JP2016096044A - 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両10(以下、単に「車両10」とも呼ぶ。)を示す説明図である。車両10は、燃料電池100と、制御部200(ECU(Electronic Control Unit)とも呼ぶ。)と、速度計120と、二次電池130と、電力分配コントローラ140と、駆動モータ150と、ドライブシャフト160と、動力分配ギア170と、車輪180と、外気温センサ190と、を備える。
冷却液ポンプ370の回転数はゼロであり、冷却液は循環しない。したがって、燃料電池100はほとんど冷却されない。なお。ここで説明する放熱量は、発熱量に応じて算出された放熱すべき熱量を意味する。
(2)放熱量QがQ0以上Q1未満
動作パターン算出部250は、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw1として冷却液を循環させるとともに、放熱量に応じて分流比を0から1の間で制御する。なお、ラジエータファン360の駆動電圧Voをゼロである。なお、ラジエータファン360が回っていなくても、自然冷却、車両の走行によってラジエータ350に当たる風により、冷却液の冷却が可能である。なお、制御部200は、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw1に固定するのでは無く、放熱量に応じて、ゼロからrw1に上げても良い。
動作パターン算出部250は、分流比drを1とし、ラジエータファン360の駆動電圧Voをゼロとし、放熱量Qに応じて、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw1からrw2の間で制御する。分流弁340は、所定の開度に固定してしまえば、電力は消費されない。分流比drを1とすると、冷却液は、全てラジエータ350に流れるため、冷却液が冷却されやすい。その結果、冷却液ポンプ370の回転数rwが低くても、燃料電池100を冷却できる。ラジエータファン360が駆動されていないため、ノイズバイブレーションにおいて有利である。なお、放熱量QがQ1以上の場合には、分流比drは1であるため、冷却液ポンプ370の回転数rwと、ラジエータファン360の駆動電圧Voについてのみ説明する。
動作パターン算出部250は、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw2とし、放熱量に応じて、ラジエータファン360の駆動電圧VoをゼロからVo1の間で制御する。
動作パターン算出部250は、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw2とし、放熱量に応じて、ラジエータファン360の駆動電圧VoをVo1からVo2の間で制御する。なお、放熱量がQ2以上Q4未満の間は、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw2とし、放熱量に応じて、ラジエータファン360の駆動電圧VoをゼロからVo2の間で制御するとも言える。
動作パターン算出部250は、ラジエータファン360の駆動電圧VoをVo2とし、発熱量に応じて冷却液ポンプ370の回転数rwをrw2からrw3の間で制御する。
動作パターン算出部250は、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw3とし、放熱量に応じて、ラジエータファン360の駆動電圧VoをVo2からVo3の間で制御する。
動作パターン算出部250は、冷却液ポンプ370の回転数rwをrw3とし、ラジエータファン360の駆動電圧VoをVo3とする。
図11は変形例の燃料電池と燃料電池の冷却系回路を示す説明図である。図2の示す冷却回路と比較すると、バイパス管330と分流弁340とを備えていない点が異なる。図5、6で説明したように、発熱量がQ1より大きい場合には、分流比は1なので(全てラジエータ350に流れるので)、バイパス管330と分流弁340とを備えない構成であってもよい。この場合、ラジエータファン360の駆動量と、冷却液ポンプ370の流量により冷却液の温度が制御される。変形例では、分流比が1で固定と同じであるので、本実施形態で説明した放熱量がQ2以上の動作と同じである。なお、分流弁340のみ備えない構成であってもよい。この場合、分流比が0から1n間で固定されていると考えることができ、同様にラジエータファン360の駆動量と、冷却液ポンプ370の流量により冷却液の温度が制御される。
100…燃料電池
120…速度計
130…二次電池
140…電力分配コントローラ
150…駆動モータ
160…ドライブシャフト
170…動力分配ギア
180…車輪
190…外気温センサ
200…制御部
210…発熱量算出部
240…放熱能力算出部
250…動作パターン算出部
260…ファン制御部
270…冷却液ポンプ制御部
300…冷却系回路
310…冷却液供給管
320…冷却液排出管
330…バイパス管
340…分流弁
350…ラジエータ
360…ラジエータファン(ファン)
370…冷却液ポンプ(ウォーターポンプ、W/P)
380…温度センサ
390…温度センサ
Claims (12)
- 燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給流路と、前記冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータに風を当てるためのラジエータファンと、前記冷却液供給流路に設けられ前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液ポンプとを備える冷却系回路と、
制御部と、
前記燃料電池搭載車両の速度を取得する速度計と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の速度に応じて、前記ラジエータファンの駆動量に上限値を設定し、該上限値の下で、前記冷却液ポンプの流量、若しくは前記ラジエータファンの駆動量を調整して前記燃料電池を冷却する制御を実行する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記燃料電池搭載車両の速度に基づいて、前記ラジエータファンの駆動量の上限を設定し、
前記燃料電池の発電電力から前記燃料電池の発熱量を算出し、
前記ラジエータファンの駆動量の上限の下で、前記発熱量を放熱でき、かつ、前記冷却液ポンプと前記ラジエータファンで消費される電力が最小となるように、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量とを調整する冷却制御を実行する、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却系回路から前記発熱量のすべてを放熱できない場合には、
前記制御部は、
前記冷却液に前記発熱量から放熱量を引いた熱量を蓄熱し、
前記発熱量が前記放熱量より小さくなった場合であっても、前記冷却液の温度が予め定められた値以下になるまでは、前記冷却液ポンプと前記ラジエータファンの駆動を維持する、燃料電池システム。 - 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却液に蓄熱された前記熱量を放熱させるときに、
前記制御部は、
前記燃料電池搭載車両の速度に基づいて設定した前記ラジエータファンの駆動量の上限よりも低い駆動量を設定し、前記冷却液の温度が予め定められた値以下になるまで、前記冷却液ポンプと前記ラジエータファンの駆動を維持する、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却系回路から前記発熱量のすべてを放熱できない場合には、
前記制御部は、
前記冷却液に前記発熱量から放熱量を引いた熱量を蓄熱し、
前記発熱量が前記放熱量より小さくなった場合であっても、前記蓄熱量が予め定められた値以下になるまでは、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量を維持する、燃料電池システム。 - 請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却液に蓄熱された前記熱量を放熱させるときに、
前記制御部は、
前記燃料電池搭載車両の速度に基づいて設定した前記ラジエータファンの駆動量の上限よりも低い駆動量を設定し、前記蓄熱量が予め定められた値以下になるまで、前記冷却液ポンプと前記ラジエータファンとを駆動する、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却制御では前記発熱量のすべてを放熱できない場合であって、前記冷却液に前記発熱量から放熱量を引いた熱量を蓄熱し、前記蓄熱量が予め定められた値より大きい場合には、前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の速度に基づいて設定した前記ラジエータファンの駆動量の上限をさらに高い駆動量に設定し、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量とを制御する、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却制御では前記発熱量のすべてを放熱できない場合であって、冷却液の温度が予め定められた値より大きい場合には、前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の速度に基づいて設定した前記ラジエータファンの駆動量の上限をさらに高い駆動量を設定し前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量とを制御する、燃料電池システム。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量にて実現させる放熱能力範囲を少なくとも2以上に区切り、その区間の放熱量を最小電力にて実現する手段として、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量のいずれか一方を変化させて冷却制御を実行する、燃料電池システム。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記燃料電池から排出された冷却液を前記ラジエータに送らずに前記冷却液ポンプにバイパスするバイパス管と、前記燃料電池から排出された冷却液を前記ラジエータと前記バイパス管とに分流する分流弁と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池搭載車両の速度に基づいて、前記ラジエータファンの駆動量の上限を設定し、
前記燃料電池の発電電力から前記燃料電池の発熱量を算出し、
前記ラジエータファンの駆動量の上限の下で、前記発熱量を放熱でき、かつ、前記冷却液ポンプと前記ラジエータファンで消費される電力が最小となるように、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量と前記分流比と、を調整する冷却制御を実行する、燃料電池システム。 - 請求項10に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量と前記分流比にて実現させる放熱能力範囲を少なくとも2以上に区切り、その区間の放熱量を最小電力にて実現する手段として、前記冷却液ポンプの流量と前記ラジエータファンの駆動量と前記分流比のうちのいずれか一つを変化させて冷却制御を実行する、燃料電池システム。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池搭載車両。
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