JP2017084665A - Control method for fuel battery system and fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system control method and a fuel cell system.
特許文献1には、燃料電池に接続される循環通路と、循環通路内の冷却水を循環させる循環ポンプと、冷却水の熱を放熱するラジエータと、ラジエータにラジエータキャップを介して接続されるリザーブタンクと、を備える燃料電池システムが開示されている。 Patent Document 1 discloses a circulation path connected to a fuel cell, a circulation pump that circulates cooling water in the circulation path, a radiator that radiates heat from the cooling water, and a reserve that is connected to the radiator via a radiator cap. A fuel cell system including a tank is disclosed.
上述のような燃料電池システムでは、ラジエータキャップを通じて、循環通路からリザーブタンクに冷却水を流出させたりリザーブタンクから循環通路に冷却水を流入させたりすることで、循環通路内の冷却水圧力及び水量が調整される。 In the fuel cell system as described above, the cooling water pressure and the amount of water in the circulation passage can be obtained by flowing the cooling water from the circulation passage to the reserve tank through the radiator cap or from the reserve tank to the circulation passage. Is adjusted.
しかしながら、このようなリザーブタンクを備える燃料電池システムであっても、燃料電池システムの運転状態によっては、循環ポンプの回転数を上昇させる際に当該循環ポンプの入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下する可能性がある。循環ポンプの入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下すると、循環ポンプにおいてキャビテーションが発生したり、ゴムや樹脂等の弾性部材で形成された循環通路が変形して冷却水の流れが阻害されたりするという問題が生じる。 However, even in a fuel cell system equipped with such a reserve tank, depending on the operating state of the fuel cell system, the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump may exceed the allowable limit when the rotation speed of the circulation pump is increased. May drop to pressure. When the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump falls to the allowable limit negative pressure, cavitation occurs in the circulation pump, or the circulation passage formed by an elastic member such as rubber or resin is deformed and the flow of the cooling water is obstructed. Problem arises.
本発明の目的は、循環通路内の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下することを抑制可能な技術を提供することである。 The objective of this invention is providing the technique which can suppress that the cooling water pressure in a circulation channel falls to an allowable limit negative pressure.
本発明のある態様によれば、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池に接続される循環通路と、循環通路内の冷却水を循環させる循環ポンプと、循環通路に弁部材を介して接続されるリザーブタンクとを備える燃料電池システムの制御方法が提供される。この制御方法は、循環通路内の冷却水の圧力を用いて循環ポンプの駆動中に循環通路内において冷却水量が不足する状態となるか否かを予測する予測ステップと、水不足状態になると予測された場合にリザーブタンクに蓄えられた冷却水を弁部材を通じて循環通路に流入させる流入処理を実行する実行ステップとを備える。 According to an aspect of the present invention, a fuel cell that generates power upon receiving a supply of a reaction gas, a circulation passage connected to the fuel cell, a circulation pump that circulates cooling water in the circulation passage, and a valve member in the circulation passage There is provided a control method for a fuel cell system including a reserve tank connected via a fuel tank. This control method is predicted to predict whether or not the amount of cooling water is insufficient in the circulation passage during driving of the circulation pump using the pressure of the cooling water in the circulation passage, and a water shortage state. And an execution step of executing an inflow process for causing the cooling water stored in the reserve tank to flow into the circulation passage through the valve member.
この態様によれば、循環通路内が水不足状態となる前にリザーブタンクから循環通路に冷却水を供給しておくことができるので、その後の循環ポンプの駆動中にポンプ入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下することを抑制できる。 According to this aspect, since the cooling water can be supplied from the reserve tank to the circulation passage before the inside of the circulation passage becomes in a water-deficient state, the cooling water pressure on the pump inlet side is increased during the subsequent driving of the circulation pump. It is possible to suppress a decrease to the allowable limit negative pressure.
以下、図面等を参照し、本発明の実施形態について説明する。以下の説明において、正圧とは大気圧よりも高い圧力を意味し、負圧とは大気圧よりも低い圧力を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, positive pressure means a pressure higher than atmospheric pressure, and negative pressure means a pressure lower than atmospheric pressure.
(第1実施形態)
燃料電池は、電解質膜をアノード電極とカソード電極とによって挟むことで構成される。燃料電池は、水素を含有するアノードガス(反応ガス)及び酸素を含有するカソードガス(反応ガス)の供給を受けて発電する。燃料電池のアノード電極及びカソード電極において進行する電極反応は以下の(1)及び(2)の通りである。(1)及び(2)の電極反応によって、燃料電池は1ボルト程度の起電力を生じる。
(First embodiment)
A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode. The fuel cell generates power by receiving supply of an anode gas (reaction gas) containing hydrogen and a cathode gas (reaction gas) containing oxygen. Electrode reactions that proceed at the anode and cathode electrodes of the fuel cell are as follows (1) and (2). The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).
アノード電極 : 2H2 →4H+ +4e- ・・・(1)
カソード電極 : 4H+ +4e- +O2 →2H2O ・・・(2)
図1は、第1実施形態による燃料電池システムを構成する燃料電池スタック1の縦断面図である。
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e − (1)
Cathode electrode: 4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O (2)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel cell stack 1 constituting the fuel cell system according to the first embodiment.
図1に示す燃料電池スタック1は、電気自動車やハイブリッド自動車等の移動車両に用いられる燃料電池スタックである。但し、燃料電池スタック1は、自動車等での使用に限られず、各種電気機器の電源として使用されてもよい。 A fuel cell stack 1 shown in FIG. 1 is a fuel cell stack used for a moving vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. However, the fuel cell stack 1 is not limited to use in an automobile or the like, and may be used as a power source for various electric devices.
燃料電池スタック1は、単位セルとしての燃料電池10を複数積層することにより構成される積層電池である。
The fuel cell stack 1 is a stacked battery configured by stacking a plurality of
燃料電池スタック1を構成する燃料電池10は、膜電極接合体(MEA)11の表裏両面に、アノードセパレータ12とカソードセパレータ13とが配置されて構成される。
A
MEA11は、電解質膜11aと、アノード電極11bと、カソード電極11cと、を備える。MEA11は、電解質膜11aの一方の面にアノード電極11bを有し、他方の面にカソード電極11cを有する。
The
電解質膜11aは、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード電極11bは、触媒層とガス拡散層とを含む。触媒層は、白金又は白金等が担持されたカーボンブラック粒子から形成される。ガス拡散層は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって形成され、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスで形成される。カソード電極11cもアノード電極11bと同様に、触媒層とガス拡散層とを含む。
The
アノードセパレータ12は、アノード電極11bに対して接するように配置される。アノードセパレータ12は、アノード電極11bと接する側に、アノード電極11bにアノードガスを供給するための複数の溝状のアノードガス流路121を有する。アノードセパレータ12は、アノード電極11bと接する面12aの反対側の面に、燃料電池10を冷却する冷却水が流れる冷却水流路122を有する。
The
カソードセパレータ13も同様に、カソード電極11cと接する側に、カソード電極11cにカソードガスを供給するための複数の溝状のカソードガス流路131を有する。また、カソードセパレータ13は、カソード電極11cと接する面13aの反対側の面に冷却水流路132を有する。
Similarly, the
隣接するアノードセパレータ12とカソードセパレータ13とに設けられたそれぞれの冷却水流路122,132は、互いに向き合うように形成されており、これら冷却水流路122,132によって1つの冷却水流路14が形成される。
The cooling
図2は、第1実施形態による燃料電池システム100の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
燃料電池システム100は、燃料電池スタック1と、アノードガス給排装置2と、カソードガス給排装置3と、スタック冷却装置4と、コントローラ5と、を備える。
The
燃料電池スタック1は、複数枚の燃料電池10を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電し、車両の駆動に必要な電力(例えばモータを駆動するために必要な電力)を発電する。
The fuel cell stack 1 is formed by stacking a plurality of
アノードガス給排装置2は、高圧タンク21と、アノードガス供給通路22と、アノード調圧弁23と、アノード圧力センサ24と、アノードガス排出通路25と、バッファタンク26と、パージ通路27と、パージ弁28と、を備える。アノードガス給排装置2は、燃料電池スタック1にアノードガスを供給するとともに、燃料電池スタック1から排出されるアノードオフガスを一旦バッファタンク26に蓄えた後、必要に応じてパージ通路27から排出する。
The anode gas supply /
高圧タンク21は、燃料電池スタック1に供給するアノードガス(水素)を高圧状態に保って貯蔵する。
The high-
アノードガス供給通路22は、高圧タンク21から排出されたアノードガスを燃料電池スタック1に供給するための通路である。アノードガス供給通路22の一端部は高圧タンク21に接続され、他端部は燃料電池スタック1のアノードガス入口孔15に接続される。
The anode
アノード調圧弁23は、アノードガス供給通路22に設けられる。アノード調圧弁23は、高圧タンク21から排出されたアノードガスを所望の圧力に調節して燃料電池スタック1に供給する。アノード調圧弁23は連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ5によって制御される。
The anode pressure regulating valve 23 is provided in the anode
アノード圧力センサ24は、アノード調圧弁23よりも下流のアノードガス供給通路22に設けられる。アノード圧力センサ24は、アノード調圧弁23よりも下流のアノードガス供給通路22を流れるアノードガスの圧力を検出する。以下では、このアノード圧力センサ24の検出値をアノード圧力といい、このアノード圧力を燃料電池スタック内部の各アノードガス流路121を含むアノード系全体の圧力として代用する。
The
アノードガス排出通路25の一端部は燃料電池スタック1のアノードガス出口孔16に接続され、他端部はバッファタンク26に接続される。アノードガス排出通路25には、電極反応に使用されなかった余剰のアノードガスと、カソード側からアノードガス流路121へと透過してきた窒素等の不純ガスと、の混合ガス(アノードオフガス)が排出される。
One end of the anode
バッファタンク26は、アノードガス排出通路25を通って流れてきたアノードオフガスを蓄える。
The
パージ通路27の一端部はアノードガス排出通路25に接続され、他端部は開口端として構成される。バッファタンク26に溜められたアノードオフガスは、アノードガス排出通路25を一旦逆流した後、パージ通路27を通って開口端からシステム外部へと排出される。
One end of the
パージ弁28は、パージ通路27に設けられる。パージ弁28は、コントローラ5によって開閉制御される電磁弁である。パージ弁28を開くことで、バッファタンク26に溜められたアノードオフガスがパージ通路27を通って外部へと排出される。
The
カソードガス給排装置3は、カソードガス供給通路31と、カソードガス排出通路32と、フィルタ33と、エアフローセンサ34と、カソードコンプレッサ35と、カソード圧力センサ36と、水分回収装置(Water Recovery Device;以下「WRD」という。)37と、カソード調圧弁38と、を備える。カソードガス給排装置3は、燃料電池スタック1にカソードガスを供給するとともに、燃料電池スタック1から排出されるカソードオフガスを外部へと排出する。
The cathode gas supply / discharge device 3 includes a cathode gas supply passage 31, a cathode
カソードガス供給通路31は、燃料電池スタック1に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路31の一端はフィルタ33に接続され、他端は燃料電池スタック1のカソードガス入口孔17に接続される。
The cathode gas supply passage 31 is a passage through which the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 flows. One end of the cathode gas supply passage 31 is connected to the filter 33, and the other end is connected to the cathode
カソードガス排出通路32は、燃料電池スタック1から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路32の一端は燃料電池スタック1のカソードガス出口孔18に接続され、他端は開口端として構成されている。カソードオフガスは、カソードガスと、電極反応によって生じた水蒸気と、の混合ガスである。
The cathode
フィルタ33は、カソードガス供給通路31に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。 The filter 33 removes foreign matters in the cathode gas taken into the cathode gas supply passage 31.
エアフローセンサ34は、カソードコンプレッサ35よりも上流のカソードガス供給通路31に設けられる。エアフローセンサ34は、カソードコンプレッサ35に供給されて、最終的に燃料電池スタック1に供給されるカソードガスの流量を検出する。
The
カソードコンプレッサ35は、カソードガス供給通路31に設けられる。カソードコンプレッサ35は、フィルタ33を介してカソードガスとしての空気(外気)をカソードガス供給通路31に取り込み、燃料電池スタック1に供給する。
The
カソード圧力センサ36は、カソードコンプレッサ35とWRD37との間のカソードガス供給通路31に設けられる。カソード圧力センサ36は、WRD37のカソードガス入口部近傍のカソードガスの圧力を検出する。以下では、このカソード圧力センサ36の検出値をカソード圧力という。
The
WRD37は、カソードガス供給通路31及びカソードガス排出通路32のそれぞれに接続されて、カソードガス排出通路32を流れるカソードオフガス中の水分を回収し、その回収した水分でカソードガス供給通路31を流れるカソードガスを加湿する。
The
カソード調圧弁38は、WRD37よりも下流のカソードガス排出通路32に設けられる。カソード調圧弁38は、コントローラ5によって開閉制御されて、燃料電池スタック1に供給されるカソードガスの圧力を所望の圧力に調節する。
The cathode
スタック冷却装置4は、循環通路41と、ラジエータ42と、バイパス通路43と、サーモスタット44と、循環ポンプ45と、水量調整弁46と、リザーブタンク47と、水温センサ55と、第1圧力センサ56と、第2圧力センサ57と、を備える。
The stack cooling device 4 includes a
循環通路41は、燃料電池スタック1を冷却する冷却水が流れる通路である。循環通路41の一端は燃料電池スタック1の冷却水入口孔19に接続され、他端は冷却水出口孔20に接続される。冷却水入口孔19から燃料電池スタック1の内部に導入された冷却水は、各燃料電池10の冷却水流路14を流れた後、冷却水出口孔20から排出される。
The
循環通路41は、冷却水への金属イオンの溶出を防止して絶縁性を確保するため、ゴムや樹脂等の弾性部材により形成される。以下では、燃料電池スタック1の冷却水出口孔20側を循環通路41の上流として扱い、燃料電池スタック1の冷却水入口孔19側を循環通路41の下流として扱う。
The
ラジエータ42は、循環通路41に設けられ、通過する冷却水の熱を放熱する。したがって、冷却水がラジエータ42を通過することにより、冷却水の温度は低下する。
The
バイパス通路43は、ラジエータ42をバイパスさせて冷却水を循環させる通路である。バイパス通路43の一端はラジエータ42よりも上流側の循環通路41に接続され、他端はラジエータ42よりも下流側に配置されたサーモスタット44に接続される。バイパス通路43も循環通路41と同様に、ゴムや樹脂等の弾性部材により形成される。
The
サーモスタット44は、ラジエータ42よりも下流側の循環通路41に設けられる。サーモスタット44は、内部を流れる冷却水の温度に応じて開閉する開閉弁である。サーモスタット44は、冷却水温度が所定の開弁温度よりも低いときは閉弁状態となり、バイパス通路43を経由してきた冷却水を燃料電池スタック1に供給する。一方、サーモスタット44は、冷却水温度が開弁温度以上になると開弁状態となり、ラジエータ42を経由してきた冷却水を燃料電池スタック1に供給する。
The
なお、サーモスタット44は、例えば開弁温度が60[℃]程度となるように構成されている。燃料電池システム100では、サーモスタット44を採用しているが、サーモスタット44の代わりに三方弁を採用してもよい。
The
循環ポンプ45は、電動ポンプであって、サーモスタット44よりも下流側の循環通路41に設けられる。循環ポンプ45は、循環通路41内の冷却水を循環させる。循環ポンプ45の吐出流量は、コントローラ5によって制御される循環ポンプの回転数に応じて連続的に変化する。
The
水温センサ55は、燃料電池スタック1の冷却水出口孔20の近傍の循環通路41に設けられ、燃料電池スタック1から排出された冷却水の温度を検出する。
The
第1圧力センサ56は、循環ポンプ45よりも上流側の循環通路41に設けられ、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力(ポンプ入口圧力)を検出する圧力検出部である。これに対して、第2圧力センサ57は、循環ポンプ45と燃料電池スタック1との間の循環通路41に設けられ、循環ポンプ45の出口側の冷却水圧力(ポンプ出口圧力)を検出する圧力検出部である。
The
水量調整弁46は、サーモスタット44と第1圧力センサ56の間に位置する循環通路41に設けられる。水量調整弁46は、循環通路41内の冷却水の圧力に応じて、循環通路41内の冷却水量を調整する弁部材である。水量調整弁46は、接続通路を介してリザーブタンク47に接続されている。リザーブタンク47は、冷却水を蓄える容器である。
The water
図3Aに示すように、水量調整弁46は、加圧弁46Aと、加圧弁46Aを弁シートに向けて付勢する第1ばね46Bと、加圧弁46Aに対して移動可能に設けられる負圧弁46Cと、負圧弁46Cを加圧弁46Aに向けて付勢する第2ばね46Dと、を備える。
As shown in FIG. 3A, the water
水量調整弁46は、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が予め設定された流出圧力以上になると、負圧弁46Cが閉弁した状態で加圧弁46Aが第1ばね46Bのばね力に抗して開弁するように構成されている。このように加圧弁46Aが開弁すると、循環通路41とリザーブタンク47とが連通し、図3Aの破線矢印に示すように循環通路41内の冷却水がリザーブタンク47へと流出する。
When the cooling water pressure on the inlet side of the
さらに、水量調整弁46は、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が予め設定された流入圧力以下になると、加圧弁46Aが閉弁した状態で負圧弁46Cが第2ばね46Dのばね力に抗して開弁するように構成されている。このように負圧弁46Cが開弁すると、循環通路41とリザーブタンク47とが連通し、図3Bの破線矢印に示すようにリザーブタンク47内の冷却水が循環通路41へと流入する。
Further, when the cooling water pressure on the inlet side of the
上述の通り、水量調整弁46は、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が所定の流出圧力以上になると循環通路41からリザーブタンク47への冷却水の流出を許容し、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が所定の流入圧力以下になるとリザーブタンク47から循環通路41への冷却水の流入を許容するように構成されている。このように、スタック冷却装置4では、水量調整弁46及びリザーブタンク47を用いて循環通路41内の冷却水の水量及び圧力が調整される。
As described above, the water
なお、本実施形態では、水量調整弁46の流出圧力は、例えば標準大気圧よりも高い140kPaに設定されている。また、水量調整弁46の流入圧力は、例えば許容限界負圧よりも高く且つ標準大気圧よりも低い80kPaに設定されている。
In the present embodiment, the outflow pressure of the water
図2に戻り、燃料電池システム100を統括的に制御するコントローラ5について説明する。
Returning to FIG. 2, the controller 5 that comprehensively controls the
コントローラ5は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。 The controller 5 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
コントローラ5には、アノード圧力センサ24、エアフローセンサ34、カソード圧力センサ36、水温センサ55、第1圧力センサ56及び第2圧力センサ57の検出信号が入力される。また、コントローラ5には、燃料電池スタック1の出力電流(燃料電池スタック1にかかる負荷)を検出する電流センサ51や燃料電池スタック1の出力電圧を検出する電圧センサ52、大気圧を検出する大気圧センサ53、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ54等の燃料電池システム100の運転状態を検出するための各種信号が入力される。
Detection signals from the
コントローラ5は、燃料電池システム100の運転状態に基づいて、アノード調圧弁23を開閉し、アノード圧力を周期的に昇降圧させる脈動運転を行う。脈動運転では、基本的に燃料電池スタック1の目標出力電流に応じて設定される脈動上限圧及び脈動下限圧の範囲内でアノード圧力を周期的に昇降圧させて、アノード圧を脈動させる。このような脈動運転を行うことで、アノード圧力の昇圧時にアノードガス流路121の内部の液水をアノードガス流路121の外部へ排出することができ、燃料電池スタック1の排水性能及び出力性能を向上させることができる。
Based on the operating state of the
また、コントローラ5は、燃料電池スタック1の出力電流に応じてスタック冷却装置4の循環ポンプ45の回転数を制御する。燃料電池スタック1の出力電流が大きくなると、燃料電池スタック1での発熱量が増大するため、コントローラ5は、燃料電池スタック1の出力電流が増大するほど燃料電池スタック1に供給される冷却水の流量が増えるように循環ポンプ45の回転数を増加させる。
Further, the controller 5 controls the rotational speed of the
従来から、燃料電池システムでは、ラジエータキャップ等の水量調整弁を通じて、循環通路からリザーブタンクに冷却水を流出させたりリザーブタンクから循環通路に冷却水を流入させたりすることで、循環通路内の冷却水の圧力及び水量が調整される。 Conventionally, in a fuel cell system, the cooling water in the circulation passage is cooled by flowing the cooling water from the circulation passage to the reserve tank or the cooling water from the reserve tank to the circulation passage through a water amount adjusting valve such as a radiator cap. Water pressure and volume are adjusted.
しかしながら、このようなリザーブタンクを備える燃料電池システムであっても、燃料電池システムの運転状態によっては、循環ポンプの回転数を上昇させる際に当該循環ポンプの入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下する可能性がある。許容限界負圧は、上述した水量調整弁の流入圧力よりも低い圧力である。循環ポンプの入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下すると、循環ポンプにおいてキャビテーションが発生したり、ゴムや樹脂等の弾性材料で形成された循環通路が変形して冷却水の流れが阻害されたりする。 However, even in a fuel cell system equipped with such a reserve tank, depending on the operating state of the fuel cell system, the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump may exceed the allowable limit when the rotation speed of the circulation pump is increased. May drop to pressure. The allowable limit negative pressure is a pressure lower than the inflow pressure of the water amount adjusting valve described above. When the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump falls to the allowable limit negative pressure, cavitation occurs in the circulation pump, or the circulation passage formed of an elastic material such as rubber or resin is deformed to obstruct the flow of the cooling water. Or
本実施形態による燃料電池システム100は、スタック冷却装置4の循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下することを抑制可能な循環ポンプ制御を実行するように構成されている。
The
図4は、燃料電池システム100のコントローラ5により実行される循環ポンプ制御を示すフローチャートである。循環ポンプ制御は、燃料電池システム起動中に繰り返し実行される。以下で説明する各種制御のフローチャートでは、制御に矛盾が生じない範囲で、各処理の順番を変更したり、特定の処理を省略したりすることができる。
FIG. 4 is a flowchart showing the circulation pump control executed by the controller 5 of the
S101において、コントローラ5は、スタック冷却装置4の循環通路41の冷却水のポンプ入口圧力Piが第1基準圧力P1よりも小さいか否かを判定する。なお、コントローラ5は、循環ポンプ45が停止している場合や循環ポンプ45がゼロに近い低回転数以下で動作している場合に、S101の処理を実行するように構成されてもよい。
In S101, the controller 5 determines whether or not the pump inlet pressure Pi of the cooling water in the
ポンプ入口圧力Piは、第1圧力センサ56の検出値に基づいて算出される圧力値である。第1基準圧力P1は、循環ポンプ45の回転数を上昇させた場合に循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下してしまうおそれがあることを予測可能な値として予め設定されている。より具体的には、第1基準圧力P1は、水量調整弁46の流出圧力PHよりも小さく、流入圧力PLよりも大きな値に設定される。
The pump inlet pressure Pi is a pressure value calculated based on the detection value of the
コントローラ5は、ポンプ入口圧力Piと第1基準圧力P1とを比較することで、循環ポンプ45の駆動中に、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下してしまう状態となるか否か、つまり循環通路41内における冷却水量が不足した状態となるか否かを予測する。このように、S101は予測ステップであり、コントローラ5は循環ポンプ45の駆動中に循環通路41内における冷却水量が不足した状態となるか否かを予測する予測部として機能する。
The controller 5 compares the pump inlet pressure Pi with the first reference pressure P1 so that the cooling water pressure on the inlet side of the
ポンプ入口圧力Piが第1基準圧力P1よりも小さい場合、コントローラ5は、循環通路41内の冷却水量が不足した状態であってポンプ入口圧力Piが許容限界負圧まで低下するおそれがあると判断し、S105の冷却水強制流入処理を実行する。S105の冷却水強制流入処理は、リザーブタンク47に蓄えられた冷却水を循環通路41へ流入させるための処理である。S105は冷却水強制流入処理を実行する実行ステップであり、コントローラ5は水不足状態になると予測された場合にリザーブタンク47に蓄えられた冷却水を循環通路41へ流入させる流入処理実行部として機能する。冷却水強制流入処理については、図6を参照して後述する。
When the pump inlet pressure Pi is smaller than the first reference pressure P1, the controller 5 determines that the amount of cooling water in the
これに対して、ポンプ入口圧力Piが第1基準圧力P1以上である場合、コントローラ5は、循環通路41内の冷却水量が十分な状態であってポンプ入口圧力Piが許容限界負圧まで低下するおそれはないと判断し、S102〜S104の通常時循環ポンプ制御を実行する。
On the other hand, when the pump inlet pressure Pi is equal to or higher than the first reference pressure P1, the controller 5 has a sufficient amount of cooling water in the
S102では、コントローラ5は、電流センサ51を用いて、燃料電池スタック1の出力電流を検出する。 In S <b> 102, the controller 5 detects the output current of the fuel cell stack 1 using the current sensor 51.
S103では、コントローラ5は、S102で検出された出力電流に基づいて循環ポンプ45の目標回転数を算出する。
In S103, the controller 5 calculates the target rotational speed of the
循環ポンプ45の目標回転数は、図5に例示するような燃料電池スタック1の出力電流と循環ポンプ45の目標回転数とを関連付けたマップを参照することにより算出される。図5に示すように、燃料電池スタック1の出力電流が大きくなるほど、循環ポンプ45の目標回転数は大きくなる。このように、通常時循環ポンプ制御においては、燃料電池スタック1の出力電流が大きくなって燃料電池スタック1での発熱量が増大する場合、循環ポンプ45の目標回転数を大きくすることで、燃料電池スタック1に供給される冷却水の流量を増加させる。
The target rotational speed of the
図3のS103の処理後、S104において、コントローラ5はポンプ回転数がS103で決定された目標回転数となるように循環ポンプ45を制御する。したがって、通常時循環ポンプ制御(S102〜S104)では、燃料電池スタック1の出力電流に応じて循環ポンプ45が制御され、燃料電池スタック1の冷却が行われる。
After the process of S103 of FIG. 3, in S104, the controller 5 controls the
図6を参照し、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下するおそれがあると予測された場合、つまり循環通路41内の冷却水量が不足した状態になると予測された場合に実行される冷却水強制流入処理について説明する。
Referring to FIG. 6, when it is predicted that the cooling water pressure on the inlet side of the
冷却水強制流入処理が実行されると、コントローラ5は、S201において循環ポンプの目標回転数を強制流入時回転数に設定する。強制流入時回転数は、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が水量調整弁46の流入圧力となるように設定される回転数である。
When the cooling water forced inflow process is executed, the controller 5 sets the target rotational speed of the circulation pump to the forced inflow rotational speed in S201. The forced inflow rotation speed is a rotation speed set so that the cooling water pressure on the inlet side of the
S202では、コントローラ5はポンプ回転数がS201で決定された目標回転数(強制流入時回転数)となるように循環ポンプ45を制御する。このように、コントローラ5は様々な条件において循環ポンプ45を制御するポンプ制御部として機能する。
In S202, the controller 5 controls the
S202の制御を実行すると、ポンプ入口圧力が水量調整弁46の流入圧力となり、水量調整弁46の負圧弁46C(図3(B)参照)が開弁し、リザーブタンク47内の冷却水が循環通路41へと流入する。このように本実施形態の燃料電池システム100では、循環ポンプ45を用いてポンプ入口圧力を水量調整弁46の流入圧力まで低下させ、冷却水を強制的に循環通路41内に供給することで、循環通路41内の冷却水の水量を増加させることができる。
When the control of S202 is executed, the pump inlet pressure becomes the inflow pressure of the water
S203では、コントローラ5は、冷却水強制流入処理の開始後から所定時間経過したか否かを判定する。所定時間は、例えば数秒から数十秒であり、スタック冷却装置4の循環通路41内の容積に応じて定められる。S203は冷却水強制流入処理を終了する終了処理実行ステップであり、コントローラ5は冷却水強制流入処理を終了する終了処理実行部として機能する。
In S203, the controller 5 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the forced cooling water inflow process. The predetermined time is, for example, several seconds to several tens of seconds, and is determined according to the volume in the
コントローラ5は、冷却水強制流入処理を開始してからの時間をタイマにより検出し、検出された時間が所定時間よりも小さい場合にS201以降の処理を繰り返し実行する。一方、検出された時間が所定時間以上である場合には、コントローラ5は冷却水強制流入処理を終了する。このように、冷却水強制流入処理は、当該処理を開始してから所定時間を経過するまでの間継続される。 The controller 5 detects the time from the start of the forced cooling water inflow process using a timer, and repeatedly executes the processes after S201 when the detected time is smaller than the predetermined time. On the other hand, when the detected time is equal to or longer than the predetermined time, the controller 5 ends the cooling water forced inflow process. Thus, the cooling water forced inflow process is continued from the start of the process until a predetermined time elapses.
上述の通り、燃料電池スタック1では、循環通路41内において水不足状態になると予測された場合に、リザーブタンク47に蓄えられた冷却水を水量調整弁46を通じて循環通路41に強制的に流入させる。これにより、その後に循環ポンプ45の回転数を急上昇させた場合等であっても、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力がスタック冷却装置4における許容限界負圧よりも低下してしまうことを防止できる。
As described above, in the fuel cell stack 1, the cooling water stored in the
なお、S201及びS202において、コントローラ5は、ポンプ回転数が強制流入時回転数になるように循環ポンプ45を制御するように構成されているが、ポンプ入口圧力が水量調整弁46の流入圧力となるように循環ポンプ45をフィードバック制御するように構成されてもよい。また、冷却水強制流入処理では、ポンプ入口圧力が許容限界負圧を下回らない範囲で水量調整弁46の流入圧力以下となるように、循環ポンプ45を制御してもよい。
In S201 and S202, the controller 5 is configured to control the
次に、図7及び図8を参照して、第1実施形態による燃料電池システム100での冷却水圧力の挙動と、比較例による燃料電池システムでの冷却水圧力の挙動について説明する。
Next, the behavior of the cooling water pressure in the
図7は、本実施形態による燃料電池システム100での冷却水圧力の挙動を説明するためのタイムチャートである。図8は、比較例による燃料電池システムでの冷却水圧力の挙動を説明するためのタイムチャートである。図7及び図8は、走行時アイドルストップを実行した後に当該アイドルストップから復帰する場合について例示している。なお、比較例による燃料電池システムは、冷却水強制流入処理を実行せずに通常時循環ポンプ制御のみを実行するように構成されたシステムである。
FIG. 7 is a time chart for explaining the behavior of the cooling water pressure in the
まず、図8を参照して、比較例による燃料電池システムでの冷却水圧力の挙動について説明する。 First, the behavior of the coolant pressure in the fuel cell system according to the comparative example will be described with reference to FIG.
比較例による燃料電池システムのスタック冷却装置では、燃料電池スタックの出力電流に応じて循環ポンプの回転数が調整され、時刻t12までは燃料電池スタックの出力上昇とともにポンプ回転数が増大する。燃料電池スタックを冷却することにより冷却水の温度は上昇し、温度上昇に伴う熱膨張により循環通路内の冷却水体積(冷却水量)は増加する。時刻t11までは冷却水体積の増大に伴ってポンプ入口圧力は上昇するが、ポンプ入口圧力Piが水量調整弁の流出圧力PHに達すると、水量調整弁の加圧弁が開いて循環通路内の冷却水がリザーブタンクへと流出し、時刻t11〜t12の期間は冷却水の圧力及び体積(水量)が一定に保たれる。 In the stack cooling device of the fuel cell system according to the comparative example, the rotation speed of the circulation pump is adjusted according to the output current of the fuel cell stack, and the pump rotation speed increases as the output of the fuel cell stack increases until time t12. By cooling the fuel cell stack, the temperature of the cooling water rises, and the volume of cooling water (cooling water amount) in the circulation passage increases due to thermal expansion accompanying the temperature rise. Although until time t11 pump inlet pressure with an increase of the cooling water volume increases, the pump inlet pressure Pi reaches the outlet pressure P H of the water amount adjustment valve, the water amount adjustment valve pressure valve is circulating passage open The cooling water flows out to the reserve tank, and the pressure and volume (water amount) of the cooling water are kept constant during the period of time t11 to t12.
時刻t12において燃料電池システムの走行時アイドルストップが実行されると、燃料電池スタックの出力電流はゼロとなり、これに伴ってポンプ回転数もゼロとなる。走行時アイドルストップ中においては車両自体は走行を続けているため、ラジエータ内の冷却水が冷却され、循環通路内の冷却水の温度は低下する。この冷却水温度の低下により循環通路内の冷却水体積は減少し、冷却水体積の減少に伴ってポンプ入口圧力Piも低下する。 When the idling stop during running of the fuel cell system is executed at time t12, the output current of the fuel cell stack becomes zero, and accordingly, the pump rotation speed also becomes zero. Since the vehicle itself continues to travel during the idling stop during traveling, the cooling water in the radiator is cooled and the temperature of the cooling water in the circulation passage is lowered. As the cooling water temperature decreases, the cooling water volume in the circulation passage decreases, and the pump inlet pressure Pi also decreases as the cooling water volume decreases.
時刻t13においてアイドルストップからの復帰処理が実行されると、燃料電池スタックの出力上昇に伴ってポンプ回転数が上昇する。ポンプ入口圧力及び循環通路内の冷却水体積がある程度低下した状態で循環ポンプが駆動されると、復帰処理開始後からポンプ入口圧力Piが低下する。時刻t14において、ポンプ入口圧力Piが水量調整弁の流入圧力PLまで低下すると、リザーブタンク内の冷却水が循環通路に流入し始める。しかしながら、ポンプ回転数の上昇率が大きい場合等には、リザーブタンクからの冷却水の流入が間に合わず、時刻t15においてポンプ入口圧力Piが許容限界負圧PLMまで低下してしまう。 When the return processing from the idle stop is executed at time t13, the pump rotation speed increases with the output increase of the fuel cell stack. When the circulation pump is driven in a state where the pump inlet pressure and the cooling water volume in the circulation passage are reduced to some extent, the pump inlet pressure Pi decreases after the start of the return process. When the pump inlet pressure Pi decreases to the inflow pressure P L of the water amount adjustment valve at time t14, the cooling water in the reserve tank starts to flow into the circulation passage. However, in such case the pump rotation speed increase rate is large, too late inflow of cooling water from the reserve tank, the pump inlet pressure Pi at time t15 decreases to acceptable limits negative pressure P LM.
このように、比較例による燃料電池システムでは、システム運転状態によっては、循環ポンプの入口側の冷却水圧力が許容限界負圧PLMまで低下するおそれがある。循環ポンプの入口側の冷却水圧力が許容限界負圧PLMまで低下すると、循環ポンプにおいてキャビテーションが発生したり、ゴム等で形成された循環通路が変形して冷却水の流れが阻害されたりするため、燃料電池システムにおいてフェイル処理が実行されてしまう。 Thus, in the fuel cell system according to the comparative example, the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump may decrease to the allowable limit negative pressure PLM depending on the system operation state. When the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump is reduced to the allowable limit negative pressure PLM , cavitation occurs in the circulation pump, or the circulation passage formed of rubber or the like is deformed and the flow of the cooling water is obstructed. Therefore, the fail process is executed in the fuel cell system.
図7を参照して、第1実施形態による燃料電池システム100での冷却水圧力の挙動について説明する。燃料電池システム100は、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が許容限界負圧PLMまで低下することを防止すべく、冷却水強制流入処理を実行する点において比較例の燃料電池システムと異なっている。
With reference to FIG. 7, the behavior of the cooling water pressure in the
燃料電池システム100のスタック冷却装置4では、通常時は燃料電池スタック1の出力電流に応じて循環ポンプ45の回転数が調整され、時刻t2までは燃料電池スタック1の出力上昇とともにポンプ回転数が増大する。燃料電池スタック1を冷却することにより冷却水の温度は上昇し、温度上昇に伴う熱膨張により循環通路41内の冷却水体積も増加する。時刻t1までは冷却水体積の増大に伴ってポンプ入口圧力Piは上昇するが、ポンプ入口圧力Piが水量調整弁46の流出圧力PHに達すると、水量調整弁46の加圧弁46Aが開いて循環通路41内の冷却水がリザーブタンク47へと流出し、時刻t1〜t2の期間は冷却水の圧力及び体積(水量)が一定に保たれる。
In the stack cooling device 4 of the
時刻t2において燃料電池システム100の走行時アイドルストップが実行されると、燃料電池スタック1の出力電流はゼロとなり、これに伴ってポンプ回転数もゼロとなる。走行時アイドルストップ中においては車両自体は走行を続けているため、ラジエータ42内の冷却水が冷却され、循環通路41内の冷却水の温度は低下する。この冷却水温度の低下により循環通路41内の冷却水体積は減少し、冷却水体積の減少に伴ってポンプ入口圧力Piも低下する。
When the idling stop during running of the
ポンプ入口圧力Piが第1基準圧力P1まで低下すると、コントローラ5は、循環通路41内の冷却水量が不足した状態になると予測し、今後の循環ポンプ45の駆動状態によってはポンプ入口圧力Piが許容限界負圧PLMまで低下するおそれがあると判断して、冷却水強制流入処理を実行する。時刻t3において冷却水強制流入処理が開始され、ポンプ入口圧力Piが水量調整弁46の流入圧力PLとなるように循環ポンプ45が制御される。この制御により、ポンプ入口圧力Piが水量調整弁46の流入圧力PLまで低下し、時刻t4においてリザーブタンク47内の冷却水が循環通路41に流入し始める。
When the pump inlet pressure Pi decreases to the first reference pressure P1, the controller 5 predicts that the amount of cooling water in the
冷却水強制流入処理の開始から所定時間が経過した時刻t5において、冷却水強制流入処理が終了し、循環ポンプ45は停止する。循環通路41内にはリザーブタンク47内の冷却水が強制的に注入されているため、時刻t5におけるポンプ入口圧力Piは冷却水強制流入処理開始時(時刻t3)における圧力よりも高くなる。
At a time t5 when a predetermined time has elapsed from the start of the forced cooling water inflow process, the forced cooling water inflow process ends, and the
このようにポンプ入口側の冷却水圧力及び循環通路41内の冷却水体積がある程度高い状態で、アイドルストップからの復帰処理が実行された場合には、時刻t6で燃料電池スタック1の出力上昇に伴ってポンプ回転数が上昇しても、ポンプ入口圧力Piが大きく低下することがない。つまり、燃料電池システム100のスタック冷却装置4では、循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が許容限界負圧PLMまで低下することがない。
In this way, when the return processing from the idle stop is executed with the coolant pressure on the pump inlet side and the coolant volume in the
上記した第1実施形態による燃料電池システム100によれば、以下の効果を得ることができる。
According to the
燃料電池システム100は、燃料電池スタック1を冷却するスタック冷却装置4と、スタック冷却装置4の循環ポンプ45等を制御するコントローラ5とを備える。燃料電池システム100のコントローラ5は、循環通路41内のポンプ入口側の冷却水圧力(冷却水量に関するパラメータ)を用いて循環ポンプ45の駆動中に循環通路41内において冷却水量が不足する状態となるか否かを予測し、水不足状態になると予測された場合にはリザーブタンク47に蓄えられた冷却水を水量調整弁46を通じて循環通路41に流入させる冷却水強制流入処理を実行する。
The
このように循環通路41内が水不足状態となる前にリザーブタンク47から循環通路41に冷却水を供給しておくことで、その後の循環ポンプ45の駆動中にポンプ入口側の冷却水圧力が許容限界負圧まで低下してしまうことを抑制できる。これにより、循環ポンプ45でのキャビテーションの発生やゴム製の循環通路41の変形を抑制でき、燃料電池システム100でのフェイル制御の実行を回避することができる。
Thus, by supplying the cooling water from the
また、燃料電池システム100では、水不足の予測に用いる冷却水量に関するパラメータとしてポンプ入口側の冷却水圧力を採用しており、当該冷却水圧力は既存の圧力センサを用いて検出できる。したがって、燃料電池システム100によれば、簡素な構成で、循環通路41内の冷却水量の状態を予測することが可能となる。
Further, in the
さらに、燃料電池システム100では、コントローラ5は、冷却水強制流入処理の実行中は循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力が水量調整弁46の流入圧力以下となるように循環ポンプ45を制御する。このように循環ポンプ45を制御することで、水量調整弁46の負圧弁46Cを開弁状態とし、リザーブタンク47内の冷却水を確実に循環通路41へと流入させることが可能となる。
Further, in the
さらに、燃料電池システム100では、コントローラ5は、冷却水強制流入処理を開始してから所定時間経過した時に冷却水強制流入処理を終了する。これにより、冷却水強制流入処理を無駄に実行し続けることを回避でき、燃料電池システム100の効率的な制御を実現することが可能となる。
Further, in the
なお、コントローラ5は、図6に示す冷却水強制流入処理を実行する代わりに、図9又は図10に示す冷却水強制流入処理を実行してもよい。 The controller 5 may execute the cooling water forced inflow process shown in FIG. 9 or 10 instead of executing the cooling water forced inflow process shown in FIG.
図9に示す冷却水強制流入処理では、コントローラ5(終了処理実行部)は、図6のS203の処理の代わりにS203Aの処理を実行する。図9のS201及びS202の処理は、図6のS201及びS202の処理と同じ処理である。 In the cooling water forced inflow process shown in FIG. 9, the controller 5 (end process execution unit) executes the process of S203A instead of the process of S203 of FIG. The processes in S201 and S202 in FIG. 9 are the same as the processes in S201 and S202 in FIG.
S203Aでは、コントローラ5は、循環通路41内の冷却水平均圧力Paveが流入処理停止圧力Ps以上か否かを判定する。流入処理停止圧力Psは、水量調整弁46の流入圧力よりも高い圧力として設定される。なお、冷却水平均圧力Paveは、第1圧力センサ56により検出される循環ポンプ45の入口側の冷却水圧力と、第2圧力センサ57により検出される循環ポンプ45の出口側の冷却水圧力との平均値として算出される。
In S203A, the controller 5 determines whether or not the average cooling water pressure Pave in the
冷却水強制流入処理中は、冷却水がリザーブタンク47から循環通路41へと供給され、循環通路41内の冷却水流量が増加する。そのため、ポンプ入口圧力が一定に保たれた状態であってもポンプ出口圧力が増加することとなり、冷却水平均圧力が増加する。したがって、冷却水平均圧力を監視することにより、循環通路41内に十分な量の冷却水が供給されたか否かを判断することができる。コントローラ5は、冷却水平均圧力Paveが流入処理停止圧力Ps以上である場合には冷却水強制流入処理により十分な冷却水が循環通路41内に流入したと判断し、冷却水強制流入処理を終了する。一方、コントローラ5は、冷却水平均圧力Paveが流入処理停止圧力Psよりも小さい場合には冷却水強制流入処理を継続する。
During the forced cooling water inflow process, the cooling water is supplied from the
このようにコントローラ5が図9のS203Aの処理を行うことにより、冷却水強制流入処理を無駄に実行し続けることを回避でき、燃料電池システム100の効率的な制御を実現することが可能となる。
As described above, the controller 5 performs the process of S203A in FIG. 9, so that it is possible to avoid continuously executing the forced cooling water inflow process, and to realize efficient control of the
次に、コントローラ5が図10に示す冷却水強制流入処理を実行する場合について説明する。この場合には、コントローラ5(終了処理実行部)は、図6のS203の処理の代わりにS203Bの処理を実行する。図10のS201及びS202の処理は、図6のS201及びS202の処理と同じ処理である。 Next, the case where the controller 5 executes the forced cooling water inflow process shown in FIG. In this case, the controller 5 (end process execution unit) executes the process of S203B instead of the process of S203 of FIG. The processes in S201 and S202 in FIG. 10 are the same as the processes in S201 and S202 in FIG.
S203Bでは、コントローラ5は、冷却水強制流入処理中にリザーブタンク47から循環通路41へ流入した冷却水の流入量Vが基準流入量V0以上か否かを判定する。基準流入量V0は、循環通路41内の冷却水量が十分な状態となったか否かを判定するための閾値であって、循環通路41の容積や第1基準圧力等を考慮して予めの実験等により設定された値である。
In S203B, the controller 5 determines whether or not the inflow amount V of the cooling water flowing into the
ここで、冷却水流入量Vは、大気圧Pambと冷却水強制流入処理中のポンプ入口圧力Piの偏差を下記(1)式により積分することで算出される。なお、大気圧Pambは大気圧センサ53により検出され、冷却水強制流入処理中のポンプ入口圧力Piは第1圧力センサ56により検出される。
Here, the cooling water inflow amount V is calculated by integrating the deviation between the atmospheric pressure Pamb and the pump inlet pressure Pi during the cooling water forced inflow processing by the following equation (1). The atmospheric pressure Pamb is detected by the
コントローラ5は、冷却水流入量Vが基準流入量V0以上の場合には冷却水強制流入処理により十分な冷却水が循環通路41内に流入したと判断し、冷却水強制流入処理を終了する。一方、コントローラ5は、冷却水流入量Vが基準流入量V0よりも小さい場合には冷却水強制流入処理を継続する。
When the cooling water inflow amount V is equal to or greater than the reference inflow amount V0, the controller 5 determines that sufficient cooling water has flowed into the
このようにコントローラ5が図10のS203Bの処理を行うことにより、冷却水強制流入処理を無駄に実行し続けることを回避でき、燃料電池システム100の効率的な制御を実現することが可能となる。
As described above, the controller 5 performs the process of S203B in FIG. 10, so that it is possible to avoid continuously performing the forced cooling water inflow process, and to realize efficient control of the
(第2実施形態)
図11を参照して、本発明の第2実施形態による燃料電池システム100について説明する。なお、以下の実施形態では、第1実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
A
図11は、第2実施形態による燃料電池システム100のコントローラ5が実行する冷却水強制流入処理を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing a cooling water forced inflow process executed by the controller 5 of the
冷却水強制流入処理が実行されると、S301において、コントローラ5は、燃料電池スタック1への負荷(出力電流)の増大要求により循環ポンプ45の回転数を増大させる必要があるか否かを判定する。この判定は、強制流入時回転数と、燃料電池スタック1に対する要求負荷に基づいて定まる循環ポンプ45の目標回転数とを比較することにより行われる。コントローラ5は、燃料電池スタック1に対する要求負荷に基づいて定まる目標回転数が強制流入時回転数よりも大きい場合に、循環ポンプ45の回転数を増大させる必要があると判定する。
When the forced cooling water inflow process is executed, in S301, the controller 5 determines whether or not it is necessary to increase the rotation speed of the
S301においてポンプ回転数を増大させる必要がないと判定された場合には、コントローラ5はS201以降の処理を実行する。一方、S301においてポンプ回転数を増大させる必要があると判定された場合には、コントローラ5はS302の処理を実行する。 When it is determined in S301 that it is not necessary to increase the pump rotation speed, the controller 5 executes the processing after S201. On the other hand, if it is determined in S301 that the pump rotational speed needs to be increased, the controller 5 executes the process of S302.
S302では、コントローラ5は、ポンプ回転数の上昇率を制限した状態で、ポンプ回転数が燃料電池スタック1への要求負荷に基づいて定まる目標回転数となるように循環ポンプ45を制御する。そして、コントローラ5は、S302の処理後にS203の処理を実行する。S302の処理でのポンプ回転数の上昇率は、S103等の通常時ポンプ制御で定まるポンプ回転数の上昇率よりも低く設定される。
In S <b> 302, the controller 5 controls the
冷却水強制流入処理中は、ポンプ入口圧力が水量調整弁46の流入圧力以下に制御されている。そのため、この処理中に燃料電池スタック1の出力に伴って循環ポンプ45の回転数が急に上昇すると、ポンプ入口圧力が許容限界負圧まで低下するおそれがある。しかしながら、燃料電池システム100では、冷却水強制流入処理中に燃料電池スタック1の出力が急激に増大するような状況であっても、循環ポンプ45はポンプ回転数の上昇率が制限された状態で制御されるため、ポンプ回転数が急上昇することを回避できる。これにより、ポンプ回転数の急上昇に伴うポンプ入口圧力の低下を抑制することが可能となる。
During the forced cooling water inflow process, the pump inlet pressure is controlled to be equal to or lower than the inflow pressure of the water
図12を参照して、第2実施形態による燃料電池システム100での冷却水圧力の挙動について説明する。
With reference to FIG. 12, the behavior of the cooling water pressure in the
時刻t21までは、燃料電池スタック1及び循環ポンプ45が低出力状態で運転されている状況であり、スタック冷却装置4の冷却水は外気等により冷却されている。冷却水が冷却されて冷却水温度が低下すると、冷却水の体積が収縮し、循環ポンプ45の入口側及び出口側の冷却水圧力Pi,Poが低下する。
Until time t21, the fuel cell stack 1 and the
時刻t21においてポンプ入口圧力Piが第1基準圧力P1まで低下すると、コントローラ5は、冷却水体積の低下等に起因して水不足状態となると予測し、冷却水強制流入処理を実行する。冷却水強制流入処理に基づく循環ポンプ制御が実行されると、時刻t22においてポンプ入口圧力Piが水量調整弁46の流入圧力PLまで低下する。これにより、冷却水が水量調整弁46を通じてリザーブタンク47から循環通路41に流入し、循環通路41内の冷却水量が増加するとともにポンプ出口圧力Poが増加する。
When the pump inlet pressure Pi decreases to the first reference pressure P1 at time t21, the controller 5 predicts that the water will be insufficient due to a decrease in the cooling water volume or the like, and executes the cooling water forced inflow process. When the circulation pump control based on the forced cooling water flowing processing is performed, the pump inlet pressure Pi at time t22 decreases to flow into the pressure P L of
時刻t23において燃料電池スタック1に対する要求負荷が増大し、燃料電池スタック1の出力が増大すると、燃料電池スタック1の出力に応じて循環ポンプ45の回転数が上昇する。コントローラ5は、冷却水強制流入処理中に燃料電池スタック1に対する負荷増大要求によりポンプ回転数を増大させる必要がある場合には、実線で示すようにポンプ回転数の上昇率を通常時(破線)よりも制限した状態で循環ポンプ45を制御する。そのため、冷却水強制流入処理中に循環ポンプ45の回転数が急上昇することがなく、時刻t23以降においてポンプ入口圧力Piが破線で示すように許容限界負圧PLMまで低下してしまうことを防止できる。
When the required load on the fuel cell stack 1 increases at time t23 and the output of the fuel cell stack 1 increases, the rotational speed of the
上記した第2実施形態による燃料電池システム100によれば、以下の効果を得ることができる。
According to the
燃料電池システム100のコントローラ5は、冷却水強制流入処理中に燃料電池スタックに対する負荷増大要求により循環ポンプ45の回転数を増大させる場合、燃料電池スタック出力に基づいて循環ポンプ45を制御する通常時と比較して循環ポンプ45の回転数の上昇率を制限する。これにより、冷却水強制流入処理中には循環ポンプ45の回転数が急上昇することがなく、燃料電池スタックへの負荷増大要求によりポンプ回転数を増大させる場合であってもポンプ入口圧力Piが許容限界負圧PLMまで低下することを防止できる。
When the controller 5 of the
(第3実施形態)
図13を参照して、本発明の第3実施形態による燃料電池システム100について説明する。図13は、第3実施形態による燃料電池システム100のコントローラ5が実行する冷却水強制流入処理を示すフローチャートである。
(Third embodiment)
A
冷却水強制流入処理が実行されると、S301において、コントローラ5は、燃料電池スタック1に対する負荷(出力電流)の増大要求により循環ポンプ45の回転数を増大させる必要があるか否かを判定する。
When the cooling water forced inflow process is executed, in S301, the controller 5 determines whether or not it is necessary to increase the rotational speed of the
S301において循環ポンプ45の回転数を増大させる必要がないと判定された場合には、コントローラ5はS201以降の処理を実行する。一方、S301において循環ポンプ45の回転数を増大させる必要があると判定された場合には、コントローラ5はS302の処理を実行する。
If it is determined in S301 that it is not necessary to increase the rotational speed of the
S302では、コントローラ5は、ポンプ回転数の上昇率を制限した状態で、ポンプ回転数が燃料電池スタック1への要求負荷に基づいて定まる目標回転数となるように循環ポンプ45を制御する。このように、コントローラ5はポンプ回転数の上昇率を制限する回転数制限部として機能する。
In S <b> 302, the controller 5 controls the
S303では、コントローラ5は、第1圧力センサ56により検出されるポンプ入口圧力Piが予め設定された第2基準圧力P2よりも小さい否かを判定する。第2基準圧力P2は、水量調整弁46の流入圧力よりも低く、かつ許容限界負圧よりも高く設定されている。
In S303, the controller 5 determines whether or not the pump inlet pressure Pi detected by the
ポンプ入口圧力Piが第2基準圧力P2よりも小さい場合、コントローラ5は、循環ポンプ45の駆動を継続するとポンプ入口圧力Piが許容限界負圧まで低下する可能性があると判断し、S304の処理を実行する。これに対して、ポンプ入口圧力Piが第2基準圧力P2以上である場合、コントローラ5は、循環ポンプ45の駆動を継続してもポンプ入口圧力Piが許容限界負圧まで低下する可能性がないと判断し、S305の処理を実行する。
When the pump inlet pressure Pi is smaller than the second reference pressure P2, the controller 5 determines that there is a possibility that the pump inlet pressure Pi may decrease to the allowable limit negative pressure if the
S304では、コントローラ5は、燃料電池スタック1に供給されるアノードガスの圧力を増大するアノード圧増大処理を実行する。このように、コントローラ5は様々な条件においてアノードガスやカソードガスの圧力を調整するガス圧力調整部として機能する。コントローラ5は、S304の処理実行後、S305の処理を実行する。 In S304, the controller 5 executes an anode pressure increasing process for increasing the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1. As described above, the controller 5 functions as a gas pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the anode gas and the cathode gas under various conditions. The controller 5 executes the process of S305 after executing the process of S304.
アノード圧増大処理が実行されると、燃料電池スタック1(図1参照)において、アノードガス流路121内のアノード圧力が増大し、アノードセパレータ12がカソードセパレータ側に押し込まれるように変形する。その結果、燃料電池スタック1内の冷却水流路14の体積がアノード圧増大処理前よりも小さくなり、冷却水流路14及び循環通路41を含む冷却系全体の体積が減少する。このように冷却系全体の体積が小さくなると、循環ポンプ45の回転数が同じでも、冷却系全体の体積が大きい場合と比較してポンプ入口側の冷却水圧力が増加する。したがって、ポンプ入口圧力Piが第2基準圧力P2よりも小さくなった時にアノード圧増大処理を実行して冷却系全体の体積を減少させることで、ポンプ入口圧力Piが許容限界負圧まで低下することを防止することができる。
When the anode pressure increasing process is executed, the anode pressure in the anode
S305では、コントローラ5は、燃料電池スタック1に対する負荷(出力電流)の低減要求により循環ポンプ45の回転数を低下させる必要があるか否かを判定する。この判定は、現時点のポンプ回転数と、燃料電池スタック1に対する要求負荷に基づいて定まる循環ポンプ45の目標回転数とを比較することにより行われる。コントローラ5は、燃料電池スタック1に対する要求負荷に基づいて定まる目標回転数が現時点のポンプ回転数よりも小さい場合に、循環ポンプ45の回転数を低下させる必要があると判定する。
In S <b> 305, the controller 5 determines whether or not it is necessary to reduce the rotational speed of the
S305においてポンプ回転数を低下させる必要があると判定された場合には、コントローラ5はS306以降の処理を実行する。これに対して、S305において循環ポンプ45の回転数を低下させる必要がないと判定された場合には、コントローラ5はS309の処理を実行する。
If it is determined in S305 that the pump rotation speed needs to be reduced, the controller 5 executes the processing from S306 onward. On the other hand, when it is determined in S305 that it is not necessary to reduce the rotational speed of the
S306では、コントローラ5は、循環ポンプ45のポンプ回転数を低下させる処理を実行する。
In S <b> 306, the controller 5 executes a process for reducing the pump speed of the
S307では、コントローラ5は、アノード圧増大処理が実行されているか否かを判定する。アノード圧増大処理が実行されているか否かは、例えば、アノード圧増大処理に関するフラグの有無を検出することにより判定することができる。 In S307, the controller 5 determines whether or not an anode pressure increasing process is being executed. Whether or not the anode pressure increasing process is being performed can be determined, for example, by detecting the presence or absence of a flag related to the anode pressure increasing process.
アノード圧増大処理が実行されている場合には、コントローラ5はS308の処理を実行し、その後S309の処理を実行する。これに対して、アノード圧増大処理が実行されていない場合には、コントローラ5はS308の処理を実行せずにS309の処理を実行する。 When the anode pressure increasing process is being executed, the controller 5 executes the process of S308 and then executes the process of S309. On the other hand, when the anode pressure increasing process is not executed, the controller 5 executes the process of S309 without executing the process of S308.
S308では、コントローラ5は、増大させていたアノード圧力を低下させる処理を実行する。コントローラ5は、S304のアノード圧増大処理により増大させていたアノード圧力を、燃料電池スタック1の出力電流に応じた圧力まで低下させる。 In S308, the controller 5 executes a process for reducing the increased anode pressure. The controller 5 reduces the anode pressure, which has been increased by the anode pressure increasing process in S304, to a pressure corresponding to the output current of the fuel cell stack 1.
S303及びS304に示すように、アノード圧増大処理は、ポンプ入口圧力Piが許容限界負圧に近い状態の時に実行される。そのため、ポンプ回転数を低下させる前にアノード圧力を低下させると、アノード圧力の低下に伴う冷却系の体積増加に起因して、ポンプ入口圧力Piが許容限界負圧まで低下してしまうおそれがある。したがって、アノード圧増大処理実行中に燃料電池スタック1の出力を低減させる場合、コントローラ5は、まず循環ポンプ45の回転数を低下させ、その後にアノード圧力を低下させる。このようにアノード圧低下処理より先にポンプ回転数低下処理を実行することで、ポンプ入口圧力Piの大幅な低下を防止することが可能となる。
As shown in S303 and S304, the anode pressure increasing process is executed when the pump inlet pressure Pi is close to the allowable limit negative pressure. Therefore, if the anode pressure is reduced before the pump rotational speed is reduced, the pump inlet pressure Pi may be reduced to the allowable negative pressure due to the increase in the volume of the cooling system accompanying the decrease in the anode pressure. . Therefore, when reducing the output of the fuel cell stack 1 during the execution of the anode pressure increasing process, the controller 5 first decreases the rotational speed of the
S305でポンプ回転数を低下させる必要がないと判定された場合、S307でアノード圧増大処理が実行されていないと判定された場合、及びS308の処理が実行された場合、コントローラ5はS309の処理を実行する。S309では、コントローラ5は、冷却水強制流入処理を開始してから所定時間経過したか否かを判定する。 If it is determined in S305 that it is not necessary to decrease the pump rotation speed, if it is determined in S307 that the anode pressure increasing process is not executed, and if the process in S308 is executed, the controller 5 performs the process in S309. Execute. In S309, the controller 5 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the forced cooling water inflow process was started.
コントローラ5は、冷却水強制流入処理を開始してからの時間をタイマにより検出し、検出された時間が所定時間よりも小さい場合にS303以降の処理を繰り返し実行する。一方、検出された時間が所定時間以上である場合には、コントローラ5は冷却水強制流入処理を終了する。 The controller 5 detects the time from the start of the forced cooling water inflow process using a timer, and repeatedly executes the processes after S303 when the detected time is smaller than the predetermined time. On the other hand, when the detected time is equal to or longer than the predetermined time, the controller 5 ends the cooling water forced inflow process.
図14を参照して、第3実施形態による燃料電池システム100での冷却水圧力の挙動について説明する。
With reference to FIG. 14, the behavior of the cooling water pressure in the
時刻t31までは、燃料電池スタック1及び循環ポンプ45が低出力状態で運転されている状況であり、スタック冷却装置4の冷却水は外気等により冷却されている。冷却水が冷却されて冷却水温度が低下すると、冷却水の体積が収縮し、循環ポンプ45の入口側及び出口側の冷却水圧力Pi,Poが低下する。
Until time t31, the fuel cell stack 1 and the
時刻t31においてポンプ入口圧力Piが第1基準圧力P1まで低下すると、コントローラ5は、冷却水体積の低下等に起因して水不足状態となると予測し、冷却水強制流入処理を実行する。これにより、冷却水強制流入処理に基づく循環ポンプ制御が実行され、ポンプ入口圧力Piが水量調整弁46の流入圧力PLまで低下する。これにより、冷却水が水量調整弁46を通じてリザーブタンク47から循環通路41に流入し、循環通路41内の冷却水量が増加するとともにポンプ出口圧力Poが増加する。
When the pump inlet pressure Pi decreases to the first reference pressure P1 at time t31, the controller 5 predicts that the water will be insufficient due to a decrease in the cooling water volume or the like, and executes the cooling water forced inflow process. Thereby, a circulation pump control based on the forced cooling water flowing processing is performed, the pump inlet pressure Pi is reduced to the inlet pressure P L of
時刻t32において燃料電池スタック1に対する要求負荷が増大し、燃料電池スタック1の出力が増大すると、燃料電池スタック1の出力に応じて循環ポンプ45の回転数が上昇する。コントローラ5は、冷却水強制流入処理中に燃料電池スタック1に対する負荷の増大要求によりポンプ回転数を増大させる必要がある場合には、ポンプ回転数の上昇率を通常時よりも制限した状態で循環ポンプ45を制御する。
When the required load on the fuel cell stack 1 increases at time t32 and the output of the fuel cell stack 1 increases, the rotational speed of the
循環ポンプ45の回転数の上昇に伴ってポンプ入口圧力Piが水量調整弁46の流入圧力PLと許容限界負圧PLMとの間に設定された第2基準圧力P2まで低下すると、時刻t33において、コントローラ5は、燃料電池スタック1に供給されるアノード圧力Panを増大させるアノード圧増大処理(図13のS304)を実行する。アノード圧増大処理により、冷却水流路14及び循環通路41を含む冷却系全体の体積が減少するため、ポンプ入口圧力Piの低下が抑制される。その結果、循環ポンプ45の回転数の上昇を継続しても、ポンプ入口圧力Piが許容限界負圧PLMまで低下してしまうことを防止できる。
When the pump inlet pressure Pi decreases to the second reference pressure P2 set between the inflow pressure P L of the water
時刻t34において燃料電池スタック1に対する要求負荷が減少し、燃料電池スタック1の出力が減少すると、コントローラ5は、まず循環ポンプ45の回転数を低下させ(S図13のS306)、その後の時刻t35においてアノード圧力Panを低下させる(図13のS308)。 When the required load on the fuel cell stack 1 decreases at time t34 and the output of the fuel cell stack 1 decreases, the controller 5 first decreases the rotational speed of the circulation pump 45 (S306 in FIG. 13), and thereafter time t35. In step S308, the anode pressure Pan is decreased (S308 in FIG. 13).
燃料電池スタック1の出力減少時に循環ポンプ45の回転数を低下させる前にアノード圧力Panを低下させると、アノード圧力の低下に伴う冷却系の体積増加に起因して、ポンプ入口圧力Piが破線のように許容限界負圧PLMまで低下する可能性がある。しかしながら、時刻t34で循環ポンプ45の回転数を低下させ、時刻t35でアノード圧力Panを低下させることで、ポンプ入口圧力Piがある程度上昇した段階でアノード圧力Panを低下させることとなり、ポンプ入口圧力Piが許容限界負圧PLMまで低下してしまうこと防止できる。
If the anode pressure Pan is reduced before the rotational speed of the
コントローラ5は、ポンプ回転数の低下処理後、アノード圧力低下条件が成立した時に、アノード圧力Panを低下させるように構成される。例えば、コントローラ5は、ポンプ回転数低下処理を開始してから所定時間経過した時に、アノード圧力低下条件が成立したと判定する。コントローラ5は、ポンプ回転数低下処理後にポンプ入口圧力Piが所定圧力値まで上昇した時にアノード圧力低下条件が成立したと判定するように構成されてもよい。 The controller 5 is configured to reduce the anode pressure Pan when the anode pressure reduction condition is satisfied after the pump speed reduction process. For example, the controller 5 determines that the anode pressure reduction condition is satisfied when a predetermined time has elapsed since the start of the pump rotation speed reduction process. The controller 5 may be configured to determine that the anode pressure reduction condition is satisfied when the pump inlet pressure Pi rises to a predetermined pressure value after the pump rotation speed reduction process.
上記した第3実施形態による燃料電池システム100によれば、以下の効果を得ることができる。
According to the
燃料電池システム100のコントローラ5は、冷却水強制流入処理中に燃料電池スタック1に対する負荷増大要求により循環ポンプ45の回転数を増大させる場合、ポンプ入口圧力Piが第2基準圧力P2まで低下した時に、燃料電池スタック1に供給されるアノード圧力Panを増大させるアノード圧増大処理を実行する。これにより、冷却水流路14及び循環通路41を含む冷却系全体の体積が減少するため、ポンプ入口圧力Piの低下が抑制される。その結果、循環ポンプ45の回転数の上昇を継続しても、ポンプ入口圧力Piが許容限界負圧PLMまで低下してしまうことを防止できる。
When the controller 5 of the
さらに、燃料電池システム100のコントローラ5は、冷却水強制流入処理中に燃料電池スタックに対する負荷減少要求により循環ポンプ45の回転数を減少させる場合、循環ポンプ45の回転数を低下させた後に、アノード圧力Panを低下させる。このように先にポンプ回転数を低下させることで、アノード圧力Panを低下させる前にポンプ入口圧力Piをある程度上昇させておくことができ、アノード圧力Panの低下(冷却系体積の増大)に起因してポンプ入口圧力Piが許容限界負圧PLMまで低下してしまうことを防止できる。
Further, when the controller 5 of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
第1実施形態の燃料電池システム100では、コントローラ5は、ポンプ入口圧力Piが第1基準圧力P1よりも小さい場合に冷却水強制流入処理を実行するように構成されている。コントローラ5は、所定期間におけるポンプ入口圧力Piの低下量を算出し、所定期間におけるポンプ入口圧力Piの低下量が基準低下量以上であるか否かに基づいて循環通路41内の水不足状態を予測するように構成されてもよい。そして、コントローラ5は、所定期間におけるポンプ入口側圧力Piの低下量が基準低下量以上である場合に、冷却水強制流入処理を実行する。
In the
第2実施形態における図11のフローチャート及び第3実施形態における図13のフローチャートでは、S203及びS309の処理を図9のS203A及び図10のS203Bの処理と同様の処理としてもよい。 In the flowchart of FIG. 11 in the second embodiment and the flowchart of FIG. 13 in the third embodiment, the processing in S203 and S309 may be the same as the processing in S203A in FIG. 9 and S203B in FIG.
図13のS305に示すように、第3実施形態による燃料電池システム100のコントローラ5は、アノード圧力を上昇させ、冷却系の体積を減少させるように構成されている。コントローラ5は、カソード圧力のみを上昇させることにより、又はアノード圧力及びカソード圧力の両方を上昇させることにより、冷却系の体積を減少させるように構成されてもよい。なお、冷却水強制流入処理中に燃料電池スタック1の出力が低減する場合には、コントローラ5は、ポンプ回転数を低下させた後にアノードガス及びカソードガスの圧力を低下させる。
As shown in S305 of FIG. 13, the controller 5 of the
100 燃料電池システム
1 燃料電池スタック
2 アノードガス給排装置
3 カソードガス給排装置
4 スタック冷却装置
5 コントローラ
41 循環通路
42 ラジエータ
43 バイパス通路
44 サーモスタット
45 循環ポンプ
46 水量調整弁
47 リザーブタンク
51 電流センサ
56 第1圧力センサ
57 第2圧力センサ
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記燃料電池に接続される循環通路と、
前記循環通路内の冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記循環通路に弁部材を介して接続されるリザーブタンクとを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記循環通路内の冷却水の圧力を用いて、前記循環ポンプの駆動中に前記循環通路内において冷却水量が不足する状態となるか否かを予測する予測ステップと、
水不足状態になると予測された場合に、前記リザーブタンクに蓄えられた冷却水を前記弁部材を通じて前記循環通路に流入させる流入処理を実行する実行ステップと、
を備える燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell that generates power by receiving a supply of a reactive gas; and
A circulation path connected to the fuel cell;
A circulation pump for circulating cooling water in the circulation passage;
A control method of a fuel cell system comprising a reserve tank connected to the circulation passage via a valve member,
A prediction step of predicting whether or not the amount of cooling water is insufficient in the circulation passage during driving of the circulation pump using the pressure of the cooling water in the circulation passage;
An execution step of executing an inflow process for causing cooling water stored in the reserve tank to flow into the circulation passage through the valve member when it is predicted that a water shortage state occurs;
A control method for a fuel cell system comprising:
前記弁部材は、前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が流入圧力以下になると前記リザーブタンクから前記循環通路への冷却水の流入を許容するように構成されており、
前記予測ステップでは、前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が前記流入圧力よりも高く設定された第1基準圧力まで低下した場合に、水不足状態になると予測される、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to claim 1,
The valve member is configured to allow inflow of cooling water from the reserve tank to the circulation passage when the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump becomes equal to or lower than the inflow pressure.
In the predicting step, when the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump is reduced to the first reference pressure set higher than the inflow pressure, it is predicted that the water shortage state occurs.
A control method for a fuel cell system.
前記弁部材は、前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が流入圧力以下になると前記リザーブタンクから前記循環通路への冷却水の流入を許容するように構成されており、
前記予測ステップでは、所定期間における前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力の低下量が基準低下量以上となった場合に、水不足状態になると予測される、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to claim 1,
The valve member is configured to allow inflow of cooling water from the reserve tank to the circulation passage when the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump becomes equal to or lower than the inflow pressure.
In the predicting step, when the amount of decrease in the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump in a predetermined period is equal to or greater than the reference decrease amount, it is predicted that the water shortage state occurs
A control method for a fuel cell system.
前記実行ステップでは、水不足状態になると予測された場合、前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が前記流入圧力以下となるように前記循環ポンプを制御し、前記リザーブタンクの冷却水を前記弁部材を通じて前記循環通路に流入させる、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to claim 2 or 3,
In the execution step, when it is predicted that a water shortage state occurs, the circulation pump is controlled so that the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump is equal to or lower than the inflow pressure, and the cooling water in the reserve tank is supplied to the valve member. Through the circulation passage through,
A control method for a fuel cell system.
前記実行ステップでは、前記流入処理中に、前記燃料電池への負荷増大要求により前記循環ポンプの回転数を増大させる場合、前記循環ポンプの回転数の上昇率を制限する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to any one of claims 2 to 4,
In the execution step, when increasing the rotation speed of the circulation pump due to a load increase request to the fuel cell during the inflow process, the rate of increase in the rotation speed of the circulation pump is limited.
A control method for a fuel cell system.
前記実行ステップでは、前記流入処理中に、前記燃料電池への負荷増大要求により前記循環ポンプの回転数を増大させる場合、前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が前記流入圧力よりも低く設定された第2基準圧力まで低下したか否かを判定し、
前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が前記第2基準圧力まで低下した場合には、前記燃料電池に供給される反応ガスの圧力を増大させる、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to any one of claims 2 to 5,
In the execution step, when the rotation speed of the circulation pump is increased due to a load increase request to the fuel cell during the inflow process, the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump is set lower than the inflow pressure. To determine whether the pressure has decreased to the second reference pressure,
When the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump is reduced to the second reference pressure, the pressure of the reaction gas supplied to the fuel cell is increased.
A control method for a fuel cell system.
前記実行ステップでは、前記流入処理中に、前記燃料電池への負荷低減要求により前記循環ポンプの回転数を低下させる場合、前記循環ポンプの回転数を低下させた後に前記反応ガスの圧力を低下させる、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to claim 6,
In the execution step, when the rotation speed of the circulation pump is decreased due to a load reduction request to the fuel cell during the inflow process, the pressure of the reaction gas is decreased after the rotation speed of the circulation pump is decreased. ,
A control method for a fuel cell system.
前記実行ステップでは、前記流入処理の実行後、所定時間経過した時に、前記流入処理を終了する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
In the execution step, when the predetermined time has elapsed after the execution of the inflow process, the inflow process is terminated.
A control method for a fuel cell system.
前記実行ステップでは、前記流入処理の実行後、前記循環ポンプの入口側と出口側の冷却水圧力の平均値が前記流入圧力よりも高く設定された停止圧力以上となった時に、前記流入処理を終了する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
In the execution step, after the execution of the inflow process, the inflow process is performed when an average value of the cooling water pressure on the inlet side and the outlet side of the circulation pump becomes equal to or higher than a set stop pressure higher than the inflow pressure. finish,
A control method for a fuel cell system.
前記実行ステップでは、前記流入処理の実行後、大気圧と前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力との差圧に基づいて算出される前記リザーブタンクから前記循環通路への冷却水流入量が基準流入量以上となった時に、前記流入処理を終了する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
In the execution step, the cooling water inflow amount from the reserve tank to the circulation passage calculated based on a differential pressure between the atmospheric pressure and the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump after execution of the inflow processing is a reference. When the inflow amount is exceeded, the inflow process is terminated.
A control method for a fuel cell system.
前記燃料電池に接続される循環通路と、
前記循環通路内の冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記循環通路に設けられ、冷却水の熱を放熱するラジエータと、
前記循環通路に弁部材を介して接続されるリザーブタンクと、
前記循環通路内の冷却水の圧力を用いて、前記循環ポンプの駆動中に前記循環通路内において冷却水量が不足する状態となるか否かを予測する予測部と、
前記予測手段により水不足状態になると予測された場合に、前記リザーブタンクに蓄えられた冷却水を前記弁部材を通じて前記循環通路に流入させる流入処理実行部と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell that generates power by receiving a supply of a reactive gas; and
A circulation path connected to the fuel cell;
A circulation pump for circulating cooling water in the circulation passage;
A radiator provided in the circulation passage and dissipating heat of the cooling water;
A reserve tank connected to the circulation passage via a valve member;
A prediction unit that predicts whether or not the amount of cooling water is insufficient in the circulation passage during driving of the circulation pump using the pressure of the cooling water in the circulation passage;
An inflow processing execution unit that causes cooling water stored in the reserve tank to flow into the circulation passage through the valve member when it is predicted that the water shortage state is caused by the prediction unit;
A fuel cell system comprising:
前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力を検出する圧力検出部をさらに備え、
前記弁部材は、前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が流入圧力以下になると前記リザーブタンクから前記循環通路への冷却水の流入を許容するように構成されており、
前記予測部は、検出された前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が前記流入圧力よりも高く設定された第1基準圧力まで低下した場合に、水不足状態になると予測する、
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 11, wherein
A pressure detection unit for detecting the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump;
The valve member is configured to allow inflow of cooling water from the reserve tank to the circulation passage when the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump becomes equal to or lower than the inflow pressure.
The predicting unit predicts that a water shortage state occurs when the detected cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump decreases to a first reference pressure set higher than the inflow pressure.
A fuel cell system.
前記流入処理実行部は、水不足状態になると予測された場合、前記循環ポンプの入口側の冷却水圧力が前記流入圧力以下となるように前記循環ポンプを制御し、前記リザーブタンクの冷却水を前記弁部材を通じて前記循環通路に流入させる、
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 12, wherein
When the inflow processing execution unit is predicted to be in a water shortage state, the inflow processing execution unit controls the circulation pump so that the cooling water pressure on the inlet side of the circulation pump is equal to or lower than the inflow pressure, and the cooling water in the reserve tank is Flowing into the circulation passage through a valve member;
A fuel cell system.
前記流入処理実行部による流入処理の実行後、所定時間経過した時に、当該流入処理を終了する終了処理実行部をさらに備える、
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 11 to 13,
An end process execution unit for ending the inflow process when a predetermined time elapses after the inflow process is executed by the inflow process execution unit;
A fuel cell system.
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