JP2019135132A - Grille shutter system and fuel battery vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グリルシャッタシステム及び燃料電池車両に関する。 The present invention relates to a grill shutter system and a fuel cell vehicle.
特許文献1には、複数の電池セルが積層されたセルスタックと、セルスタックに水素を供給する水素供給系統と、第1グリルシャッタの動作及び第2フロントシャッタの動作を制御する制御部と、を備え、第1フロントシャッタからの空気をセルスタックに優先的に供給し、第2フロントシャッタからの空気を水素供給系統に優先的に供給する、燃料電池車両が記載されている。
In
特許文献1は、結露水の発生を抑制するため、セルスタックと水素供給系統との温度差の軽減を試みている。しかし、特許文献1では、結露水の発生を抑制する観点以外も含めて、セルスタックへの空気の供給を制御することは検討されていなかった。すなわち、特許文献1は、セルスタックへの空気の供給の最適化を図る観点で、改善の余地があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、セルスタックへの空気の供給の最適化を図ることができる、グリルシャッタシステム及び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 view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a grill shutter system and a fuel cell vehicle capable of optimizing the supply of air to the cell stack.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、複数の電池セルが所定の積層方向に積層されたセルスタックと、前記セルスタックに空気を取り入れるための開口を開閉可能なグリルシャッタと、前記複数の電池セルから各々得られる電圧に基づき、前記セルスタックの前記積層方向の発電効率の分布を演算する発電効率分布演算部と、前記発電効率の分布に応じて、前記グリルシャッタの動作を制御するグリルシャッタ動作制御部と、を具備することを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 A first aspect of the present invention that solves the above problems includes a cell stack in which a plurality of battery cells are stacked in a predetermined stacking direction, a grille shutter that can open and close an opening for taking air into the cell stack, Based on the voltage obtained from each of a plurality of battery cells, a power generation efficiency distribution calculation unit that calculates a distribution of power generation efficiency in the stacking direction of the cell stack, and controls the operation of the grill shutter according to the distribution of the power generation efficiency And a grill shutter operation control unit.
第1の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消でき、これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図ることができる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図ることができる。なお、セルスタックの発電効率のムラを解消できることで、セルスタックの部分的な劣化の抑制が期待される。また、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図ることができることで、空冷式のセルスタックや小型のセルスタックでも、好適に利用できるようになることも期待される。更に、グリルシャッタは、車両に既に設けられている部材の全部又は一部を用いて構成でき、この場合、新規部材を追加する負担を少なくできる。 In the first aspect, it is possible to eliminate unevenness in the power generation efficiency of the cell stack, thereby improving the cell voltage obtained from the cell stack as a whole. Therefore, it is possible to optimize the supply of air to the cell stack. In addition, suppression of partial deterioration of the cell stack is expected by eliminating the unevenness of the power generation efficiency of the cell stack. In addition, since the cell voltage obtained from the cell stack can be improved, it is expected that it can be suitably used even in an air-cooled cell stack or a small cell stack. Further, the grill shutter can be configured by using all or a part of members already provided in the vehicle, and in this case, the burden of adding a new member can be reduced.
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載のグリルシャッタシステムであって、前記グリルシャッタ動作制御部は、前記セルスタックの前記積層方向の前記発電効率が低い部分に、前記積層方向の前記発電効率が高い部分よりも多くの前記空気が供給されるよう、前記セルスタックへの前記空気の供給を制御することを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 A second aspect of the present invention is the grille shutter system according to the first aspect, wherein the grille shutter operation control unit is arranged in the stacking direction in a portion where the power generation efficiency in the stacking direction of the cell stack is low. In the grille shutter system, the supply of the air to the cell stack is controlled so that more air is supplied than in the portion where the power generation efficiency is high.
第2の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消しやすくなり、これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図りやすくなる。 In the second aspect, it becomes easy to eliminate unevenness in the power generation efficiency of the cell stack, and as a whole, it becomes easy to improve the cell voltage obtained from the cell stack. Therefore, it becomes easy to optimize the supply of air to the cell stack.
本発明の第3の態様は、第1の態様又は第2の態様に記載のグリルシャッタシステムであって、少なくとも一つの前記電池セルの、セル面内での温度の分布を演算する温度分布演算部を更に具備し、前記グリルシャッタ動作制御部は、前記発電効率の分布及び前記温度の分布に応じて、前記グリルシャッタの動作を制御することを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the grill shutter system according to the first aspect or the second aspect, wherein the temperature distribution calculation calculates a temperature distribution in a cell plane of at least one of the battery cells. The grille shutter operation control unit controls the operation of the grille shutter according to the power generation efficiency distribution and the temperature distribution.
第3の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消できる上、セル面内での温度のムラを抑制できる。これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図りやすくなる。 In the third aspect, the unevenness in power generation efficiency of the cell stack can be eliminated, and the unevenness in temperature in the cell plane can be suppressed. As a whole, it becomes easy to improve the cell voltage obtained from the cell stack. Therefore, it becomes easy to optimize the supply of air to the cell stack.
本発明の第4の態様は、第3の態様に記載のグリルシャッタシステムであって、前記セルスタックには、前記空気の流路が所定の並設方向に複数並設されており、前記空気の流路は、大気に開放されており、前記グリルシャッタ動作制御部は、前記セルスタックの、前記並設方向の温度が高い部分に、前記並設方向の温度が低い部分よりも多くの前記空気が供給されるよう、前記セルスタックへの前記空気の供給を制御することを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 A fourth aspect of the present invention is the grille shutter system according to the third aspect, wherein a plurality of the air flow paths are arranged in a predetermined parallel direction in the cell stack, and the air The flow path of the grill shutter operation control unit is more in the part of the cell stack where the temperature in the juxtaposed direction is higher than in the part where the temperature in the juxtaposed direction is low. In the grill shutter system, the supply of the air to the cell stack is controlled so that the air is supplied.
第4の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消できる上、セル面内での温度のムラを抑制しやすくなる。これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図りやすくなる。 In the fourth aspect, it is possible to eliminate unevenness in power generation efficiency of the cell stack and to easily suppress unevenness in temperature within the cell surface. As a whole, it becomes easy to improve the cell voltage obtained from the cell stack. Therefore, it becomes easy to optimize the supply of air to the cell stack.
本発明の第5の態様は、第4の態様に記載のグリルシャッタシステムであって、前記グリルシャッタは、前記並設方向に沿う方向を中心に、回転又は回動する第1ルーバと、前記積層方向に沿う方向を中心に、回転又は回動する第2ルーバと、を具備し、前記グリルシャッタ動作制御部は、前記第1ルーバの動作及び前記第2ルーバの動作を独立して制御することを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 A fifth aspect of the present invention is the grille shutter system according to the fourth aspect, wherein the grille shutter is rotated or rotated around a direction along the juxtaposed direction; A second louver that rotates or rotates around a direction along the stacking direction, and the grille shutter operation control unit independently controls the operation of the first louver and the operation of the second louver. There is a grill shutter system characterized by the above.
第5の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消しやすくなる上、セル面内での温度のムラを抑制しやすくなる。これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図りやすくなる。 In the fifth aspect, it becomes easy to eliminate unevenness in the power generation efficiency of the cell stack, and it becomes easy to suppress unevenness in temperature in the cell plane. As a whole, it becomes easy to improve the cell voltage obtained from the cell stack. Therefore, it becomes easy to optimize the supply of air to the cell stack.
本発明の第6の態様は、第5の態様に記載のグリルシャッタシステムであって、前記グリルシャッタ動作制御部は、前記電圧の分布に応じて前記第1ルーバの動作を制御し、前記温度の分布に応じて前記第2ルーバの動作を制御することを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 A sixth aspect of the present invention is the grille shutter system according to the fifth aspect, wherein the grille shutter operation control unit controls the operation of the first louver according to the voltage distribution, and the temperature The grille shutter system controls the operation of the second louver in accordance with the distribution of.
第6の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消しやすくなる上、セル面内での温度のムラを抑制しやすくなる。これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図りやすくなる。 In the sixth aspect, it becomes easy to eliminate unevenness in power generation efficiency of the cell stack, and it becomes easy to suppress unevenness in temperature in the cell plane. As a whole, it becomes easy to improve the cell voltage obtained from the cell stack. Therefore, it becomes easy to optimize the supply of air to the cell stack.
本発明の第7の態様は、第5の態様又は第6の態様に記載のグリルシャッタシステムであって、前記第1ルーバ及び前記第2ルーバは、同一の前記開口に設けられ、前記第1ルーバは、前記第2ルーバよりも、前記開口を流れる前記空気の上流に設けられることを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 A seventh aspect of the present invention is the grill shutter system according to the fifth aspect or the sixth aspect, wherein the first louver and the second louver are provided in the same opening, and The louver is in the grill shutter system, wherein the louver is provided upstream of the air flowing through the opening than the second louver.
第7の態様では、第1ルーバにより形成される空気の流束が、第2ルーバにより影響を受けにくくなる。従って、セルスタックの発電効率のムラを解消しやすくなり、これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図りやすくなる。 In the seventh aspect, the air flux formed by the first louver is less affected by the second louver. Therefore, it becomes easy to eliminate unevenness in the power generation efficiency of the cell stack, which makes it easy to improve the cell voltage obtained from the cell stack as a whole. Therefore, it becomes easy to optimize the supply of air to the cell stack.
本発明の第8の態様は、第5の態様から第7の態様の何れか一つに記載のグリルシャッタシステムであって、前記第1ルーバは、複数の第1軸と、前記第1軸を中心に、回転又は回動する複数の第1板状部材と、を具備して構成され、前記第2ルーバは、複数の第2軸と、前記第2軸を中心に、回転又は回動する複数の第2板状部材と、を具備して構成され、前記グリルシャッタ動作制御部は、前記複数の第1板状部材の各々を独立して制御可能、且つ、前記複数の第2板状部材の各々を独立して制御可能であることを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 An eighth aspect of the present invention is the grille shutter system according to any one of the fifth to seventh aspects, wherein the first louver includes a plurality of first shafts and the first shaft. And a plurality of first plate-like members that rotate or rotate about the second louver, and the second louver rotates or rotates about the second axis and the second axis. A plurality of second plate members, wherein the grille shutter operation control unit can independently control each of the plurality of first plate members, and the plurality of second plates. In the grill shutter system, each of the members can be controlled independently.
第8の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消しやすくなる上、セル面内での温度のムラを抑制しやすくなる。これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図りやすくなる。 In the eighth aspect, it becomes easy to eliminate unevenness in power generation efficiency of the cell stack, and it becomes easy to suppress unevenness in temperature in the cell plane. As a whole, it becomes easy to improve the cell voltage obtained from the cell stack. Therefore, it becomes easy to optimize the supply of air to the cell stack.
本発明の第9の態様は、第1の態様から第8の態様の何れか一つに記載のグリルシャッタシステムであって、前記セルスタックは、空冷式のセルスタックであることを特徴とするグリルシャッタシステムにある。 According to a ninth aspect of the present invention, in the grill shutter system according to any one of the first to eighth aspects, the cell stack is an air-cooled cell stack. In the grill shutter system.
第9の態様のような空冷式のセルスタックでは、発電のためにセルスタックに供給する空気が、電池セルを冷却するための冷媒を兼ねる。第9の態様では、このような空冷式のセルスタックに対しても、空気の供給の最適化を図ることができる。 In the air-cooled cell stack as in the ninth aspect, the air supplied to the cell stack for power generation also serves as a refrigerant for cooling the battery cells. In the ninth aspect, the air supply can be optimized even for such an air-cooled cell stack.
上記課題を解決する本発明の他の態様(第10の態様)は、複数の電池セルが所定の積層方向に積層されたセルスタックと、前記セルスタックに空気を取り入れるための開口を開閉可能なグリルシャッタと、前記複数の電池セルから各々得られる電圧に基づき、前記セルスタックの前記積層方向の発電効率の分布を演算する発電効率分布演算部と、前記発電効率の分布に応じて、前記グリルシャッタの動作を制御するグリルシャッタ動作制御部と、を具備することを特徴とする燃料電池車両にある。 According to another aspect (tenth aspect) of the present invention for solving the above-described problem, a cell stack in which a plurality of battery cells are stacked in a predetermined stacking direction and an opening for taking air into the cell stack can be opened and closed. A power generation efficiency distribution calculating unit that calculates a distribution of power generation efficiency in the stacking direction of the cell stack based on a voltage obtained from each of the plurality of battery cells, and a grill according to the distribution of the power generation efficiency. A fuel cell vehicle comprising a grille shutter operation control unit for controlling the operation of the shutter.
第10の態様では、セルスタックの発電効率のムラを解消でき、これにより全体として、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図ることができる。よって、セルスタックへの空気の供給の最適化を図ることができる。なお、セルスタックの発電効率のムラを解消できることで、セルスタックの部分的な劣化の抑制が期待される。また、セルスタックから得られるセル電圧の向上を図ることができることで、空冷式の燃料電池や小型の燃料電池でも、好適に利用できるようになることも期待される。更に、グリルシャッタは、車両に既に設けられている部材の全部又は一部を用いて構成でき、この場合、新規部材を追加する負担を少なくできる。 In the tenth aspect, it is possible to eliminate unevenness in the power generation efficiency of the cell stack, and as a whole, it is possible to improve the cell voltage obtained from the cell stack. Therefore, it is possible to optimize the supply of air to the cell stack. In addition, suppression of partial deterioration of the cell stack is expected by eliminating the unevenness of the power generation efficiency of the cell stack. In addition, since the cell voltage obtained from the cell stack can be improved, it is expected that the air-cooled fuel cell and the small fuel cell can be suitably used. Further, the grill shutter can be configured by using all or a part of members already provided in the vehicle, and in this case, the burden of adding a new member can be reduced.
本発明のグリルシャッタシステム及び燃料電池車両によれば、セルスタックへの空気の供給の最適化を図ることができる。 According to the grill shutter system and the fuel cell vehicle of the present invention, it is possible to optimize the supply of air to the cell stack.
以下に記載する各実施形態は、本発明の一態様であり、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図や説明中、同一の部材については、同じ符号が付され、適宜説明が省略されている。各図における各部の縮尺や形状は、説明の都合上、便宜的に変更されている場合がある。 Each embodiment described below is one mode of the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention. In each figure and description, the same reference numerals are given to the same members, and descriptions thereof are omitted as appropriate. The scale and shape of each part in each figure may be changed for convenience for explanation.
以下、車両の前後方向を「前後方向」、車両の幅方向を「左右方向」及び重力方向を「上下方向」として説明する。これらの方向は、互いに直交している。各図中、前後方向は矢印X、左右方向は矢印Y及び上下方向は矢印Zで表されている。 Hereinafter, the front-rear direction of the vehicle will be described as “front-rear direction”, the width direction of the vehicle as “left-right direction”, and the direction of gravity as “up-down direction”. These directions are orthogonal to each other. In each figure, the front-rear direction is represented by an arrow X, the left-right direction is represented by an arrow Y, and the up-down direction is represented by an arrow Z.
(実施形態1)
図1(a)〜(b)は、本実施形態に係る燃料電池車両(車両1)に関する構成例を示している。車両1に設けられた水素タンク2は、水素供給ライン3及びポンプ4を介して、セルスタック5に接続されている。ポンプ4の駆動が制御されることで、水素タンク2からセルスタック5への水素の供給が制御される。
(Embodiment 1)
FIGS. 1A to 1B show a configuration example relating to a fuel cell vehicle (vehicle 1) according to the present embodiment. A hydrogen tank 2 provided in the
車両1のフロントバンパー近傍には、セルスタック5に空気を取り入れるための開口6を開閉可能なグリルシャッタ7が設けられている。グリルシャッタ7は、第1ルーバ7aと、第2ルーバ7bと、を具備して構成されている。グリルシャッタ7の動作が制御されることで、セルスタック5への空気の供給が制御される。
A
セルスタック5は、複数の電池セル8が、所定の積層方向D1に積層されて構成されている。また、電池セル8は、セパレータ9、アノード電極10、電解質層11、カソード電極12及びセパレータ13が、積層方向D1に積層されて構成されている。アノード電極10の電解質層11側の面は、積層方向D1に凹凸する形状を有しており、該凹凸により、空気の流路(空気流路10a)が構成されている。空気流路10aは、所定の並設方向D2に、複数並設されている。複数の空気流路10aは、各々、大気に開放されている(例えば、空気流路10aの一端側が、開口6側に開放されている)。なお、セパレータ9のアノード電極10側の面が、積層方向D1に凹凸する形状を有していてもよい。この場合、該凹凸により、空気流路が構成される。
The
また、カソード電極12の電解質層11側の面は、積層方向D1に凹凸する形状を有しており、該凹凸により、水素の流路(水素流路12a)が構成されている。水素流路12aは、積層方向D1及び並設方向D2に交差(例えば直行)する方向に、複数並設されている。なお、セパレータ13のカソード電極12側の面が、積層方向D1に凹凸する形状を有していてもよい。この場合、該凹凸により、水素流路が構成されてもよい。
The surface of the
電池セル8では、カソード電極12側で水素の酸化反応が、アノード電極10側で酸素の還元反応が生じ、これらの化学反応により発電が行われる。セルスタック5で発電された電力は、モータ14やバッテリ15に供給される。これらの電力の供給が制御されることで、車両1の走行駆動源となるモータ14の駆動が制御される。車両1では、基本的にはバッテリ15からの電力の供給によりモータ14が駆動され、高トルクが必要な場合やバッテリ15のSOCが低下した場合等、バッテリ15の電欠を防止するためにセルスタック5で発電が行われる。
In the
電池セル8は、積層方向D1に沿って見たとき、空気流路10aの並設方向D2の辺が長辺とされた、略長方形状に構成されている。言い換えれば、電池セル8は、空気流路10aの長さ(空気流路長L1)が、水素流路12aの長さ(水素流路長L2)よりも短くなるように構成されている。空気流路長L1が短くされる分、空気流路10aに空気が取り込まれる際の該空気の圧力損失が小さくされる。
When viewed along the stacking direction D1, the
電池セル8は、上記化学反応に伴い発熱する場合がある。一方、セルスタック5は、空冷式のセルスタック5として構成されている。空冷式のセルスタック5では、発電のためにセルスタック5に供給する空気が、電池セル8を冷却するための冷媒を兼ねる。
The
空気の熱伝導率は、水の熱伝導率よりも低いため、車両(四輪)では一般に、水冷式のセルスタックが採用されることが多い。これに対して、車両1では、セルスタック5に対しても、空気の供給の最適化を図ることができるため、空冷式のセルスタック5を好適に採用することができる。空冷式のセルスタック5は、水冷式のセルスタックに比べ、水冷系統を省略することができる分、小型化を図りやすい。
Since the thermal conductivity of air is lower than the thermal conductivity of water, in general, a water-cooled cell stack is often used in vehicles (four wheels). On the other hand, in the
セルスタック5は、電池セル8の積層方向D1が、上下方向(矢印Z方向)に沿い、空気流路10aの並設方向D2が、左右方向(矢印Y方向)に沿うような配置で、車両1に搭載されている。セルスタック5には、複数の電池セル8から各々得られる電圧を検出するための電圧センサ16(図5参照)や、少なくとも一つの電池セル8の、セル面内での温度を検出するための温度センサ17(図5参照)が設けられている。また、車両1には、車両1の速度を検出するための車速センサや、バッテリ15のSOCを検出するためのSOCセンサ等、各種のセンサが設けられている。
The
なお、開口6には、ファン18が設けられている。ファン18が駆動されることで、開口6から十分な走行風を取り入れにくい状況(例えば、車両1の停止時、走行開始直後、低速運転時等)でも、セルスタック5に空気が供給される。上記の通り、電池セル8の空気流路長L1が短くされ、空気流路10aに空気が取り込まれる際の該空気の圧力損失が小さくされているので、このようなファン18による空気の供給であっても、空気流路10aに好適に空気が取り入れられる。
A
ファン18は、グリルシャッタ7よりも、開口6を流れる空気の上流に設けられている。これによれば、グリルシャッタ7により形成される空気の流束が、ファン18により乱されることがなくなる。ただし、ファン18は、グリルシャッタ7よりも、開口6を流れる空気の下流に設けられてもよい。勿論、ファン18は省略されてもよい。
The
また、グリルシャッタ7よりも、開口6を流れる空気の下流において、開口6の縁部6aとセルスタック5とがダクト19で連通されている。これによれば、開口6から取り入れた空気が、セルスタック5に効率よく供給されるようになる。ただし、ダクト19は省略されてもよい。
Further, the
図2は、グリルシャッタ7の構成例を示している。グリルシャッタ7は、所定方向に延在する軸20と、軸20を中心に、回転又は回動する板状部材21と、を具備して構成されている。例えば、グリルシャッタ7を構成する第1ルーバ7aは、左右方向(矢印Y方向)に延在する第1軸20aと、第1軸20aに設けられた第1板状部材21aと、を具備して構成されている。第1軸20aは、上下方向(矢印Z方向)に複数並設されており、各第1軸20aに各々、第1板状部材21aが設けられている。第1軸20aの端部は、軸受部(図示せず)に枢支されるとともに、第1アクチュエータ22a(図5参照)に接続されている。第1アクチュエータ22aの駆動が制御されることで、第1板状部材21aの動作(回転角度)が制御される。
FIG. 2 shows a configuration example of the
各第1板状部材21aは、リンク部(図示せず)により互いに接続されている。従って、第1アクチュエータ22aを駆動させることで、各第1板状部材21aを連動して回転させることができる。ただ、各第1軸20aを各々アクチュエータに接続し、各第1板状部材21aの回転角度を、各々独立して制御可能に構成されてもよい。第1板状部材21aを連動して回転可能な群を、2以上有するように構成されてもよい。
The first plate-
また、グリルシャッタ7を構成する第2ルーバ7bは、上下方向(矢印Z方向)に延在する第2軸20bと、第2軸20bに設けられた第2板状部材21bと、を具備して構成されている。第2軸20bは、左右方向(矢印Y方向)に複数並設されており、各第2軸20bに各々、第2板状部材21bが設けられている。第2軸20bの端部は、軸受部(図示せず)に枢支されるとともに、第2アクチュエータ22b(図5参照)に接続されている。第2アクチュエータ22bの駆動が制御されることで、第2板状部材21bの動作(回転角度)が制御される。
The
各第2板状部材21bは、リンク部(図示せず)により互いに接続されている。従って、第2アクチュエータ22bを駆動させることで、各第2板状部材21bを連動して回転させることができる。ただ、各第1軸20aを各々アクチュエータに接続し、各第1板状部材21aの回転角度を、各々独立して制御可能に構成されてもよい。第1板状部材21aを連動して回転可能な群を、2以上有するように構成されてもよい。
Each 2nd plate-shaped
第1ルーバ7a及び第2ルーバ7bは、同一の開口6に設けられ、第1ルーバ7aは、第2ルーバ7bよりも、開口6を流れる空気の上流に設けられる。これによれば、第1ルーバ7aにより形成される空気の流束が、第2ルーバ7bにより影響を受けにくくなる。ただし、第1ルーバ7a及び第2ルーバ7bの位置関係は逆でもよい。第1ルーバ7aが複数設けられてもよいし、第2ルーバ7bが複数設けられてもよい。第1ルーバ7a及び第2ルーバ7bは、互いに異なる開口6に設けられてもよい。第2ルーバ7bは省略されてもよい。
The
図3(a)〜(d)及び図4(a)〜(d)は、グリルシャッタ7の動作例を示しており、特に、第1ルーバ7aの動作例を示している。第1ルーバ7aは、各第1板状部材21aの間に隙間が生じる回転角度のとき、開状態になる。開状態では、第1板状部材21aの回転角度に応じて、空気の流速が上下方向に変化させられる。例えば、第1板状部材21aが所定方向P1に回転されると、空気の流速が上方向に変化させられる(図3(b)〜(c)参照)。逆に、第1板状部材21aが所定方向P2(所定方向P1とは反対周り方向)に回転されると、空気の流速が下方向に変化させられる(図4(b)〜(c)参照)。
3 (a) to 3 (d) and FIGS. 4 (a) to 4 (d) show an example of the operation of the
セルスタック5は、複数の電池セル8の積層方向D1が、上下方向(矢印Z方向)に沿うように車両1に配されているため、第1板状部材21aの回転角度が制御されることで、セルスタック5への、積層方向D1の空気の供給が制御される。第1ルーバ7aは、各第1板状部材21aの間に隙間が生じない回転角度のとき、閉状態になる(図3(d)及び図4(d)参照)。
Since the
第2ルーバ7bの動作例は、基本的には、第1ルーバ7aの上記動作例と同様である。開状態では、第2板状部材21bの回転角度に応じて、空気の流速が左右方向に変化させられる。例えば、第2板状部材21bが所定方向に回転されると、空気の流速が左方向に変化させられる。逆に、第2板状部材21bが反対方向に回転されると、空気の流速が右方向に変化させられる。
The operation example of the
セルスタック5は、空気流路10aの並設方向D2が、左右方向(矢印Y方向)に沿うように車両1に配されているため、第2板状部材21bの回転角度が制御されることで、セルスタック5への、並設方向D2の空気の供給が制御される。第2ルーバ7bは、各第2板状部材21bの間に隙間が生じない回転角度のとき、閉状態になる。
Since the
第1ルーバ7aの動作と、第2ルーバ7bの動作とは、独立して制御可能である。従って、車両1では、セルスタック5への、積層方向D1の空気の供給と、並設方向D2の空気の供給と、が互いに独立して制御される。
The operation of the
図5は、車両1に設けられるECU23(制御装置)の構成例を、ブロックを用いて示している。ECU23は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって各部が実現されている。ECU23には、種々の制御プログラムが予め記憶されたROMや、タイマカウンタ等が設けられている。また、ECU23は、車両1に設けられた、各種のセンサ(電圧センサ16、温度センサ17、車速センサ、SOCセンサ等)から得られる情報を読み込み可能に構成されている。
FIG. 5 shows a configuration example of the ECU 23 (control device) provided in the
ECU23は、車両1の基本的な制御を行う。例えば、各種のセンサから得られる情報に基づき、ポンプ4の駆動を制御し、セルスタック5への水素の供給を制御する。また、ECU23は、各種のセンサから得られる情報に基づき、モータ14の駆動を制御する。更に、ECU23は、各種のセンサから得られる情報に基づき、セルスタック5での発電量を制御する。
The
ECU23は、発電効率分布演算部24と、温度分布演算部25と、グリルシャッタ動作制御部26と、を具備して構成されている。このうち、グリルシャッタ動作制御部26は、第1ルーバ動作制御部26aと、第2ルーバ動作制御部26bと、を具備して構成されている。
The
発電効率分布演算部24は、電圧センサ16等から得られる情報に基づき、複数の電池セル8から各々得られる電圧を検出する。更に、発電効率分布演算部24は、検出した電圧に基づき、セルスタック5の、積層方向D1の発電効率Evの分布を演算する。そして、発電効率分布演算部24は、演算した発電効率Evの分布に基づき、セルスタック5の、発電効率Evが高い部分と、発電効率Evが低い部分と、を求める。
The power generation efficiency
温度分布演算部25は、温度センサ17等から得られる情報に基づき、電池セル8のセル面内での、並設方向D2の温度Tcの分布を演算する。そして、温度分布演算部25は、演算した温度Tcの分布に基づき、セルスタック5の、温度Tcが高い部分と、温度Tcが低い部分と、を求める。
The temperature
第1ルーバ動作制御部26aは、発電効率Evの分布に応じて、第1アクチュエータ22aに信号を出力し、第1ルーバ7aの動作を制御する。第2ルーバ動作制御部26bは、温度Tcの分布に応じて、第2アクチュエータ22bに信号を出力し、第2ルーバ7bの動作を制御する。
The first louver
図6(a)〜(c)は、グリルシャッタ動作制御部26による、第1の制御例を示している。複数の電池セル8の発電状況が積層方向D1で異なる場合等、電池セル8から得られる電圧に差が生じ、その結果、セルスタック5の発電効率Evにムラが生じる場合がある。図6(a)では、セルスタック5の、積層方向D1の中央部D1_Cでは発電効率Evが高いものの、中央部D1_Cから積層方向D1に離れた、上部D1_Uや下部D1_Dでは、中央部D1_Cに比べて発電効率Evが低くなっている。
6A to 6C show a first control example by the grill shutter
発電効率Evが低い部分は、発電に必要な空気が足りていない状況であると考えられる。そこで、グリルシャッタ動作制御部26の第1ルーバ動作制御部26aは、セルスタック5の、発電効率Evが低い部分に、発電効率Evが高い部分よりも多くの空気が供給されるよう、セルスタック5への空気の供給を制御する。図6(b)では、セルスタック5の、積層方向D1の中央部D1_Cよりも、積層方向D1の上部D1_Uに多くの空気が供給されるよう、第1ルーバ7aの動作を制御している。
The portion where the power generation efficiency Ev is low is considered to be a situation where there is not enough air necessary for power generation. Therefore, the first louver
その結果、セルスタック5の、積層方向D1の上部D1_Uから得られる電圧を増加させることができ、上部D1_Uでの発電効率Evを高めることができる。これにより全体として、図6(a)の場合と比べ、セルスタック5から得られるセル電圧VCの向上を図ることができる(図6(b)の場合のセル電圧VC_b>図6(a)の場合のセル電圧VC_a)。
As a result, the voltage obtained from the upper part D1_U of the
その後、グリルシャッタ動作制御部26の第1ルーバ動作制御部26aは、セルスタック5の、積層方向D1の下部D1_Dの発電効率Evが低いことを捉えて、同種の制御を行う。図6(c)では、セルスタック5の、積層方向D1の上部D1_Uよりも、積層方向D1の下部D1_Dに多くの空気が供給されるよう、第1ルーバ7aの動作を制御している。
Thereafter, the first louver
その結果、セルスタック5の、積層方向D1の下部D1_Dから得られる電圧を増加させることができ、下部D1_Dでの発電効率Evを高めることができる。これにより全体として、図6(b)の場合と比べ、セルスタック5から得られるセル電圧VCの向上を図ることができる(図6(c)の場合のセル電圧VC_c>図6(b)の場合のセル電圧VC_b)。
As a result, the voltage obtained from the lower part D1_D of the
図7(a)〜(c)は、グリルシャッタ動作制御部26による、第2の制御例を示している。第2の制御例は、上記第1の制御とともに行われる。電池セル8において、発熱量や放熱量が並設方向D2で異なる場合等、セル面内での温度Tcにムラが生じる場合がある。図7(a)では、空気の流れに沿って見たとき、セルスタック5の、並設方向D2の右部D2_Rの温度Tc、左部D2_Lの温度Tc、中央部D2_Cの温度Tcの順に高くなっている(右部D2_Rの温度<左部D2_Lの温度<中央部D2_Cの温度)。
7A to 7C show a second control example by the grill shutter
セル面内での温度が過度に高まると、発電効率の観点で不利になりやすい。そこで、グリルシャッタ動作制御部26の第2ルーバ動作制御部26bは、セルスタック5の、温度Tcが高い部分に、温度Tcが低い部分よりも多くの空気が供給されるよう、セルスタック5への空気の供給を制御する。図7(b)では、セルスタック5の、並設方向D2の右部D2_Rよりも、並設方向D2の左部D2_Lに多くの空気が供給されるよう、第2ルーバ7bの動作を制御している。
If the temperature in the cell plane increases excessively, it tends to be disadvantageous in terms of power generation efficiency. Therefore, the second louver
その結果、セルスタック5の、並設方向D2の左部D2_Lを、空気により、積極的に冷却させることができる。これにより全体として、図7(a)の場合と比べ、セルスタック5から得られるセル電圧の向上が期待される。
As a result, the left part D2_L of the
その後、グリルシャッタ動作制御部26の第2ルーバ動作制御部26bは、セルスタック5の、並設方向D2の右部D2_Rの温度Tcが高いことを捉えて、同種の制御を行う。図7(c)では、セルスタック5の、並設方向D2の左部D2_Lよりも、並設方向D2の右部D2_Rに多くの空気が供給されるよう、第2ルーバ7bの動作を制御している。
Thereafter, the second louver
その結果、セルスタック5の、並設方向D2の右部D2_Rを、積極的に冷却させることができる。これにより全体として、図7(b)の場合と比べ、セルスタック5から得られるセル電圧の向上が期待される。
As a result, the right part D2_R of the
以上説明したグリルシャッタシステム及び車両1では、セルスタック5の発電効率Evのムラを解消できる上、セル面内での温度Tc度のムラを抑制できる。これにより全体として、セルスタック5から得られるセル電圧VCの向上を図りやすくなる。よって、セルスタック5への空気の供給の最適化を図りやすくなる。なお、セルスタック5の発電効率Evのムラを解消できることで、また、セル面内での温度Tc度のムラを抑制できることで、セルスタック5の部分的な劣化の抑制が期待される。
In the grill shutter system and the
また、セルスタック5から得られるセル電圧VCの向上を図ることができることで、空冷式のセルスタックや小型のセルスタックでも、好適に利用できるようになることも期待される。更に、グリルシャッタ7は、車両1に既に設けられている部材の全部又は一部を用いて構成でき、この場合、新規部材を追加する負担を少なくできる。
In addition, since the cell voltage VC obtained from the
また、上記実施形態では、グリルシャッタ7が、並設方向D2に沿う方向を中心に、回転又は回動する第1ルーバ7aと、積層方向D1に沿う方向を中心に、回転又は回動する第2ルーバ7bと、を具備し、グリルシャッタ動作制御部26が、第1ルーバ7aの動作及び第2ルーバ7bの動作を独立して制御する例を説明した。これによれば、セルスタック5の発電効率Evのムラを解消しやすくなる上、セル面内での温度Tcのムラを抑制しやすくなる。
Moreover, in the said embodiment, the
(実施形態2)
本実施形態に係るグリルシャッタシステム及び燃料電池車両では、グリルシャッタ7Aの各板状部材21の動作が、独立して制御可能である。
(Embodiment 2)
In the grill shutter system and the fuel cell vehicle according to the present embodiment, the operation of each plate-
グリルシャッタ7Aの第1ルーバ7aでは、複数の第1軸20aが、各々、複数の第1アクチュエータ22aに独立して接続されている。また、グリルシャッタ7の第2ルーバ7bでは、複数の第2軸20bが、各々、複数の第2アクチュエータ22bに独立して接続されている。グリルシャッタ動作制御部は、第1ルーバ7aの各第1板状部材21aの回転角度を独立して制御し、また、第2ルーバ7bの各第2板状部材21bの回転角度を独立して制御する。
In the
図8(a)〜(c)は、グリルシャッタ動作制御部26による、第1の制御例を示している。開状態において、第1ルーバ7aの、各々の第1板状部材21aの回転角度を制御できることで、例えば、積層方向D1の上部D1_U(図8(a)参照)、下部D1_D、中央部D1_C(図8(b)参照)、更には、中央部D1_Cを除いた上部D1_U及び下部D1_Dの両方(図8(c)参照)等、積層方向D1の所定部分を狙って、空気を供給しやすくなる。
FIGS. 8A to 8C show a first control example by the grill shutter
従って、例えば、ECU23は、セルスタック5の、発電効率Evが最も低い部分を特定し、その発電効率Evが最も低い部分を狙って、空気を供給することができる。これにより全体として、セルスタック5から得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。
Therefore, for example, the
また、図9(a)〜(c)は、グリルシャッタ動作制御部26による、第2の制御例を示している。開状態において、第2ルーバ7bの、各々の第2板状部材21bの回転角度を制御できることで、例えば、並設方向D2の左部D2_L(図9(a)参照)や右部D2_R、中央部D2_C(図9(b)参照)、更には、中央部D2_Cを除いた左部D2_L及び右部D2_Rの両方(図9(c)参照)等、並設方向D2の所定部分を狙って、空気を供給しやすくなる。
9A to 9C show a second control example by the grille shutter
従って、例えば、ECU23は、セルスタック5の、温度Tcが最も高い部分を特定し、その温度Tcが最も高い部分を狙って、空気を供給することができる。これにより全体として、セルスタック5から得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。
Therefore, for example, the
以上説明したグリルシャッタシステム及び車両では、実施形態1よりも、セルスタック5から得られるセル電圧の向上を図りやすくなる。よって、実施形態1よりも、セルスタック5への空気の供給の最適化を図りやすくなる。
In the grill shutter system and the vehicle described above, it becomes easier to improve the cell voltage obtained from the
(他の実施形態)
以上、本発明のグリルシャッタシステム及び燃料電池車両(車両1)の一態様について説明したが、本発明は上記実施形態1〜2に限定されない。上記実施形態1〜2は、本発明の範囲内で、一部又は全部を互いに組み合わせることができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although the one aspect | mode of the grill shutter system and fuel cell vehicle (vehicle 1) of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said Embodiment 1-2. The above-mentioned
セルスタック5の構成は、上記実施形態のものに限定されない。例えば、電池セル8の積層数は、セルスタック5の仕様等に応じて変更可能である。また、空気流路長L1と水素流路長L2とが同一とされてもよいし、水素流路長L2の方が長くされてもよい。セルスタック5として、水冷式のセルスタック5が採用されてもよい。
The configuration of the
上記実施形態では、積層方向D1が上下方向(矢印Z方向)に沿うようにセルスタック5が配置された例を説明したが、積層方向D1が他の方向に沿うようにセルスタック5が配置されてもよい。同様に、上記実施形態では、並設方向D2が左右方向(矢印Y方向)に沿うようにセルスタック5が配置された例を説明したが、並設方向D2が他の方向に沿うようにセルスタック5が配置されてもよい。セルスタック5が車両1にどのように配置されても、セルスタック5の積層方向D1や並設方向D2に対応するように、第1ルーバ7aや第2ルーバ7bを配置することができる。
In the above embodiment, the example in which the
また、第1ルーバ7aや第2ルーバ7bとして、軸20が、板状部材21の回転中心になる構成例を挙げたが、第1ルーバ7aや第2ルーバ7bの構成は、かかる構成に限定されない。軸20が、板状部材21の回動中心になる構成であってもよい。
Further, as the
セルスタック5に空気を取り入れるための開口6が複数形成された車両に対しても、本発明を適用することができる。例えば、アッパーグリルと、ロアグリルと、の各々に対応する、互いに異なる開口6が、上下方向に並設された車両がある。このような車両に対しても、アッパーグリルに対応する開口及びアッパーグリルに対応する開口の何れか一方、又は両方に、グリルシャッタ7を設けることもできる。
The present invention can also be applied to a vehicle in which a plurality of openings 6 for taking air into the
本発明は、グリルシャッタシステム及び燃料電池車両に関する産業分野で利用することができる。 The present invention can be used in the industrial field related to a grill shutter system and a fuel cell vehicle.
1 車両
2 水素タンク
3 水素供給ライン
4 ポンプ
5 セルスタック
6 開口
6a 縁部
7,7A グリルシャッタ
7a 第1ルーバ
7b 第2ルーバ
8 電池セル
9 セパレータ
10 アノード電極
10a 空気流路
11 電解質層
12 カソード電極
12a 水素流路
13 セパレータ
14 モータ
15 バッテリ
16 電圧センサ
17 温度センサ
18 ファン
19 ダクト
20 軸
20a 第1軸
20b 第2軸
21 板状部材
21a 第1板状部材
21b 第2板状部材
22a 第1アクチュエータ
22b 第2アクチュエータ
23 ECU
24 発電効率分布演算部
25 温度分布演算部
26 グリルシャッタ動作制御部
26a 第1ルーバ動作制御部
26b 第2ルーバ動作制御部
DESCRIPTION OF
24 power generation efficiency
Claims (10)
前記セルスタックに空気を取り入れるための開口を開閉可能なグリルシャッタと、
前記複数の電池セルから各々得られる電圧に基づき、前記セルスタックの前記積層方向の発電効率の分布を演算する発電効率分布演算部と、
前記発電効率の分布に応じて、前記グリルシャッタの動作を制御するグリルシャッタ動作制御部と、を具備すること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 A cell stack in which a plurality of battery cells are stacked in a predetermined stacking direction;
A grille shutter capable of opening and closing an opening for taking air into the cell stack;
Based on the voltage obtained from each of the plurality of battery cells, a power generation efficiency distribution calculation unit that calculates a distribution of power generation efficiency in the stacking direction of the cell stack;
And a grill shutter operation control unit for controlling the operation of the grill shutter according to the distribution of the power generation efficiency.
前記グリルシャッタ動作制御部は、
前記セルスタックの前記積層方向の前記発電効率が低い部分に、前記積層方向の前記発電効率が高い部分よりも多くの前記空気が供給されるよう、前記セルスタックへの前記空気の供給を制御すること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 The grill shutter system according to claim 1,
The grill shutter operation control unit includes:
The supply of the air to the cell stack is controlled so that more air is supplied to a portion of the cell stack in which the power generation efficiency in the stacking direction is low than in a portion of the stacking direction in which the power generation efficiency is high. Grill shutter system characterized by this.
少なくとも一つの前記電池セルの、セル面内での温度の分布を演算する温度分布演算部を更に具備し、
前記グリルシャッタ動作制御部は、前記発電効率の分布及び前記温度の分布に応じて、前記グリルシャッタの動作を制御すること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 The grill shutter system according to claim 1 or 2,
A temperature distribution calculation unit for calculating a temperature distribution in the cell plane of at least one of the battery cells;
The grille shutter operation control unit controls the operation of the grille shutter according to the distribution of power generation efficiency and the distribution of temperature.
前記セルスタックには、前記空気の流路が所定の並設方向に複数並設されており、
前記空気の流路は、大気に開放されており、
前記グリルシャッタ動作制御部は、
前記セルスタックの、前記並設方向の温度が高い部分に、前記並設方向の温度が低い部分よりも多くの前記空気が供給されるよう、前記セルスタックへの前記空気の供給を制御すること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 The grill shutter system according to claim 3,
In the cell stack, a plurality of the air flow paths are juxtaposed in a predetermined juxtaposition direction,
The air flow path is open to the atmosphere;
The grill shutter operation control unit includes:
Controlling the supply of the air to the cell stack so that more air is supplied to a portion of the cell stack having a high temperature in the juxtaposed direction than a portion having a low temperature in the juxtaposed direction. A grill shutter system.
前記グリルシャッタは、
前記並設方向に沿う方向を中心に、回転又は回動する第1ルーバと、
前記積層方向に沿う方向を中心に、回転又は回動する第2ルーバと、を具備し、
前記グリルシャッタ動作制御部は、前記第1ルーバ及び前記第2ルーバの動作を独立して制御すること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 The grill shutter system according to claim 4,
The grill shutter is
A first louver that rotates or pivots around a direction along the parallel direction;
A second louver that rotates or pivots around a direction along the stacking direction,
The grill shutter operation control unit controls operations of the first louver and the second louver independently.
前記グリルシャッタ動作制御部は、
前記電圧の分布に応じて前記第1ルーバの動作を制御し、
前記温度の分布に応じて前記第2ルーバの動作を制御すること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 The grill shutter system according to claim 5,
The grill shutter operation control unit includes:
Controlling the operation of the first louver according to the voltage distribution;
A grill shutter system, wherein operation of the second louver is controlled in accordance with the temperature distribution.
前記第1ルーバ及び前記第2ルーバよりは、同一の前記開口に設けられ、
前記第1ルーバは、前記第2ルーバよりも、前記開口を流れる前記空気の上流に設けられること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 The grill shutter system according to claim 5 or 6,
The first louver and the second louver are provided in the same opening,
The grill shutter system characterized in that the first louver is provided upstream of the air flowing through the opening than the second louver.
前記第1ルーバは、複数の第1軸と、前記第1軸を中心に、回転又は回動する複数の第1板状部材と、を具備して構成され、
前記第2ルーバは、複数の第2軸と、前記第2軸を中心に、回転又は回動する複数の第2板状部材と、を具備して構成され、
前記グリルシャッタ動作制御部は、前記複数の第1板状部材の各々を独立して制御可能、且つ、前記複数の第2板状部材の各々を独立して制御可能であることを特徴とするグリルシャッタシステム。 A grill shutter system according to any one of claims 5 to 7,
The first louver includes a plurality of first shafts and a plurality of first plate-like members that rotate or rotate around the first shaft,
The second louver includes a plurality of second shafts and a plurality of second plate-like members that rotate or rotate around the second shaft,
The grill shutter operation control unit can control each of the plurality of first plate-like members independently, and can control each of the plurality of second plate-like members independently. Grill shutter system.
前記セルスタックは、空冷式のセルスタックであること
を特徴とするグリルシャッタシステム。 A grill shutter system according to any one of claims 1 to 8,
The grille shutter system, wherein the cell stack is an air-cooled cell stack.
前記セルスタックに空気を取り入れるための開口を開閉可能なグリルシャッタと、
前記複数の電池セルから各々得られる電圧に基づき、前記セルスタックの前記積層方向の発電効率の分布を演算する発電効率分布演算部と、
前記発電効率の分布に応じて、前記グリルシャッタの動作を制御するグリルシャッタ動作制御部と、を具備すること
を特徴とする燃料電池車両。 A cell stack in which a plurality of battery cells are stacked in a predetermined stacking direction;
A grille shutter capable of opening and closing an opening for taking air into the cell stack;
Based on the voltage obtained from each of the plurality of battery cells, a power generation efficiency distribution calculation unit that calculates a distribution of power generation efficiency in the stacking direction of the cell stack;
A fuel cell vehicle comprising: a grill shutter operation control unit that controls the operation of the grill shutter according to the distribution of the power generation efficiency.
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