JP2010233283A - Fuel cell vehicle - Google Patents
Fuel cell vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010233283A JP2010233283A JP2009075106A JP2009075106A JP2010233283A JP 2010233283 A JP2010233283 A JP 2010233283A JP 2009075106 A JP2009075106 A JP 2009075106A JP 2009075106 A JP2009075106 A JP 2009075106A JP 2010233283 A JP2010233283 A JP 2010233283A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- battery
- temperature
- ambient temperature
- fan
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池車両に関する。詳しくは、新たな熱源を設けることなくバッテリを暖機できる燃料電池車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle. Specifically, the present invention relates to a fuel cell vehicle capable of warming up a battery without providing a new heat source.
燃料電池を動力源とする燃料電池車両では、燃料電池を起動する際において補機類に電力を供給したり、車両の加速時において駆動モータに補助的に電力を供給したりするためにバッテリが搭載される。しかしながら、低温起動時などバッテリが低温である場合には、内部抵抗が大きく、バッテリの充電及び放電ともに効率が低下してしまうため、燃費や加速性能が悪化してしまう。 In a fuel cell vehicle using a fuel cell as a power source, a battery is used to supply power to auxiliary equipment when starting the fuel cell or to supplementarily supply power to a drive motor during acceleration of the vehicle. Installed. However, when the battery is at a low temperature, such as at low temperature startup, the internal resistance is large, and the efficiency of both charging and discharging of the battery is reduced, so that fuel efficiency and acceleration performance are deteriorated.
このような課題を解決するためは、例えば電気ヒータを用いてバッテリを暖機することが考えられるものの、この場合、電気ヒータを設けるためのスペースを確保する必要があり、結果として車室内の快適性が損なわれるおそれがある。 In order to solve such a problem, for example, it is conceivable to warm up the battery by using an electric heater. In this case, however, it is necessary to secure a space for providing the electric heater, and as a result, the vehicle interior is comfortable. May be impaired.
そこで、特許文献1には、新たな熱源を設けることなくバッテリを暖機する装置が示されている。この装置では、燃料電池による発電を停止した後に、バッテリを収納するバッテリケースに燃料電池の冷却水を循環させ、燃料電池の廃熱を利用してバッテリの温度を高く維持する。これにより、次回の起動時におけるバッテリの始動性を向上することができる。
Therefore,
しかしながら、上述の特許文献1において、燃料電池の廃熱を効果的に利用できるのは、車両の停止期間が短い場合のみである。例えば、長時間にわたって車両を停止させた場合には、燃料電池及びバッテリともに外気の温度と等しくなってしまうため、燃料電池の廃熱を利用してバッテリを暖機することができない。
However, in the above-mentioned
本発明は、上述した点を考慮してなされたものであり、電気ヒータなどの熱源を新たに設けることなく、また、停止期間の長短にかかわらず、始動時におけるバッテリを暖機できる燃料電池車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described points, and is a fuel cell vehicle capable of warming up a battery at start-up without newly providing a heat source such as an electric heater and regardless of the length of a stop period. The purpose is to provide.
本発明は、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、前記燃料電池で発電した電力を蓄電するバッテリ(例えば、後述のバッテリ21)と、を備え、始動指令信号の出力に応じて前記燃料電池への反応ガスの供給を開始することで当該燃料電池の発電を開始する始動制御を行う燃料電池車両(例えば、後述の燃料電池車両1)を提供する。前記燃料電池車両は、前記バッテリを収納するバッテリボックス(例えば、後述のバッテリボックス20)、及び前記燃料電池の周囲の空気を前記バッテリボックス内に導入するファン(例えば、後述のファン24)を有するバッテリ暖機機構と、前記始動制御開始時の燃料電池の温度(TFCI)を検出する燃料電池温度検出手段(例えば、後述の燃料電池温度センサ41)、前記始動制御開始後の燃料電池の発電量(EFC)を算出する燃料電池発電量算出手段(例えば、後述の燃料電池電流センサ42、及び図3のステップS1の実行に係る手段)、前記バッテリの温度(TBAT)を検出又は推定するバッテリ温度検出手段(例えば、後述のバッテリ温度センサ43、及び図3のステップS3の実行に係る手段)、前記始動制御開始時の燃料電池の温度及び前記始動制御開始後の燃料電池の発電量に基づいて燃料電池の周囲温度の推定値(TFCA)を算出する燃料電池周囲温度推定手段(例えば、後述の図3のステップS2の実行に係る手段)、前記燃料電池の周囲温度の推定値と前記バッテリの温度とを比較する比較手段(例えば、後述の図3のステップS4の実行に係る手段)、及び前記バッテリの温度が前記燃料電池の周囲温度の推定値よりも低い場合には、前記ファンを回転駆動するファン駆動手段(例えば、後述の図3のステップS5の実行に係る手段)を有する制御装置(例えば、後述の制御装置40)と、を備える。
The present invention includes a fuel cell (for example, a
この発明によれば、始動制御開始時の燃料電池の温度と、始動制御開始後の燃料電池の発電量とに基づいて燃料電池の周囲温度の推定値を算出し、この周囲温度の推定値とバッテリの温度とを比較する。さらに、バッテリの温度が周囲温度の推定値よりも低い場合には、ファンを回転駆動し、燃料電池の周囲の空気をバッテリボックス内に導入することにより、バッテリを暖機する。したがって、燃料電池の周囲温度を検出する温度センサを設けることなく、始動時の燃料電池の廃熱を利用してバッテリを暖機することができる。また、始動時における燃料電池の廃熱を利用することにより、新たな熱源を設けることなく、かつ、車両の停止期間の長短に関わらずバッテリを暖機できる。 According to the present invention, the estimated value of the ambient temperature of the fuel cell is calculated based on the temperature of the fuel cell at the start of the start control and the power generation amount of the fuel cell after the start of the start control. Compare battery temperature. Further, when the temperature of the battery is lower than the estimated value of the ambient temperature, the fan is rotated and air around the fuel cell is introduced into the battery box to warm up the battery. Therefore, the battery can be warmed up using the waste heat of the fuel cell at the time of starting without providing a temperature sensor for detecting the ambient temperature of the fuel cell. Further, by utilizing the waste heat of the fuel cell at the time of starting, the battery can be warmed up without providing a new heat source and regardless of the length of the vehicle stop period.
この場合、前記燃料電池周囲温度推定手段は、前記始動制御開始時からの車速の推移に基づいて算出されたパラメータ(PREF)が大きくなるに従って小さくなるように、前記燃料電池の周囲温度の推定値(TFCA)を算出することが好ましい。 In this case, the fuel cell ambient temperature estimation means estimates the fuel cell ambient temperature so that it decreases as the parameter (PREF) calculated based on the transition of the vehicle speed from the start of the start control increases. It is preferable to calculate (TFCA).
この発明によれば、燃料電池の周囲温度の推定値は、始動制御開始時からの車速の推移に基づいて算出されたパラメータが大きくなるに従って小さくなるように算出される。燃料電池の周囲温度は、上述のような始動制御開始時の燃料電池の温度及び始動制御開始後の燃料電池の発電量の他、始動制御開始時からの車速の推移によっても変動する。例えば、燃料電池車両が速い速度で走行し続けるほど、燃料電池の周囲の空気は、外気によって冷却されると考えられる。上記構成によれば、このような車速の推移による影響を考慮することにより、燃料電池の周囲温度の推定値の精度を向上することができる。 According to this invention, the estimated value of the ambient temperature of the fuel cell is calculated so as to decrease as the parameter calculated based on the transition of the vehicle speed from the start of the start control increases. In addition to the temperature of the fuel cell at the start of the start control and the amount of power generated by the fuel cell after the start of the start control as described above, the ambient temperature of the fuel cell varies depending on the transition of the vehicle speed from the start of the start control. For example, it is considered that the air around the fuel cell is cooled by the outside air as the fuel cell vehicle continues to travel at a higher speed. According to the above configuration, the accuracy of the estimated value of the ambient temperature of the fuel cell can be improved by taking into consideration the influence of such a change in vehicle speed.
この場合、前記制御装置は、前記バッテリの温度が所定の暖機完了温度に達したことに応じて、前記ファンの回転を停止するファン停止手段をさらに備えることが好ましい。 In this case, it is preferable that the control device further includes a fan stop unit that stops the rotation of the fan when the temperature of the battery reaches a predetermined warm-up completion temperature.
この発明によれば、バッテリの温度が暖機完了温度に達したことに応じて、ファンの回転を停止する。これにより、ファンを駆動するための余分な電力の消費を抑制することができる。 According to the present invention, the rotation of the fan is stopped in response to the battery temperature reaching the warm-up completion temperature. As a result, it is possible to suppress consumption of extra power for driving the fan.
本発明によれば、燃料電池の周囲温度を検出する温度センサを設けることなく、始動時に燃料電池の廃熱を利用してバッテリを暖機することができる。また、始動時における燃料電池の廃熱を利用することにより、新たな熱源を設けることなく、かつ、車両の停止期間の長短に関わらずバッテリを暖機できる。 According to the present invention, the battery can be warmed up using the waste heat of the fuel cell at the time of start-up without providing a temperature sensor for detecting the ambient temperature of the fuel cell. Further, by utilizing the waste heat of the fuel cell at the time of starting, the battery can be warmed up without providing a new heat source and regardless of the length of the vehicle stop period.
以下、本発明の一実施形態について、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車両1の概略構成を示す側面図である。
燃料電池車両1は、反応ガスの反応により発電を行う燃料電池10と、バッテリ21を収納するバッテリボックス20と、制御装置40と、を備える。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a
The
これら燃料電池10及びバッテリボックス20は、燃料電池車両1の車室の床となるフロアパネル30の下方、すなわち車室外に設けられる。より具体的には、フロアパネル30のうち、車幅方向の中央部には、車室内側へ向けて凸状に形成されたセンターコンソール31が設けられており、燃料電池10はこのセンターコンソール31内に設けられている。また、図1中右方を車両後方として、バッテリボックス20は、燃料電池10に対して車両後方側に設けられている。
また、これら燃料電池10及びバッテリボックス20は、フロアパネル30の下方に設けられたアンダーカバー32により各々の底部から覆われている。これにより、燃料電池10及びバッテリボックス20は、フロアパネル30とアンダーカバー32との間に形成された単一の空間内に収められる。
The
The
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(陰極)及びカソード電極(陽極)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。この燃料電池10は、水素タンクやエアコンプレッサなどで構成された反応ガス供給装置(図示せず)により、アノード電極(陰極)側に水素ガスが供給され、カソード電極(陽極)側に酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。また、この燃料電池10により発電された電力は、図示しない駆動モータに供給される。
The
バッテリ21は、燃料電池10で発電した電力や、減速時における駆動モータからの回生電力などを蓄電する。また、バッテリ21に蓄電された電力は、運転状態に応じて駆動モータに適宜供給される。
The
バッテリボックス20は、略箱状であり、その内部にはバッテリ21が収納される。このバッテリボックス20には、バッテリボックス20の内部を換気するために、吸気部22と排気部23とが設けられている。
The
図2は、燃料電池車両1の概略構成を示す上面図である。
吸気部22は、その吸気口を燃料電池10側に向けてバッテリボックス20に設けられる。これにより、発電を行うことで暖められた燃料電池10の周囲の空気を、吸気部22を介してバッテリボックス20内に導入することができる。またここで、吸気部22の吸気口と燃料電池10との間には、燃料電池10の周囲の空気を導入する上で障害となるものが設けられないことが好ましい。
排気部23は、バッテリボックス20のうち吸気部22と対向する位置に設けられる。
FIG. 2 is a top view showing a schematic configuration of the
The
The
また、この排気部23の排気口には、バッテリボックス20の内部の空気を外部に排出するファン24が設けられている。すなわち、このファン24を回転させることにより、暖められた燃料電池10の周囲の空気を、吸気部22の吸気口を介してバッテリボックス20内に導入し、バッテリ21を暖機することができる。したがって、本実施形態では、例えばバッテリボックス20及びファン24により、バッテリ暖機機構が構成される。
In addition, a
ここで、これら燃料電池10、バッテリボックス20の内部、及びバッテリ21の各々の温度の関係について説明する。
先ず、燃料電池車両1を長時間にわたって停止させた場合、下記式(1)に示すように、燃料電池温度、バッテリボックス内温度、及びバッテリ温度は、全て外気温度と概ね等しくなる。
燃料電池温度=バッテリボックス内温度=バッテリ温度=外気温度 (1)
Here, the relationship between the temperatures of the
First, when the
Fuel cell temperature = battery box temperature = battery temperature = outside air temperature (1)
次に、燃料電池車両1の起動後、燃料電池10の発電が開始すると、この燃料電池10の昇温速度はバッテリ21の昇温速度よりも速いため、これら温度は下記式(2)を満たすようになる場合が多い。
燃料電池温度>バッテリボックス内温度>バッテリ温度>外気温度 (2)
Next, when the power generation of the
Fuel cell temperature> Battery box temperature> Battery temperature> Outside air temperature (2)
すなわち、燃料電池10の温度は、バッテリ21の温度よりも高い。したがって、このような状態でファン24を回転駆動し、燃料電池10の周囲の空気をバッテリボックス20の内部に導入することにより、バッテリ21を暖機することができる。
That is, the temperature of the
図1に戻って、制御装置40は、燃料電池温度センサ41、燃料電池電流センサ42、バッテリ温度センサ43、及びバッテリ電流センサ45などの各種センサや、これらセンサが接続された電子制御ユニット(以下、「ECU(Electric Control Unit)」という)47などを含んで構成される。
Returning to FIG. 1, the
燃料電池温度センサ41は、燃料電池10の温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU47に送信する。燃料電池電流センサ42は、燃料電池10の出力電流を検出し、検出値に略比例した信号をECU47に送信する。バッテリ温度センサ43は、バッテリ21の温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU47に送信する。バッテリ電流センサ45は、バッテリ21の出力電流を検出し、検出値に略比例した信号をECU47に送信する。
The fuel
この他、ECU47には、燃料電池車両1の運転席に設けられたイグニッションスイッチ46が接続されている。このイグニッションスイッチ46は、運転者の操作に応じて動作し、燃料電池車両1の始動を指令する始動指令信号、又は、燃料電池車両1の停止を指令する停止指令信号を、ECU47に送信する。
In addition, the ECU 47 is connected to an
ECU47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、ECU47は、CPUで実行される各種演算プログラムや各種マップなどを記憶する記憶回路と、図示しない反応ガス供給装置や、バッテリボックス20のファン24などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ECU47には、後述の燃料電池車両1の始動制御やバッテリの暖機制御などの各種処理を実行するモジュールが構成される。
The ECU 47 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the 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 “the central processing unit”). CPU ”). In addition, the ECU 47 includes a storage circuit that stores various arithmetic programs executed by the CPU, various maps, an output circuit that outputs a control signal to the reaction gas supply device (not shown), the
燃料電池車両1の始動制御は、燃料電池車両1が停止した状態で運転者によりイグニッションスイッチ46が操作され、このイグニッションスイッチ46から始動指令信号が出力されたことに応じて開始する。この始動制御では、具体的には、反応ガス供給装置による燃料電池への反応ガスの供給を開始する。これにより、燃料電池の発電が開始する。また、燃料電池の発電を開始することにより、燃料電池及びその周囲の空気の温度が上昇し始める。
The start control of the
図3は、バッテリ暖機制御の手順を示すフローチャートである。このバッテリ暖機制御は、上述の燃料電池車両の始動制御を開始した後、ECUにより繰り返し実行される。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for battery warm-up control. The battery warm-up control is repeatedly executed by the ECU after starting the above-described start control of the fuel cell vehicle.
図3に示すように、このバッテリ暖機制御は、燃料電池の周囲温度の上昇度合いを判断する燃料電池昇温判断工程(ステップS1,S2)と、バッテリの暖機の実行を判断するバッテリ暖機実行判断工程(ステップS3,S4,S5)と、バッテリの暖機の終了を判断するバッテリ暖機終了判断工程(ステップS6,S7)との3つの工程で構成される。 As shown in FIG. 3, this battery warm-up control includes a fuel cell temperature rise determination step (steps S1 and S2) for determining the degree of increase in the ambient temperature of the fuel cell, and a battery warm-up determination for determining execution of battery warm-up. The machine execution determination process (steps S3, S4, S5) and the battery warm-up end determination process (steps S6, S7) for determining the end of the battery warm-up are configured.
ステップS1では、始動制御開始時の燃料電池の温度(以下、「始動時燃料電池温度」という)TFCIと、始動制御を開始してから現在(当該ステップ実行時)までの燃料電池の発電量(以下、単に「発電量」という)EFCを取得し、これら始動時燃料電池温度TFCIと燃料電池の発電量EFCとに基づいて、始動制御を開始してから現在までの燃料電池の発熱量(以下、単に「発熱量」という)QFCを算出する。ここで、始動時燃料電池温度TFCIには、例えば、始動制御開始時における燃料電池温度センサの検出値が用いられる。また、発電量EFCは、燃料電池電流センサの検出値の履歴に基づいて算出される。 In step S1, the temperature of the fuel cell at the start of the start control (hereinafter referred to as “start-up fuel cell temperature”) TFCI and the amount of power generated by the fuel cell from the start of the start control to the present (when the step is executed) ( Hereinafter, EFC is simply acquired (hereinafter referred to as “power generation amount”), and based on these start-up fuel cell temperature TFCI and power generation amount EFC of the fuel cell, the amount of heat generated by the fuel cell (hereinafter referred to as “starting control”) QFC is simply calculated. Here, for example, the detected value of the fuel cell temperature sensor at the start of the start control is used as the start fuel cell temperature TFCI. Further, the power generation amount EFC is calculated based on the history of detection values of the fuel cell current sensor.
図4は、始動時燃料電池温度TFCI、発電量EFC、及び発熱量QFCの関係を示す図であり、発熱量QFCを算出する際に参照されるマップの例を示す図である。
この図に示すように、始動時燃料電池温度TFCIが高くなるに従い、発熱量QFCは大きくなる。また、始動時燃料電池温度TFCIが同じであっても、発電量EFCが大きくなるに従って、発熱量QFCも大きくなる。ステップS1では、図4に示すようなマップに基づいて始動時燃料電池温度TFCI及び発電量EFCに応じた発熱量QFCを算出する。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the starting fuel cell temperature TFCI, the power generation amount EFC, and the heat generation amount QFC, and is a diagram showing an example of a map that is referred to when calculating the heat generation amount QFC.
As shown in this figure, the heat generation amount QFC increases as the starting fuel cell temperature TFCI increases. Even if the starting fuel cell temperature TFCI is the same, the heat generation amount QFC increases as the power generation amount EFC increases. In step S1, the heat generation amount QFC corresponding to the starting fuel cell temperature TFCI and the power generation amount EFC is calculated based on a map as shown in FIG.
図3に戻って、ステップS2では、燃料電池の周囲温度の推定値(以下、「周囲温度推定値」という)TFCAを算出する。より具体的には、このステップS2では、始動制御開始時から現在までの間における燃料電池の周囲温度の変化量(以下、「周囲温度変化量推定値」という)ΔTFCAを算出し、下記式(3)に示すように、この周囲温度変化量推定値ΔTFCAを、上記ステップS1で算出された始動時燃料電池温度TFCIに加算することにより、周囲温度推定値TFCAを算出する。
TFCA=TFCI+ΔTFCA (3)
Returning to FIG. 3, in step S <b> 2, an estimated value (hereinafter referred to as “ambient temperature estimated value”) TFCA of the ambient temperature of the fuel cell is calculated. More specifically, in step S2, the amount of change in the ambient temperature of the fuel cell (hereinafter referred to as “ambient temperature change estimated value”) ΔTFCA from the start of the start control to the present is calculated, and the following equation ( As shown in 3), the ambient temperature estimated value TFCA is calculated by adding the estimated ambient temperature change amount ΔTFCA to the starting fuel cell temperature TFCI calculated in step S1.
TFCA = TFCI + ΔTFCA (3)
ここで、周囲温度変化量推定値ΔTFCAは、以下のようにして算出される。
始動制御を開始した後、燃料電池の周囲温度は、主に、発電する燃料電池の発熱量QFCに応じて変化すると考えられる。この他にも、燃料電池の周囲温度は、燃料電池の発熱による影響と比較して僅かではあるが、外気で冷却されることによっても変化すると考えられる。そこで、これら燃料電池の周囲温度を変化させる2つの要因を考慮して、周囲温度変化量推定値ΔTFCAは、上述のステップS1で算出された燃料電池の発電量QFCと、外気が燃料電池の周囲温度に及ぼす影響を示す冷却パラメータPREFとの2つのパラメータに基づいて算出する。
Here, the ambient temperature change estimated value ΔTFCA is calculated as follows.
After starting control is started, it is considered that the ambient temperature of the fuel cell changes mainly according to the calorific value QFC of the fuel cell that generates power. In addition to this, it is considered that the ambient temperature of the fuel cell is slightly changed as compared with the influence of heat generation of the fuel cell, but is also changed by cooling with the outside air. Therefore, in consideration of these two factors that change the ambient temperature of the fuel cell, the ambient temperature change estimated value ΔTFCA is calculated based on the power generation amount QFC of the fuel cell calculated in step S1 described above and the ambient air around the fuel cell. It is calculated based on two parameters, a cooling parameter PREF indicating the influence on temperature.
外気が燃料電池の周囲温度に及ぼす影響は、燃料電池車両が速い速度で走行し続けるほど大きくなるものと考えられる。このため、上述の冷却パラメータPREFには、始動制御を開始してから現在までの間における車速の推移に基づいて算出されたパラメータを用いる。より具体的には、本実施形態では、この冷却パラメータPREFとして、燃料電池車両の平均車速に始動制御開始から現在まで経過した時間を乗算して得られた値を用いるが、これに限るものではない。 The influence of outside air on the ambient temperature of the fuel cell is considered to increase as the fuel cell vehicle continues to travel at a higher speed. For this reason, a parameter calculated based on the transition of the vehicle speed from the start of the start control to the present is used as the cooling parameter PREF. More specifically, in this embodiment, as the cooling parameter PREF, a value obtained by multiplying the average vehicle speed of the fuel cell vehicle by the time elapsed from the start of the start control to the present time is used, but the present invention is not limited to this. Absent.
図5は、冷却パラメータPREF、発熱量QFC、及び周囲温度変化量推定値ΔTFCAの関係を示す図であり、周囲温度変化量推定値ΔTFCAを算出する際に参照されるマップの例を示す図である。
この図に示すように、発熱量QFCが大きくなるに従い、周囲温度変化量推定値ΔTFCAは高くなる。また、冷却パラメータPREFが大きくなるに従い、周囲温度変化量推定値ΔTFCAは低くなる。ステップS2では、図5に示すようなマップに基づいて周囲温度変化量推定値ΔTFCAを算出し、さらにこの周囲温度変化量推定値ΔTFCAに基づいて周囲温度推定値TFCAを算出する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between the cooling parameter PREF, the heat generation amount QFC, and the ambient temperature change amount estimated value ΔTFCA, and is a diagram illustrating an example of a map referred to when calculating the ambient temperature change amount estimated value ΔTFCA. is there.
As shown in this figure, as the calorific value QFC increases, the ambient temperature change amount estimated value ΔTFCA increases. As the cooling parameter PREF increases, the ambient temperature change amount estimated value ΔTFCA decreases. In step S2, the ambient temperature change estimated value ΔTFCA is calculated based on the map as shown in FIG. 5, and the ambient temperature estimated value TFCA is calculated based on the ambient temperature change estimated value ΔTFCA.
図3に戻って、ステップS3では、バッテリ温度TBATを算出する。ここで、バッテリ温度TBATには、バッテリ温度センサの検出値をバッテリの通電量で補正することにより算出された推定値が用いられる。また、バッテリの通電量は、バッテリ電流センサの検出値の履歴に基づいて算出される。 Returning to FIG. 3, in step S3, the battery temperature TBAT is calculated. Here, the estimated value calculated by correcting the detected value of the battery temperature sensor with the energization amount of the battery is used for the battery temperature TBAT. The energization amount of the battery is calculated based on the history of detection values of the battery current sensor.
ステップS4では、バッテリ温度TBATと燃料電池の周囲温度推定値TFCAとを比較し、バッテリの暖機が可能か否かを判別する。より具体的には、このステップS4では、バッテリ温度TBATが周囲温度推定値TFCAよりも低いか否かを判別する。この判別がYESの場合には、バッテリの暖機が可能であると判断しステップS5に移り、NOの場合には、バッテリの暖機を行わずにこの処理を終了する。 In step S4, the battery temperature TBAT is compared with the estimated ambient temperature TFCA of the fuel cell to determine whether or not the battery can be warmed up. More specifically, in this step S4, it is determined whether or not the battery temperature TBAT is lower than the ambient temperature estimated value TFCA. If this determination is YES, it is determined that the battery can be warmed up, and the process proceeds to step S5. If NO, this process is terminated without warming up the battery.
ステップS5では、バッテリ温度TBATが燃料電池の周囲温度推定値TFCAよりも低いと判定されたことに応じて、ファンの回転駆動を開始する。 In step S5, when it is determined that the battery temperature TBAT is lower than the estimated ambient temperature TFCA of the fuel cell, rotational driving of the fan is started.
ステップS6では、所定のファン駆動停止条件が満たされたか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS7に移り、NOの場合にはステップS6に移る。 In step S6, it is determined whether or not a predetermined fan drive stop condition is satisfied. If this determination is YES, the process proceeds to step S7, and if NO, the process proceeds to step S6.
本実施形態では、以下に示す3つの条件(a)、(b)、(c)のうち少なくとも何れかが満たされることを、ファン駆動停止条件として設定する。 In the present embodiment, satisfying at least one of the following three conditions (a), (b), and (c) is set as a fan drive stop condition.
条件(a)は、バッテリ温度TBATが所定の暖機完了温度を上回ること、である。この条件(a)は、ファンを回転駆動することによりバッテリ温度が上記暖機完了温度まで上昇し、バッテリの暖機が完了したことを判定するための条件である。 Condition (a) is that the battery temperature TBAT exceeds a predetermined warm-up completion temperature. This condition (a) is a condition for determining that the battery warm-up has been completed by rotating the fan to increase the battery temperature to the warm-up completion temperature.
条件(b)は、周囲温度推定値TFCAがバッテリ温度TBATよりも低いこと、である。上述のように、ステップS4では、バッテリ温度TBATが周囲温度推定値TFCAよりも低い場合に、バッテリの暖機が可能であると判断し、ファンの回転駆動を開始する。しかしながら、ファンの回転駆動を開始してから、周囲温度推定値TFCAがバッテリ温度TBATよりも低くなる場合もある。このような状態でファンを回転駆動し続けると、バッテリの温度が低下するおそれがある。したがって、この条件(b)が満たされた場合に、ファンの駆動を停止することにより、バッテリの温度が低下するのを防止することができる。 Condition (b) is that the ambient temperature estimated value TFCA is lower than the battery temperature TBAT. As described above, in step S4, when the battery temperature TBAT is lower than the ambient temperature estimated value TFCA, it is determined that the battery can be warmed up, and the rotation of the fan is started. However, the ambient temperature estimated value TFCA may be lower than the battery temperature TBAT after the fan starts rotating. If the fan continues to rotate in such a state, the temperature of the battery may decrease. Therefore, when this condition (b) is satisfied, it is possible to prevent the battery temperature from decreasing by stopping the driving of the fan.
条件(c)は、バッテリの充放電量に基づいて算出されたバッテリ温度の予測値TBATEXSが、バッテリ温度TBATよりも所定の閾値ΔTTH以上大きくなること、である。 The condition (c) is that the predicted value TBATEXS of the battery temperature calculated based on the charge / discharge amount of the battery is larger than the battery temperature TBAT by a predetermined threshold ΔTTH or more.
図6は、バッテリ温度TBATとバッテリ温度の予測値TBATEXSの時間変化の例を示す図である。図6には、時刻t0においてファンの回転駆動を開始し、時刻t1において条件(c)が満たされたことに応じてファンの回転駆動を停止した例を示す。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a time change of the battery temperature TBAT and the predicted value TBATEXS of the battery temperature. FIG. 6 shows an example in which the rotational driving of the fan is started at time t0 and the rotational driving of the fan is stopped in response to the condition (c) being satisfied at time t1.
ファンを回転駆動した後、バッテリの温度を変化させる主な要因は、ファンを回転駆動し燃料電池の周囲の空気をバッテリボックス内に取り込むことによるものと、バッテリの充放電に基づく自身の発熱によるものと、の2つが考えられる。そこで、本実施形態では、バッテリ電流センサの検出値に基づいてバッテリの充放電によるバッテリ温度の上昇率を逐次算出し、このバッテリ温度の上昇率に基づいて、バッテリ温度の予測値TBATEXSを算出する。このようにして算出されたバッテリ温度の予測値TBATEXSはバッテリの充放電に基づいて算出された値であるから、この予測値TBATEXSよりも実際のバッテリ温度TBATが低いということは、ファンを回転駆動することでバッテリの熱が周囲の空気に奪われていることを示す。したがって、図6に示すように、たとえバッテリ温度TBATが上昇していたとしても、その温度上昇率はファンを回転駆動することで低下していると言える。そこで、条件(c)が満たされたことに応じてファンの回転駆動を停止することにより、このようなバッテリの温度上昇率の低下を防止することができる。すなわち、バッテリを効率的に暖機することができる。 After the fan is driven to rotate, the main factors that change the temperature of the battery are that the fan is driven to rotate and the air around the fuel cell is taken into the battery box, and that the heat generated by the battery is charged and discharged. Two things can be considered. Therefore, in this embodiment, the battery temperature increase rate due to charging / discharging of the battery is sequentially calculated based on the detection value of the battery current sensor, and the predicted value TBATEXS of the battery temperature is calculated based on the battery temperature increase rate. . Since the predicted battery temperature TBATEXS calculated in this way is a value calculated based on charging / discharging of the battery, the fact that the actual battery temperature TBAT is lower than the predicted value TBATEXS means that the fan is driven to rotate. This shows that the heat of the battery is taken away by the surrounding air. Therefore, as shown in FIG. 6, even if the battery temperature TBAT is increased, it can be said that the rate of temperature increase is decreased by rotationally driving the fan. Therefore, by stopping the rotational driving of the fan in response to the condition (c) being satisfied, it is possible to prevent such a decrease in the rate of temperature increase of the battery. That is, the battery can be warmed up efficiently.
図3に戻って、ステップS7では、ファン駆動停止条件が満たされたことに応じて、ファンの回転を停止し、この処理を終了する。 Returning to FIG. 3, in step S <b> 7, in response to the fan drive stop condition being satisfied, the rotation of the fan is stopped, and this process ends.
本実施形態の燃料電池車両1によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)制御装置40は、始動時燃料電池温度TFCIと、始動制御開始後の燃料電池の発電量EFCとに基づいて燃料電池の周囲温度推定値TFCAを算出し、この周囲温度推定値TFCAとバッテリ温度TBATとを比較する。さらに、バッテリ温度TBATが周囲温度推定値TFCAよりも低い場合には、ファンを回転駆動し、燃料電池の周囲の空気をバッテリボックス内に導入することにより、バッテリを暖機する。したがって、燃料電池の周囲温度を検出する温度センサを設けることなく、始動時の燃料電池の廃熱を利用してバッテリを暖機することができる。また、始動時における燃料電池の廃熱を利用することにより、新たな熱源を設けることなく、かつ、車両の停止期間の長短に関わらずバッテリを暖機できる。
According to the
(1) The
(2)燃料電池の周囲温度推定値TFCAは、始動制御開始時からの車速の推移に基づいて算出された冷却パラメータPREFが大きくなるに従って小さくなるように算出される。このような車速の推移による影響を考慮することにより、燃料電池の周囲温度推定値TFCAの精度を向上することができる。 (2) The estimated ambient temperature TFCA of the fuel cell is calculated so as to decrease as the cooling parameter PREF calculated based on the transition of the vehicle speed from the start of the start control increases. By taking into account the influence of such changes in vehicle speed, the accuracy of the estimated ambient temperature TFCA of the fuel cell can be improved.
(3)バッテリの温度が暖機完了温度に達したことに応じて、ファンの回転を停止する。これにより、ファンを駆動するための余分な電力の消費を抑制することができる。 (3) The rotation of the fan is stopped in response to the battery temperature reaching the warm-up completion temperature. As a result, it is possible to suppress consumption of extra power for driving the fan.
<変形例>
図7は、上記実施形態の変形例の燃料電池車両1Aの概略構成を示す側面図である。
変形例の燃料電池車両1Aは、アンダーカバー32Aの構成が上記実施形態の燃料電池車両1と異なる。
アンダーカバー32Aは、燃料電池10をその底部から覆う第1アンダーカバー321Aと、バッテリボックス20をその底部から覆う第2アンダーカバー322Aと、を含んで構成される。したがって、燃料電池10及びバッテリボックス20は、上記実施形態と同様に、フロアパネル30と第1アンダーカバー321A及び第2アンダーカバー322Aとの間に形成された単一の空間内に収められる。
この変形例によれば、アンダーカバー32Aを複数のカバーで構成することにより、メンテナンス性を向上できる。
<Modification>
FIG. 7 is a side view showing a schematic configuration of a
The
The under
According to this modification, the maintainability can be improved by configuring the under
なお、本発明は上記実施形態及び実施例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、バッテリボックス20のうち吸気部22と対向する位置に排気部23を設けたが、排気部を設ける位置はこれに限らない。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment and Example, The deformation | transformation in the range which can achieve the objective of this invention, improvement, etc. are included in this invention.
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、ステップS3においてバッテリ温度TBATを取得する際には、バッテリ温度センサの検出値をバッテリの通電量で補正した値を用いたが、これに限らない。例えば、バッテリ温度TBATには、このような補正が行われていないバッテリ温度センサの検出値を用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, when acquiring battery temperature TBAT in step S3, the value which correct | amended the detected value of the battery temperature sensor with the energization amount of the battery was used, but it is not restricted to this. For example, a detection value of a battery temperature sensor that is not subjected to such correction may be used as the battery temperature TBAT.
また、上記実施形態では、上述の3つの条件の何れかを満たすことをファン駆動停止条件としたが、これに限らない。例えば、ファンの回転を開始してから所定の時間が経過することをファン駆動停止条件に加えてもよい。 Moreover, in the said embodiment, satisfy | filling either of the above-mentioned three conditions was made into the fan drive stop condition, However, It is not restricted to this. For example, it may be added to the fan drive stop condition that a predetermined time has elapsed since the start of rotation of the fan.
1…燃料電池車両
10…燃料電池
20…バッテリボックス
21…バッテリ
24…ファン
40…制御装置
41…燃料電池温度センサ(燃料電池温度検出手段)
42…燃料電池電流センサ(燃料電池発電量算出手段)
43…バッテリ温度センサ(バッテリ温度検出手段)
47…ECU(燃料電池発電量算出手段、燃料電池周囲温度推定手段、バッテリ温度検出手段、比較手段、ファン駆動手段、ファン停止手段)
DESCRIPTION OF
42 ... Fuel cell current sensor (fuel cell power generation amount calculation means)
43 ... Battery temperature sensor (battery temperature detection means)
47. ECU (fuel cell power generation amount calculation means, fuel cell ambient temperature estimation means, battery temperature detection means, comparison means, fan drive means, fan stop means)
Claims (3)
前記燃料電池で発電した電力を蓄電するバッテリと、を備え、始動指令信号の出力に応じて前記燃料電池への反応ガスの供給を開始することで当該燃料電池の発電を開始する始動制御を行う燃料電池車両であって、
前記バッテリを収納するバッテリボックスと、前記燃料電池の周囲の空気を前記バッテリボックス内に導入するファンと、を有するバッテリ暖機機構と、
前記始動制御開始時の燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段と、前記始動制御開始後の燃料電池の発電量を算出する燃料電池発電量算出手段と、前記バッテリの温度を検出又は推定するバッテリ温度検出手段と、前記始動制御開始時の燃料電池の温度及び前記始動制御開始後の燃料電池の発電量に基づいて燃料電池の周囲温度の推定値を算出する燃料電池周囲温度推定手段と、前記燃料電池の周囲温度の推定値と前記バッテリの温度とを比較する比較手段と、前記バッテリの温度が前記燃料電池の周囲温度の推定値よりも低い場合には、前記ファンを回転駆動するファン駆動手段と、を有する制御装置と、を備えることを特徴とする燃料電池車両。 A fuel cell that generates electricity by reaction of the reaction gas; and
A battery for storing electric power generated by the fuel cell, and performing start control for starting power generation of the fuel cell by starting supply of a reactive gas to the fuel cell in response to an output of a start command signal A fuel cell vehicle,
A battery warm-up mechanism comprising: a battery box that houses the battery; and a fan that introduces air around the fuel cell into the battery box;
Fuel cell temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell at the start of the start control, fuel cell power generation amount calculating means for calculating the power generation amount of the fuel cell after the start control is started, and detecting or estimating the temperature of the battery Battery temperature detection means for performing, and fuel cell ambient temperature estimation means for calculating an estimated value of the ambient temperature of the fuel cell based on the temperature of the fuel cell at the start of the start control and the power generation amount of the fuel cell after the start control is started Comparing means for comparing the estimated value of the ambient temperature of the fuel cell with the temperature of the battery; and if the temperature of the battery is lower than the estimated value of the ambient temperature of the fuel cell, the fan is driven to rotate. A fuel cell vehicle comprising: a control device having fan driving means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009075106A JP4841641B2 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Fuel cell vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009075106A JP4841641B2 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Fuel cell vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010233283A true JP2010233283A (en) | 2010-10-14 |
JP4841641B2 JP4841641B2 (en) | 2011-12-21 |
Family
ID=43048593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009075106A Expired - Fee Related JP4841641B2 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Fuel cell vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4841641B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200064314A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-08 | 삼성중공업 주식회사 | Hybrid ship |
US10714799B2 (en) | 2017-10-23 | 2020-07-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel-cell vehicle |
CN113113645A (en) * | 2019-12-24 | 2021-07-13 | 北京亿华通科技股份有限公司 | Ambient temperature prediction method, ambient temperature prediction device, computer equipment and storage medium |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000059917A (en) * | 1998-08-10 | 2000-02-25 | Toyota Motor Corp | Temperature adjuster for battery mounted on motor car |
JP2001233044A (en) * | 2000-02-25 | 2001-08-28 | Toyota Motor Corp | Heating system for movable body having fuel cell |
WO2007135934A1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power supply device |
JP2009247150A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell vehicle |
-
2009
- 2009-03-25 JP JP2009075106A patent/JP4841641B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000059917A (en) * | 1998-08-10 | 2000-02-25 | Toyota Motor Corp | Temperature adjuster for battery mounted on motor car |
JP2001233044A (en) * | 2000-02-25 | 2001-08-28 | Toyota Motor Corp | Heating system for movable body having fuel cell |
WO2007135934A1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power supply device |
JP2009247150A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell vehicle |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10714799B2 (en) | 2017-10-23 | 2020-07-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel-cell vehicle |
KR20200064314A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-08 | 삼성중공업 주식회사 | Hybrid ship |
KR102426969B1 (en) * | 2018-11-29 | 2022-07-28 | 삼성중공업 주식회사 | Hybrid ship |
CN113113645A (en) * | 2019-12-24 | 2021-07-13 | 北京亿华通科技股份有限公司 | Ambient temperature prediction method, ambient temperature prediction device, computer equipment and storage medium |
CN113113645B (en) * | 2019-12-24 | 2022-04-26 | 北京亿华通科技股份有限公司 | Ambient temperature prediction method, ambient temperature prediction device, computer equipment and storage medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4841641B2 (en) | 2011-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7646176B2 (en) | Controller for rechargeable battery and temperature estimation method and deterioration determination method for rechargeable battery | |
JP4932340B2 (en) | Battery cooling device and cooling air volume control device | |
JP6252595B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
US9987904B2 (en) | Fuel cell vehicle air-conditioning apparatus and control method thereof | |
CA2836555C (en) | Fuel cell system with idle-stop control | |
JP2004342461A (en) | Fuel cell system | |
JP4893745B2 (en) | Fuel cell system | |
KR101856296B1 (en) | Fuel cell system and control method therefor | |
JP2004342430A (en) | Fuel cell system and its operation method | |
KR101085505B1 (en) | Fuel cell system | |
JP4696643B2 (en) | Fuel cell system, control method thereof, and vehicle equipped with the same | |
JP4686957B2 (en) | Fuel cell power generation control system | |
JP2008103228A (en) | Fuel cell system | |
JP2005150024A (en) | Fuel cell system | |
JP4523981B2 (en) | Fuel cell system | |
JP3876784B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2007073473A (en) | Control unit of fuel cell vehicle | |
JP4841641B2 (en) | Fuel cell vehicle | |
JP5023684B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL START-UP METHOD | |
JP4725239B2 (en) | Fuel cell vehicle and heater operation method for warm-up | |
JP3935056B2 (en) | Control device for fuel cell vehicle | |
JP2008034309A (en) | Fuel battery system | |
JP2011243326A (en) | Electric power supply system | |
JP6157405B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5602079B2 (en) | Fuel cell system and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110414 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110419 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110603 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110906 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111004 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4841641 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141014 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |