JP2012513654A - 自動車の発熱部材を冷却する装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は冷却装置(1)に関する。この冷却装置(1)は、発熱部材(4)の温度を調整することができる主冷却回路(2)と、並列に取り付けられた少なくとも2つの熱交換器(10、11)からなる第1アセンブリ(9)を含む副冷却回路(3)と、主冷却回路(2)と副冷却回路(3)との間の熱的結合手段(5)とを含む。冷却装置(1)は、更に、副冷却回路(3)に直列に、且つ第1アセンブリ(9)の下流に取り付けられる温度センサ(13)と、状態モニタを利用して、第1アセンブリの各熱交換器の流出口温度を、第1アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び温度センサ(13)により測定される値に基づいて推定することができる第1手段を含む制御ユニットとを備える。
Description
本発明は、自動車の発熱部材に関するものであり、特にこのような部材の冷却装置に関するものである。
本発明の特に有利な適用形態は、燃料電池システムの冷却、特に電池の水素を生成するために使用される一体型改質装置を備える燃料電池システムの冷却に関するものである。
燃料電池は、アノードでの水素酸化反応及びカソードでの酸素還元反応により電気エネルギーを生成するように設計されている。全体反応は次のように表わされる:
1/2O2+H2→H2O+電気+熱
1/2O2+H2→H2O+電気+熱
このように、燃料電池システムでは、化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。電池の内部で行なわれる反応によって熱も発生し、この熱を放散して電池の正しい動作を確保し、電池の寿命期間を長くし、当該システムの全体の効率を高める必要がある。
一体型改質器を備える燃料電池システムでは、化学反応から発生する熱の量は相当に大きい。この量は、電池が約75kWの電力を有する場合に約60kWである。燃料電池システムの公称動作温度は比較的低く、このため当該システムの発熱調整は比較的難しい。
更に、水は、改質器において行なわれる反応の主な反応物質のうちの1つの反応物質を構成する。必要な量の水を供給するために、パワーモジュールからの燃焼ガスの経路に沿って凝縮器及び分離器を設置して、燃料電池によって生成される水を冷却により回収する。しかしながら、これによって排熱すべき熱量が更に増える。
内燃機関に関しては、冷却回路はエネルギーの約3分の1を消費する必要があると推定される。更に、電気回路のような補助回路の他に、エンジンオイルを冷却する必要もある。
冷却回路は、例えば特許文献1及び特許文献2に開示されている。
自動車の燃料電池又は内燃機関の従来の冷却装置は、2つの冷却回路、すなわち電池又は内燃機関を冷却するために使用される主冷却回路と、主冷却回路と熱交換器を介して熱交換を行なう関係にある副冷却回路とを備えることができる。
この種の冷却装置では、副冷却回路が更に熱交換器を備えることにより、牽引システムから回収される熱エネルギーを放出するか、場合によっては熱エネルギーを供給することができる。しかしながら、熱エネルギーの種々の交換を制御するためには、多数の温度センサを使用する必要がある。
したがって、本発明の目的は、この欠点を解決することにある。
本発明の別の目的は、自動車の発熱部材の冷却装置を提案することであり、この冷却装置は、起こり得る故障の診断も可能である。
したがって、第1の特徴による本発明の主題は、特に自動車の牽引システムに使用される発熱部材の冷却装置であり、本冷却装置は、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路と、並列に取り付けられる少なくとも2つの熱交換器からなる第1アセンブリを含む副冷却回路と、主冷却回路と副冷却回路との間の熱的結合手段とを備える。冷却装置は、更に、副冷却回路上において直列に、且つ第1アセンブリの下流に取り付けられる温度センサと、状態観測器、例えば大きなゲインを有する状態観測器を利用して、第1アセンブリの各熱交換器の流出口温度を、第1アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び温度センサにより測定される変数に基づいて推定することができる第1手段を含む制御ユニットとを備える。
したがって、冷却装置の異なる箇所における温度、特に第1アセンブリの熱交換器の領域における温度を、装置内のセンサの数を少なく抑えながら決定することができる。
本発明の別の特徴によれば、副冷却回路は迂回流路を含むことができ、迂回流路の一方の端部は、温度センサの下流、且つ熱接触手段の上流に取り付けられ、迂回流路の他方の端部は、熱交換器からなる第1アセンブリの下流、且つ温度センサの上流に取り付けられ、この迂回流路は、並列に取り付けられる少なくとも2つの熱交換器からなる第2アセンブリを含む。
この場合、第1手段は、更に、状態観測器、例えば大きなゲインを有する状態観測器を利用して、第2アセンブリの各熱交換器の流出口温度を、第2アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び温度センサにより測定される変数に基づいて推定することができる。
したがって、電子制御ユニットの第1手段を使用して、第1アセンブリと第2アセンブリ両方の熱交換器の流入口温度を決定することができる。
副冷却回路は更に、交換器からなる第1及び第2アセンブリにそれぞれ接続された第1及び第2ラジエータを含むことができる。
この場合、冷却装置は更に、第1及び第2ラジエータを短絡する調整可能手段を備えることができ、制御ユニットは更に、第1及び第2ラジエータを短絡する調整可能手段を制御する第3手段を含むことができる。
本発明の1つの実施形態によれば、制御ユニットは、各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度を、温度センサにより測定される変数に基づいて決定することができる第2手段を含む。
具体的には、熱交換器の作動方程式、及びシステムの他の変数に基づいて、第2手段は、各交換器の流入口における冷媒の温度を決定することができるので、装置内の温度センサの数を減らすことができる。
本発明の別の実施形態によれば、冷却装置は更に、熱交換器からなる各アセンブリの流入口における冷媒の流入口温度を測定することができる温度センサを備えることができ、制御ユニットは、第1及び第2ラジエータを循環する冷媒の流量を、温度センサにより測定される変数に基づいてモニタリングすることができる第4手段を含むことができる。
この場合、熱交換器の作動方程式は、熱交換器の流入口における冷媒の温度を決定するために使用されることはないが、ラジエータを循環する冷媒の流量を見積もって、故障の診断を可能にするために使用される。
1つの実施形態では、発熱部材は燃料電池を含み、熱接触手段は、主冷却回路と副冷却回路との間に配置される熱交換器である。
この場合、交換器からなる第2アセンブリは、燃料電池から排出される流出口ガスの温度を調整することができ、第3手段は、燃料電池によって消費され、且つ冷却装置によって回収される水の収支に応じて、第2ラジエータを短絡する調整可能手段を制御することができる。
第2の特徴によれば、本発明の主題はまた、特に自動車の牽引システムに使用される発熱部材を冷却する装置であって、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路と、並列に取り付けられる少なくとも2つの熱交換器からなる第1アセンブリを含む副冷却回路と、主冷却回路と副冷却回路との間の熱的結合手段とを備える装置を制御する方法である。具体的には、方法によれば、
−冷媒の温度を、熱交換器からなる第1アセンブリの下流で測定し、
−副回路の冷媒の温度を、熱交換器の流入口において決定し、
−状態観測器、例えば大きなゲインを有する状態観測器を利用して、熱交換器の各熱交換器の流出口温度を、熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び冷媒の測定温度に基づいて推定する。
−冷媒の温度を、熱交換器からなる第1アセンブリの下流で測定し、
−副回路の冷媒の温度を、熱交換器の流入口において決定し、
−状態観測器、例えば大きなゲインを有する状態観測器を利用して、熱交換器の各熱交換器の流出口温度を、熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度、及び冷媒の測定温度に基づいて推定する。
本発明の更なる課題、特徴、及び利点は、添付図面を参照する、例示のみを目的とした後述の説明を一読することにより明らかになる。
図1には、本発明による冷却装置1の第1の実施形態の概略的アーキテクチャが示されている。この冷却装置1は、発熱部材、例えば自動車の牽引システムを高効率で冷却することができ、且つ、車両を循環する種々の要素又は流体から、熱エネルギーを供給又は回収することができる。
この点に関して、図1に示す冷却装置1は、主回路2と、副回路3とを備える。具体的には、自動車の発熱部材4は主回路2に設置される。
冷却装置1には更に、主回路2と副回路3とを熱的に結合する熱交換器5が配置される。
主回路2に関して、当該主回路2は、基本的に、冷媒が循環する循環流路を備え、この循環流路には、交換器5及び発熱部材4が設置される。主回路2は更に、冷媒の循環を可能にするポンプ6と、発熱部材4の下流の主回路2の冷媒の温度T1を測定することができる温度センサ7とを備える。
次に、副回路3は、同様に冷媒を含む循環流路を備え、この循環流路は主回路2の循環流路に交換器5を介して熱的に結合する。
副回路3の循環流路を循環する冷媒の循環に関連して、当該循環流路は第1ラジエータ8を備える。第1ラジエータ8は高温ラジエータであり、交換器5の下流に設置される。第1ラジエータ8は、具体的には、熱交換器5により取り出される熱エネルギーを、主回路2の循環流路を循環する冷媒に放出するために使用される。副回路3の循環流路は、更に、第1ラジエータ8の下流に、並列に配置された熱交換器10、11からなる第1アセンブリ9を備え、これらの熱交換器10、11は、自動車を循環する要素又は流体の調整を可能にする。
副回路3は、最後にポンプ12を備え、熱交換器5の流入口に接続される。ポンプ12によって、副回路3の冷媒を循環させることができる。副回路3の冷媒の温度を測定することができる温度センサ13は、ポンプ12の上流に、且つ第1アセンブリ9の下流に取り付けられる。
副回路3は、更に、車両を循環する他の要素又は流体を冷却するために使用される迂回流路14を備える。迂回流路14の入口は、熱交換器5の上流、且つポンプ12の下流に取り付けられ、これに対し、迂回流路14の出口は、第1アセンブリ9の下流、且つ温度センサ13の上流に取り付けられる。
迂回流路14は第2ラジエータ15を備える。第2ラジエータ15は低温ラジエータである。具体的には、第2ラジエータ15を循環する冷媒は、熱交換器5を通過したものではない。したがって、第2ラジエータによって自動車を流れる他の要素又は流体から熱エネルギーを回収することができる。迂回流路14は、更に、第2ラジエータ15の下流に、並列に配置された熱交換器17、18からなる第2アセンブリ16を備え、これらの熱交換器17、18は、自動車を循環する要素又は流体を調整する。
第1及び第2ラジエータ8、15に第1及び第2調整可能手段をそれぞれ設ける。これらの第1及び第2調整可能手段は第1及び第2ラジエータ8、15に並列に配置されて、ラジエータを短絡させる。具体的には、前記第1及び第2調整可能手段は、それぞれ、第1迂回流路管20に取り付けられる第1バルブ19と、第2迂回流路管22に取り付けられる第2バルブ21とを備える。
熱交換器5の、具体的には副回路3の領域には、熱交換器5を短絡させる第3調整可能手段を配置する。第3調整可能手段は、第3迂回流路管24に取り付けられる第3バルブ23からなる。
第3バルブ23、及び当該第3バルブ23が取り付けられる第3迂回流路管24を使用して、主回路2の制御を副回路3の制御から分離することができる。具体的には、第3調整可能手段によって、副回路3によって乱されることなく発熱部材4の温度を調整することができる。
更に、第1及び第2バルブ19、21、及びこれら第1及び第2バルブ19、21が取り付けられる第1及び第2迂回流路管20及び22を使用して、熱交換器10、11、17、18の温度を自動的に制御することができる。
自動車の発熱部材4の種類に応じて、交換器10、11、17、18が、要素又は種々の流体の温度の調整を可能にする。
したがって、自動車の発熱部材4が内燃機関を含む場合、交換器10、11を使用して、例えば自動変速機の温度、又はエンジンオイルの温度を調整することができるのに対し、交換器17、18を使用して、電子パワーモジュールの温度、又は吸気路の温度を調整することができる。
自動車の発熱部材4が燃料電池を含む場合、交換器10、11を使用して、燃料電池に供給されるガスの温度を調整することにより、特に燃料電池に流入するガスを加熱して、これらのガスの温度を燃料電池の動作温度に近づける。更に、交換器17、18を使用して、今度は、燃料電池から流出するガス又は燃焼ガスを冷却することにより、燃料電池から生成されて、流出ガスに蒸気の形態で含まれる水を回収することができる。
したがって、燃料電池から生成されて燃焼ガスに含まれる水を凝縮することにより、自動車において更に有利な水収支を実現することができる。
本説明の残りの部分では、発熱部材4が燃料電池を含むことを前提とする。
冷却装置1、特に、バルブ19、21、及び23は、車載電子制御ユニット25により制御される。この車載電子制御ユニット25の概要構造を図2に示す。
電子制御ユニット25は、その入力で、冷却装置1の主要部材から測定信号を受信する。したがって、電子制御ユニット25は、発熱部材の流出口における冷媒の温度を測定する温度センサ7から信号T1を受信し、副回路3から第1及び第2アセンブリ9、16の下流に流れる冷媒の温度を測定する温度センサ13から信号T2を受信する。制御ユニットは、冷却装置1外部の要素から、例えば自動車を循環する図示しない他の要素又は流体の温度を示す信号のような別の信号も受信する。
信号T1、T2は第2手段26に供給される。この第2手段26は、信号T1及びT2、及び外部要素からの別の信号に基づいて、第1アセンブリ9の流入口、及び第2アセンブリ16の流入口における冷媒の温度、すなわち各熱交換器10、11、17、及び18の流入口における冷媒の温度を決定することができる。このために、第2手段26は、副回路3の冷媒の温度が、ポンプ12の流入口と流出口との間で略一定の状態を保持することを前提としている。
第1アセンブリ9の流入口における冷媒の温度を決定するために、第2手段26は、第1ステップで、交換器5の流出口における冷媒の温度を決定する。このために、第2手段は、信号T1及びT2と、静止状態における交換器5のモデルを表わす方程式を使用する。このようにして、第2手段26は、これらの信号及び方程式から、交換器5の流出口における流体の温度を推定することができる。
第2ステップでは、第2手段26は、第1ラジエータ8の流出口における流体の温度を、具体的には、第1ラジエータ8のマッピング、及び第1ラジエータ8を循環する第2流体(図示せず)、例えば空気の、流入口温度及び流出口温度に基づいて決定する。したがって、第2手段26は、その出力において、第1アセンブリ9の流入口における冷媒の温度を供給することができる。
具体的には、第2手段26は、以下の形式のモデル(1)を使用することができる。
上式中、
−Qairは、ラジエータ8を通過する空気の流量を表わし、
−Qfc8は、ラジエータ8を通過する冷媒の流量を表わし、
−
は、ラジエータ8の流出口における冷媒の温度を表わし、
−
は、ラジエータ8の流入口における冷媒の温度を表わし、この温度は、第2手段26によって、静止状態における交換器5のモデルを表わす方程式に従って決定することができ、
−
は、ラジエータ8に流入する空気の温度を表わし、
−
は、ラジエータ8から流出する空気の温度を表わす。
上式中、
−Qairは、ラジエータ8を通過する空気の流量を表わし、
−Qfc8は、ラジエータ8を通過する冷媒の流量を表わし、
−
は、ラジエータ8の流出口における冷媒の温度を表わし、
−
は、ラジエータ8の流入口における冷媒の温度を表わし、この温度は、第2手段26によって、静止状態における交換器5のモデルを表わす方程式に従って決定することができ、
−
は、ラジエータ8に流入する空気の温度を表わし、
−
は、ラジエータ8から流出する空気の温度を表わす。
第2アセンブリ16の流入口における冷媒の温度を決定するために、第2手段26は、第2ラジエータ15の流出口における流体の温度を、具体的には、第2ラジエータ15のマッピング(第1ラジエータ8と同様にして)に基づいて決定する。このように、第2手段26は、その出力から、第2アセンブリ16の流入口における冷媒の温度を供給することができる。
したがって、第2手段26によって決定された信号は、第1手段27に送信される。前記第1手段は温度センサ13から信号T2も受信する。第1手段27によって、各熱交換器10、11、17、及び18を循環する冷媒の流出口温度を推定することができる。具体的には、第2手段27は、熱交換器の動的方程式を使用し、この動的方程式は次のベクトル形式で表わされる。
上式中、
−Tiは、交換器i(i=10、11、17、18)の温度ベクトルを表わし、
(ここで、Tfciは、交換器iを循環する冷媒の温度を表わし、Tgiは、交換器iを循環するガスの温度であって、交換器iによって調整されるガスの温度を表わし、Tpiは交換器iの壁の温度を表わす)
−
は、温度ベクトルTiの経時的な変化量を表わし、
−
及び
は、交換器iを循環する冷媒の流入口温度及び流出口温度をそれぞれ表わし、
−Ai及びBiは、交換器iに固有の行列を表わし、交換器iを循環するガスの流量に依存し、ガスの温度は交換器iによって調整され、
−νiはベクトル
を表わし(ここで、εは、交換器iを循環するガスの流量に応じて変化し、このガスの温度は交換器iによって調整される)、
−bは、交換器iに固有のベクトルを表わし、
−Cは、ベクトル:C=[1 0 0]を表わし、
−uiは、交換器iを循環する冷媒の流量を表わす。
上式中、
−Tiは、交換器i(i=10、11、17、18)の温度ベクトルを表わし、
(ここで、Tfciは、交換器iを循環する冷媒の温度を表わし、Tgiは、交換器iを循環するガスの温度であって、交換器iによって調整されるガスの温度を表わし、Tpiは交換器iの壁の温度を表わす)
−
は、温度ベクトルTiの経時的な変化量を表わし、
−
及び
は、交換器iを循環する冷媒の流入口温度及び流出口温度をそれぞれ表わし、
−Ai及びBiは、交換器iに固有の行列を表わし、交換器iを循環するガスの流量に依存し、ガスの温度は交換器iによって調整され、
−νiはベクトル
を表わし(ここで、εは、交換器iを循環するガスの流量に応じて変化し、このガスの温度は交換器iによって調整される)、
−bは、交換器iに固有のベクトルを表わし、
−Cは、ベクトル:C=[1 0 0]を表わし、
−uiは、交換器iを循環する冷媒の流量を表わす。
交換器10及び11を流れる冷媒の流入口温度
及び
は、ラジエータ8の流出口における冷媒の温度
に等しく、
は、第2手段26により決定される。更に、異なる交換器を循環する冷媒の流出口温度は、次の数式により関連付けられる。
上式中、
及びQfciは、それぞれ、交換器iを循環する冷媒の流出口温度、及び流出口における流量を表わす。
及び
は、ラジエータ8の流出口における冷媒の温度
に等しく、
は、第2手段26により決定される。更に、異なる交換器を循環する冷媒の流出口温度は、次の数式により関連付けられる。
上式中、
及びQfciは、それぞれ、交換器iを循環する冷媒の流出口温度、及び流出口における流量を表わす。
このように、これらの異なる方程式と、第2手段26によって決定された交換器10、11、17、18を循環する冷媒の流入口温度と、温度センサ13からの信号T2とに基づいて、第1手段27は状態観測器、好ましくは大きなゲインを有する状態観測器を使用して、第1アセンブリ9及び第2アセンブリ16の各交換器を循環する冷媒の流出口温度
を推定することができる。
を推定することができる。
具体的には、状態観測器によって、熱交換器のモデルに基づき、交換器iの温度ベクトルTi、特に冷媒の流出口温度
を推定することができる。得られたこれらの値を測定値T2と比較することにより、第1手段27は、モデルを補正することができるので、推定温度ベクトルTiの値を微調整することができる。
を推定することができる。得られたこれらの値を測定値T2と比較することにより、第1手段27は、モデルを補正することができるので、推定温度ベクトルTiの値を微調整することができる。
このように、各熱交換器10、11、17、18の流入口温度を、冷却装置内の温度センサの数を制限しながら推定することができる。
このように、第1手段27により推定される温度は第3手段28に供給される。第3手段28は、異なる調整可能短絡手段のバルブ19、21、及び23を、具体的には前記バルブの開度α19、α21の割合を計算することにより、制御することができる。信号α19、α21によって、ラジエータ8及び15をそれぞれ通過する必要がある流量の割合を制御することができる。
このように、第3手段28によって、副回路3を流れる冷媒の循環を調節して、当該副回路内の熱交換を向上させることができる。
1つの実施形態によれば、第3手段28を使用して、具体的には、交換器17、18によって燃料電池の燃焼ガスから回収される水を測定することにより、水収支をモニタリングすることもできる。
期間Tにおける水収支は、次の関係式により与えられる。
上式中、Qi 1は熱交換器iで凝縮される水量を指し、Q2は改質器において消費される水量である。具体的には、熱交換器iで凝縮される水量Qi 1は、次の方程式から計算することができる。
上式中、
−Qi IN(蒸気)は、交換器iの流入口における蒸気の流量であり、
−Pi IN(ガス)は、交換器iの流入口におけるガスの圧力であり、
−Ti IN(ガス)は、交換器iの流入口におけるガスの温度であり、
−Ti(ガス)は、交換器iの領域におけるガスの平均温度である。
上式中、Qi 1は熱交換器iで凝縮される水量を指し、Q2は改質器において消費される水量である。具体的には、熱交換器iで凝縮される水量Qi 1は、次の方程式から計算することができる。
上式中、
−Qi IN(蒸気)は、交換器iの流入口における蒸気の流量であり、
−Pi IN(ガス)は、交換器iの流入口におけるガスの圧力であり、
−Ti IN(ガス)は、交換器iの流入口におけるガスの温度であり、
−Ti(ガス)は、交換器iの領域におけるガスの平均温度である。
更に、改質器によって消費される水の流量Q2は、次の数式により計算することができる:
上式中、
−Fはファラデー定数であり、
−Ncellは燃料電池のセル数であり、
−ηは改質器の改質率であり、
−比S/Cは炭素の流量に対する水の流量を表わし、
−Iは燃料電池によって供給される電流であり、
−Raはアノード化学量論であり、
−PCIfuelは改質器に流入する燃料の低位発熱量を表わし、
−PCIH2は、改質器から流出する水素の低位発熱量を表わし、
−xは、改質器に供給される燃料(化学式CxHyOzで表わされる)中の炭素の割合である。
上式中、
−Fはファラデー定数であり、
−Ncellは燃料電池のセル数であり、
−ηは改質器の改質率であり、
−比S/Cは炭素の流量に対する水の流量を表わし、
−Iは燃料電池によって供給される電流であり、
−Raはアノード化学量論であり、
−PCIfuelは改質器に流入する燃料の低位発熱量を表わし、
−PCIH2は、改質器から流出する水素の低位発熱量を表わし、
−xは、改質器に供給される燃料(化学式CxHyOzで表わされる)中の炭素の割合である。
したがって、Bを計算することにより、改質器の下流の水位を検出するために補助センサを追加することを回避することができる。更に、値Bを所定の閾値と比較することにより、燃料電池による水の消費量と、水タンクの容量とを診断することもできる。
本発明の第2の実施形態によれば、冷却装置は、更に、第1アセンブリ9の流入口における冷媒の温度、及び第2アセンブリ16の流入口における冷媒の温度をそれぞれ測定することができる2つの追加の温度センサを備えることができる。この場合、電子制御ユニット25は、第1アセンブリ9及び第2アセンブリ16それぞれの流入口における冷媒の温度を決定する第2手段26を備えなくて済む。第1手段27が、温度センサ13によって測定される変数、及び第1及び第2アセンブリの流入口における冷媒を測定する温度センサによって測定される変数を、直接受信する。
しかしながら、この実施形態では、電子制御ユニットは、更に、調整可能バルブの故障を診断する第4手段(図示せず)を備えることができる。
具体的には、第4手段は、ラジエータ8、15のモデル、及び/又は熱交換器5のモデルを使用して、前記ラジエータ8、15又は熱交換器5を通過する冷媒の流量を決定することにより、バルブ19、21、23を制御する信号α19、α21、α23と比較して、バルブ19、21、23のうちの1つのバルブの故障の可能性を診断する。
例えば、ラジエータ8のモデルを表わす方程式(1)の逆解法を行なうことにより、ラジエータ8の流出口温度Tfc8 OUT(温度センサによって測定される)が分かれば、Qfc8を計算し、この値をα19と比較することができる。決定された流量Qfc8の値と被制御値α19との差e8を表わす値を計算することもできる。
e8=(Qfc8−α19・Q9)2 (8)
上式中、Q9は、第1アセンブリ9を通過する冷媒の流量を表わす。
e8=(Qfc8−α19・Q9)2 (8)
上式中、Q9は、第1アセンブリ9を通過する冷媒の流量を表わす。
同様に、流量Qfc15を計算し、例えば、変数e15を計算することにより、当該流量を値α21と比較することもできる。
e15=(Qfc15−α21・Q16)2 (9)
上式中、Q16は、第2アセンブリ16を通過する冷媒の流量を表わす。
e15=(Qfc15−α21・Q16)2 (9)
上式中、Q16は、第2アセンブリ16を通過する冷媒の流量を表わす。
具体的には、副回路3を流れる冷媒の合計流量Qfcは次式で表わされる。
Qfc=Q9+Q16 (10)
Qfc=Q9+Q16 (10)
同様に、流量Qfc5を計算し、例えば、変数e5を計算することにより、当該流量を値α23と比較することもできる。
e5=(Qfc5−α23・Q9)2 (11)
e5=(Qfc5−α23・Q9)2 (11)
計算される種々の差と、閾値とに基づいて、第4手段は、冷却回路をモニタリングする方法を実行することができる。
第4手段により副冷却回路をモニタリングする方法の1つの例示的な実施形態を図3の図に示す。
プロセスは、熱交換器5、ラジエータ8、及び/又はラジエータ15にそれぞれ供給される冷媒の流量Qfc5、Qfc8、及び/又はQfc15を測定するステップ29から始まる。
ステップ30では、第4手段は、上に定義した差e5を計算し、次に、得られた値を、燃料電池の動作パラメータに応じて保存又は決定されている閾値S1と比較する。
差e5が閾値S1を上回る場合、方法はステップ31に進み、このステップ31では、主回路2を循環する冷媒の温度T1を閾値S2と比較する。温度T1が閾値S2を上回る場合、冷却装置は、発熱部材から放出される熱を正しく排熱することができず、車両をステップ32中に停車させることができる。値T1が閾値S2を下回る場合、アラーム信号を作動させることができ、プロセスは再びステップ29から始まる。
差e5が閾値S1以下である場合、熱交換器5を循環する流量は設定値α23に相当し、第3調整可能手段には顕著な漏れ又は故障は生じていない。方法はステップ33にすすむ。
ステップ33では、第4手段は、上に定義される差e8及び/又は差e15を計算し、次に、得られた値を、それぞれ燃料電池の動作パラメータに応じて保存又は決定された閾値S8及び/又は閾値S15と比較する。
差e8及び差e15のそれぞれが、閾値S8及び閾値S15のそれぞれを上回る場合、方法はステップ34に進み、このステップ34では、副回路3を循環する冷媒の温度T2を閾値S3と比較する。温度T2が閾値S3を上回る場合、副回路3は、主回路からの熱を正しく再分配することができず、バルブ19及びバルブ21のそれぞれが、ステップ35中に全開になる(それぞれα19=1及びα21=1)。
値T2が閾値S3以下である場合、アラーム信号を作動させることができ、方法はステップ29に進む。
このように、電子制御ユニット25の異なる手段により、冷却装置1に対する制御を、当該冷却装置内のセンサの数を少なく抑えながらモニタリングし、場合によっては、再構成することができる。
Claims (10)
- 特に自動車の牽引システムにおいて使用される発熱部材(4)の冷却装置(1)であって、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路(2)と、並列に取り付けられた少なくとも2つの熱交換器(10、11)からなる第1アセンブリ(9)を含む副冷却回路(3)と、主冷却回路(2)と副冷却回路(3)との間の熱的結合手段(5)とを備え、副冷却回路(3)上において直列に、且つ第1アセンブリ(9)の下流に取り付けられる温度センサ(13)と、状態観測器を利用して、第1アセンブリ(9)の各熱交換器(10、11)の流出口温度を、第1アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度と、温度センサ(13)により測定される変数とに基づいて推定することができる第1手段(27)を含む制御ユニット(25)とを更に備えることを特徴とする、冷却装置(1)。
- 副冷却回路(3)が迂回流路(14)を含み、迂回流路(14)の一方の端部が、温度センサ(13)の下流且つ熱接触手段(5)の上流に取り付けられ、迂回流路(14)の他方の端部が、熱交換器からなる第1アセンブリ(9)の下流且つ温度センサ(13)の上流に取り付けられ、迂回流路(14)が、並列に取り付けられる少なくとも2つの熱交換器(17、18)からなる第2アセンブリ(16)を含む、請求項1に記載の装置。
- 第1手段(27)が、更に、状態観測器を利用して、第2アセンブリ(16)の各熱交換器(17、18)の流出口温度を、第2アセンブリの各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度と、温度センサ(13)により測定される変数とに基づいて推定することができる、請求項2に記載の装置。
- 副冷却回路(3)が、更に、交換器からなる第1及び第2アセンブリ(9、16)にそれぞれ接続される第1及び第2ラジエータ(8、15)を含む、請求項2又は3に記載の装置。
- 第1及び第2ラジエータを短絡させる調整可能手段を更に備えており、制御ユニット(25)が、更に、第1及び第2ラジエータを短絡させる調整可能手段を制御する第3手段(28)を含む、請求項4に記載の装置。
- 制御ユニット(25)が、各熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度を、温度センサ(13)により測定される変数に基づいて決定することができる第2手段(26)を含む、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の装置。
- 熱交換器からなる各アセンブリ(9、16)の流入口における冷媒の流入口温度を測定することができる温度センサを更に備えており、制御ユニット(25)が、第1及び第2ラジエータ(8、15)を循環する冷媒の流量を、温度センサにより測定される変数に基づいてモニタリングすることができる第4手段を含む、請求項4又は5に記載の装置。
- 発熱部材が燃料電池を含んでおり、熱接触手段(5)が、主冷却回路(2)と副冷却回路(3)との間に配置される熱交換器である、請求項1ないし7のいずれか一項に記載の装置。
- 交換器からなる第2アセンブリ(16)が、燃料電池から排出される流出口ガスの温度を調整することができ、第3手段(28)が、燃料電池で消費されて、冷却装置によって回収される水の収支に応じて、第2ラジエータ(15)を短絡させる調整可能手段を制御することができる、請求項5及び8に記載の装置。
- 特に自動車の牽引システムにおいて使用される発熱部材(4)を冷却する装置の制御方法であって、装置は、発熱部材の温度を調整することができる主冷却回路(2)と、並列に取り付けられる少なくとも2つの熱交換器(10、11)からなる第1アセンブリ(9)を含む副冷却回路(3)と、主冷却回路(2)と副冷却回路(3)との間の熱的結合手段(5)とを備えており、
−冷媒の温度を、熱交換器からなる第1アセンブリ(9)の下流で測定することと、
−副回路(3)の冷媒の温度を、熱交換器の流入口において決定することと、
−状態観測器を利用して、各熱交換器の流出口温度を、熱交換器の流入口における冷媒の流入口温度と、測定された冷媒の温度とに基づいて推定することと
を特徴とする方法。
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