20 from the fuel cell 10 to the temperature sensors 30, 32. It is determined so as to be equal to the total volume V FC including The volume V FC is a volume of the coolant flow path at a site surrounded by a broken line in FIG.

このようにすることで、先ず、少なくとも「燃料電池10内の冷却液流路の総容積」以上の体積の冷却液を、正方向と逆方向にそれぞれ流すことができる。これは即ち、燃料電池10内の冷却液を一旦全て管路20に排出したあと、再び同じ分だけの冷却液を燃料電池10へと戻すという動作を、繰り返すことに他ならない。このようにすることで、温度が異なる個々の単位セル12内で温められた冷却液を、一旦管路20へと集めて、平均な温度になるように混ぜ合わせることができる。また、「管路20のうち燃料電池10から温度センサ30、32までの部分の容積」を加算しておくことにより、温度センサ30、32が、燃料電池10内の温度環境を精度良く計測することができる。   By doing in this way, first, at least “cooling liquid flow volume in the fuel cell 10” or more of the volume of cooling liquid can be flowed in the forward direction and the reverse direction. That is, the operation of once discharging all the coolant in the fuel cell 10 to the pipe line 20 and then returning the same amount of coolant to the fuel cell 10 is repeated. By doing in this way, the cooling liquid heated in each unit cell 12 from which temperature differs can be once gathered to the pipe line 20, and can be mixed so that it may become average temperature. Further, by adding the “volume of the portion of the pipe line 20 from the fuel cell 10 to the temperature sensors 30 and 32”, the temperature sensors 30 and 32 accurately measure the temperature environment in the fuel cell 10. be able to.

例えば次のような状況下において、第1の動作は、下記の効果を発揮することができる。   For example, under the following circumstances, the first operation can exhibit the following effects.

燃料電池10が低温であるときに、ある程度、燃料電池10が温まるまでは、システムからの熱の積極的な放出を控えたい場合がある。低温時には、より具体的には、冷間始動時、特に、氷点下始動時が挙げられる。このような場合には、燃料電池10内部の凍結を防止し、早期にシステムを起動すべく、急速に暖機することが望ましい。   When the fuel cell 10 is at a low temperature, it may be desired to refrain from aggressive release of heat from the system until the fuel cell 10 is warmed to some extent. More specifically, at a low temperature, a cold start, in particular, a sub-freezing start. In such a case, it is desirable to warm up rapidly in order to prevent freezing inside the fuel cell 10 and start the system early.

冷却液を循環させるほど、ラジエータ22による放熱がなされ、システムは冷却される。上述のような低温時には、システムから外部へと熱が積極的に放出されることを、控えたい。そこで、冷却液の流量を抑えつつ冷却液を循環させたり、ポンプ24を停止して冷却液の流通そのものを無くしたりして、ラジエータ22を介した放熱を少なく抑えることが考えられる。しかしながら、冷却液の流量を低減すると、これに伴って、冷却液の流動によって実現されていた燃料電池10内部の温度ムラ緩和効果も低下してしまう。   The more the coolant is circulated, the more heat is dissipated by the radiator 22 and the system is cooled. At low temperatures as described above, it is desirable to refrain from actively releasing heat from the system to the outside. Therefore, it is conceivable to reduce the heat radiation through the radiator 22 by circulating the cooling liquid while suppressing the flow rate of the cooling liquid, or stopping the pump 24 to eliminate the flow of the cooling liquid itself. However, when the flow rate of the coolant is reduced, the effect of alleviating temperature unevenness inside the fuel cell 10 realized by the flow of the coolant is also reduced.

第1の動作によれば、そのような難点を解決することができる。既述したように、実施の形態1では、冷却系内の冷却液の流れを、正方向と逆方向とで反転させている。正方向の回転時間と逆方向の回転時間を同じ値にし、それらの時間を適宜定めることにより、燃料電池10付近において冷却液を往復させることができる。   According to the first operation, such a difficulty can be solved. As described above, in the first embodiment, the flow of the cooling liquid in the cooling system is reversed between the forward direction and the reverse direction. The coolant can be reciprocated in the vicinity of the fuel cell 10 by setting the rotation time in the forward direction and the rotation time in the reverse direction to the same value and appropriately determining these times.

このような動作によれば、燃料電池10から熱を受け取って温まった状態の冷却液が、ラジエータ22側へと到達せずに(冷却系内を一巡せずに)、燃料電池10付近を往復して流れ続ける。従って、燃料電池10の発した熱が燃料電池10付近の冷却液に集中して蓄積されていき、ラジエータ22から熱が系外に放出されることを控えることができる。その結果、燃料電池10の温度を速やかに上昇させることができる。冷却液の流量(具体的には、図2のポンプ回転数の波形の振幅)を適宜に定めれば、冷却液の流動も十分に確保することができる。よって、燃料電池10内部の温度ムラ緩和効果を十分に確保することができる。   According to such an operation, the coolant that has been heated by receiving heat from the fuel cell 10 does not reach the radiator 22 side (without going around the cooling system), and reciprocates around the fuel cell 10. And keep flowing. Therefore, the heat generated by the fuel cell 10 is concentrated and accumulated in the coolant near the fuel cell 10, and it is possible to refrain from releasing heat from the radiator 22 to the outside of the system. As a result, the temperature of the fuel cell 10 can be quickly raised. If the flow rate of the coolant (specifically, the amplitude of the waveform of the pump rotation number in FIG. 2) is appropriately determined, the flow of the coolant can be sufficiently ensured. Therefore, the effect of alleviating temperature unevenness inside the fuel cell 10 can be sufficiently ensured.

以上述べたように、第1の動作によれば、燃料電池10からの放熱の抑制と、燃料電池10の温度ムラ緩和効果の確保とを、両立することができる。なお、上述した動作によれば、ラジエータ22の近傍で低温の冷却液が往復して流動することになる。よって、実施の形態1の燃料電池システムでは、第1の動作時に、ラジエータ22の前後で、実質的に温度差が生じないことになる。   As described above, according to the first operation, it is possible to achieve both suppression of heat dissipation from the fuel cell 10 and securing of an effect of reducing temperature unevenness of the fuel cell 10. Note that, according to the above-described operation, the low-temperature coolant flows back and forth near the radiator 22. Therefore, in the fuel cell system of Embodiment 1, there is substantially no temperature difference before and after the radiator 22 during the first operation.

また、第1の動作によれば、燃料電池10を暖機する際の熱容量(暖機時に必要な熱量の総和)を少なくできる。仮に、冷却液を循環させながら暖機を行うとすると、冷却系内の全ての冷却液の温度が上昇することが求められる。これに対し、第1の動作によれば、前述した容積VFCの2倍程度の量の冷却液の温度が上昇すれば、少なくとも燃料電池10周辺に良好な温度環境が確保される。これらを比較すれば、第1の動作のほうが、少ない熱容量で燃料電池10を暖機できることがわかる。また、熱容量が少ないということは、燃料電池10の温度を短時間で上昇させることができることにほかならない。 Further, according to the first operation, the heat capacity (the total amount of heat necessary for warming up) when warming up the fuel cell 10 can be reduced. If the warm-up is performed while circulating the coolant, it is required that the temperature of all the coolants in the cooling system rise. On the other hand, according to the first operation, if the temperature of the coolant that is about twice the volume V FC increases, a favorable temperature environment is secured at least around the fuel cell 10. Comparing these, it can be seen that the first operation can warm up the fuel cell 10 with a smaller heat capacity. Moreover, the fact that the heat capacity is small is nothing but the fact that the temperature of the fuel cell 10 can be raised in a short time.

(ii)第2の動作
以下、図3を用いて、実施の形態1の第2の動作を説明する。図3に示すように、第2の動作は、第1の動作で述べた冷却液の往復動作を行いつつ、その往復の中心(ポンプ回転数の時間変化の曲線を振動とみなせば、振動の中心)を正方向側へシフトさせていく。これに伴い、往復の中心からみた正方向側および逆方向側の最大値(言い換えれば、振動の幅)を小さくしていく。最終的に、図3に示すように、ポンプ回転数は、固定値Aに収束する。つまり、第1の動作によるポンプ回転数の変動を交流成分とみなせば、第2の動作は、この交流成分に対して正方向側の直流成分を乗せ、最終的にある固定値に収束させる動作と言い表すことができる。
(Ii) Second Operation Hereinafter, the second operation of the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, in the second operation, the reciprocating operation of the coolant described in the first operation is performed, and the center of the reciprocation (if the curve of the time variation of the pump rotation speed is regarded as vibration is considered as vibration). Shift the center) to the positive side. Along with this, the maximum value (in other words, the width of vibration) on the forward direction side and the reverse direction side as viewed from the center of reciprocation is reduced. Finally, as shown in FIG. 3, the pump speed is converged to a fixed value A 0. In other words, if the fluctuation of the pump rotation speed due to the first operation is regarded as an AC component, the second operation is an operation in which a DC component on the positive direction side is added to the AC component and finally converges to a fixed value. Can be expressed.

正方向に流す冷却液の総量を、逆方向に流す冷却液の総量よりも多くすれば、冷却液の往復的な流れは維持されるものの、冷却液が全体として正方向側に移動していく。第2の動作によれば、このように、冷却系内において冷却液の往復を繰り返しながら、冷却系内で冷却液を正方向側にずらしていくことができる。   If the total amount of coolant flowing in the forward direction is larger than the total amount of coolant flowing in the reverse direction, the reciprocating flow of the coolant is maintained, but the coolant moves as a whole in the forward direction. . According to the second operation, the coolant can be shifted in the forward direction in the cooling system while repeating the reciprocation of the coolant in the cooling system.

また、実施の形態1では、図3に示す領域60の面積が第1の動作でも述べた容積VFCと一致するように、ポンプ24を制御する。つまり、ポンプ回転数の変動の幅が小さくなるのに応じて、正方向側あるいは逆方向側の一周期の長さを増大していく。 In the first embodiment, the pump 24 is controlled so that the area of the region 60 shown in FIG. 3 coincides with the volume V FC described in the first operation. That is, the length of one cycle in the forward direction side or the reverse direction side is increased as the range of fluctuation of the pump rotation speed becomes smaller.

また、実施の形態1では、図3に示すように、正方向側の直流成分を固定値Aへと向かって徐々に増加している。ここで、図3において、正方向側の直流成分の加算値が描く領域70の面積は、第2の動作を開始してから定常運転(回転数が固定値Aに設定された状態)が始まるまでの時間に、直流成分によって冷却系内を移動する冷却液の総量を意味する。実施の形態1では、領域70の面積の大きさを、燃料電池システムの冷却系の総容積に一致させる。これにより、冷却系内で冷却液を一巡させ、その後速やかに、ポンプ24の動作を定常運転に切り換えることができる。 In the first embodiment, as shown in FIG. 3, it is increasing gradually with the DC component of the positive side to the fixed value A 0. Here, in FIG. 3, the area 70 drawn by the added value of the DC component on the positive direction side is the steady operation (the state where the rotation speed is set to the fixed value A 0 ) after the start of the second operation. It means the total amount of the coolant that moves in the cooling system by the direct current component in the time until the start. In the first embodiment, the size of the area 70 is matched with the total volume of the cooling system of the fuel cell system. As a result, it is possible to complete the circulation of the coolant in the cooling system and then immediately switch the operation of the pump 24 to the steady operation.

例えば次のような状況下において、第2の動作は、下記の効果を発揮することができる。   For example, under the following circumstances, the second operation can exhibit the following effects.

低温環境下において前述した第1の動作を行うと、燃料電池10の近傍にある冷却液の温度は上昇するものの、それ以外の位置(特に冷却系内で燃料電池10から最も離れた位置)の冷却液は未だ低温の状態に維持される。このような場合、仮に、第1の動作によって燃料電池10周辺の暖機が完了したあと直ちに冷却液を循環させると、燃料電池10に低温の冷却液が突然流れ込んでしまう。   When the first operation described above is performed in a low temperature environment, the temperature of the coolant in the vicinity of the fuel cell 10 rises, but at other positions (particularly the position farthest from the fuel cell 10 in the cooling system). The coolant is still maintained at a low temperature. In such a case, if the coolant is circulated immediately after the warm-up around the fuel cell 10 is completed by the first operation, the low-temperature coolant suddenly flows into the fuel cell 10.

この点、第2の動作によれば、冷却系内で往復動作を繰り返しながら冷却液をずらしていくことができるので、その過程で、冷却液を順番に温めていくことができる。その結果、燃料電池に対して流入する冷媒の温度が急激に変化するのを避けることができる。   In this respect, according to the second operation, the coolant can be shifted while repeating the reciprocating operation in the cooling system, so that the coolant can be sequentially heated in the process. As a result, it is possible to avoid a sudden change in the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell.

なお、実施の形態1の燃料電池システムは、次のような利点も備えている。燃料電池システムの冷却系に、冷却系内においてラジエータを迂回して冷却液が流通するように、バイパス流路(管路など)を設ける場合が考えられる。このようなバイパス流路を選択的に使用することにより、ラジエータを経由して冷却液を流す場合と、ラジエータを経由せずに冷却液を流す場合とを切り換えることができる。しかしながら、バイパス流路は、システムの構成を複雑化する。また、バイパス流路の容積が大きければ多くの冷却液を温めなければならない点では変わらないので、熱容量は依然として大きい。   Note that the fuel cell system of Embodiment 1 also has the following advantages. There may be a case where a bypass channel (pipe, etc.) is provided in the cooling system of the fuel cell system so that the coolant flows around the radiator in the cooling system. By selectively using such a bypass flow path, it is possible to switch between a case in which the coolant flows through the radiator and a case in which the coolant flows without passing through the radiator. However, the bypass channel complicates the system configuration. Also, if the volume of the bypass flow path is large, the heat capacity is still large because it does not change in that much coolant must be heated.

この点、実施の形態1の燃料電池システムは、バイパス流路を必須構成とはしておらず、簡素な構成を採用することが可能である。また、暖機時に燃料電池10付近を往復して流れる冷却液の体積を十分に少なくすることが可能なので(実施の形態1では容積VFCの2倍だが、これよりも少なくしてもよい)、熱容量の低減効果を十分に得ることができる。 In this regard, the fuel cell system of Embodiment 1 does not have the bypass flow path as an essential configuration, and a simple configuration can be employed. Further, since the volume of the coolant flowing back and forth near the fuel cell 10 when warming up can be sufficiently reduced (in Embodiment 1, it is twice the volume V FC , but may be smaller than this). The effect of reducing the heat capacity can be sufficiently obtained.

[実施の形態1の具体的処理]
以下、図4を用いて、実施の形態1の燃料電池システムが行う具体的処理を説明する。図4は、実施の形態1においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。なお、実施の形態1では、このルーチンが燃料電池システムの始動時、燃料電池10の発電中に実行されるものとする。
[Specific Processing in First Embodiment]
Hereinafter, specific processing performed by the fuel cell system of Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by ECU 40 in the first embodiment. In the first embodiment, it is assumed that this routine is executed during power generation of the fuel cell 10 when the fuel cell system is started.

図4に示すルーチンでは、先ず、燃料電池10の第1の温度環境の判定が行われる(ステップS100)。このステップでは、冷却系内の冷却液の温度が十分に高いか否かの判別が行われる。具体的には、温度センサ30、32がそれぞれ示す温度tとtの平均値(t+t)/2が、所定温度Tを下回っているか否かが判定される。この所定温度Tは、例えば、冷却液を循環させて流すことが許容できる冷却液の下限温度を仕様や実験などから予め特定しておき、これに基づいて決定すればよい。例えば、所定温度Tは、数十℃程度に定めることができる。 In the routine shown in FIG. 4, first, determination of the first temperature environment of the fuel cell 10 is performed (step S100). In this step, it is determined whether or not the temperature of the coolant in the cooling system is sufficiently high. Specifically, it is determined whether or not the average value (t 1 + t 2 ) / 2 of the temperatures t 1 and t 2 indicated by the temperature sensors 30 and 32 is below a predetermined temperature T 1 . The predetermined temperature T 1 of, for example, by circulating a cooling fluid in advance specified from such specifications and experiments the minimum temperature of the cooling fluid can permitted to flow, may be determined based on this. For example, the predetermined temperatures T 1 can be determined in the order of several tens of ° C..

ステップS100の条件が否定された場合には、冷却液の温度は許容できる程度に高いと判定される。その結果、そのまま定回転運転が行われる(ステップS110)。低回転運転とは、実施の形態1では、ポンプ24を正方向に一定の回転数Aで回転させる運転である。 If the condition in step S100 is negative, it is determined that the temperature of the coolant is high enough to be acceptable. As a result, the constant rotation operation is performed as it is (step S110). The low rotational speed operating, in the first embodiment, a driving rotating at a constant rotation speed A 0 the pump 24 in the forward direction.

ステップS100の条件が成立した場合には、燃料電池10の第2の温度環境の判定が行われる(ステップS102)。このステップでは、燃料電池10の温度環境が、氷点下にあるか否かの判別が行われる。具体的には、温度tとtの平均値(t+t)/2が、所定温度Tを下回っているか否かが判定される。所定温度Tは、零℃とする。 When the condition of step S100 is satisfied, the determination of the second temperature environment of the fuel cell 10 is performed (step S102). In this step, it is determined whether or not the temperature environment of the fuel cell 10 is below freezing. Specifically, the average value of the temperature t 1 and t 2 (t 1 + t 2 ) / 2 is, whether less than the predetermined temperature T 2 is determined. Predetermined temperature T 2 is zero ° C..

ステップS102の条件が成立した場合には、燃料電池システムが低温環境下にあると判断され、燃料電池10の暖機が行われる(ステップS104)。このステップでは、前述した第1の動作が実行され、燃料電池10が速やかに暖機される。これにより、凍結のおそれなど種々の弊害を確実に避け、燃料電池システムを安定的に起動できる。   When the condition of step S102 is satisfied, it is determined that the fuel cell system is in a low temperature environment, and the fuel cell 10 is warmed up (step S104). In this step, the first operation described above is executed, and the fuel cell 10 is quickly warmed up. As a result, various adverse effects such as the possibility of freezing can be surely avoided, and the fuel cell system can be stably started.

ステップS104の実行が開始された後は、再びステップS102へと戻り、平均値(t+t)/2と所定温度Tとが再度比較される。これにより燃料電池10の温度環境が継続的に監視され、(t+t)/2の値が零℃以上となるまで燃料電池10の暖機運転が維持される。その後、ステップS102の条件が否定されると、ステップS102とS104のループから抜け、冷却液暖機運転へと移行する(ステップS106)。なお、ループ突入後の2回目以降のステップS102の判定値には、所定温度TにΔT(例えば1.5℃程度)を加算したT+ΔTの値を用いても良い。 After the execution of step S104 is started, the process returns to step S102 again, and the average value (t 1 + t 2 ) / 2 and the predetermined temperature T 2 are compared again. As a result, the temperature environment of the fuel cell 10 is continuously monitored, and the warm-up operation of the fuel cell 10 is maintained until the value of (t 1 + t 2 ) / 2 becomes zero ° C. or higher. Thereafter, when the condition of step S102 is denied, the process exits the loop of steps S102 and S104 and shifts to the coolant warm-up operation (step S106). Note that the value of T 2 + ΔT 2 obtained by adding ΔT 2 (for example, about 1.5 ° C.) to the predetermined temperature T 2 may be used as the determination value in the second and subsequent steps S102 after entering the loop.

ステップS106の冷却液暖機運転では、前述した第2の動作が実行される。つまり、図3で示した曲線に従ってポンプ24の回転数が制御される。これにより、冷却系内で往復動作を繰り返しながら冷却液をずらしていくことができるので、その過程で、冷却液を順番に温めていくことができる。その結果、燃料電池10に対して流入する冷媒の温度が急激に変化するのを避けつつ、冷却系内の冷却液の温度を全体的に上昇させることができる。   In the coolant warm-up operation in step S106, the second operation described above is executed. That is, the rotational speed of the pump 24 is controlled according to the curve shown in FIG. As a result, the coolant can be shifted while repeating the reciprocating operation in the cooling system, so that the coolant can be sequentially heated in the process. As a result, the temperature of the coolant in the cooling system can be entirely increased while avoiding a sudden change in the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell 10.

ステップS106の実行が開始された後、冷却液温度の十分な上昇と、冷却系内の冷却液の一巡とのうち、少なくとも一方が成立したか否かが判定される(ステップS108)。このステップでは、先ず、冷却液温度の平均値(t+t)/2が所定温度T以上か否かが判定される。これにより、冷却液の温度がある程度まで上昇しているか否かを判断できる。 After the execution of step S106 is started, it is determined whether or not at least one of a sufficient rise in the coolant temperature and a cycle of the coolant in the cooling system has been established (step S108). In this step, first, it is determined whether or not the average value (t 1 + t 2 ) / 2 of the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature T 1 . Thereby, it can be determined whether or not the temperature of the coolant has risen to some extent.

また、第2の動作で説明したように領域70の面積相当の体積の冷却液が流れて、冷却系内を冷却系が一巡したか否かも判定される。この判定は、例えば、ステップS106を開始してからの時間や、現在のポンプ24の回転数が収束値である固定値Aに一致したか否か、あるいは流量計などを用いて正方向に流れた冷却液の総量を実測するなど、種々の観点から実現することができる。なお、温度の条件と冷却液一巡の条件のうちいずれか一方のみの条件判定を行っても良い。 In addition, as described in the second operation, it is also determined whether or not the cooling liquid having a volume corresponding to the area of the region 70 has flowed and the cooling system has made a round in the cooling system. This determination may, for example, time or from the start of the step S106, whether or not the rotational speed of the current of the pump 24 matches the fixed value A 0 is a convergence value, or the like in the forward direction using a flow meter This can be realized from various viewpoints such as actually measuring the total amount of the coolant that has flowed. It should be noted that only one of the temperature condition and the coolant circulation cycle condition determination may be performed.

ステップS108において、温度の条件と冷却液一巡の条件の両方が否定されている間は、ステップS106の冷却液暖機運転が維持される。ステップS108において、温度の条件と冷却液一巡の条件とのうち、少なくとも一方の条件が成立したら、定回転運転へと移行する(ステップS110)。   In step S108, while both the temperature condition and the coolant circulation cycle condition are denied, the coolant warm-up operation in step S106 is maintained. In step S108, when at least one of the temperature condition and the coolant circulation cycle condition is satisfied, the routine proceeds to constant rotation operation (step S110).

以上の処理によれば、燃料電池システムの始動時に、温度環境に合わせて、燃料電池10の暖機および冷却液の暖機を、燃料電池10の急激な温度変化を避けつつ迅速に行うことができる。   According to the above processing, when starting the fuel cell system, the fuel cell 10 and the coolant can be quickly warmed up while avoiding a sudden temperature change in accordance with the temperature environment. it can.

尚、上述した実施の形態1では、燃料電池10が前記第1の発明における「燃料電池」に、ポンプ24が前記第1の発明における「冷媒流通機構」に、コントローラ26が前記第1の発明における「切換手段」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態1では、図4のルーチンのステップS104を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。   In the first embodiment, the fuel cell 10 is the “fuel cell” in the first invention, the pump 24 is the “refrigerant distribution mechanism” in the first invention, and the controller 26 is the first invention. Corresponds to “switching means” in FIG. In the first embodiment described above, the “control means” in the first aspect of the present invention is realized by executing step S104 of the routine of FIG.

また、上述した実施の形態1では、図4のルーチンのステップS106において実現される第2の動作が、前記第3の発明における「運転モード」に相当している。   In the first embodiment described above, the second operation realized in step S106 of the routine of FIG. 4 corresponds to the “operation mode” in the third aspect of the invention.

また、上述した実施の形態1では、温度センサ30、32が、前記第4の発明における「検知手段」に相当し、図4のルーチンのステップS100およびS102により、前記第4の発明における「始動手段」が実現されている。   In the first embodiment described above, the temperature sensors 30 and 32 correspond to the “detecting means” in the fourth invention, and the “starting” in the fourth invention is performed by steps S100 and S102 of the routine of FIG. Means "are realized.

[実施の形態1の変形例]
(第1変形例)
図5は、実施の形態1の第1変形例を示す図である。この第1変形例では、実施の形態1に比して、ポンプ24の回転方向を正方向/逆方向に維持する期間をそれぞれ短くし、かつ、回転数の最大値を大きくして、第1の動作を実行する。つまり、実施の形態1の第1の動作を示す図2と、図5との比較において、A<AかつW>Wの関係が成立する。また、第1変形例では、図5で斜線を付した領域80の面積は、図2の領域50の面積と同じとする。
[Modification of Embodiment 1]
(First modification)
FIG. 5 is a diagram illustrating a first modification of the first embodiment. In the first modified example, as compared with the first embodiment, the period in which the rotation direction of the pump 24 is maintained in the forward direction / reverse direction is shortened, and the maximum value of the rotation speed is increased. Execute the operation. That is, as FIG. 2 showing a first operation of the first embodiment, in comparison with FIG. 5, the relationship A <A 2 KatsuW> W 2 is established. In the first modification, the area of the hatched region 80 in FIG. 5 is the same as the area 50 of FIG.

燃料電池10の発電時の電流の値が大きいほど、燃料電池10の発熱量は多い。そこで、燃料電池10の暖機の際、より多くの電流を燃料電池10に発電させることが考えられる。一方、図5のようにポンプの動作を実現するには、実施の形態1の場合に比して、ポンプ24がより多くの電力を必要とする。そこで第1変形例では、燃料電池10が発電した電流を、ポンプ24にて消費させる。これにより、燃料電池10をさらに迅速に暖機することが可能となる。   The larger the value of the current during power generation of the fuel cell 10, the greater the amount of heat generated by the fuel cell 10. Therefore, it is conceivable that when the fuel cell 10 is warmed up, the fuel cell 10 generates more current. On the other hand, in order to realize the operation of the pump as shown in FIG. 5, the pump 24 requires more electric power than in the case of the first embodiment. Therefore, in the first modification, the current generated by the fuel cell 10 is consumed by the pump 24. As a result, the fuel cell 10 can be warmed up more quickly.

なお、実施の形態1の第1の動作(図2)と、この第1変形例の第1の動作(図5)の両方を、ポンプ24の第1の動作にかかる動作モードとして設定しておき、必要に応じてそれらを選択的に切り換えてもよい。   It should be noted that both the first operation of the first embodiment (FIG. 2) and the first operation of the first modification (FIG. 5) are set as operation modes for the first operation of the pump 24. Alternatively, they may be selectively switched as necessary.

(第2変形例)
実施の形態1では、第1の動作や第2の動作において、正方向あるいは逆方向に流す冷却液の量を、容積VFCに設定した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。正方向あるいは逆方向に流す冷却液の量を、容積VFCより多く設定したり容積VFCより少なく設定するなど、必要に応じて正方向あるいは逆方向に流す冷却液の量を変更すればよい。また、本発明の対象となる冷却系は、実施の形態1のように、管路20の容積が燃料電池10内の冷却液流路の容積に比して十分に大きいものに限らない。種々の冷却系を対象に、本発明を適用することができる。
(Second modification)
In the first embodiment, in the first operation and the second operation, the amount of the coolant flowing in the forward direction or the reverse direction is set to the volume V FC . However, the present invention is not limited to this. The amount of cooling fluid to flow in the forward direction or reverse direction, such as setting less more set or volume V FC than the volume V FC, may be changed amount of coolant flowing in the forward direction or reverse direction as required . Further, the cooling system to be the subject of the present invention is not limited to the one in which the volume of the pipe line 20 is sufficiently large as compared with the volume of the coolant channel in the fuel cell 10 as in the first embodiment. The present invention can be applied to various cooling systems.

(第3変形例)
実施の形態1では、ポンプ24の回転方向を反転させることにより、冷却液の流通方向を切り換えた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。例えば、特開2007−87779号公報に開示されているように、ポンプ自体の回転方向は変えずに、バルブ等を用いて、管路を選択的に切り換えることによって燃料電池10に対する冷却液の流れの方向を切り換える機構がある。このような切換機構を用いても良い。
(Third Modification)
In the first embodiment, the flow direction of the coolant is switched by reversing the rotation direction of the pump 24. However, the present invention is not limited to this. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-87779, the flow of the coolant to the fuel cell 10 can be performed by selectively switching a pipe line using a valve or the like without changing the rotation direction of the pump itself. There is a mechanism for switching the direction of the. Such a switching mechanism may be used.

(第4変形例)
実施の形態1の第2の動作は、ポンプ回転数の変動を交流成分とみなせば、この交流成分に対して正方向側の直流成分を乗せる動作と言い表すことができる。実施の形態1では、図3に示すように、この直流成分を徐々に大きくしていった。しかしながら、本発明はこれに限られない。ある一定の直流成分を乗せても良い。正方向に流す冷却液の量を、逆方向に流す冷却液の量よりも大きくしておけば、冷却液の全体的な位置を正方向に徐々に移動させることができるからである。
(Fourth modification)
The second operation of the first embodiment can be expressed as an operation in which a DC component on the positive direction side is placed on this AC component when the fluctuation in the pump speed is regarded as an AC component. In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the direct current component is gradually increased. However, the present invention is not limited to this. A certain direct current component may be placed. This is because if the amount of the coolant flowing in the forward direction is set larger than the amount of the coolant flowing in the reverse direction, the overall position of the coolant can be gradually moved in the forward direction.

なお、実施の形態1の第1の動作では、正方向と逆方向の切り換えを、周期的に多数回繰り返すこととしている。しかしながら、本発明は、これに限られるものではない。冷却液の流れの反転を、複数回行う(繰り返す)こととすればよい。正方向→逆方向→正方向とポンプ24の回転方向を切り換えることにより、冷却液の流れの反転を合計で2回(正方向から逆方向への冷却液の流れの反転と、逆方向から正方向への冷却液の流れの反転)行うことができる。ここから更に、逆方向、正方向と続けていくことにより、任意の回数だけ流れの反転の回数を増加することができる。また、正方向→逆方向→正方向と切り換えた後、最後に逆方向にした状態で定常回転を行っても構わない。なお、実施の形態1では、便宜上、正方向を図1の紙面右周りと定めたが、図1の紙面左周りを正方向にしてもよい。冷却系に対していずれの方向を正方向とするかは任意に定めればよい。   In the first operation of the first embodiment, switching between the forward direction and the reverse direction is periodically repeated many times. However, the present invention is not limited to this. The reversal of the coolant flow may be performed (repeated) a plurality of times. By switching the forward direction → reverse direction → forward direction and the rotation direction of the pump 24, the coolant flow is reversed twice in total (reversal of the coolant flow from the forward direction to the reverse direction and the reverse direction to the forward direction). Reversal of the coolant flow in the direction). Further, the number of reversals of the flow can be increased by an arbitrary number of times by continuing in the reverse direction and the forward direction. Further, after switching from the forward direction to the reverse direction to the forward direction, the stationary rotation may be performed in the state where the reverse direction is finally set. In the first embodiment, for the sake of convenience, the positive direction is defined as the clockwise direction in FIG. 1, but the left direction in FIG. Which direction is the positive direction with respect to the cooling system may be arbitrarily determined.

なお、実施の形態1では、第1の動作と第2の動作の両方を実行することを前提とした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない、第1の動作のみを利用したり、第2の動作のみを利用したりすることができる。なお、実施の形態1では循環型の冷却系を用いているが、流れの反転を繰り返すことができればよく、循環型でない系で本発明を実現してもよい。   In the first embodiment, it is assumed that both the first operation and the second operation are executed. However, the present invention is not limited to this, and only the first operation can be used, or only the second operation can be used. Although the circulation type cooling system is used in the first embodiment, the present invention may be realized by a non-circulation type system as long as the reversal of the flow can be repeated.

なお、上述した実施の形態1では、主に、燃料電池システムの低温時や冷間始動時における第1、2の動作の利点を説明した。しかしながら、温度環境や運転状態にかかわらず、つまり低温時以外や始動時以外の状況下で、必要に応じて第1、2の動作を用いてもよい。これにより、燃料電池内部の温度ムラを緩和または解消することができる。   In the first embodiment described above, the advantages of the first and second operations at the time of low temperature or cold start of the fuel cell system have been mainly described. However, the first and second operations may be used as necessary regardless of the temperature environment and the operating state, that is, under conditions other than low temperature or other than startup. Thereby, the temperature unevenness inside the fuel cell can be reduced or eliminated.

本発明の実施の形態1の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 of Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1の燃料電池システムの動作を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the fuel cell system according to the first embodiment. 実施の形態1の燃料電池システムの動作を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the fuel cell system according to the first embodiment. 実施の形態1で実行されるルーチンのフローチャートである。4 is a flowchart of a routine executed in the first embodiment. 実施の形態1の変形例を示す図である。6 is a diagram showing a modification of the first embodiment. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池
12 単位セル
20 管路
22 ラジエータ
24 ポンプ
26 コントローラ
30 温度センサ
32 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 12 Unit cell 20 Pipe line 22 Radiator 24 Pump 26 Controller 30 Temperature sensor 32 Temperature sensor

Claims (4)

冷媒を流通させるための冷媒流路を備えた燃料電池と、
前記冷媒流路内の冷媒に流れを生じさせる冷媒流通機構と、
前記冷媒流路内の冷媒の流れの方向を、第1の方向と、該第1の方向と反対の第2の方向とに切り替えることができる切換手段と、
前記第1の方向、前記第2の方向、前記第1の方向の順番で前記冷媒流路内の冷媒の流れの方向を切り換える制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having a refrigerant flow path for circulating the refrigerant;
A refrigerant flow mechanism for causing a flow in the refrigerant in the refrigerant flow path;
Switching means capable of switching the flow direction of the refrigerant in the refrigerant flow path between a first direction and a second direction opposite to the first direction;
Control means for switching the flow direction of the refrigerant in the refrigerant flow path in the order of the first direction, the second direction, and the first direction;
A fuel cell system comprising:
前記制御手段が、前記第1の方向に冷媒を流す場合と前記第2の方向に冷媒を流す場合の少なくとも一方の場合に、前記燃料電池内の前記冷媒通路の総容積以上の量の冷媒を流すことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   When the control means flows at least one of the refrigerant in the first direction and the refrigerant in the second direction, an amount of refrigerant equal to or larger than the total volume of the refrigerant passage in the fuel cell is supplied. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is flowed. 前記制御手段は、前記第1の方向と前記第2の方向のうち一方の方向に前記冷媒を流す量を他方の方向に該冷媒を流す量よりも少なくして、該第1の方向と該第2の方向の切り換えを行う運転モードを有することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   The control means reduces the amount of flowing the refrigerant in one direction out of the first direction and the second direction less than the amount of flowing the refrigerant in the other direction, The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system has an operation mode in which switching in the second direction is performed. 前記燃料電池の温度を検知する検知手段と、
前記燃料電池の始動時に、該燃料電池の温度が所定温度を下回っている場合に、前記制御手段による前記冷媒の流れの方向の切り換えを実行する始動手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
Detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
The starter for switching the flow direction of the refrigerant by the controller when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature when the fuel cell is started. 4. The fuel cell system according to any one of 3.
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