JP2010067460A

JP2010067460A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2010067460A
Application number: JP2008232592A
Authority: JP
Inventors: Junpei Ogawa; 純平小河; Kazuhiro Wake; 千大和氣
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of preventing excess temperature rising of a fuel cell by conducting control for limiting the flow rate of a coolant for cooling the fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell system includes the fuel cell, a coolant circulation passage through which the coolant for cooling the fuel cell is circulated, and a CCV for controlling the flow rate of the coolant circulating through the fuel cell. In the fuel cell system, when an output value of the fuel cell is larger than a prescribed output threshold value or system temperature is higher than a prescribed temperature threshold value, CCV full open control for fully opening the CCV is conducted. When the output value of the fuel cell is in the prescribed threshold value or lower and the system temperature is in the prescribed threshold value or lower, the CCV is completely closed and CCV opening limiting control for limiting the coolant flowing through the fuel cell is conducted. The rate of temperature rising is calculated and based on the calculated rate of temperature rising, the output threshold value and the temperature threshold vale are modified. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system. In detail, it is related with the fuel cell system mounted in a motor vehicle.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備える。 In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates a power by chemically reacting a reaction gas, and a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas channel.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）及びカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。 The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.

この燃料電池のアノード電極にアノードガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極にカソードガスとしてのエアを供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池システムが注目されている。 When hydrogen gas as anode gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell and air as cathode gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, a fuel cell system has attracted attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.

ところで、発電中の燃料電池を発電に最適な温度に保つために、燃料電池システムには、燃料電池を冷却する冷却装置が設けられる。この冷却装置は、燃料電池に冷媒を通過させ、燃料電池と冷媒との間で熱交換することにより燃料電池を冷却する。 By the way, in order to keep the fuel cell during power generation at an optimum temperature for power generation, the fuel cell system is provided with a cooling device for cooling the fuel cell. This cooling device cools the fuel cell by passing the refrigerant through the fuel cell and exchanging heat between the fuel cell and the refrigerant.

一方、燃料電池の起動直後など、燃料電池の温度が上述の最適な温度よりも低い場合には、冷却装置により燃料電池を冷却するのは好ましくない。そこで、例えば特許文献１には、燃料電池から排出されるエアの温度に応じて、燃料電池に冷媒を圧送するポンプを間欠運転する燃料電池システムが提案されている。このように、ポンプを間欠運転することにより、燃料電池の昇温を促進することができる。
特表２００５−５１８０７７号公報 On the other hand, when the temperature of the fuel cell is lower than the above-mentioned optimum temperature, such as immediately after the start of the fuel cell, it is not preferable to cool the fuel cell with the cooling device. Thus, for example, Patent Document 1 proposes a fuel cell system that intermittently operates a pump that pumps a refrigerant to the fuel cell in accordance with the temperature of air discharged from the fuel cell. Thus, the temperature rise of the fuel cell can be promoted by intermittently operating the pump.
JP 2005-518077 gazette

とことで、燃料電池の温度変化は、燃料電池の出力状態や、燃料電池が置かれた環境の温度などによって大きく変わる。すなわち、燃料電池の出力が大きいほど、また、燃料電池が置かれた環境の温度が高いほど、燃料電池の温度は大きく上昇する。 Thus, the temperature change of the fuel cell greatly varies depending on the output state of the fuel cell, the temperature of the environment where the fuel cell is placed, and the like. That is, the higher the output of the fuel cell and the higher the temperature of the environment in which the fuel cell is placed, the greater the temperature of the fuel cell.

しかしながら、特許文献１に示された燃料電池システムでは、燃料電池から排出されたエアの温度に基づいてポンプの間欠運転を行うか否かの判断を行っていたため、上述のような状況で燃料電池の温度が急激に上昇した場合、燃料電池への冷媒の供給量が不足してしまい、燃料電池の温度が過度に上昇し、結果として燃料電池の性能が低下してしまう虞がある。 However, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, since it is determined whether or not to perform intermittent operation of the pump based on the temperature of the air discharged from the fuel cell, the fuel cell in the above situation When the temperature of the fuel cell rises rapidly, the amount of refrigerant supplied to the fuel cell becomes insufficient, the temperature of the fuel cell rises excessively, and as a result, the performance of the fuel cell may deteriorate.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池を冷却する冷媒の流量を制限する制御を行う燃料電池システムであって、燃料電池の過昇温を防止できる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a fuel cell system that performs control for limiting the flow rate of a refrigerant that cools a fuel cell, and is a fuel cell system that can prevent overheating of the fuel cell. The purpose is to provide.

本発明の燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）は、反応ガスの反応により発電を行う燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、当該燃料電池を冷却する冷媒が循環する冷媒循環通路（例えば、後述の冷媒循環通路４１）と、当該燃料電池を流通する冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段（例えば、後述のＣＣＶ４５又はウォータポンプ４２）と、前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段（例えば、後述の電流センサＳＩＦＣ、電圧センサＳＶＦＣ、及びＥＣＵ５０）と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段（例えば、後述の温度センサＳＴＡ、及びＥＣＵ５０）と、前記出力検出手段により検出された出力値が所定の出力閾値以下であり、かつ、前記温度検出手段により検出された温度値が所定の温度閾値以下である場合には、前記冷媒流量制御手段を制御して、前記燃料電池を流通する冷媒の流量を制限する冷媒流量制限手段（例えば、後述のＥＣＵ５０、及び図４，７に示す冷媒流量制限処理を実行する手段）と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池の温度変化量を算出する温度変化量算出手段（例えば、後述の温度センサＳＴＡ、及びＥＣＵ５０）をさらに備え、前記冷媒流量制限手段は、前記温度変化量算出手段により算出された温度変化量（例えば、後述の温度上昇率）に基づいて、前記出力閾値及び前記温度閾値、あるいは、前記出力閾値又は前記温度閾値を変更することを特徴とする。 A fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later) of the present invention includes a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later) that generates power by reaction of a reaction gas, and a refrigerant in which a refrigerant for cooling the fuel cell circulates. A circulation path (for example, a refrigerant circulation path 41 described later), a refrigerant flow rate control means (for example, a CCV 45 or water pump 42 described later) for controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell, and the output of the fuel cell are detected. Output detection means (for example, current sensor SIFC, voltage sensor SVFC, and ECU 50 described later), temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell (for example, temperature sensor STA and ECU 50 described later), and the output detection The output value detected by the means is less than or equal to a predetermined output threshold value, and the temperature value detected by the temperature detection means is a predetermined temperature. If it is less than or equal to the value, the refrigerant flow rate control means for controlling the refrigerant flow rate control means to limit the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell (for example, the ECU 50 described later and the refrigerant flow rate shown in FIGS. And a temperature change amount calculating means for calculating a temperature change amount of the fuel cell (for example, a temperature sensor STA and an ECU 50 described later), The refrigerant flow rate limiting means sets the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value based on the temperature change amount (for example, a temperature increase rate described later) calculated by the temperature change amount calculation means. It is characterized by changing.

この発明によれば、燃料電池の出力値が所定の出力閾値以下であり、かつ、燃料電池の温度値が所定の温度閾値以下である場合には、冷媒流量制御手段を制御して、燃料電池を流通する冷媒の流量を制限する。また、燃料電池の温度変化量を算出し、算出した温度変化量に基づいて、これら出力閾値及び温度閾値、あるいは、出力閾値又は温度閾値を変更する。したがって、燃料電池が夏場の高温環境下に置かれた場合や大きな出力が取り出されている場合など、燃料電池の温度変化が激しい状態において冷媒の流量を制限している場合であっても、燃料電池の温度変化量に応じて各閾値を適切に変更することにより、燃料電池が過昇温し性能が低下するのを防止できる。 According to this invention, when the output value of the fuel cell is equal to or lower than the predetermined output threshold value and the temperature value of the fuel cell is equal to or lower than the predetermined temperature threshold value, the refrigerant flow rate control means is controlled to control the fuel cell. Limit the flow rate of refrigerant flowing through Further, the temperature change amount of the fuel cell is calculated, and the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value is changed based on the calculated temperature change amount. Therefore, even when the fuel cell is placed in a high temperature environment in summer or when a large output is taken out, even if the flow rate of the refrigerant is limited in a state where the temperature change of the fuel cell is severe, the fuel By appropriately changing each threshold value in accordance with the temperature change amount of the battery, it is possible to prevent the fuel cell from being overheated and performance deteriorated.

この場合、前記冷媒流量制限手段は、前記温度変化量算出手段により算出された温度変化量が所定の値以上である場合には、前記出力閾値及び前記温度閾値、あるいは、前記出力閾値又は前記温度閾値を、温度変化量が前記所定の値より小さい場合と比較して小さな値に変更することが好ましい。 In this case, when the temperature change amount calculated by the temperature change amount calculating unit is equal to or greater than a predetermined value, the refrigerant flow rate limiting unit is configured to output the output threshold and the temperature threshold, or the output threshold or the temperature. It is preferable to change the threshold value to a smaller value than when the temperature change amount is smaller than the predetermined value.

この発明によれば、燃料電池の温度変化量が所定の値以上である場合には、出力閾値及び温度閾値、あるいは、出力閾値又は温度閾値を、温度変化量が所定の値より小さい場合と比較して小さな値に変更する。すなわち、燃料電池の温度変化量が所定の値以上である場合には、冷媒の流量を制限する制御が解除されやすくなるように、各閾値を変更する。これにより、燃料電池の過昇温をより確実に防止できる。 According to the present invention, when the temperature change amount of the fuel cell is equal to or greater than the predetermined value, the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value are compared with the case where the temperature change amount is smaller than the predetermined value. And change it to a smaller value. That is, when the temperature change amount of the fuel cell is equal to or greater than a predetermined value, each threshold value is changed so that the control for limiting the flow rate of the refrigerant is easily released. Thereby, the excessive temperature rise of the fuel cell can be prevented more reliably.

この場合、前記冷媒流量制限手段は、前記温度変化量算出手段により算出された温度変化量が大きくなるに従い、前記出力閾値及び前記温度閾値、あるいは、前記出力閾値又は前記温度閾値を小さな値になるように変更することが好ましい。 In this case, as the temperature change amount calculated by the temperature change amount calculating unit increases, the refrigerant flow rate limiting unit decreases the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value. It is preferable to change as follows.

この発明によれば、燃料電池の温度変化量を算出し、算出した温度変化量が大きくなるに従い、出力閾値及び温度閾値、あるいは、出力閾値又は温度閾値を小さな値に変更する。したがって、燃料電池の温度変化量が大きくなるに従い、冷媒の流量を制限する制御が解除されやすくなるように、各閾値を変更する。これにより、燃料電池の過昇温をより確実に防止できる。 According to this invention, the temperature change amount of the fuel cell is calculated, and the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value is changed to a smaller value as the calculated temperature change amount increases. Therefore, as the temperature change amount of the fuel cell increases, each threshold value is changed so that the control for limiting the flow rate of the refrigerant is easily released. Thereby, the excessive temperature rise of the fuel cell can be prevented more reliably.

この場合、前記冷媒循環通路を流通する冷媒を冷却するラジエタ（例えば、後述のラジエタ４３）と、前記ラジエタをバイパスするバイパス通路（例えば、後述のラジエタバイパス通路４１３）と、前記冷媒循環通路に設けられ、冷媒の温度に応じて冷媒が流通する通路を前記バイパス通路と前記ラジエタを流通する通路とで切り替えるサーモスタット弁（例えば、後述のサーモスタット弁４４）と、前記サーモスタット弁により通路が切り替えられる冷媒の温度値を切替冷媒温度値とし、前記冷媒流量制限手段は、前記温度検出手段により検出された温度値が、前記切替冷媒温度値に対応する前記燃料電池の温度値以下である場合には、前記出力閾値を変更しないことが好ましい。 In this case, a radiator (for example, a radiator 43 described later) for cooling the refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage, a bypass passage (for example, a radiator bypass passage 413 described later) for bypassing the radiator, and the refrigerant circulation passage are provided. A thermostat valve (for example, a thermostat valve 44 to be described later) that switches a passage through which the refrigerant flows according to the temperature of the refrigerant between the bypass passage and a passage through the radiator, and a refrigerant whose passage is switched by the thermostat valve. When the temperature value is a switching refrigerant temperature value, and the refrigerant flow rate limiting means has a temperature value detected by the temperature detection means that is equal to or lower than the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value, It is preferable not to change the output threshold.

この発明によれば、燃料電池の温度値が、切替冷媒温度値に対応する燃料電池の温度値以下である場合には、温度変化量の大きさにかかわらず出力閾値を変更しない。ところで、燃料電池の温度が、サーモスタット弁が動作する切替冷媒温度に対応する温度以下である場合には、燃料電池の出力を増加したとしても過昇温になりにくく、逆に過冷却になりやすい。この発明によれば、このような過冷却になりやすい状態では出力閾値を変更しないことにより、燃料電池が過冷却されるのを防止し、暖機にかかる時間を短縮できる。 According to the present invention, when the temperature value of the fuel cell is equal to or lower than the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value, the output threshold is not changed regardless of the magnitude of the temperature change amount. By the way, when the temperature of the fuel cell is equal to or lower than the temperature corresponding to the switching refrigerant temperature at which the thermostat valve operates, even if the output of the fuel cell is increased, it is difficult to overheat, and conversely, it is likely to overcool. . According to the present invention, the fuel cell is prevented from being overcooled and the time required for warm-up can be shortened by not changing the output threshold value in such a state that is likely to be overcooled.

この場合、前記冷媒循環通路を流通する冷媒を冷却するラジエタ（例えば、後述のラジエタ４３）と、前記ラジエタをバイパスするバイパス通路（例えば、後述のラジエタバイパス通路４１３）と、前記冷媒循環通路に設けられ、冷媒の温度に応じて冷媒が流通する通路を前記バイパス通路と前記ラジエタを流通する通路とで切り替えるサーモスタット弁（例えば、後述のサーモスタット弁４４）と、前記サーモスタット弁により通路が切り替えられる冷媒の温度値を切替冷媒温度値とし、前記冷媒流量制限手段は、前記温度検出手段により検出された温度値が、前記切替冷媒温度値に対応する前記燃料電池の温度値以下である場合には、前記出力閾値を大きな値に変更することが好ましい。 In this case, a radiator (for example, a radiator 43 described later) for cooling the refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage, a bypass passage (for example, a radiator bypass passage 413 described later) for bypassing the radiator, and the refrigerant circulation passage are provided. A thermostat valve (for example, a thermostat valve 44 to be described later) that switches a passage through which the refrigerant flows according to the temperature of the refrigerant between the bypass passage and a passage through the radiator, and a refrigerant whose passage is switched by the thermostat valve. When the temperature value is a switching refrigerant temperature value, and the refrigerant flow rate limiting means has a temperature value detected by the temperature detection means that is equal to or lower than the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value, It is preferable to change the output threshold value to a large value.

この発明によれば、燃料電池の温度値が、切替冷媒温度値に対応する燃料電池の温度値以下である場合には、出力閾値を大きな値に変更する。ところで、燃料電池の温度が、サーモスタット弁が動作する切替冷媒温度に対応する温度以下である場合には、燃料電池の出力を増加したとしても過昇温になりにくく、逆に過冷却になりやすい。この発明によれば、このような過冷却になりやすい状態では出力閾値を大きな値に変更し、冷媒の流量を制限する制御が解除されにくくなるようにする。これにより、燃料電池が過冷却されるのを防止し、暖機にかかる時間をさらに短縮できる。 According to this invention, when the temperature value of the fuel cell is equal to or lower than the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value, the output threshold value is changed to a large value. By the way, when the temperature of the fuel cell is equal to or lower than the temperature corresponding to the switching refrigerant temperature at which the thermostat valve operates, even if the output of the fuel cell is increased, it is difficult to overheat, and conversely, it is likely to overcool. . According to the present invention, the output threshold value is changed to a large value in such a state that the supercooling is likely to occur, so that the control for limiting the flow rate of the refrigerant is not easily released. Thereby, it is possible to prevent the fuel cell from being overcooled and to further shorten the time required for warming up.

本発明の制御方法は、反応ガスの反応により発電を行う燃料電池と、当該燃料電池を冷却する冷媒が循環する冷媒循環通路と、当該燃料電池を流通する冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段と、前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の温度変化量を算出する温度変化量算出工程と、前記出力検出手段により検出された出力値が所定の出力閾値以下であり、かつ、前記温度検出手段により検出された温度値が所定の温度閾値以下である場合には、前記冷媒流量制御手段を制御して、前記燃料電池を流通する冷媒の流量を制限する冷媒流量制限工程と、を備え、前記冷媒流量制限工程では、前記温度変化量算出工程において算出された温度変化量に基づいて、前記出力閾値及び前記温度閾値、あるいは、前記出力閾値又は前記温度閾値を変更することを特徴とする。 The control method of the present invention includes a fuel cell that generates power by reaction of a reaction gas, a refrigerant circulation passage through which a refrigerant that cools the fuel cell circulates, and a refrigerant flow rate control unit that controls the flow rate of refrigerant flowing through the fuel cell. And a temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, wherein the temperature change amount of the fuel cell is calculated. When the temperature change amount calculating step and the output value detected by the output detection means are less than or equal to a predetermined output threshold value, and the temperature value detected by the temperature detection means is less than or equal to a predetermined temperature threshold value, A refrigerant flow rate limiting step of controlling the refrigerant flow rate control means to limit the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell, wherein the refrigerant flow rate limiting step includes the step of calculating the temperature change amount. Based on the calculated temperature variation, the output threshold value and the temperature threshold value, or, and changes the output threshold or the temperature threshold value.

この燃料電池システムの制御方法は、上述の燃料電池システムを、方法の発明として展開したものであり、上述の燃料電池システムと同様の効果を奏する。 This control method of the fuel cell system is obtained by developing the above-described fuel cell system as a method invention, and has the same effect as the above-described fuel cell system.

この発明によれば、燃料電池が夏場の高温環境下に置かれた場合や大きな出力が取り出されている場合など、燃料電池の温度変化が激しい状態において冷媒の流量を制限している場合であっても、燃料電池の温度変化量に応じて各閾値を適切に変更することにより、燃料電池が過昇温し性能が低下するのを防止できる。 According to the present invention, when the fuel cell is placed in a high temperature environment in summer or when a large output is taken out, the flow rate of the refrigerant is limited in a state where the temperature change of the fuel cell is severe. However, it is possible to prevent the performance of the fuel cell from deteriorating due to excessive temperature rise by appropriately changing each threshold value according to the temperature change amount of the fuel cell.

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の概略構成を示すブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０にアノードガスやカソードガスを供給する供給装置２０と、燃料電池１０を通して冷媒を循環させる冷却装置４０と、これら燃料電池１０、供給装置２０、及び冷却装置４０を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５０とを有する。この燃料電池システム１は、例えば、燃料電池１０により発電された電力を動力源とする図示しない燃料電池車両に搭載される。 <First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 1 according to the present embodiment.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, a supply device 20 that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell 10, a cooling device 40 that circulates a refrigerant through the fuel cell 10, and the fuel cell 10 and supply device 20. And an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 50 for controlling the cooling device 40. The fuel cell system 1 is mounted, for example, in a fuel cell vehicle (not shown) that uses electric power generated by the fuel cell 10 as a power source.

燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）及びカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。 The fuel cell 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells are stacked. Each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer.

このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に形成されたアノード流路にアノードガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に形成されたカソード流路に酸素を含むカソードガスとしての空気（エア）が供給されると、これら反応ガスの電気化学反応により発電する。この燃料電池１０の各セパレータの間には、後述の冷却装置４０の冷媒が流れる燃料電池内部通路１０１が形成されている。上記電気化学反応により発熱した燃料電池１０は、この燃料電池内部通路１０１を流通する冷媒と熱交換することにより冷却される。 In such a fuel cell 10, hydrogen gas as an anode gas is supplied to an anode flow channel formed on the anode electrode (anode) side, and a cathode containing oxygen is supplied to the cathode flow channel formed on the cathode electrode (cathode) side. When air (air) as gas is supplied, power is generated by an electrochemical reaction of these reaction gases. Between each separator of this fuel cell 10, a fuel cell internal passage 101 through which a refrigerant of a cooling device 40 described later flows is formed. The fuel cell 10 that has generated heat due to the electrochemical reaction is cooled by exchanging heat with the refrigerant flowing through the fuel cell internal passage 101.

供給装置２０は、燃料電池１０のカソード流路にエアを供給するエアコンプレッサ２１と、燃料電池１０のアノード流路に水素ガスを供給する水素タンク３１及びエゼクタ３２と、を含んで構成される。 The supply device 20 includes an air compressor 21 that supplies air to the cathode flow path of the fuel cell 10, and a hydrogen tank 31 and an ejector 32 that supply hydrogen gas to the anode flow path of the fuel cell 10.

エアコンプレッサ２１は、エア供給路２２を介して、燃料電池１０のカソード流路の入口側に接続されている。燃料電池１０のカソード流路の出口側には、エア排出路２３が接続され、このエア排出路２３の先端側には、図示しない希釈器が接続されている。この他、エア排出路２３には、このエア排出路２３を開閉する背圧弁２４が設けられている。 The air compressor 21 is connected to the inlet side of the cathode flow path of the fuel cell 10 via the air supply path 22. An air discharge path 23 is connected to the outlet side of the cathode flow path of the fuel cell 10, and a diluter (not shown) is connected to the front end side of the air discharge path 23. In addition, the air discharge path 23 is provided with a back pressure valve 24 that opens and closes the air discharge path 23.

水素タンク３１は、水素供給路３３を介して、燃料電池１０のアノード流路の入口側に接続されている。この水素供給路３３には、エゼクタ２８が設けられている。また、水素供給路３３のうち水素タンク３１とエゼクタ３２との間には、水素タンク３１から供給される水素ガスを減圧する図示しない遮断弁及びレギュレータが設けられている。 The hydrogen tank 31 is connected to the inlet side of the anode flow path of the fuel cell 10 via the hydrogen supply path 33. An ejector 28 is provided in the hydrogen supply path 33. In addition, between the hydrogen tank 31 and the ejector 32 in the hydrogen supply path 33, a shut-off valve and a regulator (not shown) for reducing the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 31 are provided.

燃料電池１０のアノード流路の他端側には、水素還流路３４が接続される。この水素還流路３４の先端側は、エゼクタ３２に接続されている。エゼクタ３２は、水素還流路３４を流通する水素ガスを回収し、水素供給路３３に還流する。 A hydrogen reflux path 34 is connected to the other end side of the anode flow path of the fuel cell 10. The distal end side of the hydrogen reflux path 34 is connected to the ejector 32. The ejector 32 collects the hydrogen gas flowing through the hydrogen reflux path 34 and returns it to the hydrogen supply path 33.

また、この水素還流路３４には、水素排出路３５が分岐して設けられている。この水素排出路３５の先端側には、上述の希釈器が接続されている。この他、水素排出路３５には、この水素排出路３５を開閉するパージ弁３６が設けられている。 Further, a hydrogen discharge path 35 is branched from the hydrogen reflux path 34. The diluter described above is connected to the distal end side of the hydrogen discharge path 35. In addition, the hydrogen discharge path 35 is provided with a purge valve 36 for opening and closing the hydrogen discharge path 35.

冷却装置４０は、燃料電池１０を冷却する冷媒が循環する冷媒循環通路４１と、この冷媒循環通路４１に接続されたウォータポンプ４２及びラジエタ４３とを備える。 The cooling device 40 includes a refrigerant circulation passage 41 through which a refrigerant for cooling the fuel cell 10 circulates, and a water pump 42 and a radiator 43 connected to the refrigerant circulation passage 41.

冷媒循環通路４１は、ラジエタ４３から燃料電池１０へ延びる燃料電池流入通路４１１と、燃料電池１０に形成された燃料電池内部通路１０１と、燃料電池１０からラジエタ４３へ延びる燃料電池流出通路４１２と、ラジエタ４３に形成された後述のラジエタ内部通路４３１と、を含んで構成される。
また、この冷媒循環通路４１には、燃料電池流出通路４１２から分岐して燃料電池流入通路４１１に連結され、ラジエタ４３をバイパスするラジエタバイパス通路４１３が、さらに設けられている。 The refrigerant circulation passage 41 includes a fuel cell inflow passage 411 extending from the radiator 43 to the fuel cell 10, a fuel cell internal passage 101 formed in the fuel cell 10, a fuel cell outflow passage 412 extending from the fuel cell 10 to the radiator 43, And a radiator internal passage 431 described later formed in the radiator 43.
The refrigerant circulation passage 41 is further provided with a radiator bypass passage 413 that branches from the fuel cell outflow passage 412 and is connected to the fuel cell inflow passage 411 to bypass the radiator 43.

ラジエタ４３には、燃料電池流出通路４１２及び燃料電池流入通路４１１と接続されたラジエタ内部通路４３１が設けられている。ラジエタ４３は、ラジエタ内部通路４３１を流通する冷媒と熱交換することにより、この冷媒を冷却する。 The radiator 43 is provided with a radiator internal passage 431 connected to the fuel cell outflow passage 412 and the fuel cell inflow passage 411. The radiator 43 cools the refrigerant by exchanging heat with the refrigerant flowing through the radiator internal passage 431.

ウォータポンプ４２は、燃料電池流入通路４１１のうち燃料電池１０とラジエタバイパス通路４１３が合流する部分との間に設けられ、燃料電池１０側へ冷媒を圧送することで、冷媒循環通路４１内で冷媒を循環させる。
なお、このウォータポンプ４２の駆動軸は、上述のエアコンプレッサ２１の駆動軸と同軸に連結されている。したがって、エアコンプレッサ２１を駆動することにより、同時にウォータポンプ４２を駆動し、冷媒を冷媒循環通路４１内で循環させることができる。このように、本実施形態では、駆動軸がエアコンプレッサ２１の駆動軸と同軸に連結されたウォータポンプ４２を用いるが、これに限るものではない。 The water pump 42 is provided between the fuel cell inflow passage 411 and a portion where the fuel cell 10 and the radiator bypass passage 413 merge, and pumps the refrigerant to the fuel cell 10 side, whereby the refrigerant is circulated in the refrigerant circulation passage 41. Circulate.
The drive shaft of the water pump 42 is connected coaxially with the drive shaft of the air compressor 21 described above. Therefore, by driving the air compressor 21, the water pump 42 can be simultaneously driven and the refrigerant can be circulated in the refrigerant circulation passage 41. Thus, in this embodiment, the water pump 42 in which the drive shaft is coaxially connected to the drive shaft of the air compressor 21 is used, but the present invention is not limited to this.

燃料電池流出通路４１２のうち、ラジエタバイパス通路４１３と分岐した部分には、サーモスタット弁４４が設けられている。
サーモスタット弁４４は、冷媒の温度に応じて膨張及び収縮するワックスを備える。これにより、サーモスタット弁４４は、冷媒の温度に応じて冷媒が流通する通路を、ラジエタバイパス通路４１３とラジエタ内部通路４３１とで切り替える。 A thermostat valve 44 is provided in a portion of the fuel cell outflow passage 412 branched from the radiator bypass passage 413.
The thermostat valve 44 includes wax that expands and contracts according to the temperature of the refrigerant. Accordingly, the thermostat valve 44 switches the passage through which the refrigerant flows according to the temperature of the refrigerant between the radiator bypass passage 413 and the radiator internal passage 431.

サーモスタット弁４４が動作する冷媒の温度、すなわち、冷媒の流通する通路が、ラジエタバイパス通路４１３側とラジエタ内部通路４３１側とで切り替わる冷媒の温度を、以下では切替冷媒温度という。
サーモスタット弁４４は、例えば、燃料電池１０が暖機中であり、冷媒の温度が切替冷媒温度よりも低い場合には、冷媒が流通する通路をラジエタバイパス通路４１３側にすることで、冷媒の過冷却を防止する。一方、燃料電池１０の暖機が完了し、冷媒の温度が切替冷媒温度よりも高くなった場合には、冷媒が流通する通路をラジエタ内部通路４３１側にすることで、冷媒を冷却する。 The temperature of the refrigerant at which the thermostat valve 44 operates, that is, the temperature of the refrigerant at which the passage through which the refrigerant flows is switched between the radiator bypass passage 413 side and the radiator internal passage 431 side is hereinafter referred to as a switching refrigerant temperature.
For example, when the fuel cell 10 is warming up and the temperature of the refrigerant is lower than the switching refrigerant temperature, the thermostat valve 44 sets the passage through which the refrigerant flows to the radiator bypass passage 413 side, so Prevent cooling. On the other hand, when the warm-up of the fuel cell 10 is completed and the temperature of the refrigerant becomes higher than the switching refrigerant temperature, the refrigerant is cooled by setting the passage through which the refrigerant flows to the radiator internal passage 431 side.

また、燃料電池流出通路４１２のうち、燃料電池１０とサーモスタット弁４４との間には、冷媒流量制御手段としての冷媒流量制御弁４５（以下、「ＣＣＶ（ＣｏｏｌａｎｔＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅ）」という）が設けられている。
ＣＣＶ４５は、例えば、バタフライバルブにより構成される。ＣＣＶ４５は、燃料電池流出通路４１２を開閉することにより、燃料電池１０の燃料電池内部通路１０１を流通する冷媒の流量を制御する。なお、このＣＣＶ４５の開度を制御するＣＣＶ制御処理については、後に図２〜図５を参照して詳述する。 In addition, a refrigerant flow rate control valve 45 (hereinafter referred to as a “CCV (Coolant Control Valve)”) as a refrigerant flow rate control unit is provided in the fuel cell outflow passage 412 between the fuel cell 10 and the thermostat valve 44. ing.
CCV45 is comprised by the butterfly valve, for example. The CCV 45 controls the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell internal passage 101 of the fuel cell 10 by opening and closing the fuel cell outflow passage 412. The CCV control process for controlling the opening degree of the CCV 45 will be described in detail later with reference to FIGS.

以上のような燃料電池システム１には、燃料電池１０の出力を検出する出力検出手段としての電流センサＳＩＦＣ及び電圧センサＳＶＦＣと、燃料電池１０の温度を検出する温度検出手段としての温度センサＳＴＡとが設けられている。 The fuel cell system 1 as described above includes a current sensor SIFC and a voltage sensor SVFC as output detection means for detecting the output of the fuel cell 10, and a temperature sensor STA as a temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell 10. Is provided.

電流センサＳＩＦＣは、燃料電池１０から取り出された電流値を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に送信する。電圧センサＳＶＦＣは、燃料電池１０の電圧値を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に送信する。ＥＣＵ５０では、これら電流センサＳＩＦＣ及び電圧センサＳＶＦＣの検出値に基づいて、燃料電池１０から取り出される出力（電力）が算出される。以下では、算出した出力値を燃料電池出力値という。 The current sensor SIFC detects a current value extracted from the fuel cell 10 and transmits a detection signal to the ECU 50. The voltage sensor SVFC detects the voltage value of the fuel cell 10 and transmits a detection signal to the ECU 50. In the ECU 50, an output (electric power) extracted from the fuel cell 10 is calculated based on the detection values of the current sensor SIFC and the voltage sensor SVFC. Hereinafter, the calculated output value is referred to as a fuel cell output value.

温度センサＳＴＡは、燃料電池１０からエア排出路２３に排出されたエア（以下、「カソードオフガス」という）の温度を検出し、検出信号をＥＣＵ５０に送信する。ＥＣＵ５０では、検出したカソードオフガスの温度に基づいて、燃料電池１０の面内温度が算出される。以下では、算出した燃料電池１０の面内温度値をシステム温度値という。 The temperature sensor STA detects the temperature of the air discharged from the fuel cell 10 to the air discharge path 23 (hereinafter referred to as “cathode off gas”), and transmits a detection signal to the ECU 50. In the ECU 50, the in-plane temperature of the fuel cell 10 is calculated based on the detected temperature of the cathode off gas. Hereinafter, the calculated in-plane temperature value of the fuel cell 10 is referred to as a system temperature value.

上述のエアコンプレッサ２１、背圧弁２４、パージ弁３６は、ウォータポンプ４２、及びＣＣＶ４５は、それぞれＥＣＵ５０に電気的に接続されており、ＥＣＵ５０により制御される。 The air compressor 21, the back pressure valve 24, the purge valve 36, the water pump 42, and the CCV 45 are electrically connected to the ECU 50, respectively, and are controlled by the ECU 50.

ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ５０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、エアコンプレッサ２１、背圧弁２４、パージ弁３６、及びＣＣＶ４５などに制御信号を出力する出力回路とを備える。 The ECU 50 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter referred to as “a processing unit”). CPU ”). In addition, the ECU 50 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU and calculation results, and an output circuit that outputs control signals to the air compressor 21, the back pressure valve 24, the purge valve 36, the CCV 45, and the like. Prepare.

また、ＥＣＵ５０には、燃料電池１０の起動要求及び停止要求を検出するイグニッションスイッチが接続されている。このイグニッションスイッチは、燃料電池システム１が搭載された燃料電池車両の運転席に設けられており、運転者の操作に応じて、起動を指令するオン信号又は停止を指令するオフ信号をＥＣＵ５０に送信する。ＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチから出力されたオン／オフ信号に従い、燃料電池１０の起動を開始したり、燃料電池１０の発電を停止したりする。 The ECU 50 is connected to an ignition switch that detects a start request and a stop request of the fuel cell 10. This ignition switch is provided in the driver's seat of the fuel cell vehicle on which the fuel cell system 1 is mounted, and transmits an on signal for instructing start or an off signal for instructing stop to the ECU 50 according to the operation of the driver. To do. The ECU 50 starts the fuel cell 10 or stops the power generation of the fuel cell 10 in accordance with the on / off signal output from the ignition switch.

ここで、イグニッションがオンにされた後、燃料電池１０で発電する手順は以下のようになる。
すなわち、パージ弁３６を閉じておき、水素タンク３１から、水素供給路３３を介して、燃料電池１０のアノード流路に水素ガスを供給する。また、エアコンプレッサ２１を駆動することにより、エア供給路２２を介して、燃料電池１０のカソード流路にエアを供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガス及び空気は、発電に供された後、燃料電池１０からアノード流路内の生成水などの残留水とともに、水素還流路３４及びエア排出路２３に流入する。このとき、パージ弁３６は閉じているので、燃料電池１０から排出される水素ガスは、エゼクタ３２に還流されて、燃料電池１０に再度供給される。 Here, after the ignition is turned on, the procedure for generating power in the fuel cell 10 is as follows.
That is, the purge valve 36 is closed and hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 31 to the anode flow path of the fuel cell 10 via the hydrogen supply path 33. Further, by driving the air compressor 21, air is supplied to the cathode flow path of the fuel cell 10 via the air supply path 22.
The hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 are supplied for power generation, and then flow into the hydrogen reflux path 34 and the air discharge path 23 together with residual water such as generated water in the anode flow path from the fuel cell 10. At this time, since the purge valve 36 is closed, the hydrogen gas discharged from the fuel cell 10 is returned to the ejector 32 and supplied to the fuel cell 10 again.

また、以上のようにして燃料電池１０で発電を行うためにエアコンプレッサ２１を駆動すると、同時にウォータポンプ４２も駆動され、冷媒循環通路４１内を冷媒が循環する。以下では、図２〜図５を参照して、ＣＣＶ４５の開度を制御するＣＣＶ制御処理について説明する。 Further, when the air compressor 21 is driven to generate power with the fuel cell 10 as described above, the water pump 42 is also driven at the same time, and the refrigerant circulates in the refrigerant circulation passage 41. Below, with reference to FIGS. 2-5, the CCV control process which controls the opening degree of CCV45 is demonstrated.

図２は、ＥＣＵによるＣＣＶ制御処理の手順を示すフローチャートである。このＣＣＶ制御処理は、イグニッションスイッチをオンにしたことを契機として開始する。 FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of CCV control processing by the ECU. This CCV control process is started when the ignition switch is turned on.

ステップＳ１では、システム温度が所定の設定値以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ３に移る。 In step S1, it is determined whether or not the system temperature is equal to or lower than a predetermined set value. If this determination is YES, the process proceeds to step S2, and if NO, the process proceeds to step S3.

ステップＳ２では、冷媒流量制限処理を実行し、ステップＳ１に移る。この冷媒流量制限処理では、所定の制御マップに基づいてシステム温度値及び燃料電池出力値に応じたＣＣＶの開度を決定し、さらに決定した開度でＣＣＶを制御することにより、燃料電池を流通する冷媒の流量を制限する。 In step S2, a refrigerant flow rate restriction process is executed, and the process proceeds to step S1. In this refrigerant flow restriction process, the opening of the CCV corresponding to the system temperature value and the fuel cell output value is determined based on a predetermined control map, and the fuel cell is circulated by controlling the CCV with the determined opening. Limit the flow rate of refrigerant.

図３は、ＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。
図３に示すように、燃料電池出力値が所定の出力閾値よりも大きいか、又は、システム温度値が所定の温度閾値よりも大きい場合には、ＣＣＶ全開制御が行われる。このＣＣＶ全開制御では、ＣＣＶを全開にすることにより燃料電池の冷却を促進する。
また、燃料電池出力値が所定の出力閾値以下であり、かつ、システム温度値が所定の温度閾値以下である場合には、ＣＣＶ開度制限制御が行われる。このＣＣＶ開度制限制御では、ＣＣＶの開度を全開時よりも小さくすることにより、燃料電池を流通する冷媒の流量を制限する。より具体的には、ＣＣＶ開度制限制御時ではＣＣＶを全閉にするが、これに限らず、ＣＣＶを全開と全閉の中間の開度にしてもよい。
なお、この冷媒流量制限処理の具体的な手順については、後に図４及び図５を参照して詳述する。 FIG. 3 is a diagram showing a control map for determining the opening degree of the CCV.
As shown in FIG. 3, when the fuel cell output value is larger than a predetermined output threshold value or the system temperature value is larger than a predetermined temperature threshold value, CCV full open control is performed. In this CCV fully open control, cooling of the fuel cell is promoted by fully opening the CCV.
Further, when the fuel cell output value is equal to or lower than a predetermined output threshold value and the system temperature value is equal to or lower than the predetermined temperature threshold value, CCV opening degree restriction control is performed. In this CCV opening restriction control, the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell is restricted by making the opening of the CCV smaller than when fully opened. More specifically, the CCV is fully closed during the CCV opening restriction control. However, the present invention is not limited to this, and the CCV may be an opening between the fully open and fully closed positions.
In addition, the specific procedure of this refrigerant | coolant flow volume restriction | limiting process is explained in full detail later with reference to FIG.4 and FIG.5.

図２に戻って、ステップＳ３では、システム温度が上述の設定値より大きいことに応じて、ＣＣＶの開度を全開にし、ステップＳ４に移る。ステップＳ４では、イグニッションスイッチがオフにされたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、このＣＣＶ制御処理を終了し、ＮＯの場合には、ステップＳ４に移る。 Returning to FIG. 2, in step S3, in response to the system temperature being greater than the set value, the CCV opening is fully opened, and the process proceeds to step S4. In step S4, it is determined whether or not the ignition switch is turned off. If this determination is YES, the CCV control process is terminated, and if NO, the process proceeds to step S4.

図４は、ＥＣＵによる冷媒流量制限処理の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１１では、システム温度値の単位時間当たりの上昇量、すなわち温度上昇率を算出し、ステップＳ１２に移る。 FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the refrigerant flow rate limiting process by the ECU.
In step S11, an increase amount per unit time of the system temperature value, that is, a temperature increase rate is calculated, and the process proceeds to step S12.

ステップＳ１２では、温度上昇率が所定の設定値以上であるか否かを判別する。この判別がＮＯの場合、すなわち、温度上昇率が設定値よりも小さい場合には、ステップＳ１３に移り、通常時用の制御マップ（後述の図５参照）に基づいてＣＣＶの開度を決定する。一方、この判別がＹＥＳの場合、すなわち、温度上昇率が設定値以上である場合には、ステップＳ１４に移り、急昇温時用に設定された制御マップ（後述の図５参照）に基づいてＣＣＶの開度を決定する。ステップＳ１５では、決定された開度に応じてＣＣＶを制御し、冷媒流量制限処理を終了する。 In step S12, it is determined whether the temperature increase rate is equal to or higher than a predetermined set value. If this determination is NO, that is, if the temperature increase rate is smaller than the set value, the process proceeds to step S13, and the opening degree of the CCV is determined based on the normal time control map (see FIG. 5 described later). . On the other hand, if this determination is YES, that is, if the temperature increase rate is equal to or higher than the set value, the process proceeds to step S14, and based on the control map set for rapid temperature rise (see FIG. 5 described later). Determine the opening of the CCV. In step S15, the CCV is controlled according to the determined opening, and the refrigerant flow rate limiting process is terminated.

図５は、ＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。
図５において、破線で示す通常時用の制御マップと、実線で示す急昇温時用の制御マップとでは、ＣＣＶ全開制御を行う領域とＣＣＶ開度制限制御を行う領域とを分けるシステム温度値及び燃料電池出力値の閾値が異なる。急昇温時用の制御マップでは、出力閾値及び温度閾値は、ともに通常時用の制御マップにおける閾値よりも小さな値に変更される。 FIG. 5 is a diagram showing a control map for determining the opening degree of the CCV.
In FIG. 5, a system temperature value that divides a region for performing CCV full-open control and a region for performing CCV opening restriction control in a control map for normal time indicated by a broken line and a control map for rapid temperature increase indicated by a solid line. And the threshold value of the fuel cell output value is different. In the control map for rapid temperature increase, both the output threshold and the temperature threshold are changed to values smaller than the threshold in the normal control map.

本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）図６は、ＣＣＶ開度制限制御を行い続けた場合におけるシステム温度の時間変化を示す図である。図６において、実線は温度上昇率が小さい場合を示し、破線は温度上昇率が大きい場合を示す。
図６に示すように、温度上昇率が大きいと、時刻ｔ１では同じ温度であっても、その後の時刻ｔ２では大きな温度差が生じてしまい、燃料電池が過昇温する虞がある。したがって、燃料電池が夏場の高温環境下に置かれた場合や大きな出力が取り出されている場合など、温度上昇率が大きい状態では、ＣＣＶ開度制限制御が解除されやすいように出力閾値及び温度閾値を変更することが好ましい。特に、上述のような冷媒を冷媒循環通路に沿って循環させる冷却装置では、冷媒の流量を変えてからシステム温度にその影響が現れるまでに時間がかかる虞がある。本実施形態では、温度上昇率を算出し、算出した温度上昇率に基づいて、出力閾値及び温度閾値を適切に変更することにより、燃料電池が過昇温し性能が低下するのを防止できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(1) FIG. 6 is a diagram illustrating a change in system temperature over time when the CCV opening restriction control is continued. In FIG. 6, a solid line indicates a case where the temperature increase rate is small, and a broken line indicates a case where the temperature increase rate is large.
As shown in FIG. 6, when the rate of temperature increase is large, even if the temperature is the same at time t1, a large temperature difference occurs at time t2, and the fuel cell may overheat. Therefore, when the temperature rise rate is large, such as when the fuel cell is placed in a high temperature environment in summer or when a large output is taken out, the output threshold value and the temperature threshold value are set so that the CCV opening restriction control is easily released. Is preferably changed. In particular, in the cooling device that circulates the refrigerant as described above along the refrigerant circulation passage, it may take time until the influence appears on the system temperature after changing the flow rate of the refrigerant. In the present embodiment, by calculating the temperature increase rate and appropriately changing the output threshold and the temperature threshold based on the calculated temperature increase rate, it is possible to prevent the fuel cell from being overheated and the performance being deteriorated.

（２）温度上昇率が所定の設定値以上である場合には、出力閾値及び温度閾値を、温度上昇率が設定値より小さい場合と比較して小さな値に変更する。したがって、温度上昇率が設定値以上である場合には、ＣＣＶ開度制限制御が解除されやすくなるように、各閾値を変更する。これにより、燃料電池の過昇温をより確実に防止できる。 (2) When the temperature increase rate is equal to or higher than a predetermined set value, the output threshold value and the temperature threshold value are changed to smaller values than when the temperature increase rate is smaller than the set value. Therefore, when the temperature increase rate is equal to or higher than the set value, each threshold value is changed so that the CCV opening degree restriction control is easily released. Thereby, the excessive temperature rise of the fuel cell can be prevented more reliably.

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。
以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。 <Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the following description of the second embodiment, the same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図７は、本実施形態に係る冷媒流量制限処理の手順を示すフローチャートである。
以下に示すように、本実施形態の冷媒流量制御処理では、算出した温度上昇率に応じて出力閾値及び温度閾値を連続的に変更する点が、第１実施形態の冷媒流量制御処理と異なる。 FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the refrigerant flow rate limiting process according to the present embodiment.
As shown below, the refrigerant flow rate control process of the present embodiment differs from the refrigerant flow rate control process of the first embodiment in that the output threshold and the temperature threshold are continuously changed according to the calculated temperature increase rate.

ステップＳ２１では、システム温度値の温度上昇率を算出し、ステップＳ２２に移る。ステップＳ２２では、温度上昇率に応じた出力閾値及び温度閾値を設定し、ステップＳ２３に移る。ステップＳ２３では、設定された出力閾値及び温度閾値のもとでＣＣＶの開度を決定し、ステップＳ２４に移る。ステップＳ２４では、決定された開度に応じてＣＣＶを制御し、冷媒流量制限処理を終了する。 In step S21, the temperature increase rate of the system temperature value is calculated, and the process proceeds to step S22. In step S22, an output threshold and a temperature threshold corresponding to the temperature increase rate are set, and the process proceeds to step S23. In step S23, the opening degree of the CCV is determined based on the set output threshold value and temperature threshold value, and the process proceeds to step S24. In step S24, the CCV is controlled according to the determined opening, and the refrigerant flow rate limiting process is terminated.

図８は、ＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。
図９は、出力閾値及び温度閾値と温度上昇率との関係を模式的に示す図である。図９において、横軸は温度上昇率を示し、縦軸は出力閾値及び温度閾値を示す。
これら図８及び図９に示すように、出力閾値及び温度閾値は、それぞれ、温度上昇率が大きくなるに従い、小さな値になるように変更される。 FIG. 8 is a diagram showing a control map for determining the opening degree of the CCV.
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the relationship between the output threshold value, the temperature threshold value, and the temperature increase rate. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the temperature increase rate, and the vertical axis indicates the output threshold value and the temperature threshold value.
As shown in FIGS. 8 and 9, the output threshold value and the temperature threshold value are changed so as to become smaller values as the temperature increase rate becomes larger.

本実施形態によれば、以下の効果がある。
（３）温度上昇率を算出し、算出した温度上昇率が大きくなるに従い、出力閾値及び温度閾値を小さな値に変更する。したがって、温度上昇率が大きくなるに従い、ＣＣＶ開度制限制御が解除されやすくなるように、各閾値を変更する。これにより、燃料電池の過昇温をより確実に防止できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(3) The temperature increase rate is calculated, and the output threshold value and the temperature threshold value are changed to smaller values as the calculated temperature increase rate increases. Therefore, each threshold value is changed so that the CCV opening degree restriction control is easily released as the temperature increase rate increases. Thereby, the excessive temperature rise of the fuel cell can be prevented more reliably.

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態について、図１０を参照して説明する。
以下の第３実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。 <Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the following description of the third embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図１０は、本実施形態に係るＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。
図１０において、破線で示す通常時用の制御マップと、実線で示す急昇温時用の制御マップとでは、ＣＣＶ全開制御を行う領域とＣＣＶ開度制限制御を行う領域とを分けるシステム温度値及び燃料電池出力値の閾値が異なる。 FIG. 10 is a diagram showing a control map for determining the opening degree of the CCV according to the present embodiment.
In FIG. 10, a system temperature value that divides a region for performing CCV full-open control and a region for performing CCV opening restriction control in a control map for normal time indicated by a broken line and a control map for rapid temperature increase indicated by a solid line. And the threshold value of the fuel cell output value is different.

より具体的には、急昇温時用の制御マップにおける温度閾値は、通常時用の制御マップにおける温度閾値よりも小さな値に変更される。
また、サーモスタット弁の切替冷媒温度値に対応する燃料電池の温度値を切替システム温度値として、システム温度値が切替システム温度値より大きい場合には、急昇温時用の制御マップにおける出力閾値は、通常時用の制御マップにおける出力閾値よりも小さな値に変更される。また、システム温度値が切替システム温度値以下である場合には、急昇温時用の制御マップにおける出力閾値は、通常時用の制御マップにおける出力閾値から変更せずに同じ値を用いる。 More specifically, the temperature threshold value in the control map for rapid temperature increase is changed to a value smaller than the temperature threshold value in the control map for normal time.
Further, when the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value of the thermostat valve is set as the switching system temperature value, and the system temperature value is larger than the switching system temperature value, the output threshold value in the control map for rapid temperature rise is The value is changed to a value smaller than the output threshold value in the control map for normal use. Further, when the system temperature value is equal to or lower than the switching system temperature value, the same value is used as the output threshold value in the control map for rapid temperature increase without changing from the output threshold value in the control map for normal time.

本実施形態によれば、以下の効果がある。
（４）システム温度値が、サーモスタット弁の切替冷媒温度値に対応する切替システム温度値以下である場合には、温度上昇率の大きさにかかわらず出力閾値を変更しない。ところで、システム温度が、このような切替システム温度以下である場合には、燃料電池の出力を増加したとしても過昇温になりにくく、逆に過冷却になりやすい。本実施形態では、このような過冷却になりやすい状態では出力閾値を変更しないことにより、燃料電池が過冷却されるのを防止し、暖機にかかる時間を短縮できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(4) When the system temperature value is equal to or lower than the switching system temperature value corresponding to the switching refrigerant temperature value of the thermostat valve, the output threshold is not changed regardless of the magnitude of the temperature increase rate. By the way, when the system temperature is lower than the switching system temperature, even if the output of the fuel cell is increased, it is difficult to overheat, and conversely, overcooling is likely to occur. In the present embodiment, the fuel cell is prevented from being overcooled and the time required for warm-up can be shortened by not changing the output threshold in such a state that the overcooling is likely to occur.

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態について、図１１を参照して説明する。
以下の第４実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。 <Fourth embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the following description of the fourth embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図１１は、本実施形態に係るＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。
図１１において、破線で示す通常時用の制御マップと、実線で示す急昇温時用の制御マップとでは、ＣＣＶ全開制御を行う領域とＣＣＶ開度制限制御を行う領域とを分けるシステム温度値及び燃料電池出力値の閾値が異なる。 FIG. 11 is a diagram showing a control map for determining the opening degree of the CCV according to the present embodiment.
In FIG. 11, a system temperature value that divides a region in which CCV full-open control is performed and a region in which CCV opening restriction control is performed in a control map for normal time indicated by a broken line and a control map for rapid temperature increase indicated by a solid line. And the threshold value of the fuel cell output value is different.

より具体的には、急昇温時用の制御マップにおける温度閾値は、通常時用の制御マップにおける温度閾値よりも小さな値に変更される。
また、サーモスタット弁の切替冷媒温度値に対応する燃料電池の温度値を切替システム温度値として、システム温度値が切替システム温度値より大きい場合には、急昇温時用の制御マップにおける出力閾値は、通常時用の制御マップにおける出力閾値よりも小さな値に変更される。また、システム温度値が切替システム温度値以下である場合には、急昇温時用の制御マップにおける出力閾値は、通常時用の制御マップにおける出力閾値よりも大きな値に変更する。 More specifically, the temperature threshold value in the control map for rapid temperature increase is changed to a value smaller than the temperature threshold value in the control map for normal time.
Further, when the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value of the thermostat valve is set as the switching system temperature value, and the system temperature value is larger than the switching system temperature value, the output threshold value in the control map for rapid temperature rise is The value is changed to a value smaller than the output threshold value in the control map for normal use. Further, when the system temperature value is equal to or lower than the switching system temperature value, the output threshold value in the control map for rapid temperature increase is changed to a value larger than the output threshold value in the control map for normal time.

本実施形態によれば、以下の効果がある。
（５）システム温度値が、サーモスタット弁の切替冷媒温度値に対応する切替システム温度値以下である場合には、出力閾値を大きな値に変更する。本実施形態によれば、このような過冷却になりやすい状態では出力閾値を大きな値に変更し、ＣＣＶ開度制限制御が解除されにくくなるようにする。これにより、燃料電池が過冷却されるのを防止し、暖機にかかる時間をさらに短縮できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(5) When the system temperature value is equal to or lower than the switching system temperature value corresponding to the switching refrigerant temperature value of the thermostat valve, the output threshold value is changed to a large value. According to the present embodiment, the output threshold value is changed to a large value in such a state that the supercooling is likely to occur, so that the CCV opening restriction control is not easily released. Thereby, it is possible to prevent the fuel cell from being overcooled and to further shorten the time required for warming up.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、出力閾値及び温度閾値の両方を小さな値に変更したが、これに限らず、例えば出力閾値のみ又は温度閾値のみを小さな値に変更してもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements and the like within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above embodiment, both the output threshold value and the temperature threshold value are changed to small values. However, the present invention is not limited to this. For example, only the output threshold value or only the temperature threshold value may be changed to a small value.

また、上記実施形態では、ＣＣＶの開度を変えることにより燃料電池を流通する冷媒の流量を制御したが、これに限らない。例えば、ウォータポンプとエアコンプレッサを同軸で駆動していない燃料電池システムでは、ウォータポンプとエアコンプレッサとをそれぞれ独立して駆動することができる。この場合、ウォータポンプの回転数を変更することにより、燃料電池を流通する冷媒の流量を制御してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the flow volume of the refrigerant | coolant which distribute | circulates a fuel cell was controlled by changing the opening degree of CCV, it is not restricted to this. For example, in a fuel cell system in which the water pump and the air compressor are not driven coaxially, the water pump and the air compressor can be driven independently. In this case, you may control the flow volume of the refrigerant | coolant which distribute | circulates a fuel cell by changing the rotation speed of a water pump.

上記実施形態では、温度センサＳＴＡによりカソードオフガスの温度を検出し、検出した温度に基づいてシステム温度値を算出したが、これに限らない。
例えば、燃料電池から水素還流路に排出された水素ガスの温度を検出し、検出した温度に基づいて、システム温度値を算出してもよい。この他、燃料電池から燃料電池流出通路に排出された冷媒の温度を検出し、検出した温度に基づいて、システム温度値を算出してもよい。 In the above embodiment, the temperature of the cathode off gas is detected by the temperature sensor STA, and the system temperature value is calculated based on the detected temperature. However, the present invention is not limited to this.
For example, the temperature of hydrogen gas discharged from the fuel cell to the hydrogen reflux path may be detected, and the system temperature value may be calculated based on the detected temperature. In addition, the temperature of the refrigerant discharged from the fuel cell to the fuel cell outflow passage may be detected, and the system temperature value may be calculated based on the detected temperature.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 上記実施形態に係るＣＣＶ制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the CCV control process which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。It is a figure which shows the control map for determining the opening degree of CCV which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る冷媒流量制限処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the refrigerant | coolant flow volume restriction | limiting process which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。It is a figure which shows the control map for determining the opening degree of CCV which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るＣＣＶ開度制限制御を行い続けた場合におけるシステム温度の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of system temperature at the time of continuing performing the CCV opening degree limitation control which concerns on the said embodiment. 本発明の第２実施形態に係る冷媒流量制限処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the refrigerant | coolant flow volume restriction | limiting process which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 上記実施形態に係る各閾値と温度上昇率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between each threshold value and temperature increase rate which concern on the said embodiment. 上記実施形態に係るＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。It is a figure which shows the control map for determining the opening degree of CCV which concerns on the said embodiment. 本発明の第３実施形態に係るＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。It is a figure which shows the control map for determining the opening degree of CCV which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係るＣＣＶの開度を決定するための制御マップを示す図である。It is a figure which shows the control map for determining the opening degree of CCV which concerns on 4th Embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…供給装置
４０…冷却装置
４１…冷媒循環通路
４１１…燃料電池流入通路
１０１…燃料電池内部通路
４１２…燃料電池流出通路
４３１…ラジエタ内部通路
４１３…ラジエタバイパス通路
４２…ウォータポンプ
４３…ラジエタ
４４…サーモスタット弁
４５…ＣＣＶ（冷媒流量制御手段）
５０…ＥＣＵ（冷媒流量制限手段）
ＳＩＦＣ…電流センサ（出力検出手段）
ＳＶＦＣ…電圧センサ（出力検出手段）
ＳＴＡ…温度センサ（温度検出手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell 20 ... Supply apparatus 40 ... Cooling device 41 ... Refrigerant circulation passage 411 ... Fuel cell inflow passage 101 ... Fuel cell internal passage 412 ... Fuel cell outflow passage 431 ... Radiator internal passage 413 ... Radiator bypass passage 42 ... Water pump 43 ... Radiator 44 ... Thermostat valve 45 ... CCV (refrigerant flow control means)
50. ECU (refrigerant flow rate limiting means)
SIFC ... Current sensor (output detection means)
SVFC ... Voltage sensor (output detection means)
STA ... temperature sensor (temperature detection means)

Claims

A fuel cell that generates electricity by reaction of the reaction gas; and
A refrigerant circulation passage through which a refrigerant for cooling the fuel cell circulates;
Refrigerant flow rate control means for controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell;
Output detection means for detecting the output of the fuel cell;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
When the output value detected by the output detection means is less than or equal to a predetermined output threshold value and the temperature value detected by the temperature detection means is less than or equal to a predetermined temperature threshold value, the refrigerant flow rate control means is controlled. A refrigerant flow rate limiting means for limiting the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell, and a fuel cell system comprising:
A temperature change amount calculating means for calculating a temperature change amount of the fuel cell;
The fuel flow rate limiting means changes the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value based on the temperature change amount calculated by the temperature change amount calculation means. Battery system.

When the temperature change amount calculated by the temperature change amount calculating means is equal to or greater than a predetermined value, the refrigerant flow rate limiting means sets the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value, 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the temperature change amount is changed to a smaller value as compared with a case where the temperature change amount is smaller than the predetermined value.

The refrigerant flow rate limiting means changes the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value to a smaller value as the temperature change amount calculated by the temperature change amount calculation means increases. The fuel cell system according to claim 1, wherein:

A radiator for cooling the refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage;
A bypass passage for bypassing the radiator;
A thermostat valve provided in the refrigerant circulation passage and switching a passage through which the refrigerant flows according to a temperature of the refrigerant between the bypass passage and a passage through the radiator;
The temperature value of the refrigerant whose passage is switched by the thermostat valve is a switching refrigerant temperature value,
The refrigerant flow rate limiting means does not change the output threshold when the temperature value detected by the temperature detection means is equal to or lower than the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value. The fuel cell system according to claim 2.

A radiator for cooling the refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage;
A bypass passage for bypassing the radiator;
A thermostat valve provided in the refrigerant circulation passage and switching a passage through which the refrigerant flows according to a temperature of the refrigerant between the bypass passage and a passage through the radiator;
The temperature value of the refrigerant whose passage is switched by the thermostat valve is a switching refrigerant temperature value,
The refrigerant flow rate limiting means changes the output threshold value to a large value when the temperature value detected by the temperature detection means is equal to or lower than the temperature value of the fuel cell corresponding to the switching refrigerant temperature value. The fuel cell system according to claim 2.

A fuel cell that generates electricity by reaction of the reaction gas; and
A refrigerant circulation passage through which a refrigerant for cooling the fuel cell circulates;
Refrigerant flow rate control means for controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell;
Output detection means for detecting the output of the fuel cell;
A temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, and a control method of a fuel cell system comprising:
A temperature change amount calculating step for calculating a temperature change amount of the fuel cell;
When the output value detected by the output detection means is less than or equal to a predetermined output threshold value and the temperature value detected by the temperature detection means is less than or equal to a predetermined temperature threshold value, the refrigerant flow rate control means is controlled. And a refrigerant flow rate limiting step for limiting the flow rate of the refrigerant flowing through the fuel cell,
In the refrigerant flow rate limiting step, the output threshold value and the temperature threshold value, or the output threshold value or the temperature threshold value is changed based on the temperature change amount calculated in the temperature change amount calculating step. Method.