JP2020053287A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池システムの冷却回路には、冷却回路を流れる冷却水中のイオンを除去するためのイオン交換器が備えられている。イオン交換器は、例えば冷却水が通過可能に設けられたイオン交換樹脂フィルタを備えている。イオン交換樹脂フィルタは、冷却水中のイオンを吸着して除去する機能を有している。イオン交換器を用いて冷却水中のイオンを除去することにより、金属の腐食や燃料電池の機能低下を抑制したり、冷却水の電気絶縁性が高められて漏電を抑制したりすることができる。 The cooling circuit of the fuel cell system is provided with an ion exchanger for removing ions in the cooling water flowing through the cooling circuit. The ion exchanger includes, for example, an ion exchange resin filter provided so that cooling water can pass therethrough. The ion exchange resin filter has a function of adsorbing and removing ions in the cooling water. By removing ions in the cooling water by using the ion exchanger, corrosion of metal and deterioration of the function of the fuel cell can be suppressed, and electrical insulation of the cooling water can be enhanced to prevent electric leakage.
ここで、イオン交換器中を冷却水が通過する際には、常にイオン交換樹脂フィルタ内でイオン交換が行われる。このため、イオン交換器のイオン除去能力が短期間で低下するおそれがある。 Here, when cooling water passes through the ion exchanger, ion exchange is always performed in the ion exchange resin filter. For this reason, the ion removal capability of the ion exchanger may be reduced in a short period of time.
また、燃料電池は、発電する際に化学反応による発熱を生じる。燃料電池を通過した冷却水の温度がイオン交換樹脂の耐熱温度を超える場合、イオン交換樹脂フィルタが劣化するおそれがある。さらに、燃料電池の発電効率を上げるには反応温度の上昇を伴うことから、将来的にもイオン交換樹脂フィルタの耐久性が課題となり得る。 Further, the fuel cell generates heat due to a chemical reaction when generating power. If the temperature of the cooling water passing through the fuel cell exceeds the heat-resistant temperature of the ion exchange resin, the ion exchange resin filter may be deteriorated. Further, increasing the power generation efficiency of the fuel cell involves an increase in the reaction temperature. Therefore, the durability of the ion-exchange resin filter may become an issue in the future.
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、燃料電池システムの冷却回路に備えられるイオン交換器の劣化を抑制し、イオン交換器の寿命を延ばすことが可能な、新規かつ改良された燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration of an ion exchanger provided in a cooling circuit of a fuel cell system and extend the life of the ion exchanger. It is to provide a new and improved fuel cell system which can be used.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、燃料電池と、燃料電池を通過する冷却水が循環可能に形成された第1の冷却水回路と、イオン交換器を備え冷却水が循環可能に形成された第2の冷却水回路と、第1の冷却水回路と第2の冷却水回路との接続及び遮断を切り換える流路切換弁と、を備えた、燃料電池システムが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a cooling water comprising a fuel cell, a first cooling water circuit formed so that cooling water passing through the fuel cell can be circulated, and an ion exchanger. A fuel cell system comprising: a second cooling water circuit formed so as to be able to circulate; and a flow path switching valve that switches connection and disconnection between the first cooling water circuit and the second cooling water circuit. Is done.
第1の冷却水回路と第2の冷却水回路との接続時に、第1の冷却水回路の一部と第2の冷却水回路との一部とにより第3の冷却水回路が構成され、イオン交換器は、第2の冷却水回路のうちの第3の冷却水回路を構成しない部分に備えられてもよい。 When connecting the first cooling water circuit and the second cooling water circuit, a third cooling water circuit is configured by a part of the first cooling water circuit and a part of the second cooling water circuit, The ion exchanger may be provided in a portion of the second cooling water circuit that does not form the third cooling water circuit.
第2の冷却水回路は、冷却水を蓄積するバッファタンクを備えてもよい。 The second cooling water circuit may include a buffer tank that stores the cooling water.
第2の冷却水回路は、冷却水を冷却する冷却器を備えてもよい。 The second cooling water circuit may include a cooler that cools the cooling water.
第1の冷却水回路又は第2の冷却水回路のうちの少なくとも一方の回路に、冷却水の導電率を検出する導電率検出器を備えてもよい。 At least one of the first cooling water circuit and the second cooling water circuit may include a conductivity detector that detects a conductivity of the cooling water.
流路切換弁の動作を制御する制御装置を備え、制御装置は、第1の冷却水回路と第2の冷却水回路とが遮断された状態で、第1の冷却水回路を流れる冷却水の導電率が第1の閾値を超えたときに第1の冷却水回路と第2の冷却水回路とを接続してもよい。 A control device that controls the operation of the flow path switching valve, wherein the control device is configured such that the cooling water flowing through the first cooling water circuit is in a state where the first cooling water circuit and the second cooling water circuit are shut off. The first cooling water circuit and the second cooling water circuit may be connected when the conductivity exceeds the first threshold.
制御装置は、第1の冷却水回路と第2の冷却水回路とが遮断された状態で、第2の冷却水回路に冷却水を循環させてもよい。 The control device may circulate the cooling water through the second cooling water circuit in a state where the first cooling water circuit and the second cooling water circuit are shut off.
制御装置は、第2の冷却水回路を循環する冷却水の導電率が第2の閾値未満の場合に、第2の冷却水回路の冷却水の循環を停止させてもよい。 The control device may stop the circulation of the cooling water in the second cooling water circuit when the conductivity of the cooling water circulating in the second cooling water circuit is less than a second threshold.
燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載されていてもよい。 The fuel cell system may be mounted on a fuel cell vehicle.
燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載され、第2の冷却水回路は、燃料電池車両の駆動モータの電力源である二次電池の冷却回路に接続されていてもよい。 The fuel cell system may be mounted on a fuel cell vehicle, and the second cooling water circuit may be connected to a cooling circuit of a secondary battery that is a power source of a drive motor of the fuel cell vehicle.
以上説明したように本発明によれば、燃料電池システムの冷却回路に備えられるイオン交換器の劣化を抑制し、イオン交換器の寿命を延ばすことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the ion exchanger provided in the cooling circuit of the fuel cell system and extend the life of the ion exchanger.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<1.燃料電池車両の構成例>
まず、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを適用可能な燃料電池車両の構成例を説明する。図1は、燃料電池車両1の構成例を示す模式図である。燃料電池車両1は、燃料電池20を含む燃料電池システム100と、水素タンク10と、二次電池30と、駆動モータ40と、駆動輪50と、DCDCコンバータ60と、インバータ70と、制御装置90とを備えている。
<1. Configuration example of fuel cell vehicle>
First, a configuration example of a fuel cell vehicle to which a fuel cell system according to an embodiment of the present invention can be applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the fuel cell vehicle 1. The fuel cell vehicle 1 includes a
なお、以下の説明では、燃料電池車両1が、主として二次電池30からの供給電力により駆動モータ40を駆動して走行し、二次電池30の残存容量SOCが低下したときに燃料電池20の発電電力により二次電池30を充電する燃料電池レンジエクステンダー車両である場合を例に採って説明する。ただし、本実施形態に係る燃料電池システムを適用可能な燃料電池車両1は燃料電池レンジエクステンダー車両に限られない。
In the following description, the fuel cell vehicle 1 travels mainly by driving the
燃料電池車両1は、基本的に二次電池30からの供給電力を用いて駆動モータ40を駆動して車両の駆動トルクを得る。燃料電池車両1は、二次電池30の残存容量SOCが低下したときに燃料電池20の発電電力を用いて二次電池30の充電を行うことにより走行の継続を可能にする。また、燃料電池車両1は、車両の要求負荷が高く、二次電池30からの供給電力だけでは電力が不足する場合に、燃料電池20の発電電力を駆動モータ40へ供給して電力を補う。
The fuel cell vehicle 1 basically drives the
なお、燃料電池車両1に搭載される燃料電池20は、燃料電池車両1の航続距離を延ばすための発電機(レンジエクステンダー)である。このため、燃料電池により発電した電力を主として利用する燃料電池レンジエクステンダー式ではない燃料電池車両に搭載される燃料電池に比べて、出力あるいは容量が小さいものであってよい。
The
水素タンク10には、燃料電池20に供給される高圧水素が充填されている。水素タンク10の数は特に限定されない。水素タンク10は1台であってもよく、複数台であってもよい。
The
燃料電池20は、水素ガスと酸素ガスとを反応させて発電を行う。水素タンク10と燃料電池20とは配管12を介して接続されており、水素タンク10から燃料電池20に水素ガスが供給される。また燃料電池20には、図示しないコンプレッサ等により酸素ガスとしての空気が供給される。燃料電池20は、上記の機能を有する限り公知の燃料電池20であってよい。
The
燃料電池20は、複数の燃料電池セルを有する図示しない燃料電池スタックを備えている。燃料電池スタックには、配管12を介して水素タンク10が接続される。配管12の途中には水素ガスの圧力を調節する図示しない制御弁が設けられている。水素タンク10には、例えば高圧水素が保持され、高圧水素が減圧されて燃料電池20に水素ガスが供給される。ただし、水素ガスは、水素吸蔵合金や水素が溶け込んだ液体から取り出されて、加圧ポンプにより加圧されることにより燃料電池20に供給されてもよい。また、燃料電池スタックには、コンプレッサ等によって圧送される空気が供給される。
The
燃料電池スタックに供給された空気は、各燃料電池セルを通過する際に水素ガスと反応する。余剰の空気、及び、反応により発生した水蒸気は排気される。また、燃料電池スタックに供給された水素ガスは、各燃料電池セルを通過する際に空気中の酸素と反応する。余剰の水素ガスは、図示しないパージ弁を介して排気される。あるいは、余剰の水素ガスの一部は、図示しない循環ポンプを介して燃料電池スタックの上流側に戻されてもよい。 The air supplied to the fuel cell stack reacts with hydrogen gas when passing through each fuel cell. Excess air and water vapor generated by the reaction are exhausted. Further, the hydrogen gas supplied to the fuel cell stack reacts with oxygen in the air when passing through each fuel cell. Excess hydrogen gas is exhausted through a purge valve (not shown). Alternatively, part of the surplus hydrogen gas may be returned to the upstream side of the fuel cell stack via a circulation pump (not shown).
図示しないモータポンプ、制御弁、コンプレッサ、循環ポンプ及びパージ弁の駆動は、制御装置90により制御される。
Driving of a motor pump, a control valve, a compressor, a circulation pump, and a purge valve (not shown) is controlled by the
DCDCコンバータ60は、燃料電池20から出力された発電電力の電圧変換を行う。燃料電池20の発電電力は、直流電力のままで電圧変換される。本実施形態においては、DCDCコンバータ60の駆動は、制御装置90により制御されるものとする。DCDCコンバータ60は、例えば燃料電池20側から二次電池30又はインバータ70側への単方向の電力変換を行う。DCDCコンバータ60は、上記の機能を有する限り公知の電力変換器であってよい。
The
二次電池30は、駆動モータ40の電力供給源であり、駆動モータ40に対して供給される電力を蓄電する。二次電池30は、所定の出力電圧(バッテリ電圧)の直流電力をインバータ70に供給する。また、二次電池30は、燃料電池20の発電電力及び駆動モータ40の回生発電電力を充電可能になっている。燃料電池20の発電電力又は駆動モータ40の回生発電電力は直流電力として二次電池30に供給されて充電される。
The
なお、二次電池30は、図1中に仮想線で示した電力変換器65を介してDCDCコンバータ60又はインバータ70に接続されてもよい。この場合、電力変換器65は、二次電池30の出力電圧を変換してインバータ70に供給してもよい。また、電力変換器65は、燃料電池20の発電電力及び駆動モータ40の回生発電電力の電圧を変換して、二次電池30の充電電力としてもよい。
In addition, the
また、二次電池30は、図示しない充電回路及び充電コネクタを介して外部電源装置に接続可能に構成され、外部電源装置からの充電が可能になっている。また、二次電池30から供給される電力は、図示しない補機用バッテリに充電可能になっていてもよい。例えば二次電池30の供給電力は、降圧コンバータによって降圧されて補機用バッテリに充電されてもよい。
In addition, the
二次電池30としては、例えばリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池又は鉛蓄電池が用いられる。ただし、二次電池30は、これら以外の二次電池であってもよい。
As the
二次電池30にはバッテリ管理装置(BMS:Battery Management System)35が設けられている。例えば、バッテリ管理装置35は、二次電池30の出力電圧(バッテリ電圧)及び残存容量SOC等を算出し、これらの情報を示す信号を制御装置90に出力する。
The
駆動モータ40は、供給される電力によって駆動されて車両の駆動トルクを出力する。駆動モータ40は、例えば三相交流式のモータであり、二次電池30及び燃料電池20からの供給電力を用いて駆動(力行駆動)されて駆動トルクを生成する。また、駆動モータ40は、車両の減速時に回生駆動されて駆動輪50の回転トルクを用いて発電する発電機としての機能(回生機能)を有してもよい。駆動モータ40は、上記の機能を有する限り公知の駆動モータ40であってよい。
The
インバータ70は、燃料電池20又は二次電池30から供給される直流電力を交流電力に変換する。また、インバータ70は、駆動モータ40により回生発電された交流電力を直流電力に変換する。インバータ70の駆動は、制御装置90により制御される。
具体的に、駆動モータ40を力行駆動させる場合、制御装置90は、インバータ70を制御して直流電力を交流電力に変換して駆動モータ40に供給し、駆動モータ40を駆動する。また、駆動モータ40を回生駆動させる場合、制御装置90は、インバータ70を制御して駆動モータ40で発電された交流電力を直流電力に変換し、二次電池30の充電電力として二次電池30に供給する。インバータ70は、燃料電池20及び二次電池30側から駆動モータ40側と、駆動モータ40側から二次電池30側との双方向の電力変換を行う。インバータ70は、上記の機能を有する限り公知の電力変換器であってよい。
Specifically, when driving the
なお、インバータ70の数は1台に限定されるものではなく、複数台の電力変換器が備えられてもよい。また1台のインバータ70に対して接続される駆動モータ40の数は1台に限定されるものではなく、1台のインバータ70に対して複数台の駆動モータ40が接続されていてもよい。
Note that the number of
<2.燃料電池システムの構成例>
次に、本実施形態に係る燃料電池システム100の構成例を説明する。燃料電池システム100は、燃料電池20と、ラジエータ101と、イオン交換器103と、第1のポンプ105と、第2のポンプ107と、バッファタンク109と、熱交換器115と、第1の流路切換弁111と、第2の流路切換弁113と、第1の導電率検出器117と、第2の導電率検出器119とを備えている。
<2. Configuration example of fuel cell system>
Next, a configuration example of the
第1のポンプ105、ラジエータ101、第1の導電率検出器117及び第1の流路切換弁111は、燃料電池20を通過する第1の冷却水回路121に設けられている。第1の冷却水回路121は、途中で燃料電池20内を通過するようにして配設されている。燃料電池20内において、第1の冷却水回路121は、燃料電池スタック内を通過するように形成されている。第1のポンプ105により圧送される冷却水は、ラジエータ101、第1の流路切換弁111、燃料電池20及び第1のポンプ105をこの順に通過するように第1の冷却水回路121を循環可能になっている。
The
第2のポンプ107、イオン交換器103、第2の導電率検出器119、バッファタンク109、熱交換器115及び第2の流路切換弁113は、第2の冷却水回路123に設けられている。第2のポンプ107により圧送される冷却水は、イオン交換器103、バッファタンク109、熱交換器、第2の流路切換弁113及び第2のポンプ107をこの順に通過するように第2の冷却水回路123を循環可能になっている。第2の冷却水回路123は、冷却水のイオン濃度を低下させるためのイオン交換回路としての機能を有している。
The
ラジエータ101は、熱交換装置であり、ラジエータ101中を通過した冷却水を放熱させて冷却する。ラジエータ101は、公知のラジエータであってよい。また、ラジエータ101の代わりに、冷却水を冷却可能な他の冷却装置が用いられてもよい。ラジエータ101は、第1の冷却水回路121において、第1の冷却水回路121と第1の接続通路123との接続部分よりも下流側、かつ、第1の流路切換弁111よりも上流側の部分121a以外の位置であれば、いずれの位置に配置されていてもよい。
The
イオン交換器103は、イオン交換樹脂フィルタを備えており、イオン交換器103を通過する冷却水中のイオンを除去する。これにより、冷却水のイオン濃度が低下し、冷却水の導電率を低下させることができる。イオン交換器103は、公知のイオン交換器であってよい。イオン交換器103は、第2の冷却水回路123において、第2の流路切換弁113よりも下流側、かつ、第2の冷却水回路123と第2の接続通路127との接続部分よりも上流側の部分123aに配置される。
The
バッファタンク109は、冷却水を蓄積可能な所定の容量を持つタンクである。バッファタンク109は、主としてイオン交換器103によりイオン濃度が低下された冷却水を蓄積する目的で設けられている。つまり、第2の冷却水回路123中には、イオン濃度の低い冷却水が所定量保持されるようになっている。バッファタンク109は、第2の冷却水回路123を循環する冷却水の容量が第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率の低下に必要な水量を満足させるために設けられる。バッファタンク109の容量は、例えば、第1の冷却水回路121を循環する冷却水の容量以上に設計されていることが好ましい。
The
熱交換器115は、冷却水を冷却する冷却器の一態様であって、熱交換器115中を通過する冷却水を放熱させて冷却する。第1の冷却水回路121に備えられたラジエータ101が、燃料電池20を通過して温度上昇した冷却水を冷却させるものであるのに対し、熱交換器115は、主として第2の冷却水回路123を流れる冷却水の温度上昇を抑制するものである。このため、熱交換器115の冷却能力は、ラジエータ101の冷却能力よりも小さくてよく、第2の冷却水回路123を流れる冷却水の温度がイオン交換器103の耐熱温度(例えば30℃)以下に低下すればよい。バッファタンク109及び熱交換器115は、第2の冷却水回路123において、上記部分123a以外の位置であれば、いずれの位置に配置されていてもよい。
The
第1の導電率検出器117及び第2の導電率検出器119は、それぞれの設置位置において冷却水の導電率を検出する。第1の導電率検出器117は、第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率を検出する。第2の導電率検出器119は、第2の冷却水回路123を循環する冷却水の導電率を検出する。第1の導電率検出器117及び第2の導電率検出器119は、電気導電率計あるいは電磁導電率計等の公知の導電率計であってよい。第1の導電率検出器117及び第2の導電率検出器119が検出した導電率の情報を示す信号は、制御装置90に送信される。
The
第1の導電率検出器117は、第1の冷却水回路121における、上記部分121a以外の位置であれば、いずれの位置に配置されていてもよい。また、第2の導電率検出器119は、第2の冷却水回路123における、上記部分123a以外の位置であれば、いずれの位置に配置されていてもよい。
The
第1のポンプ105及び第2のポンプ107は、それぞれ冷却水を圧送し、冷却水を循環させる。第1のポンプ105及び第2のポンプ107の駆動は、それぞれ制御装置90により制御される。第1のポンプ105及び第2のポンプ107は、それぞれ公知の液送ポンプであってよい。
The
第1の冷却水回路121に設けられた第1のポンプ105は、燃料電池20の下流側に設けられている。第1のポンプ105を駆動することにより燃料電池20を通過するように冷却水が循環し、燃料電池20が冷却される。第1のポンプ105は、第1の冷却水回路121における上記部分121a以外の位置であればいずれの位置に配置されていてもよい。
The
第2の冷却水回路123に設けられた第2のポンプ107は、イオン交換器103の上流側に設けられている。このため、第2のポンプ107を駆動することによりイオン交換器103を通過するように冷却水が循環し、冷却水のイオン濃度を低下させることができる。第2の冷却水回路123を循環させる冷却水の流量は、第1の冷却水回路121を循環させる冷却水の流量より小さくてもよいため、第2のポンプ107は、第1のポンプ105の定格出力よりも小さい出力のポンプであってもよい。第2のポンプ107は、第2の冷却水回路123における上記部分123aであれば、イオン交換器103よりも下流側に配置されていてもよい。
The
第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とは、第1の接続通路125及び第2の接続通路127を介して接続されている。第1の流路切換弁111は、第1の冷却水回路121と第2の接続通路127との接続部分に設けられている。第2の流路切換弁113は、第2の冷却水回路123と第1の接続通路127との接続部分に設けられている。第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113は三方向弁である。第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113の駆動は、制御装置90によって制御される。
The first
第1の流路切換弁111は、第2の接続通路127が閉じられる一方で第1の冷却水回路121の部分121aが開かれる循環モードと、第2の接続通路127が開かれる一方で第1の冷却水回路121の部分121aが閉じられる接続モードとを切り換え可能になっている。また、第2の流路切換弁113は、第1の接続通路125が閉じられる一方で第2の冷却水回路123の部分123aが開かれる循環モードと、第1の接続通路125が開かれる一方で第2の冷却水回路123の部分123aが閉じられる接続モードとを切り換え可能になっている。
The first flow
第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113がともに循環モードに設定されている場合、互いに独立した2つの第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123が形成される。一方、第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113がともに接続モードに設定されている場合、第1の接続通路125及び第2の接続通路127を介して第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とが接続され、第3の冷却水回路(図3の131)が形成される。
When the first flow
図2及び図3を参照して、形成される冷却水回路を説明する。図2は、第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113がともに循環モードに設定されている状態を示している。この場合、第1の冷却水回路121には、第1のポンプ105により圧送される冷却水が循環する。冷却水は、燃料電池20を通過する際に燃料電池20から受熱し、これにより燃料電池20の温度が低下する。昇温した冷却水は、ラジエータ101を通過することにより放熱し、温度が低下した状態で再び燃料電池20を通過する。この場合、燃料電池20を冷却する冷却水は、イオン交換器103を通過することなく第1の冷却水回路121を循環する。
The cooling water circuit formed will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a state where both the first flow
また、第2の冷却水回路123では、第2のポンプ107により圧送される冷却水が循環可能になっている。第2の冷却水回路123を循環する冷却水は、イオン交換器103を通過することによりイオン濃度が低下する。第2の冷却水回路123を循環する冷却水は、途中、バッファタンク109に蓄積されるようになっている。
Further, in the second
図3は、第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113がともに接続モードに設定されている状態を示している。この場合、第1の冷却水回路121から第1の接続通路125、第2の冷却水回路123及び第2の接続通路127を経由して再び第1の冷却水回路121に戻る第3の冷却水回路131が形成される。第3の冷却水回路131では、第1のポンプ105により圧送される冷却水が循環可能になっている。
FIG. 3 shows a state where both the first flow
第1のポンプ105により圧送される冷却水は、ラジエータ101、熱交換器115、バッファタンク109及び燃料電池20を通過して、再び第1のポンプ105に戻る。このとき、バッファタンク109に蓄積されていた、導電率が低い冷却水が第1の冷却水回路121に供給される。これにより、第1の冷却水回路121内の冷却水が、導電率が低い冷却水に置き換えられる。
The cooling water pumped by the
<3.制御装置の構成例>
次に、制御装置90の構成例について説明する。図4は、本実施形態に係る燃料電池システム100を制御する制御装置90の構成例を示すブロック図である。図4は、制御装置90の機能構成のうち、冷却水回路を制御する機能に関連する部分を示している。
<3. Configuration example of control device>
Next, a configuration example of the
制御装置90は、例えば、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)等の一つ又は複数のプロセッサと、ソフトウェアプログラムや制御パラメータ、取得した情報等を記憶する記憶装置とを備える。記憶装置は、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を含んでもよく、CD−ROMやストレージ装置等の他の記憶媒体を含んでもよい。
The
制御装置90は、導電率検出部91、判定部92、第1のポンプ駆動部93、第2のポンプ駆動部94、第1の流路切換弁駆動部95及び第2の流路切換弁駆動部96を備える。これらの各部は、プロセッサによるソフトウェアプログラムの実行により実現される機能であってよい。また、第1のポンプ駆動部93、第2のポンプ駆動部94、第1の流路切換弁駆動部95及び第2の流路切換弁駆動部96は、それぞれ第1のポンプ105、第2のポンプ107、第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113に対して駆動信号を出力する駆動回路を含んでもよい。
The
なお、制御装置90の一部又は全部は、例えばCPU又はMPUで構成される例以外に、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。あるいは、制御装置90の一部又は全部が、CPU等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。また、制御装置90は、互いに通信可能に構成された複数の制御装置により構成されてもよい。
Note that a part or all of the
導電率検出部91は、第1の導電率検出器117及び第2の導電率検出器119からそれぞれ送信される出力信号に基づいて、第1の導電率検出器117及び第2の導電率検出器119それぞれの設置位置における冷却水の導電率を検出する。
The
判定部92は、導電率検出部91により検出される冷却水の導電率に基づいて、冷却水回路の切換の要否を判定する。判定部92は、例えば第1の導電率検出器117により検出される冷却水の導電率が所定の第1の閾値以下の場合には、第1の冷却水回路121を第2の冷却水回路123から独立させた状態で保持させる。一方、第1の導電率検出器117により検出される冷却水の導電率が第1の閾値を超える場合には、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続して第3の冷却水回路131を形成させる。
The
また、判定部92は、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを互いに独立させた状態で、第2の導電率検出器119により検出される冷却水の導電率が所定の第2の閾値を超える場合には、第2のポンプ107を駆動させて第2の冷却水回路123を循環する冷却水のイオン濃度を低下させる処理を実行させる。なお、第2の閾値は、第1の閾値と同じ値であってもよく異なる値であってもよい。
Further, the
第1のポンプ駆動部93は、第1の冷却水回路121に設けられた第1のポンプ105の駆動を制御する。例えば、第1のポンプ駆動部93は、燃料電池システム100が起動している期間、常時第1のポンプ105を駆動させてもよい。
The first
第2のポンプ駆動部94は、第2の冷却水回路123に設けられた第2のポンプ107の駆動を制御する。例えば、第2のポンプ駆動部94は、判定部92の指示に基づいて第2のポンプ107の駆動を制御する。
The second
第1の流路切換弁駆動部95は、第1の冷却水回路121に設けられた第1の流路切換弁111の駆動を制御する。具体的に、第1の流路切換弁駆動部95は、判定部92の指示に基づいて第1の流路切換弁111を循環モード又は接続モードに設定する。
The first flow path switching
第2の流路切換弁駆動部96は、第2の冷却水回路123に設けられた第2の流路切換弁113の駆動を制御する。具体的に、第2の流路切換弁駆動部96は、判定部92の指示に基づいて第2の流路切換弁113を循環モード又は接続モードに設定する。
The second flow path switching valve driving section 96 controls the driving of the second flow
<4.燃料電池システムの冷却水回路の制御処理>
次に、図5及び図6を参照して、制御装置90による冷却水回路の制御処理動作について説明する。図5及び図6に示すフローチャートは、例えば燃料電池システム100の起動後に実行される。
<4. Control Process of Cooling Water Circuit of Fuel Cell System>
Next, the control processing operation of the cooling water circuit by the
図5に示すように、燃料電池システム100の起動後、第1の流路切換弁駆動部95及び第2の流路切換弁駆動部96は、それぞれ第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113を循環モードに設定する(ステップS11)。具体的に、第1の流路切換弁駆動部95は、第1の流路切換弁111により第2の接続通路127を閉じる一方で第1の冷却水回路121の部分121aを開く。また、第2の流路切換弁駆動部96は、第2の流路切換弁113により第1の接続通路125を閉じる一方で第2の冷却水回路123の部分123aを開く。
As shown in FIG. 5, after the start of the
次いで、第1のポンプ駆動部93は、第1のポンプ105を駆動する(ステップS13)。これにより、第1の冷却水回路121内を冷却水が循環し、燃料電池20の温度の上昇を抑制することができる。第1のポンプ105の出力は一定値であってもよく、変動値であってもよい。例えば、燃料電池20の温度を低下させたい場合、ラジエータ101の風量を増大させて第1の冷却水回路121内を循環する冷却水の放熱量を増加させる。これにより、燃料電池20の温度を速やかに低下させることができる。
Next, the first
次いで、第1の冷却水回路121での冷却水の循環が開始された後、制御装置90は、冷却水回路の切換制御を開始する(ステップS15)。以降、燃料電池システム100の起動が停止されるまでの間、制御装置90は、冷却水回路の切換制御を継続する。図6は、ステップS15で実行される冷却水回路の切換制御のフローチャートを示している。
Next, after the circulation of the cooling water in the first
まず、判定部92は、冷却水回路の切換要否判定を行う(ステップS21)。本実施形態において、判定部92は、第1の導電率検出器117の出力信号に基づいて導電率検出部91により検出される冷却水の導電率(以下、「第1の導電率」ともいう。)が、あらかじめ設定された第1の閾値を超えているか否かを判定する。
First, the
第1の導電率が第1の閾値以下の場合、第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率を低下させる必要性が小さいため、判定部92は、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123との接続が不要であると判定する。一方、第1の導電率が第1の閾値を超えている場合、第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率を低下させる必要があるため、判定部92は、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123との接続が必要であると判定する。
When the first electric conductivity is equal to or less than the first threshold value, the necessity of decreasing the electric conductivity of the cooling water circulating in the first
燃料電池システム100において、冷却水の導電率は人体に感電しない程度に低く保たれていればよく、導電率を過度に低下させることは必須ではない。この点を考慮して、第1の閾値が適切な値に設定される。
In the
あるいは、判定部92は、ステップS21における回路切換要否判定として、燃料電池20内の温度が過上昇しているか否かを判定してもよい。具体的に、判定部92は、燃料電池20内の温度が、当該温度が過上昇しているか否かを判定可能な耐熱閾値を超えているか否かを判定してもよい。
Alternatively, the
燃料電池20内の温度が耐熱閾値を超えている場合、第2の冷却水回路123に設けられたバッファタンク109に蓄積された低温の冷却水を第1の冷却水回路121に供給することで燃料電池20を急冷することができることから、判定部92は、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123との接続が必要であると判定する。一方、燃料電池20内の温度が耐熱閾値以下の場合、判定部92は、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123との接続が不要であると判定する。
When the temperature in the
次いで、判定部92は、冷却水回路の切換要否判定の結果、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続する必要があるか否かを判別する(ステップS23)。第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続する必要がない場合(S23/No)、判定部92は、第1の流路切換弁駆動部95及び第2の流路切換弁駆動部96に対して、それぞれ第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113を循環モードに設定するよう指示する(ステップS29)。
Next, the
判定部92の指示にしたがって、第1の流路切換弁駆動部95及び第2の流路切換弁駆動部96は、それぞれ第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113が循環モードとなるように第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113を駆動する。これにより、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とが互いに独立した状態で保持される。
In accordance with the instruction from the
この状態で、燃料電池20を冷却するための冷却水は、第1の冷却水回路121を循環する。第1の冷却水回路121を循環する冷却水のすべてがラジエータ101を通過するため、燃料電池20の排熱により昇温した冷却水は効率的に冷却され、燃料電池20の冷却効率の向上を図ることができる。
In this state, the cooling water for cooling the
次いで、判定部92は、イオン除去要否判定を行う(ステップS30)。本実施形態において、判定部92は、第2の導電率検出器119の出力信号に基づいて導電率検出部91により検出される冷却水の導電率(以下、「第2の導電率」ともいう。)が、あらかじめ設定された第2の閾値を超えているか否かを判定する。
Next, the
第2の導電率が第2の閾値以下の場合、第2の冷却水回路123に保持された冷却水のイオン濃度を低下させる必要性が小さいため、判定部92は、イオン除去が不要であると判定する。一方、第2の導電率が第2の閾値を超える場合、第2の冷却水回路123に保持された冷却水のイオン濃度を低下させる必要があるため、判定部92は、イオン除去が必要であると判定する。
When the second conductivity is equal to or less than the second threshold value, it is not necessary to reduce the ion concentration of the cooling water held in the second
次いで、判定部92は、イオン除去要否判定の結果、イオン除去を行う必要があるか否かを判別する(ステップS31)。第2の冷却水回路123に保持された冷却水の導電率(第2の導電率)が高く、冷却水のイオン除去を行う必要がある場合(S31/Yes)、判定部92は、第2のポンプ駆動部94に対して、第2のポンプ107を駆動させるよう指示する(ステップS33)。
Next, as a result of the ion removal necessity determination, the
判定部92の指示にしたがって、第2のポンプ駆動部94は、第2のポンプ107を駆動する。これにより、第2の冷却水回路123を冷却水が循環し、イオン交換器103によって冷却水のイオン濃度が低下させられる。第2の冷却水回路123にはバッファタンク109が設けられており、当該バッファタンク109に蓄積される冷却水の導電率も次第に低下する。
The second
燃料電池20を冷却する第1の冷却水回路121とは別の第2の冷却水回路123に冷却水を循環させて冷却水のイオン濃度を低下させることで、燃料電池20の排熱の影響を受けずに、低温で導電率の低い冷却水を、バッファタンク109を含む第2の冷却水回路123に蓄積することができる。このとき、第2の冷却水回路123には熱交換器115が設けられているために、イオン交換器103の熱劣化の抑制効果をより高めることができる。
Influence of exhaust heat of the
第2のポンプ107の出力は一定値であってもよく、変動値であってもよい。例えば、第2のポンプ駆動部94は、第2の導電率に基づいて第2のポンプ107の出力を変化させてもよい。この場合、第2のポンプ駆動部94は、第2の導電率が高いほど第2のポンプ107の出力を高くしてもよい。これにより、第2の冷却水回路123を循環する冷却水の導電率を速やかに低下させることができる。
The output of the
一方、第2の導電率が低く、冷却水のイオン除去を行う必要がない場合(S31/No)、判定部92は、第2のポンプ駆動部94に対して、第2のポンプ107の駆動を停止させるよう指示する(ステップS27)。
On the other hand, when the second conductivity is low and it is not necessary to perform cooling water ion removal (S31 / No), the
判定部92の指示にしたがって、第2のポンプ駆動部94は、第2のポンプ107を停止する。これにより、イオン交換器103により冷却水のイオン除去が行われることなく、導電率の低い冷却水が、バッファタンク109を含む第2の冷却水回路123内に保持された状態が維持される。したがって、冷却水の導電率を必要以上に低下させることがなく、イオン交換器103の寿命を延ばすことができる。
In accordance with the instruction from the
一方、上記のステップS23において、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続する必要がある場合(S23/Yes)、判定部92は、第1の流路切換弁駆動部95及び第2の流路切換弁駆動部96に対して、それぞれ第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113を接続モードに設定するよう指示する(ステップS25)。
On the other hand, in the above step S23, when it is necessary to connect the first
判定部92の指示にしたがって、第1の流路切換弁駆動部95及び第2の流路切換弁駆動部96は、それぞれ第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113が接続モードとなるように第1の流路切換弁111及び第2の流路切換弁113を駆動する。これにより、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とが接続されて第3の冷却水回路131が形成される。
In accordance with the instruction from the
第3の冷却水回路131が形成された状態では、判定部92は、第2のポンプ駆動部94に対して、第2のポンプ107を停止状態で保持させるよう指示する(ステップS27)。判定部92からの指示にしたがって、第2のポンプ駆動部94は、第2のポンプ107の駆動を停止する。
In a state where the third
この状態では、第1の冷却水回路121を循環していた導電率の高い冷却水が第2の冷却水回路123に流れ込み、比較的容量の大きなバッファタンク109内に蓄積される。一方、第1の冷却水回路121には、バッファタンク109を含む第2の冷却水回路123に保持されていた導電率の低い冷却水が供給される。このようにして、燃料電池20の冷却に伴って導電率が高くなった冷却水を、導電率の低い冷却水に置き換えることができ、冷却水の電気絶縁性を確保することができる。
In this state, the high-conductivity cooling water circulating in the first
さらに、バッファタンク109に蓄積されている冷却水は、第1の冷却水回路121を循環していた冷却水に比べて低温の状態であるため、低温の冷却水が燃料電池20に供給されることで、燃料電池20を速やかに冷却させることも可能になる。
Further, since the cooling water stored in the
ステップS27において第2のポンプ107を停止させ、あるいは、ステップS33において第2のポンプ107を駆動させた後、判定部92は、ステップS21に戻って、ここまでに説明した図6の処理を繰り返し実行する。
After stopping the
<5.変形例>
ここまで、本実施形態に係る燃料電池システム100について説明したが、本実施形態に係る燃料電池システム100は種々の変形が可能である。以下、変形例の幾つかを説明する。
<5. Modification>
So far, the
(5−1.第1の変形例)
図7及び図8は、第1の変形例に係る燃料電池システム200を示す模式図である。第1の変形例に係る燃料電池システム200では、第1の流路切換弁211が、第2の冷却水回路123と第2の接続通路127との接続部分に設けられている。また、第2の流路切換弁213が、第2の冷却水回路123と第1の接続通路125との接続部分に設けられている。
(5-1. First Modification)
7 and 8 are schematic diagrams illustrating a
第1のポンプ105及び燃料電池20は、第1の冷却水回路121における、第1の冷却水回路121と第1の接続通路125との接続部分の下流側、かつ、第1の冷却水回路121と第2の接続通路127との接続部分の上流側の部分121aに配置されている。第1のポンプ105が、燃料電池20よりも下流側に配置されていてもよい。ラジエータ101は、第1の冷却水回路121における上記部分121a以外の位置に配置されている。
The
イオン交換器103は、第2の冷却水回路123における、第1の流路切換弁211よりも下流側、かつ、第2の流路切換弁213よりも上流側の部分123aに配置されている。第2のポンプ107、バッファタンク109及び熱交換器115は、第2の冷却水回路123における上記部分123a以外の位置に配置されている。第2のポンプ107、バッファタンク109及び熱交換器115の配置位置は適宜入れ換えられていてもよい。
The
第1の流路切換弁211は、第2の接続通路127が閉じられる一方で第2の冷却水回路123の部分123aが開かれる循環モードと、第2の接続通路127が開かれる一方で第2の冷却水回路123の部分123aが閉じられる接続モードとを切り換え可能になっている。また、第2の流路切換弁213は、第1の接続通路125が閉じられる一方で第2の冷却水回路123の部分123aが開かれる循環モードと、第1の接続通路125が開かれる一方で第2の冷却水回路123の部分123aが閉じられる接続モードとを切り換え可能になっている。
The first flow
図7に示すように、第1の流路切換弁211及び第2の流路切換弁213がともに循環モードに設定されている場合、互いに独立した2つの第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123が形成される。この場合、第1の冷却水回路121を冷却水が循環することで、燃料電池20が冷却される。また、第2の冷却水回路123を冷却水が循環することで、冷却水のイオン濃度が低下し、導電率の低い冷却水がバッファタンク109に蓄積される。
As shown in FIG. 7, when both the first flow
図8に示すように、第1の流路切換弁211及び第2の流路切換弁213がともに接続モードに設定されている場合、第1の冷却水回路121から第1の接続通路125、第2の冷却水回路123及び第2の接続通路127を経由して再び第1の冷却水回路121に戻る第3の冷却水回路231が形成される。第3の冷却水回路231では、第2のポンプ107により圧送される冷却水が、イオン交換器103を経由することなく循環可能になっている。
As shown in FIG. 8, when both the first flow
また、第1の変形例に係る燃料電池システム200においては、第3の冷却水回路231が形成された場合であっても、第1のポンプ105により圧送される冷却水が第1の冷却水回路121を循環可能になっている。第1のポンプ105により圧送される冷却水及び第2のポンプ107により圧送される冷却水は、第1の冷却水回路121と第2の接続通路127との接続部分において合流して第1の冷却水回路121を流れ、ラジエータ101を通過する。
Further, in the
ラジエータ101を通過した冷却水は、第1の冷却水回路121と第1の接続通路125との接続部分で分流して、一部の冷却水が第1の冷却水回路121の上記部分121aを流れ、一部の冷却水が第2の冷却水回路123を流れる。これにより、バッファタンク109を含む第2の冷却水回路123に保持されていた導電率の低い、かつ、低温の冷却水が第1の冷却水回路121を循環する冷却水に混合され、第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率を低下させることができる。
The cooling water that has passed through the
さらに、バッファタンク109に蓄積されている冷却水は、第1の冷却水回路121を循環していた冷却水に比べて低温の状態であるため、低温の冷却水が燃料電池20に供給されることで、燃料電池20を速やかに冷却させることも可能になる。
Further, since the cooling water stored in the
第1の変形例に係る燃料電池システム200において、上述した点以外の構成は、上記実施形態に係る燃料電池システム100と同様に構成することができる。また、第1の変形例に係る燃料電池システム200においても、上記実施形態に係る燃料電池システム100の切換制御処理と同様のフローチャートにしたがって冷却水回路の切換制御処理を実行することができる。
In the
第1の変形例に係る燃料電池システム200によっても、上記実施形態に係る燃料電池システム100と同様に、イオン交換器103によるイオン除去能力の短期間での低下、及び、熱劣化が抑制され、イオン交換器103の寿命を延ばすことができる。また、燃料電池20を冷却する第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率が上昇した場合には、バッファタンク109に蓄積された冷却水によって導電率を低下させて冷却水の電気絶縁性を確保することができるとともに、冷却水の温度を低下させることができる。
Also in the
(5−2.第2の変形例)
図9及び図10は、第2の変形例に係る燃料電池システム250を示す模式図である。第2の変形例に係る燃料電池システム250においては、第1のポンプ105の配置位置及び第2のポンプ107による第2の冷却水回路123内の冷却水の循環方向が第1の変形例に係る燃料電池システム250とは異なっている。
(5-2. Second Modification)
9 and 10 are schematic diagrams showing a
第2の変形例に係る燃料電池システム250において、第1のポンプ105は、第1の冷却水回路121における、第1の冷却水回路121と第2の接続通路127との接続部分よりも上流側、かつ、第1の冷却水回路121と第1の接続通路125との接続部分よりも下流側の部分121a以外の位置に配置されている。また、第2のポンプ107により第2の冷却水回路123を循環する冷却水の循環方向は、第1の変形例に係る燃料電池システム200の場合と比べて逆向きとなっている。
In the
図9に示すように、第1の流路切換弁211及び第2の流路切換弁213がともに循環モードに設定されている場合、互いに独立した2つの第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123が形成される。この場合、第1の冷却水回路121を冷却水が循環することで、燃料電池20が冷却される。また、第2の冷却水回路123を冷却水が循環することで、冷却水のイオン濃度が低下し、導電率の低い冷却水がバッファタンク109に蓄積される。
As shown in FIG. 9, when both the first flow
図10に示すように、第1の流路切換弁211及び第2の流路切換弁213がともに接続モードに設定されている場合、第1の冷却水回路121の上記部分121aから第2の接続通路127、第2の冷却水回路123及び第1の接続通路125を経由して再び第1の冷却水回路121の上記部分121aに戻る第3の冷却水回路251が形成される。第3の冷却水回路251では、第2のポンプ107により圧送される冷却水が、イオン交換器103を経由することなく循環可能になっている。
As shown in FIG. 10, when both the first flow
また、第2の変形例に係る燃料電池システム250においては、第3の冷却水回路251が形成された場合であっても、第1のポンプ105により圧送される冷却水が第1の冷却水回路121を循環可能になっている。第1のポンプ105により圧送される冷却水及び第2のポンプ107により圧送される冷却水は、第1の冷却水回路121と第1の接続通路125との接続部分において合流して第1の冷却水回路121の上記部分121aを流れ、燃料電池20を通過する。
Further, in the
燃料電池20を通過した冷却水は、第1の冷却水回路121と第2の接続通路127との接続部分で分流して、一部の冷却水が第1の冷却水回路121を流れ、一部の冷却水が第2の冷却水回路123を流れる。これにより、バッファタンク109を含む第2の冷却水回路123に保持されていた導電率の低い、かつ、低温の冷却水が第1の冷却水回路121を循環する冷却水に混合され、第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率を低下させることができる。
The cooling water that has passed through the
さらに、バッファタンク109に蓄積されている冷却水は、第1の冷却水回路121を循環していた冷却水に比べて低温の状態であるため、低温の冷却水が燃料電池20に供給されることで、燃料電池20を速やかに冷却させることも可能になる。
Further, since the cooling water stored in the
第2の変形例に係る燃料電池システム250において、上述した点以外の構成は、上記実施形態に係る燃料電池システム100あるいは第1の変形例に係る燃料電池システム200と同様に構成することができる。また、第2の変形例に係る燃料電池システム250においても、上記実施形態に係る燃料電池システム100の切換制御処理と同様のフローチャートにしたがって冷却水回路の切換制御処理を実行することができる。
行することができる。
In the
Can be done.
第2の変形例に係る燃料電池システム250によっても、上記実施形態に係る燃料電池システム100と同様に、イオン交換器103によるイオン除去能力の短期間での低下、及び、熱劣化が抑制され、イオン交換器103の寿命を延ばすことができる。また、燃料電池20を冷却する第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率が上昇した場合には、バッファタンク109に蓄積された冷却水によって導電率を低下させて冷却水の電気絶縁性を確保することができるとともに、冷却水の温度を低下させることができる。
Also in the
(5−3.第3の変形例)
図11は、第3の変形例に係る燃料電池システム300を示す模式図である。第3の変形例に係る燃料電池システム300は、上記実施形態に係る燃料電池システム100において第2の冷却水回路123に備えられていたバッファタンク109を二次電池30の冷却回路310に置き換えたものである。燃料電池車両1に搭載された二次電池30の冷却回路310は、第2の冷却水回路123の途中に接続されている。
(5-3. Third Modification)
FIG. 11 is a schematic diagram showing a
第2の冷却水回路123には、二次電池20の冷却回路310への冷却水の循環の可否を切り換える第3の流路切換弁112が備えられる。第3の流路切換弁112は、冷却回路310側を開放し、バイパス路129側を閉じることにより、冷却水が冷却回路310を循環可能にする。一方、第3の流路切換弁112は、冷却回路310側を閉じ、バイパス路129側を開放することにより、冷却水が冷却回路310を循環不能にする。
The second
二次電池30の冷却回路310の容量は燃料電池20の冷却回路を循環する冷却水の容量に比べて大きいことから、冷却回路310を循環する冷却水の容量が第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率の低下に必要な水量を満足する。このため、二次電池30の冷却回路310は、冷却水を蓄積するバッファタンクと同様に機能する。第3の変形例に係る燃料電池システム300では、バッファタンクが不要となって、燃料電池車両1に搭載される燃料電池システム300としてより実用的となる。
Since the capacity of the
二次電池30をバッファタンクとして機能させる場合、熱交換器115は、第2の冷却水回路123を流れる冷却水の温度を、二次電池30の冷却温度(例えば25℃)以下に低下することができればよい。
When making the
なお、図11は、上記実施形態に係る燃料電池システム100のバッファタンク109を二次電池30の冷却回路310に置き換えたものであるが、第1の変形例に係る燃料電池システム200又は第2の変形例に係る燃料電池システム250のバッファタンク109が二次電池30の冷却回路310に置き換えられてもよい。
Although FIG. 11 shows the
以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池20を冷却するための第1の冷却水回路121とは別の第2の冷却水回路123で冷却水のイオン除去を行うことにより、必要以上のイオン除去が抑制され、イオン交換器103の寿命を延ばすことができる。
As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, the cooling water ion is removed in the second
第2の冷却水回路123には発熱要素がないことから、第2の冷却水回路123に冷却水を循環させて冷却水のイオン除去を行う場合に、イオン交換器103の熱劣化を抑制することができる。また、本実施形態に係る燃料電池システムでは、第2の冷却水回路123に熱交換器115が備えられていることから、第2の冷却水回路123を循環する冷却水の温度上昇が抑制され、イオン交換器103の熱劣化の抑制効果を高めることができる。
Since the second
また、第2の冷却水回路123でイオン除去され、導電率が低下した冷却水は、低温の状態でバッファタンク109に蓄積されることから、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続して導電率の低い冷却水を第1の冷却水回路121に導入する際に、低温の冷却水を燃料電池20に供給することができる。
The cooling water whose ions have been removed by the second
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。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is apparent that those skilled in the art to which the present invention pertains can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では第2の冷却水回路123に熱交換器115が備えられていたが、本発明はかかる例に限定されない。熱交換器115は、放熱装置に置き換えられてもよい。あるいは、熱交換器115あるいは放熱装置が省略されていてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では第1の冷却水回路121を循環する冷却水の導電率又は燃料電池20内の温度に基づいて第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続するか否かを判定していたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、あらかじめ第1の冷却水回路121に冷却水を循環させる積算時間と冷却水の導電率の上昇量との関係に基づいて、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続させる積算時間を設定しておき、当該時間の経過時に、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123とを接続させてもよい。この場合、第1の導電率検出器117を省略することができる。
In the above embodiment, the first
また、上記実施形態では第2の冷却水回路123を循環する冷却水の導電率に基づいて第2の冷却水回路123に冷却水を循環させるか否かを判定していたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第1の冷却水回路121と第2の冷却水回路123との接続を終了させた後、あらかじめ設定した期間、第2のポンプ107を駆動して第2の冷却水回路123に冷却水を循環させて冷却水のイオン除去を行ってもよい。この場合、第2の導電率検出器119を省略することができる。
In the above embodiment, whether or not to circulate the cooling water in the second
また、上記実施形態では、燃料電池車両に搭載された燃料電池システムを例に採って説明したが、本発明はかかる例に限定されない。燃料電池システムが、燃料電池車両1以外に搭載される場合であっても本発明を適用することができる。 Further, in the above embodiment, the fuel cell system mounted on the fuel cell vehicle has been described as an example, but the present invention is not limited to such an example. The present invention can be applied to a case where the fuel cell system is mounted on a vehicle other than the fuel cell vehicle 1.
1 燃料電池車両(燃料電池レンジエクステンダー車)
20 燃料電池
30 二次電池
90 制御装置
100 燃料電池システム
101 ラジエータ
103 イオン交換器
105 第1のポンプ
107 第2のポンプ
109 バッファタンク
111 第1の流路切換弁
113 第2の流路切換弁
115 熱交換器
117 第1の導電率検出器
119 第2の導電率検出器
121 第1の冷却水回路
123 第2の冷却水回路
125 第1の接続通路
127 第2の接続通路
1 fuel cell vehicles (fuel cell range extender vehicles)
Claims (10)
前記燃料電池を通過する冷却水が循環可能に形成された第1の冷却水回路と、
イオン交換器を備え冷却水が循環可能に形成された第2の冷却水回路と、
前記第1の冷却水回路と前記第2の冷却水回路との接続及び遮断を切り換える流路切換弁と、
を備えた、燃料電池システム。 A fuel cell,
A first cooling water circuit formed so that cooling water passing through the fuel cell can circulate;
A second cooling water circuit comprising an ion exchanger and formed so that cooling water can circulate;
A flow path switching valve that switches connection and disconnection between the first cooling water circuit and the second cooling water circuit;
A fuel cell system comprising:
前記イオン交換器は、前記第2の冷却水回路のうちの前記第3の冷却水回路を構成しない部分に備えられる、請求項1に記載の燃料電池システム。 When connecting the first cooling water circuit and the second cooling water circuit, a third cooling water circuit is formed by a part of the first cooling water circuit and a part of the second cooling water circuit. Is composed,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the ion exchanger is provided in a portion of the second cooling water circuit that does not constitute the third cooling water circuit. 3.
前記制御装置は、前記第1の冷却水回路と前記第2の冷却水回路とが遮断された状態で、前記第1の冷却水回路を流れる冷却水の前記導電率が第1の閾値を超えたときに前記第1の冷却水回路と前記第2の冷却水回路とを接続する、請求項5に記載の燃料電池システム。 A control device for controlling the operation of the flow path switching valve,
The control device is configured such that, in a state where the first cooling water circuit and the second cooling water circuit are shut off, the conductivity of the cooling water flowing through the first cooling water circuit exceeds a first threshold value. The fuel cell system according to claim 5, wherein the first cooling water circuit and the second cooling water circuit are connected when the first cooling water circuit is turned on.
The fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle, and the second cooling water circuit is connected to a cooling circuit of a secondary battery that is a power source of a drive motor of the fuel cell vehicle. 3. The fuel cell system according to 2.
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