JP2019197630A - Fuel cell system for vehicle and control method for fuel cell system for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の燃料電池システム及び車両の燃料電池システムの制御方法に関する。 The present invention relates to a vehicle fuel cell system and a vehicle fuel cell system control method.
従来、例えば下記の特許文献1には、燃料電池装置の燃料電池スタックを冷却させて昇温した冷却水をヒータ(熱交換器)に流通し、車室内に暖気を供給することが記載されている。 Conventionally, for example, the following Patent Document 1 describes that cooling water heated by cooling a fuel cell stack of a fuel cell device is circulated to a heater (heat exchanger) to supply warm air into the vehicle interior. Yes.
例えば夏場などの車外気温が高い環境下では、燃料電池を冷却するための条件が非常に厳しくなり、燃料電池を十分に放熱することができず、燃料電池がオーバーヒートする可能性がある。上記特許文献には、燃料電池装置の燃料電池スタックを冷却させて昇温した冷却水を用いて車室内に暖気を供給することについて記載されているが、夏場などの高温の環境下において、燃料電池の冷却効率を高めることは想定していなかった。 For example, in an environment where the temperature outside the vehicle is high, such as in summer, the conditions for cooling the fuel cell become very strict, and the fuel cell cannot sufficiently dissipate heat, and the fuel cell may overheat. The above-mentioned patent document describes that warm air is supplied into the vehicle interior using cooling water that has been heated by cooling the fuel cell stack of the fuel cell device. It was not assumed that the cooling efficiency of the battery was increased.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、夏場などの高温の環境下においても、燃料電池の冷却効率を高めることが可能な、新規かつ改良された車両の燃料電池システム及び車両の燃料電池システムの制御方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a novel and capable of increasing the cooling efficiency of a fuel cell even in a high temperature environment such as summer. It is an object of the present invention to provide an improved vehicle fuel cell system and a method for controlling the vehicle fuel cell system.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、燃料電池の冷却水が流れるラジエターと、正回転時に前記ラジエターに空気を当てて温度を上昇させた空気を車室内に送風し、逆回転時に前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却する第1送風ファンと、を備える、車両の燃料電池システムが提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a radiator through which cooling water of a fuel cell flows, and air that has been heated to increase the temperature by applying air to the radiator during forward rotation are blown into the vehicle interior, There is provided a fuel cell system for a vehicle, comprising: a first blower fan that cools the radiator by applying air in the vehicle interior to the radiator during reverse rotation.
前記第1送風ファンは、車外の気温が第1の所定値以上であり、且つ前記冷却水の温度が第2の所定値以上の場合に前記逆回転を行うものであっても良い。 The first blower fan may perform the reverse rotation when the temperature outside the vehicle is equal to or higher than a first predetermined value and the temperature of the cooling water is equal to or higher than a second predetermined value.
また、前記第1送風ファンの前記逆回転時に前記ラジエターを通過した前記車室内の空気を冷却して前記車室内に戻す冷却用エバポレータを更に備えるものであっても良い。 Further, a cooling evaporator may be further provided that cools the air in the vehicle interior that has passed through the radiator during the reverse rotation of the first blower fan and returns the air to the vehicle interior.
また、車室外の空気が導入されて冷却する冷却用エバポレータと、前記第1送風ファンの前記逆回転時に、前記冷却用エバポレータが冷却した空気を前記車室内に送る第2送風ファンと、を更に備えるものであっても良い。 A cooling evaporator that cools by introducing air outside the passenger compartment; and a second blower fan that sends the air cooled by the cooling evaporator to the passenger compartment when the first blower fan rotates in the reverse direction. It may be provided.
また、前記冷却水の主経路から前記冷却水を分岐させて前記ラジエターに送る3ウェイバルブを備えるものであっても良い。 Further, a three-way valve may be provided that branches the cooling water from the main path of the cooling water and sends it to the radiator.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、送風ファンを正回転させた場合に、燃料電池の冷却水が流れるラジエターに空気を当てて温度を上昇させた空気を車室内に送風するステップと、前記送風ファンを逆回転させた場合に、前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却するステップと、を備える、車両の燃料電池システムの制御方法が提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, according to another aspect of the present invention, when the blower fan is rotated forward, air that has been heated by applying air to the radiator through which the cooling water of the fuel cell flows is used. A control method for a fuel cell system of a vehicle, comprising: blowing air into a vehicle interior; and cooling the radiator by applying air in the vehicle interior to the radiator when the air blowing fan is rotated in reverse. Provided.
以上説明したように本発明によれば、夏場などの高温の環境下においても、燃料電池の冷却効率を高めることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the cooling efficiency of the fuel cell can be enhanced even in a high temperature environment such as summer.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池冷却システム1000の概略構成について説明する。図1に示すように、燃料電池冷却システム1000は、燃料電池100、水温センサ110、3ウェイバルブ120、FCラジエター130、水温センサ140、FCクーリングポンプ150、ヒータ用ラジエター160、冷却水配管170、制御装置200、クーラー用エバポレータ300、送風ファン310、を有して構成されている。
First, a schematic configuration of a fuel
図1に示す燃料電池冷却システム1000では、FCクーリングポンプ150の駆動により、冷却水配管170内を図1中に矢印で示す方向に冷却水が循環する。これにより、燃料電池100が冷却水により冷却される。燃料電池100の冷却により暖められた冷却水は、FCラジエター130により冷却される。
In the fuel
また、3ウェイバルブ120が開かれると、ヒータ用ラジエター160にも冷却水が循環する。例えば冬場などに車室400内を温める場合には、図1に示すように、送風ファン310を正回転させることで外気をヒータ用ラジエター160に当て、ヒータ用ラジエター160で暖められた空気を車室400内に導入する。これにより、車室400内が暖められる。ヒータ用ラジエター160に当てる空気として、車室400外の空気と車室400内の空気を切り換えることができる。なお、この場合、クーラー用エバポレータ300によるクーラーの作動は行われない。このように、燃料電池100の発熱で暖められた冷却水をヒータに利用して、車内を暖めることができる。
When the three-
次に、図2に基づいて、夏場など車外の気温が高い場合に、車室400内の冷気を利用して燃料電池100の冷却を行う場合について説明する。図2に示す燃料電池冷却システム1000の構成は、基本的に図1と同様である。図2では、図1の構成に加えて、車室外気温センサ180が追加されている。
Next, the case where the
例えば、夏場など車外が高温の場合、FCラジエター130のみでは燃料電池100の冷却性能が足りなくなることが想定される。このような場合に、本実施形態では、図2に示すように送風ファン310を逆回転させ、車室400内の空気を外部に放出し、ヒータ用ラジエター160に車室400内の空気を当てる。
For example, when the outside of the vehicle is hot such as in summer, it is assumed that the cooling performance of the
夏場など車外の気温が高い場合は、通常、車室400内はクーラーにより冷やされているため、車室400の空気をヒータ用ラジエター160に当てることで、ヒータ用ラジエター160内を循環する冷却水を冷却することができる。これにより、FCラジエター130とヒータ用ラジエター160の双方を用いて燃料電池100を冷却することができるため、夏場など車外が高温の場合や冷却水温が高い場合等においても、冷却水を確実に冷却することができ、燃料電池100を確実に冷却することが可能となる。
When the temperature outside the vehicle is high, such as in summer, the interior of the
また、図2に示すように、ヒータ用ラジエター160を通過した後の空気は、クーラー用エバポレータ300を通過することで冷却され、車室400内に戻される。従って、車室400内の空気を冷却することができる、車室400の空気をヒータ用ラジエター160に当てたことによる室温の上昇が抑制される。
In addition, as shown in FIG. 2, the air that has passed through the
以上のように、図2に示す構成によれば、車室400の空気をヒータ用ラジエター160に当てることで、ヒータ用ラジエター160を冷却することができる。また、ヒータ用ラジエター160を通過した後の空気は、クーラー用エバポレータ300を通過して車室400内に戻される。従って、FCラジエター130とヒータ用ラジエター160により冷却水を冷却して燃料電池100を冷却できるとともに、クーラー用エバポレータ300により車室400内の空気を冷却することができる。
As described above, according to the configuration shown in FIG. 2, the
図3は、図2の構成により車室400内の空気を利用してヒータ用ラジエター160を冷却する場合の処理を示すフローチャートである。図3の処理は、主として制御装置200にて行われ、所定の周期毎に行われる。先ず、ステップS10では、水温センサ110が検出した冷却水温を取得する。なお、ステップS10で水温センサ140が検出した冷却水温を検出することもできるが、水温センサ110は燃料電池100の下流側に位置するため、水温センサ110が検出した冷却水温の方がより的確に燃料電池100の温度を表すことになる。次のステップS12では、車室外気温センサ180が検出した車室外気温を取得する。
FIG. 3 is a flowchart showing processing when the
次のステップS14では、水温センサ110が検出した冷却水温が第1の所定温度以上であり、且つ車室外気温センサ180が検出した車室外気温が第2の所定温度以上であるか否かを判定する。そして、冷却水温が第1の所定温度以上であり、且つ車室外気温が第2の所定温度以上の場合はステップS16へ進む。ステップS16に進んだ場合は、夏場など冷却水温が上昇し易い状況であるため、3ウェイバルブ120を開く。これにより、ヒータ用ラジエター160にも冷却水が循環する。
In the next step S14, it is determined whether or not the cooling water temperature detected by the
次のステップS18では、送風ファン310を逆回転させる。これにより、車室400内の冷気がヒータ用ラジエター160に当てられ、ヒータ用ラジエター160が冷却される。また、ヒータ用ラジエター160を通過した後の空気は、クーラー用エバポレータ300を通過することで冷却され、車室400内に戻される。
In the next step S18, the
次のステップS20では、水温センサ110が検出した冷却水温が所定温度以下であるか否かを判定し、冷却水温が所定温度以下の場合は、冷却水が十分に冷却されたため、ステップS22へ進む。ステップS22では、3ウェイバルブ120を閉じる。これにより、ヒータ用ラジエター160への冷却水の循環が停止し、冷却水はFCラジエター130のみで冷却される。一方、ステップS20で冷却水温が所定温度を超えている場合は、ステップS16へ戻る。
In the next step S20, it is determined whether or not the cooling water temperature detected by the
ステップS22の後はステップS24へ進む。ステップS24では、ステップS18で送風ファン310を逆回転させる以前にクーラー用エバポレータ300によるクーラーを利用していたか否かを判定する。そして、クーラーを利用していた場合は、ステップS26へ進み、送風ファン310を正回転させる。一方、クーラーを利用していなかった場合は、ステップS28へ進み、送風ファン310を停止させる。ステップS26,S28の後は処理を終了する。
After step S22, the process proceeds to step S24. In step S24, it is determined whether the cooler by the
次に、図4に基づいて、本発明の第2の実施形態について説明する。図4は、第2の実施形態に係る燃料電池冷却システム1000の概略構成を示す模式図である。第2の実施形態では、ヒータ用ラジエター160とクーラー用エバポレータ300が車室400に対して並列に配置されている。また、クーラー用エバポレータ300の送風ファン310に加えて、ヒータ用ラジエター160のための送風ファン320が設けられている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel
図4においても、例えば夏場など車外の気温が高い場合に、送風ファン320を逆回転させることで、車室400の空気をヒータ用ラジエター160に当てる。これにより、図2と同様に、ヒータ用ラジエター160内を循環する冷却水を冷却することができ、燃料電池100の放熱を行うことができる。ヒータ用ラジエター160に当てられてヒータ用ラジエター160を通過した空気は、車室400の外に排気される。
Also in FIG. 4, when the temperature outside the vehicle is high, such as in summer, the air in the
また、図4に示すように、ヒータ用ラジエター160を冷却して冷却水を冷却している間は、クーラー用エバポレータ300の送風ファン310を作動させ、クーラー用エバポレータ300を作動させることで、車室400内の冷房が行われる。従って、車室400の空気をヒータ用ラジエター160に当てたことによる室温の上昇が抑制される。
In addition, as shown in FIG. 4, while the
図4の構成では、図2と比較すると、ヒータ用ラジエター160を通過して暖められた空気は、車室400の外に排気され、クーラー用エバポレータ300には導入されない。クーラー用エバポレータ300には、ヒータ用ラジエター160を通過した空気よりも低温の車室400外の空気が導入されるため、車室400内を冷却する際の冷却効率を高めることができる。
In the configuration of FIG. 4, compared with FIG. 2, the air heated through the
なお、図4に示す例において、矢印A1で示すように、クーラー用エバポレータ300から車室400内に送られる空気の一部または全部をヒータ用ラジエター160に当てても良い。この場合、クーラー用エバポレータ300からの空気の全てを車室400内に送る場合に比べて、車室400内の冷却効率は低下するものの、ヒータ用ラジエター160の冷却効率が高まるため、例えば夏の酷暑の場合などにおいても、ヒータ用ラジエター160を循環する冷却水の冷却効率をより高めることができ、燃料電池100を確実に冷却することができる。
In the example shown in FIG. 4, as indicated by an arrow A <b> 1, part or all of the air sent from the
図5は、図4の構成により車室400内の空気を利用してヒータ用ラジエター160を冷却する場合の処理を示すフローチャートである。図5の処理も、主として制御装置200にて所定の周期毎に行われる。図5では、ステップS30、ステップS32、ステップS36、ステップS38、ステップS40の処理が図3と異なり、その他のステップの処理は図3と同様である。以下では、図3と異なる処理を中心に説明する。
FIG. 5 is a flowchart showing a process when the
ステップS30,S32は、図3に対して追加された処理であり、ステップS30では、クーラー用エバポレータ300を使用しているか否か、すなわち、クーラー用エバポレータ300により車室400内を冷房しているか否かが判定される。クーラー用エバポレータ300を使用している場合はステップS16へ進む。一方、クーラー用エバポレータ300を使用していない場合は、ステップS32へ進み、クーラー用エバポレータ300を作動させる。
Steps S <b> 30 and S <b> 32 are processes added to FIG. 3. In step S <b> 30, whether or not the
また、ステップS22で3ウェイバルブ120を閉じた後、ステップS34では、ヒータ用ラジエター160の送風ファン320を停止させる。次のステップS36では、ステップS16で3ウェイバルブ120を開ける前にクーラーを使用していたか否かを判定する。そして、クーラーを使用していた場合はステップS38へ進み、クーラーを継続して作動させる。一方、クーラーを使用していなかった場合はステップS40へ進み、クーラーを停止させる。
In addition, after the three-
以上のように、図5の処理では、ヒータ用ラジエター160に車室400内の空気を当てる際に、クーラー用エバポレータ300により車室400内を冷房していない場合は、クーラー用エバポレータ300により車室400内の冷房が行われる。これにより、車室400内の冷房により冷やされた冷気がヒータ用ラジエター160に当たるため、冷却効率を高めることができる。
As described above, in the process of FIG. 5, when air in the
以上説明したように本実施形態によれば、車室400内の空気をヒータ用ラジエター160に当てるようにしたため、車室400内の空気によりヒータ用ラジエター160内を循環する冷却水を冷却することができる。従って、特に夏場など燃料電池100の冷却に負担がかかる条件下において、車室400内の冷房により冷やされた冷気を利用して燃料電池100を冷却することができるため、燃料電池100の温度を最適に制御することが可能となる。これにより、例えば夏場など車外気温が高い場合に、燃料電池100のオーバーヒートを確実に抑制することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the air in the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
100 燃料電池
120 3ウェイバルブ
160 ヒータ用ラジエター
300 クーラー用エバポレータ
310,320 送風ファン
400 車室
1000 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (6)
正回転時に前記ラジエターに空気を当てて温度を上昇させた空気を車室内に送風し、逆回転時に前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却する第1送風ファンと、
を備えることを特徴とする、車両の燃料電池システム。 A radiator through which the cooling water of the fuel cell flows,
A first blower fan for blowing air into the vehicle interior when air is applied to the radiator during normal rotation and cooling the radiator by applying air within the vehicle interior to the radiator during reverse rotation;
A vehicle fuel cell system comprising:
前記第1送風ファンの前記逆回転時に、前記冷却用エバポレータが冷却した空気を前記車室内に送る第2送風ファンと、
を更に備える、請求項1に記載の車両の燃料電池システム。 An evaporator for cooling by introducing air outside the passenger compartment and cooling;
A second blower fan that sends the air cooled by the cooling evaporator into the vehicle compartment during the reverse rotation of the first blower fan;
The vehicle fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記送風ファンを逆回転させた場合に、前記車室内の空気を前記ラジエターに当てて前記ラジエターを冷却するステップと、
を備えることを特徴とする、車両の燃料電池システムの制御方法。
When the air blowing fan is rotated forward, the air is applied to the radiator through which the coolant of the fuel cell flows and the temperature is raised to blow into the vehicle interior; and
Cooling the radiator by applying air in the passenger compartment to the radiator when the blower fan is reversely rotated;
A control method for a fuel cell system of a vehicle.
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