JP2010182489A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010182489A JP2010182489A JP2009023686A JP2009023686A JP2010182489A JP 2010182489 A JP2010182489 A JP 2010182489A JP 2009023686 A JP2009023686 A JP 2009023686A JP 2009023686 A JP2009023686 A JP 2009023686A JP 2010182489 A JP2010182489 A JP 2010182489A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- temperature
- pump
- cell system
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
- H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell.
近年、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)の電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とする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、燃料電池のアノードに燃料タンクから高圧の燃料ガスを供給するとともに、カソードに酸化ガスとしての空気を供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させ、起電力を発生させるものである。 In recent years, a fuel cell system that uses a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of reaction gases (fuel gas and oxidizing gas) as an energy source has attracted attention. The fuel cell system supplies high-pressure fuel gas from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and also supplies air as the oxidizing gas to the cathode, and generates an electromotive force by electrochemically reacting these fuel gas and oxidizing gas. It is something to be made.
この種の燃料電池システムには、燃料電池を構成するスタック内へ冷却水を循環させて冷却する冷却系を有している。
このような冷却系を備えた燃料電池システムにおいて、冷却配管の入口及び出口に設けた温度センサから温度検出値を読み込むと共に、冷却液ポンプからトルク値及び回転速度を読み込み冷却液ポンプの運転状態に基づいて、燃料電池スタックの温度推定を行うものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、燃料電池の内部温度を測定する温度センサを設け、燃料電池の内部温度によって冷却水ポンプの駆動を制御するものがある(例えば、特許文献2参照)。
This type of fuel cell system has a cooling system that circulates cooling water into the stack constituting the fuel cell and cools it.
In the fuel cell system having such a cooling system, the temperature detection values are read from the temperature sensors provided at the inlet and the outlet of the cooling pipe, and the torque value and the rotation speed are read from the cooling liquid pump to enter the operating state of the cooling liquid pump. Based on this, there is one that estimates the temperature of the fuel cell stack (see, for example, Patent Document 1).
Also, there is a temperature sensor that measures the internal temperature of the fuel cell, and controls the driving of the cooling water pump according to the internal temperature of the fuel cell (see, for example, Patent Document 2).
ところで、燃料電池は、複数のセルを積層させ、これらセルの両側からエンドプレートを締め付けてスタックとした構造であるので、特許文献2のように、内部に温度センサを設けることは困難であった。このため、特許文献1のように、冷却液の入口及び出口の温度と冷却液ポンプの運転状態に基づいて、燃料電池内の温度を推定しているが、始動前などの冷却液が流れていない運転停止時では、内部の温度と冷却液の入口及び出口の温度とが食い違い、内部の温度を正確に把握することが困難であった。そして、低温始動時においては、燃料電池内部に循環する冷却水によって燃料電池の温度をさらに低下させてしまい、始動性を低下させることがあった。
By the way, since the fuel cell has a structure in which a plurality of cells are stacked and end plates are fastened from both sides of the cells to form a stack, it is difficult to provide a temperature sensor inside as in Patent Document 2. . For this reason, as in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池の温度に応じて適切に運転を行うことが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of appropriately operating according to the temperature of the fuel cell.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に燃料ガス及び酸化ガスを供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池システムであって、前記燃料電池内に冷却媒体をポンプによって循環させる冷却系と、低温始動時に、前記燃料電池による発電を禁止した状態にて前記冷却系のポンプを駆動させ、前記燃料電池から送り出された冷却媒体の温度から前記燃料電池の内部温度を推定する制御部とを備えている。 In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention is a fuel cell system that supplies a fuel gas and an oxidizing gas to the fuel cell, and generates electricity by causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas. A cooling system that circulates a cooling medium in the fuel cell by a pump, and a cooling medium pumped from the fuel cell by driving the pump of the cooling system in a state in which power generation by the fuel cell is prohibited at a low temperature start. And a controller that estimates the internal temperature of the fuel cell from the temperature.
始動時においては、燃料電池と燃料電池内に残留する冷却媒体との温度は一致しているので、燃料電池による発電を禁止した状態で冷却系のポンプを駆動させ、これにより燃料電池から送り出された冷却媒体の温度を測定すれば、低温始動時(例えば、氷点下での始動時)であっても、燃料電池の内部温度を高精度に推定することができる。そして、高精度に推定した燃料電池の内部温度に基づいて、燃料電池での発電を適切に制御することができる。 At the time of start-up, the temperature of the fuel cell and the cooling medium remaining in the fuel cell are the same, so the pump of the cooling system is driven in a state where power generation by the fuel cell is prohibited, and the fuel cell is sent out from the fuel cell. If the temperature of the cooling medium is measured, the internal temperature of the fuel cell can be estimated with high accuracy even at a low temperature start (for example, at a start below freezing point). The power generation in the fuel cell can be appropriately controlled based on the internal temperature of the fuel cell estimated with high accuracy.
前記制御部は、前記燃料電池の出口側における冷却媒体の温度のピーク値あるいは前記ポンプの駆動開始から所定時間経過後における前記燃料電池の出口側における冷却媒体の温度を前記燃料電池の内部温度と推定するものでも良い。 The control unit determines the peak value of the temperature of the coolant on the outlet side of the fuel cell or the temperature of the coolant on the outlet side of the fuel cell after a predetermined time has elapsed from the start of driving the pump as the internal temperature of the fuel cell. It may be estimated.
燃料電池の出口側における冷却媒体の温度は、ポンプの駆動開始時に燃料電池から送り出された相対的に温度の高い冷却水によって上昇し、その後、冷却系内を冷却媒体が循環することによって次第に平均化されることとなる。したがって、燃料電池の出口側における冷却媒体の温度のピーク値あるいはポンプ駆動開始から所定時間経過後における冷却媒体の温度を燃料電池の内部温度と推定することができる。なお、前記所定時間は、前記ピーク値に達するまでの時間の前後に設定されてもよい。 The temperature of the cooling medium at the outlet side of the fuel cell is increased by the relatively high temperature cooling water sent from the fuel cell at the start of driving of the pump, and then gradually averages as the cooling medium circulates in the cooling system. Will be converted. Therefore, the peak value of the temperature of the coolant on the outlet side of the fuel cell or the temperature of the coolant after a predetermined time has elapsed from the start of pump driving can be estimated as the internal temperature of the fuel cell. The predetermined time may be set before or after the time until the peak value is reached.
前記制御部は、推定した前記燃料電池の内部温度が所定温度以下である場合に、前記ポンプを停止させて前記燃料電池による発電を開始させても良い。 The controller may stop the pump and start power generation by the fuel cell when the estimated internal temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature.
かかる構成とすることによって、冷却媒体を循環させることによる燃料電池の更なる冷却を抑制し、燃料電池の始動性を向上させることができる。 With this configuration, further cooling of the fuel cell due to circulation of the cooling medium can be suppressed, and the startability of the fuel cell can be improved.
前記制御部は、推定した前記燃料電池の内部温度が所定温度以下である場合に、前記ポンプを逆転させて前記燃料電池による発電を開始させても良い。ここで、前記ポンプの逆転は所定時間実施されるものであり、この所定時間は、前記ポンプが正回転したことにより前記燃料電池から送り出された冷却媒体が当該燃料電池に戻るまでの時間とすることができる。
また、前記所定温度は、冷却媒体を循環させると前記燃料電池が更に冷却されて当該燃料電池の始動に不具合(例えば、燃料電池内の凍結、燃料電池から排出された酸化オフガスの凝縮等)が生じる温度でもよい。
The controller may start power generation by the fuel cell by reversing the pump when the estimated internal temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature. Here, the reverse rotation of the pump is performed for a predetermined time, and this predetermined time is a time until the coolant sent from the fuel cell returns to the fuel cell due to the forward rotation of the pump. be able to.
In addition, when the cooling medium is circulated, the fuel cell is further cooled and the fuel cell is not started properly (for example, freezing in the fuel cell, condensation of the oxidizing off-gas discharged from the fuel cell, etc.). It may be the resulting temperature.
かかる構成では、燃料電池から送り出された冷却媒体を再度燃料電池内へ戻すことによって燃料電池の更なる冷却を抑制することが可能となり、始動性を向上させることができる。 In such a configuration, it is possible to suppress further cooling of the fuel cell by returning the cooling medium sent out from the fuel cell back into the fuel cell, thereby improving startability.
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の温度に応じて適切な始動時運転を行うことができる。 According to the fuel cell system of the present invention, an appropriate start-up operation can be performed according to the temperature of the fuel cell.
まず、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム1の全体構成を説明する。この燃料電池システム1は燃料電池車両の車載発電システムであるが、車載用の燃料電池システム以外にも、船舶,航空機,電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体用の燃料電池システムや、例えば燃料電池が建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用の燃料電池システムへの適用も可能である。
First, the overall configuration of the
図1に示すように、酸化ガス(反応ガス)としての空気は、空気供給路71を介して燃料電池20の空気供給口に供給される。空気供給路71には、空気から微粒子を除去するエアフィルタA1、空気を加圧するコンプレッサA3、供給空気圧を検出する圧力センサP4、及び空気に所要の水分を加える加湿装置A21が設けられている。コンプレッサA3は、モータMによって駆動される。このモータMは、制御部50によって駆動制御される。
As shown in FIG. 1, the air as the oxidizing gas (reactive gas) is supplied to the air supply port of the
燃料電池20から排出される空気オフガスは、排気路72を経て外部に放出される。排気路72には、排気圧を検出する圧力センサP1、及び圧力調整弁A4が設けられている。圧力センサP1は、燃料電池20の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁A4は、燃料電池20への供給空気圧を設定する調圧器として機能する。
The air off gas discharged from the
圧力センサP4,P1の検出信号は、制御部50に送られる。制御部50は、コンプレッサA3のモータ回転数及び圧力調整弁A4の開度面積を調整することによって、燃料電池20への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
Detection signals from the pressure sensors P4 and P1 are sent to the
燃料ガス(反応ガス)としての水素ガスは、水素供給源30から燃料供給路74を介して燃料電池20の水素供給口に供給される。燃料供給路74には、水素供給源30から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁H100、水素供給源30からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサP6、燃料電池20への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁H9、水素調圧弁H9の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサP9、燃料電池20の水素供給口と燃料供給路74間を開閉する遮断弁H21、及び水素ガスの燃料電池20の入口圧力を検出する圧力センサP5が設けられている。圧力センサP5,P6,P9の検出信号も制御部50に供給される。
Hydrogen gas as a fuel gas (reactive gas) is supplied from the
燃料電池20で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路75に排出され、燃料供給路74の水素調圧弁H9の下流側に戻される。水素循環路75には、水素オフガスの温度を検出する温度センサT31、燃料電池20と水素循環路75を連通/遮断する遮断弁H22、水素オフガスから水分を回収する気液分離器H42、回収した生成水を水素循環路75外の図示しないタンク等に回収する排水弁H41、及び水素オフガスを加圧する水素ポンプH50が設けられている。
The hydrogen gas that has not been consumed in the
遮断弁H21,H22は、燃料電池20のアノード側を閉鎖する。温度センサT31の図示しない検出信号は、制御部50に供給される。水素ポンプH50は、制御部50によって動作が制御される。
The shutoff valves H21 and H22 close the anode side of the
水素オフガスは、燃料供給路74で水素ガスと合流し、燃料電池20に供給されて再利用される。遮断弁H100,H21,H22は、制御部50からの信号で駆動される。
The hydrogen off gas merges with the hydrogen gas in the
水素循環路75は、排出制御弁H51を介して、パージ流路76によって排気路72に接続されている。排出制御弁H51は、電磁式の遮断弁であり、制御部50からの指令によって作動することにより、水素オフガスを外部に排出(パージ)する。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増すことによるセル電圧の低下を防止することができる。
The
燃料電池20の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路73が設けられている。冷却路73には、燃料電池20から排水される冷却水の温度を検出する温度センサT1、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ(熱交換器)C2、冷却水を加圧して循環させるポンプC1、及び燃料電池20に供給される冷却水の温度を検出する温度センサT2が設けられている。ラジエータC2には、モータによって回転駆動される冷却ファンC13が設けられている。
本実施形態の冷却系は、これら冷却路73、温度センサT1,T2、ラジエータ(熱交換器)C2、ポンプC1、及び冷却ファンC13を備えて構成されている。
A cooling
The cooling system of the present embodiment includes the cooling
燃料電池20は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池20が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータを駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類を駆動するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うDC−DCコンバータなどが備えられている。
The
制御部50は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム1の各部のセンサ(圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等)から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
The
次に、制御部50による燃料電池システムの始動時の制御を説明する。
図2は制御部50による燃料電池の制御を示すフローチャートである。
制御部50は、燃料電池20の冷却水出入口に設けられた温度センサT1,T2によって燃料電池20における冷却水の出口温度t1及び入口温度t2を求める(ステップS01)。
Next, the control at the start of the fuel cell system by the
FIG. 2 is a flowchart showing control of the fuel cell by the
The
これら出口温度t1及び入口温度t2からそれぞれ暫定的に予測される燃料電池20の内部温度の範囲t1a,t2aを実験結果やシミュレーション結果等に基づいて求め、図3に示すように、これら内部温度の範囲t1a,t2aが重なる範囲を燃料電池20の暫定的な予測内部温度te(以下、「暫定予測内部温度te」という。)とする(ステップS02)。
The internal temperature ranges t1a and t2a of the
次に、この暫定予測内部温度teを、予め設定した始動モード判定温度thと比較する(ステップS03)。この始動モード判定温度thは、ポンプC1を駆動させて燃料電池20に冷却水を供給した場合に燃料電池20が更に冷却されて氷点下になる可能性のある温度である。
Next, the provisional predicted internal temperature te is compared with a preset start mode determination temperature th (step S03). The start mode determination temperature th is a temperature at which the
この比較の結果、暫定予測内部温度teが始動モード判定温度th以下であると判定(ステップS03で「YES」)されると、制御部50は低温時始動モードにて燃料電池システム1を始動させる(ステップS04)。
これに対して、暫定予測内部温度teが始動モード判定温度thよりも高いと判定(ステップS03で「NO」)されると、制御部50は通常始動モードにて燃料電池システム1を始動させる(ステップS05)。
As a result of this comparison, when it is determined that the provisional predicted internal temperature te is equal to or lower than the start mode determination temperature th (“YES” in step S03), the
On the other hand, when it is determined that the provisional predicted internal temperature te is higher than the start mode determination temperature th (“NO” in step S03), the
この通常始動モードでは、ポンプC1が駆動されて燃料電池20に冷却水が循環され、この状態にて、燃料電池20に供給される燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電が行われる。
In this normal start mode, the pump C1 is driven to circulate cooling water to the
次に、低温時始動モードでの燃料電池システム1の始動制御について説明する。
図4は、制御部50による低温時始動モードでの制御内容を具体的に示したフローチャートである。
Next, start control of the
FIG. 4 is a flowchart specifically showing the control contents in the low temperature start mode by the
低温時始動モードにおいては、まず、ポンプC1が駆動され、冷却水の循環が開始される(ステップS11)。この時点で燃料電池20への燃料ガスおよび酸化ガスの供給は開始しない。
次いで、温度センサT1による冷却水の出口温度t1が監視され、この出口温度t1から、燃料電池20の内部温度tnが推定される(ステップS12)。
In the low temperature start mode, first, the pump C1 is driven to start circulation of the cooling water (step S11). At this time, the supply of fuel gas and oxidizing gas to the
Next, the outlet temperature t1 of the cooling water by the temperature sensor T1 is monitored, and the internal temperature tn of the
一般に、燃料電池20は熱容量が大きく、また、スタックケースなどに覆われているため、燃料電池20に接続されている配管、例えば冷却路73を画成する配管よりも冷却され難い傾向にある。したがって、図5に示すように、出口温度t1は、燃料電池20から送り出された相対的に温度の高い冷却水によって上昇し、その後、燃料電池20内の冷却水流路及び冷却路73を冷却水が循環することによって次第に平均化されることとなる。
In general, since the
このような現象から、出口温度t1の上昇は、燃料電池20内の残存冷却水によるものと推定することができる。したがって、本実施形態では、このときの出口温度t1のピーク値(最大値)を燃料電池20の内部温度tnと推定する。
From such a phenomenon, it can be estimated that the increase in the outlet temperature t1 is due to the remaining cooling water in the
ただし、燃料電池20から送り出された冷却水が、冷却路73内の冷却水よりも低温である場合もあり、かかる場合には、燃料電池20から送り出された相対的に温度の低い冷却水によって出口温度t1が下がり、その後、燃料電池20内の冷却水流路及び冷却路73を冷却水が循環することにより、出口温度t1が次第に平均化されることとなる。
したがって、この場合は、出口温度t1のボトム値(最小値)を燃料電池20の内部温度tnと推定する。
However, the cooling water sent out from the
Therefore, in this case, the bottom value (minimum value) of the outlet temperature t1 is estimated as the internal temperature tn of the
なお、図6に示すように、ポンプC1の駆動開始時点から燃料電池20内の冷却水が温度センサT1の設置場所まで流れてくるまでの平均時間Tにおける出口温度t1、すなわち、燃料電池20内の冷却水出口側に残留していた冷却水が温度センサT1の設置場所に到達したとき(図6中の時点A)と、燃料電池20内の冷却水入口側に残留していた冷却水が温度センサTの設置場所に到達したとき(図6の時点B)とを平均した時点における出口温度t1、あるいは時点Aから時点Bの間の特定の瞬間における出口温度t1を燃料電池20の内部温度tnとしても良い。
As shown in FIG. 6, the outlet temperature t1 at the average time T from when the driving of the pump C1 starts until the cooling water in the
そして、制御部50は、上述のごとく燃料電池20の内部温度tnを推定したら、この内部温度tnを、予め設定した循環判定温度tjと比較する(ステップS13)。
Then, when the internal temperature tn of the
ここで、燃料電池20の内部温度tnが循環判定温度tj以下の温度領域とは、冷却水を循環させて燃料電池20を冷却させると燃料電池20が低温となり過ぎて円滑な始動に不具合が生じる無循環領域温度である。つまり、冷却水にはグリセリン等の氷点降下剤が含まれていて0℃以下になり得るため、低温の冷却水が燃料電池20に供給されると、燃料電池20の内部が凍結したり、排気路72内で水分が凝縮する等して、燃料電池20の円滑な始動に不具合が生じることがある。
Here, the temperature range in which the internal temperature tn of the
一方、燃料電池20の内部温度tnが循環判定温度tjよりも高い温度領域とは、冷却水を循環させても燃料電池20が低温となり過ぎることがなく、上記不具合を生じることなく燃料電池20を始動することが可能な循環領域温度である。
On the other hand, the temperature range in which the internal temperature tn of the
この比較の結果、図7に示すように、燃料電池20の内部温度tnを把握した時点にて、その内部温度tnが循環判定温度tj以下であれば(ステップS13で「YES」)、ポンプC1を停止させることにより、燃料電池20の冷却を停止させる(ステップS14)。
As a result of this comparison, as shown in FIG. 7, when the internal temperature tn of the
そして、このようにポンプC1を停止させた状態にて、燃料電池20に燃料ガス及び酸化ガスを供給して発電を開始させる(ステップS15)。
これに対して、内部温度tnが循環判定温度tjより高ければ(ステップS13で「NO」)、ポンプC1の運転を継続させて燃料電池20の冷却を行いつつ、燃料電池20に燃料ガス及び酸化ガスを供給して発電を開始させる(ステップS15)。
Then, in a state where the pump C1 is stopped in this way, fuel gas and oxidizing gas are supplied to the
On the other hand, if the internal temperature tn is higher than the circulation determination temperature tj (“NO” in step S13), the
以上、説明したように、上記実施形態にかかる燃料電池システムによれば、低温始動時に、燃料電池20による発電を禁止した状態にてポンプC1を駆動させ、燃料電池20から送り出される冷却水の温度から燃料電池20の内部温度tnを推定している。したがって、始動時に燃料電池20内の内部温度tnを高精度に推定することが可能となり、燃料電池20の発電制御を適切に行なうことができる。
As described above, according to the fuel cell system according to the above-described embodiment, the temperature of the cooling water sent out from the
また、燃料電池20内から送り出された冷却水の温度のピーク値あるいはポンプC1の駆動開始から所定時間経過後における冷却水の温度を燃料電池20の内部温度tnと推定しているので、たとえ低温始動時であっても燃料電池20の内部温度tnを極めて高精度に推定することができる。
Further, the peak value of the temperature of the cooling water sent from the
そして、燃料電池20の内部温度tnを把握した時点にて、その内部温度tnが循環領域温度tj以下である場合に、ポンプC1を停止させて燃料電池20による発電を開始させるので、冷却水を循環させることによる燃料電池20の更なる冷却を抑制することができる。これにより、燃料電池20を急速に昇温させることが可能となり、氷点下などの低温時における始動性を向上させることができる。
When the internal temperature tn of the
なお、上記実施形態では、燃料電池20の内部温度tnを把握した時点にて、その内部温度tnが循環領域温度tj以下であったときに、ポンプC1を停止させて燃料電池20の更なる冷却を中止することで低温での始動性を高めたが、例えば図8に示すように、燃料電池20の内部温度tnを把握した時点にて、その内部温度tnが循環領域温度tj以下であったときには、ポンプC1を正転させた時間だけ逆転させても良い。
In the above embodiment, when the internal temperature tn of the
このようにすると、燃料電池20から冷却路73に送り出された相対的に温度の高い冷却水が燃料電池20に一旦戻されることとなる。これにより、低温時に冷却水を循環させることにより生じる燃料電池20の冷却をより一層効果的に抑制し得て、燃料電池20を急速に昇温させることが可能になるので、特に氷点下などの極低温時における始動性を向上させることができる。
If it does in this way, the cooling water with comparatively high temperature sent out from the
1…燃料電池システム、20…燃料電池、50…制御部、73…冷却路(冷却系)、C1…ポンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記燃料電池内に冷却媒体をポンプによって循環させる冷却系と、
低温始動時に、前記燃料電池による発電を禁止した状態にて前記冷却系のポンプを駆動させ、前記燃料電池から送り出された冷却媒体の温度から前記燃料電池の内部温度を推定する制御部とを備えている燃料電池システム。 A fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
A cooling system for circulating a cooling medium in the fuel cell by a pump;
A controller that drives the cooling system pump in a state in which power generation by the fuel cell is prohibited at a low temperature start, and estimates the internal temperature of the fuel cell from the temperature of the cooling medium sent from the fuel cell. Fuel cell system.
前記制御部は、前記燃料電池の出口側における冷却媒体の温度のピーク値あるいは前記ポンプの駆動開始から所定時間経過後における前記燃料電池の出口側における冷却媒体の温度を前記燃料電池の内部温度と推定する燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The controller controls the peak value of the temperature of the coolant on the outlet side of the fuel cell or the temperature of the coolant on the outlet side of the fuel cell after a predetermined time has elapsed from the start of driving the pump as the internal temperature of the fuel cell. Fuel cell system to estimate.
前記所定時間は、前記ピーク値に達するまでの時間の前後に設定される燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell system, wherein the predetermined time is set before and after the time until the peak value is reached.
前記制御部は、推定した前記燃料電池の内部温度が所定温度以下である場合に、前記ポンプを停止させて前記燃料電池による発電を開始させる燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The control unit is a fuel cell system that stops the pump and starts power generation by the fuel cell when the estimated internal temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature.
前記制御部は、推定した前記燃料電池の内部温度が所定温度以下である場合に、前記ポンプを逆転させて前記燃料電池による発電を開始させる燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
When the estimated internal temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature, the control unit reverses the pump and starts power generation by the fuel cell.
前記ポンプの逆転は、正回転により前記燃料電池から送り出された冷却媒体が前記燃料電池に戻るまでの所定時間実施される燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
The reverse rotation of the pump is a fuel cell system that is performed for a predetermined time until the cooling medium sent out from the fuel cell by forward rotation returns to the fuel cell.
前記所定温度は、冷却媒体を循環させると前記燃料電池が更に冷却されて当該燃料電池の始動に不具合が生じる温度である燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 4 to 6,
The fuel cell system is a temperature at which the predetermined temperature is a temperature at which the fuel cell is further cooled when a cooling medium is circulated to cause a problem in starting the fuel cell.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009023686A JP2010182489A (en) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | Fuel cell system |
PCT/JP2010/050908 WO2010090091A1 (en) | 2009-02-04 | 2010-01-25 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009023686A JP2010182489A (en) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | Fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010182489A true JP2010182489A (en) | 2010-08-19 |
Family
ID=42541995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009023686A Pending JP2010182489A (en) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | Fuel cell system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010182489A (en) |
WO (1) | WO2010090091A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003036874A (en) * | 2001-07-19 | 2003-02-07 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2003203662A (en) * | 2001-12-28 | 2003-07-18 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell vehicle |
JP2005322596A (en) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4575693B2 (en) * | 2004-03-30 | 2010-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
JP2006286516A (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP5239113B2 (en) * | 2005-04-22 | 2013-07-17 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell temperature estimation device and fuel cell system control device |
JP2007122911A (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
-
2009
- 2009-02-04 JP JP2009023686A patent/JP2010182489A/en active Pending
-
2010
- 2010-01-25 WO PCT/JP2010/050908 patent/WO2010090091A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003036874A (en) * | 2001-07-19 | 2003-02-07 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2003203662A (en) * | 2001-12-28 | 2003-07-18 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell vehicle |
JP2005322596A (en) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010090091A1 (en) | 2010-08-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5382627B2 (en) | Fuel cell system | |
KR100513248B1 (en) | Fuel cell system and method of stopping the system | |
JP5083587B2 (en) | Fuel cell system and temperature adjustment method thereof | |
RU2364990C1 (en) | Fuel cells battery | |
KR101046559B1 (en) | Fuel cell system, its control method and moving body | |
US8980490B2 (en) | Fuel cell system | |
EP1465281A2 (en) | Fuel cell system with liquid cooling device | |
JP2007280827A (en) | Temperature control system for fuel cell | |
JP2006294295A (en) | Fuel cell system | |
JP2010277704A (en) | Fuel cell system | |
JP3893929B2 (en) | Fuel cell cooling device and control method of fuel cell cooling device | |
JP2012113848A (en) | Fuel battery system | |
JP2007122911A (en) | Fuel cell system | |
KR20080067381A (en) | Fuel cell system and its operation stop method | |
JP2007042566A (en) | Fuel cell system and its starting method | |
JP2007165082A (en) | Fuel cell system | |
WO2010090091A1 (en) | Fuel cell system | |
JP2007179839A (en) | Fuel cell system | |
JP2007214080A (en) | Fuel cell system | |
JP5162091B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2007123020A (en) | Fuel cell system | |
JP2012048834A (en) | Fuel cell system and control method of fuel cell system | |
JP2010257865A (en) | Fuel cell system | |
JP2007179784A (en) | Fuel cell system and shutdown method of fuel cell system | |
JP2010186702A (en) | Fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101015 |