JP2020136205A - 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.
燃料電池システムに複数の燃料電池スタックを備え付け、複数の燃料電池で得られる発電電力をモーター等の駆動源の駆動電力として用いる手法が提案されている(例えば、特許文献1)。 A method has been proposed in which a plurality of fuel cell stacks are provided in a fuel cell system, and the generated power obtained from the plurality of fuel cells is used as the drive power of a drive source such as a motor (for example, Patent Document 1).
特許文献1では、単一の冷却システムから複数の燃料電池スタックに冷媒を供給して、氷点下環境でのシステム始動時において、個々の燃料電池スタックの昇温促進が図られている。ところで、燃料電池スタックの運転状況は、複数の燃料電池スタックで通常は相違する。このため、燃料電池スタックごとにスタック温度を管理することが、発電運転の高効率化や燃費向上に有益となる。燃料電池スタックごとの温度管理は、燃料電池スタックごとに独立に冷却システムを設けることで達成できる。しかしながら、燃料電池スタックごとに冷却システムを独立に設けただけでは、冷却システムに冷媒の圧送不良等の不具合が起きた場合の対処が必要となることが指摘されるに至った。より具体的には、不具合が起きた冷却システムの冷却対象である燃料電池スタックでは、発熱反応である燃料と酸素の電気化学反応の進行が冷却不備のために阻害されるので、発電運転を控えたり停止する必要がある。そうすると、他の燃料電池スタックでの発電運転の負荷が過剰となり、燃費が低下する。 In Patent Document 1, a single cooling system supplies a refrigerant to a plurality of fuel cell stacks to promote the temperature rise of each fuel cell stack when the system is started in a subfreezing environment. By the way, the operating condition of the fuel cell stack is usually different among a plurality of fuel cell stacks. Therefore, managing the stack temperature for each fuel cell stack is beneficial for improving the efficiency of power generation operation and improving fuel efficiency. Temperature control for each fuel cell stack can be achieved by providing an independent cooling system for each fuel cell stack. However, it has been pointed out that if a cooling system is provided independently for each fuel cell stack, it is necessary to take measures when a problem such as a poor pumping of refrigerant occurs in the cooling system. More specifically, in the fuel cell stack that is the cooling target of the defective cooling system, the progress of the electrochemical reaction between fuel and oxygen, which is an exothermic reaction, is hindered due to insufficient cooling, so refrain from power generation operation. Or need to stop. Then, the load of the power generation operation in the other fuel cell stack becomes excessive, and the fuel consumption is lowered.
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention can be realized as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、複数の燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに冷媒を循環還流させてスタック冷却を図るよう前記燃料電池スタックごとに対応付けて設けられた複数の冷却システムと、該冷却システムによる前記スタック冷却を制御する制御部とを有する燃料電池システムであって、前記複数の冷却システムのそれぞれは、前記対応付けられた前記燃料電池スタックに前記冷媒を導入する導入路と、前記対応付けられた前記燃料電池スタックから排出された前記冷媒を導いて前記導入路に還流させる還流路とを有し、前記複数の冷却システムは、一つの冷却システムと他の冷却システムとにおいて、前記一つの冷却システムの前記導入路を前記他の冷却システムの前記導入路に連通させる連通導入路と、前記一つの冷却システムの前記還流路を前記他の冷却システムの前記還流路に連通させる連通還流路と、前記連通導入路に組み込まれた導入路開閉弁と、前記連通還流路に組み込まれた還流路開閉弁とを共有し、前記制御部は、前記複数の冷却システムの全てにおいて前記スタック冷却が正常である状況下では、前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁を閉弁制御し、前記複数の冷却システムの一部において前記スタック冷却が非正常である状況下では、前記スタック冷却が非正常の前記冷却システムが前記他の冷却システムと共有する前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁とを開弁制御する。この形態の燃料電池システムによれば、スタック冷却が非正常となった冷却システム(以下、非正常冷却システムと称する)の導入路に、スタック冷却が正常の他の冷却システム(以下、正常冷却システムと称する)の導入路から連通導入路を経て冷媒を導いて、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックに冷媒を導入できる。また、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックから排出された冷媒を、非正常冷却システムの還流路から正常冷却システムの還流路に連通還流路を経て導くことができる。これにより、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックではスタック冷却が継続されるので、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタックにおいて発電運転を控えたり発電を停止したりする必要がなくなる。この結果、ある冷却システムでスタック冷却が非正常となっても、非正常冷却システムに対応付けられた燃料電池スタック以外の燃料電池スタックに必要以上の発電運転の負荷が掛からないようにできるので、燃費の悪化の回避、或いは抑制が可能となる。 (1) According to one embodiment of the present invention, a fuel cell system is provided. This fuel cell system includes a plurality of fuel cell stacks, a plurality of cooling systems provided in association with each fuel cell stack so as to circulate and recirculate the refrigerant in the fuel cell stack to cool the stack, and the cooling system. A fuel cell system having a control unit for controlling the stack cooling by the above, and each of the plurality of cooling systems is associated with an introduction path for introducing the refrigerant into the associated fuel cell stack. The plurality of cooling systems have a recirculation path for guiding the refrigerant discharged from the fuel cell stack and returning the refrigerant to the introduction path, and the plurality of cooling systems are described in one cooling system and another cooling system. A communication introduction path for communicating the introduction path of the cooling system with the introduction path of the other cooling system, and a communication return path for communicating the return path of the one cooling system with the return path of the other cooling system. , The introduction path on-off valve incorporated in the communication introduction path and the return path on-off valve incorporated in the communication return path are shared, and the control unit performs the stack cooling normally in all of the plurality of cooling systems. In the situation where the introduction path on-off valve and the return path on-off valve are closed and controlled, and the stack cooling is abnormal in a part of the plurality of cooling systems, the stack cooling is abnormal. The introduction path on-off valve and the return path on-off valve shared by the cooling system with the other cooling system are controlled to open. According to this form of fuel cell system, another cooling system (hereinafter, normal cooling system) in which stack cooling is normal is provided in the introduction path of a cooling system in which stack cooling is abnormal (hereinafter referred to as an abnormal cooling system). The refrigerant can be introduced into the fuel cell stack associated with the abnormal cooling system by guiding the refrigerant from the introduction path (referred to as) through the communication introduction path. Further, the refrigerant discharged from the fuel cell stack associated with the abnormal cooling system can be guided from the reflux path of the abnormal cooling system to the reflux path of the normal cooling system via the communication return path. As a result, stack cooling is continued in the fuel cell stack associated with the abnormal cooling system, so it is necessary to refrain from power generation operation or stop power generation in the fuel cell stack associated with the abnormal cooling system. It disappears. As a result, even if the stack cooling becomes abnormal in a certain cooling system, it is possible to prevent the fuel cell stack other than the fuel cell stack associated with the abnormal cooling system from being overloaded with power generation operation. It is possible to avoid or suppress the deterioration of fuel efficiency.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの運転制御方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various aspects. For example, it can be realized in the form of an operation control method of a fuel cell system.
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、複数の燃料電池スタックとして、第1燃料電池スタック11〜第3燃料電池スタック13を備えるほか、燃料電池スタックごとの第1冷却システム200,第2冷却システム300,第3冷却システム400と、制御部500と、ガス給排機構600と、電池出力制御部700とを備える。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
第1燃料電池スタック11と第2燃料電池スタック12および第3燃料電池スタック13は、ガス給排機構600から燃料ガス、例えば水素ガスと酸素含有の空気の供給を受け、それぞれ発電する。この発電電力は、電池出力制御部700に送られ、燃料電池システム10が駆動力生成用に燃料電池車両に搭載されたシステムであれば、駆動用モーター等の負荷800の駆動電力に用いられる。燃料電池システム10が商工業施設の電力生成用に施設配置されたシステムであれば、各燃料電池スタックの発電電力は、商工業施設の電灯や各種の電気器具装置等の負荷800の駆動電力に用いられる。なお、電池出力制御部700による出力制御を、後述の制御部500により行うようにしてもよい。
The first fuel cell stack 11, the second
第1冷却システム200と第2冷却システム300および第3冷却システム400は、同一の機器構成を備えており、対応付けられた燃料電池スタックに冷媒を循環還流させてスタック冷却を図る。第1冷却システム200を例に上げて構成を説明すると、第1冷却システム200は、第1燃料電池スタック11に冷媒を循環還流させてスタック冷却を図るため、ラジエーター211から第1燃料電池スタック11に至る導入路210と、第1燃料電池スタック11からラジエーター211に至る還流路220とを備える。導入路210と還流路220を連続させるラジエーター211は、ファン212からの冷風の吹き付けを受けて、冷媒、例えば冷却水を冷却する。ラジエーター211で冷却済みの冷媒は、導入路210の管路に配設された圧送ポンプ213がポンプモーター214により回転駆動することで、図中に矢印で示すように、第1燃料電池スタック11に導入される。
The
第1燃料電池スタック11に導入された冷媒は、第1燃料電池スタック11を通過する間にスタックを冷却して第1燃料電池スタック11から排出される。第1燃料電池スタック11から排出された冷媒は、還流路220に導かれ、導入路210に還流される。この冷媒の還流は、ラジエーター211を経由して行われる他、ラジエーター211をバイパスするバイパス路223を経由しても行われる。第1燃料電池スタック11から排出された冷媒の温度は、還流路220に配設された温度センサー221により検出され、その検出温度(冷媒温度)は、制御部500に送信されて、スタック冷却の制御パラメータに用いられる。
The refrigerant introduced into the first fuel cell stack 11 cools the stack while passing through the first fuel cell stack 11 and is discharged from the first fuel cell stack 11. The refrigerant discharged from the first fuel cell stack 11 is guided to the
バイパス路223は、還流路220に配設された三方弁222に一端が接続され、他端が導入路210に接続され、管路途中に、イオン交換器224を有する。イオン交換器224は、バイパス路223を通過する冷媒に電荷を帯びて溶解している各種イオン、例えば、導入路210等の管路壁から溶解した鉄イオン等を冷媒から除去する。三方弁222は、後述する制御部500の制御下で駆動し、ラジエーター211への冷媒通過とバイパス路223への冷媒通過を切り替えるほか、ラジエーター211への冷媒通過とバイパス路223への冷媒通過とを、冷媒通過量比を調整しつつ実行する。例えば、温度センサー221の検出温度から、冷媒の急冷や大きな冷却が必要であると制御部500が判断すると、三方弁222は、ラジエーター211への冷媒通過だけを行うよう駆動される。また、図示しないイオン濃度センサー等の出力により、或いは、所定時間を越える冷媒還流がなされたりして、イオン除去が必要であると制御部500が判断すると、三方弁222は、バイパス路223への冷媒通過だけを行うよう駆動制御されたり、冷媒通過量比が調整された上でラジエーター211への冷媒通過とバイパス路223への冷媒通過とを行うよう、駆動制御される。
The
第2冷却システム300と第3冷却システム400は、既述した第1冷却システム200と同一の構成であり、第2冷却システム300は、対応する第2燃料電池スタック12のスタック冷却を図り、第3冷却システム400は、対応する第3燃料電池スタック13のスタック冷却を図る。なお、以下の説明においては、同一の部材については同一の部材名を用い、符合にて、第2冷却システム300に属する部材か第3冷却システム400に属する部材かを区別することとする。
The
上記した三つの冷却システムにおける一つの冷却システム、例えば第1冷却システム200と、他の冷却システム、例えば第2冷却システム300は、第1冷却システム200における導入路210を第1冷却システム200における導入路310に連通する連通導入路230と、第1冷却システム200における還流路220を第2冷却システム300における還流路320に連通する連通還流路240と、連通導入路230に組み込まれた導入路開閉弁250と、連通還流路240に組み込まれた還流路開閉弁260とを共有して備える。連通導入路230は、導入路210と導入路310を冷却システム間で連通し、連通還流路240は、還流路220と還流路320を冷却システム間で連通する。
In one cooling system in the above three cooling systems, for example, the
また、第2冷却システム300と第3冷却システム400は、第2冷却システム300における導入路310を第3冷却システム400における導入路410に連通する連通導入路330と、第2冷却システム300における還流路320を第3冷却システム400における還流路420に連通する連通還流路340と、連通導入路330に組み込まれた導入路開閉弁350と、連通還流路340に組み込まれた還流路開閉弁360とを共有して備える。これらの流路構成を、第1冷却システム200と第2冷却システム300と第3冷却システム400を含む複数の冷却システムから見ると、この複数の冷却システムは、既述した連通導入路230と連通導入路330、連通還流路240と連通還流路340、導入路開閉弁250と還流路開閉弁360、および還流路開閉弁260と還流路開閉弁360を有することになる。
Further, in the
本実施形態では、第1冷却システム200と第3冷却システム400は、図1に示すように連続した連通導入路230と連通導入路330とにより、導入路210と導入路410とを連通させている。また、第1冷却システム200と第3冷却システム400は、図1に示すように連続した連通還流路240と連通還流路340とにより、還流路220と還流路420とを連通させている。なお、第1冷却システム200と第3冷却システム400において、導入路210と導入路410とを直に連通させる連通導入路を設けたり、還流路220と還流路420とを直に連通させる連通還流路を設けてもよい。
In the present embodiment, in the
制御部500は、図示しない周知のCPU、ROM、RAM、メモリおよび入出力ポートを備えたコンピューターとして構成されている。入出力ポートには、温度センサー221等の各種センサーが接続されている。例えば、本実施形態の燃料電池システム10が燃料電池車両に搭載されたシステムであれば、入出力ポートには、イグニッションスイッチや、駆動輪の回転速度を検出する車輪速センサー、ブレーキペダルの踏み込み状況を検出するブレーキペダルセンサー、アクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサーなどが接続される。これらセンサーは、後述の電池出力制御部700にも接続されており、その検出信号は、負荷800への電力付加の制御パラメータとして用いられる。そして、制御部500は、CPUがROMに記憶済みのコンピュータープログラムをRAMにロードして実行することで、機能部としての監視部510、第1制御部520および第2制御部530を構築する。これら機能部については、後述する。
The
ガス給排機構600は、制御部500或いは電池出力制御部700の制御を受けて、第1燃料電池スタック11〜第3燃料電池スタック13のそれぞれに、燃料ガス(例えば、水素ガス)と酸素含有の空気を供給する。また、ガス給排機構600は、未消費の燃料ガスの循環供給、および、排ガスのシステム外への排出も行う。なお、燃料ガスや空気の供給量や供給タイミングは、制御部500或いはガス給排機構600で規定される。
Under the control of the
電池出力制御部700は、制御部500と同様、図示しない周知のCPU、ROM、RAM、メモリおよび入出力ポートを備えたコンピューターとして構成されている。入出力ポートには、燃料電池スタックごとの既述した温度センサーの他、イグニッションスイッチ、車輪速センサー等の各種センサーが接続されている。そして、電池出力制御部700は、車輪速センサー等のセンサー出力を制御パラメータにして、第1燃料電池スタック11〜第3燃料電池スタック13を発電制御すると共に、負荷800への電力の付加制御を行う。
Like the
図2は、燃料電池システム10が有する制御部500によって実行される冷却監視制御の制御手順を示すフローチャートである。この冷却監視制御は、第1燃料電池スタック11〜第3燃料電池スタック13へのガス給排機構600からのガス供給と電池出力制御部700による発電制御が実行されている間に繰り返し実行される。制御部500は、まず、第1燃料電池スタック11と第2燃料電池スタック12と第3燃料電池スタック13の冷却状態をセンシングする(ステップS100)。このセンシングでは、スタック冷却の適否判定のパラメータとなる温度センサー221〜温度センサー421の検出温度の入力がなされる。この他、第1冷却システム200〜第3冷却システム400でのスタック冷却に用いる各種機器、具体的には、ファン212〜ファン412、圧送ポンプ213〜圧送ポンプ413、三方弁222〜三方弁422、イオン交換器224〜イオン交換器424について、これら機器の駆動異常や故障を検知するための各種パラメータのセンシングとして、ファン駆動モーターやポンプモーター214〜ポンプモーター414の出力センシングや三方弁の駆動センシング、イオン交換器のイオン濃度センシングなどがなされる。
FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of cooling monitoring control executed by the
ステップS100で行ったセンシングの結果に基づき、制御部500は、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てにおいて、スタック冷却が正常に機能しているか否かを判定する(ステップS110)。このステップS110で、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てでスタック冷却が正常であると肯定判定すると、制御部500は、連通導入路230の導入路開閉弁250、連通導入路330の導入路開閉弁350に加え、連通還流路240の還流路開閉弁260、および連通還流路340の還流路開閉弁360を全閉駆動する(ステップS120)。つまり、ステップS110で肯定判定されると、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てにおいてスタック冷却が正常である状況下で、上記した導入路開閉弁と還流路開閉弁が閉弁制御されることになる。
Based on the result of the sensing performed in step S100, the
ステップS120に続き、制御部500は、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てを継続運転し(ステップS130)、一旦、本ルーチンを終了する。これにより、第1冷却システム200〜第3冷却システム400は、それぞれスタック冷却を正常に機能し続けることになる。
Following step S120, the
一方、ステップS110で否定判定すると、制御部500は、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てにおいて、スタック冷却が非正常であるか否かを判定する(ステップS140)。このステップS140で、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てでスタック冷却が非正常であると肯定判定すると、制御部500は、全ての冷却システムでスタック冷却が非正常である旨の異常報知を行った上で、第1燃料電池スタック11〜第3燃料電池スタック13をアイドル運転とし、第1冷却システム200〜第3冷却システム400については冷却運転を停止しして(ステップS150)、一旦、本ルーチンを終了する。第1冷却システム200〜第3冷却システム400についてスタック冷却が正常か非正常かを判定するステップS110とステップS140を実行する制御部500の機能部が監視部510に相当する。この監視部510は、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てについて、スタック冷却が正常か非正常かを監視する。そして、ステップS110の肯定判定に続くステップS120を実行する制御部500の機能部が第1制御部520に相当する。この第1制御部520は、監視部510の監視結果により、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の全てにおいてスタック冷却が正常である状況下では、導入路開閉弁と還流路開閉弁を閉弁制御する。
On the other hand, if a negative determination is made in step S110, the
全ての冷却システムでスタック冷却が非正常である場合の異常報知として、制御部500は、「速やかに停車してシステム保守を行って下さい」等の警告文を、燃料電池システム10の搭載車両のモニターにテキスト表示したり、上記の警告文を車両音響装置を介して読み上げ報知する。燃料電池スタックのアイドル運転への移行は、現状の発電運転から徐々にガス供給量を低減させることでなされ、燃料電池システム10の搭載車両は、減速走行で駐車域まで走行した後、停止する。なお、ステップS150でアイドル運転とした後、バッテリーの充電電力により、車両運転を継続するようにすることもできる。
As an abnormality notification when stack cooling is abnormal in all cooling systems, the
ステップS140で否定判定すると、制御部500は、第1冷却システム200〜第3冷却システム400のどの冷却システムでスタック冷却が非正常であるかを特定し、その特定した冷却システムの冷却運転を停止する(ステップS160)。説明の便宜上、図1に示す第1冷却システム200のスタック冷却が非正常であるとして、以下説明する。
If a negative determination is made in step S140, the
制御部500は、ステップS160で第1冷却システム200の冷却運転を停止すると、第1冷却システム200のスタック冷却が非正常である旨の異常報知を行う(ステップS170)。この異常報知は、どの冷却システムでスタック冷却が非正常であるかを特定して報知する必要は無く、「冷却システムに異常があるので保守点検場まで走行してシステム保守を行って下さい」等の警告文を、燃料電池システム10の搭載車両のモニターにテキスト表示したり、上記の警告文を車両音響装置を介して読み上げ報知する。これにより、スタック冷却が非正常な冷却システムは、保守点検場で早期のうちに回復され得る。なお、制御部500は、どの冷却システムでスタック冷却が非正常であるかをメモリに記憶し、保守点検場でのシステム保守の際に、スタック冷却が非正常な冷却システムを搭載車両のモニターにテキスト表示する。
When the cooling operation of the
ステップS170の異常報知に続き、制御部500は、第1冷却システム200でスタック冷却が非正常である状況下なので、この非正常の第1冷却システム200についての導入路開閉弁250と還流路開閉弁260を管路全開に開弁制御すると共に、第1冷却システム200の駆動を停止する(ステップS180)。導入路開閉弁250の開弁制御により、第1冷却システム200の導入路210は、第1冷却システム200と第2冷却システム300の間において、連通導入路230で第2冷却システム300の導入路310に連通する。還流路開閉弁260の開弁制御により、第1冷却システム200の還流路220は、第1冷却システム200と第2冷却システム300の間において、連通還流路240で第2冷却システム300の還流路320に連通する。この場合、他の導入路開閉弁350と還流路開閉弁360は、管路全閉の閉弁制御のままである。また、第1冷却システム200の駆動停止により、第1燃料電池スタック11への圧送ポンプ213による冷媒の導入は停止する。そして、ステップS180を実行する制御部500の機能部は第2制御部530に相当し、この第2制御部530は、監視部510の監視結果により、第1冷却システム200〜第3冷却システム400のいずれか、例えば第1冷却システム200においてスタック冷却が非正常である状況下では、非正常であるとされた第1冷却システム200についての導入路開閉弁250と還流路開閉弁260を開弁制御する。
Following the abnormality notification in step S170, the
ステップS180に続き、制御部500は、スタック冷却が正常な第2冷却システム300について、冷媒循環量が増大するように圧送ポンプ313を駆動制御し(ステップS190)、本ルーチンを終了する。この際の圧送ポンプ313の循環量増大制御は、圧送ポンプ313が第2燃料電池スタック12だけに冷媒を導入している場合の流量の1.5〜2.0倍の流量である。具体的には、制御部500は、第1燃料電池スタック11から排出される冷媒温度と第2燃料電池スタック12から排出される冷媒温度を、それぞれ温度センサー221と温度センサー221で検出し、検出した冷媒温度比を用いて、増量制御量を規定する。こうして増量して圧送ポンプ313から送り出された冷媒は、導入路310を通過して第2燃料電池スタック12に導入される他、導入路開閉弁250が開弁している連通導入路230を経由して導入路210に流れ込み、第1燃料電池スタック11にも導入される。そして、連通導入路230を経由して導入路210から第1燃料電池スタック11に導入された冷媒は、第1燃料電池スタック11を冷却しつつ当該燃料電池スタックから還流路220に排出され、還流路開閉弁260が開弁している連通還流路240を経由して還流路320に流れ込み、第2冷却システム300で循環還流される。燃料電池システム10の運転中、ステップS190の冷媒循環量の増大制御は継続され、車両停止により燃料電池システム10の運転が停止されると、制御部500は、ステップS180により開弁制御していた導入路開閉弁250と還流路開閉弁260を閉弁制御する。
Following step S180, the
ステップS160において、第2冷却システム300のスタック冷却が非正常であると判定した場合、ステップS180では、第2冷却システム300についての導入路開閉弁250と導入路開閉弁350、および還流路開閉弁260と還流路開閉弁360を管路全開に開弁制御すると共に、第2冷却システム300を駆動停止とする。導入路開閉弁250と導入路開閉弁350、および還流路開閉弁260と還流路開閉弁360は、第1冷却システム200への冷媒導入、第1冷却システム200からの冷媒循環に関与できるからである。なお、導入路開閉弁250と導入路開閉弁350の一方、および還流路開閉弁260と還流路開閉弁360の一方の開閉弁を開弁制御してもよい。
When it is determined in step S160 that the stack cooling of the
ステップS160において、第3冷却システム400でスタック冷却が非正常であると判定した場合、制御部500は、ステップS180で、第3冷却システム400についての導入路開閉弁350と還流路開閉弁360を管路全開に開弁制御すると共に、第3冷却システム400を駆動停止とする。
When the
また、ステップS160で、第1冷却システム200〜第3冷却システム400の二つの冷却システムでスタック冷却が非正常であると判定した場合、制御部500は、ステップS180で、導入路開閉弁250と導入路開閉弁350、および還流路開閉弁260と還流路開閉弁360を管路全開に開弁制御する。導入路開閉弁250と導入路開閉弁350、および還流路開閉弁260と還流路開閉弁360は、スタック冷却が正常の一つの冷却システムからスタック冷却が非正常の二つの冷却システムへの冷媒導入、スタック冷却が非正常の二つの冷却システムからスタック冷却が正常の一つの冷却システムへの冷媒循環に関与できるからである。また、制御部500は、上記した開弁制御と共に、スタック冷却が非正常の二つの冷却システムを駆動停止とする。二つの冷却システムでスタック冷却が非正常の場合、スタック冷却が正常な一つの冷却システム、例えば第2冷却システム300における圧送ポンプ313は、スタック冷却が非正常な第1冷却システム200と第3冷却システム400に対応した第1燃料電池スタック11と第3燃料電池スタック13の冷却のための冷媒循環を達成すべく、2.5〜3.0倍の冷媒循環量となるよう、駆動制御される。スタック冷却が正常の一つの冷却システムが、第1冷却システム200の場合でも、第3冷却システム400の場合でも同様である。
Further, when it is determined in step S160 that the stack cooling is abnormal in the two cooling systems of the
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム10では、例えば、第1冷却システム200においてスタック冷却が非正常となると、第1冷却システム200の導入路210に、スタック冷却が正常の第2冷却システム300の導入路310から連通導入路230を経て冷媒を導いて、第1冷却システム200に対応付けられた第1燃料電池スタック11に冷媒を導入できる。また、本実施形態の燃料電池システム10では、スタック冷却が非正常な第1冷却システム200に対応付けられた第1燃料電池スタック11から排出された冷媒を、第1冷却システム200の還流路220から第2冷却システム300の還流路320に連通還流路240を経て導くことができる。これにより、スタック冷却が非正常な第1冷却システム200に対応付けられた第1燃料電池スタック11ではスタック冷却が継続されるので、スタック冷却が非正常な第1冷却システム200に対応付けられた第1燃料電池スタック11において発電運転を控えたり発電を停止したりする必要がなくなる。この結果、本実施形態の燃料電池システム10によれば、第1燃料電池スタック11〜第3燃料電池スタック13のいずれかでスタック冷却が非正常となっても、スタック冷却が非正常な冷却システム、例えば第1冷却システム200に対応付けられた第1燃料電池スタック11以外の第2燃料電池スタック12や第3燃料電池スタック13に必要以上の発電運転の負荷が掛からないようにできるので、燃費の悪化を回避できる。
As described above, in the
本実施形態の燃料電池システム10は、スタック冷却が正常な第2冷却システム300で第1燃料電池スタック11の冷却用の冷媒循環を賄うに当たり、温度センサー221と温度センサー221の検出冷媒温度を用いて規定した冷媒循環の増量制御量で、第2冷却システム300の圧送ポンプ313を、冷媒循環量が増大するように駆動制御する。よって、圧送ポンプ313への過大な駆動負荷を避けつつ、スタック冷却が非正常の第1冷却システム200に対応した第1燃料電池スタック11をも冷却しつつ、この第1燃料電池スタック11の発電運転を継続できる。
The
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve a part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.
実施形態の燃料電池システム10では、第1冷却システム200でスタック冷却が非正常であると、導入路開閉弁250と還流路開閉弁260を開弁制御し、導入路開閉弁350と還流路開閉弁360を閉弁制御のままとしたが、これに限らない。つまり、第1冷却システム200でスタック冷却が非正常である場合に、導入路開閉弁250と還流路開閉弁260に加え、導入路開閉弁350と還流路開閉弁360についても開弁制御してもよい。導入路開閉弁250と導入路開閉弁350が開弁すれば、第2冷却システム300の導入路310に加え、第3冷却システム400の導入路410からも、第1冷却システム200の導入路210に、連通導入路230と連通導入路330を経由して冷媒を導入でき、還流路開閉弁260と還流路開閉弁360が開弁すれば、第2冷却システム300の還流路320に加え、第3冷却システム400の還流路420へも、第1冷却システム200の還流路220から、連通還流路240と連通還流路340を経由して冷媒を導入できる。こうすれば、第2冷却システム300と第3冷却システム400の冷媒循環量を増加させる制御を行う際の増量程度を抑制できる。
In the
実施形態の燃料電池システム10では、第1燃料電池スタック11〜第3燃料電池スタック13の三つの冷却システムを有するが、第1燃料電池スタック11と第2燃料電池スタック12の二つの冷却システム、或いは4以上の冷却システムを有する形態にも適用できる。
The
10…燃料電池システム、11…第1燃料電池スタック、12…第2燃料電池スタック、13…第3燃料電池スタック、200…第1冷却システム、210…導入路、211…ラジエーター、212…ファン、213…圧送ポンプ、214…ポンプモーター、220…還流路、221…温度センサー、222…三方弁、223…バイパス路、224…イオン交換器、230…連通導入路、240…連通還流路、250…導入路開閉弁、260…還流路開閉弁、300…第2冷却システム、310…導入路、311…ラジエーター、312…ファン、313…圧送ポンプ、314…ポンプモーター、320…還流路、321…温度センサー、322…三方弁、323…バイパス路、324…イオン交換器、330…連通導入路、340…連通還流路、350…導入路開閉弁、360…還流路開閉弁、400…第3冷却システム、410…導入路、411…ラジエーター、412…ファン、413…圧送ポンプ、414…ポンプモーター、420…還流路、421…温度センサー、422…三方弁、423…バイパス路、424…イオン交換器、500…制御部、510…監視部、520…第1制御部、530…第2制御部、600…ガス給排機構、700…電池出力制御部、800…負荷 10 ... Fuel cell system, 11 ... 1st fuel cell stack, 12 ... 2nd fuel cell stack, 13 ... 3rd fuel cell stack, 200 ... 1st cooling system, 210 ... Introduction path, 211 ... Radiator, 212 ... Fan, 213 ... pump, 214 ... pump motor, 220 ... return path, 221 ... temperature sensor, 222 ... three-way valve, 223 ... bypass path, 224 ... ion exchanger, 230 ... communication introduction path, 240 ... communication return path, 250 ... Introductory path on-off valve, 260 ... Refrigerating path on-off valve, 300 ... Second cooling system, 310 ... Introductory path, 311 ... Radiator, 312 ... Fan, 313 ... Pump pump, 314 ... Pump motor, 320 ... Refrigerating path, 321 ... Temperature Sensor, 322 ... three-way valve, 323 ... bypass path, 324 ... ion exchanger, 330 ... communication introduction path, 340 ... communication return path, 350 ... introduction path on-off valve, 360 ... return path on-off valve, 400 ... third cooling system , 410 ... Introduction path, 411 ... Radiator, 412 ... Fan, 413 ... Pump pump, 414 ... Pump motor, 420 ... Circulation path, 421 ... Temperature sensor, 422 ... Three-way valve, 423 ... Bypass path, 424 ... Ion exchanger, 500 ... Control unit, 510 ... Monitoring unit, 520 ... First control unit, 530 ... Second control unit, 600 ... Gas supply / exhaust mechanism, 700 ... Battery output control unit, 800 ... Load
Claims (1)
前記複数の冷却システムのそれぞれは、
前記対応付けられた前記燃料電池スタックに前記冷媒を導入する導入路と、前記対応付けられた前記燃料電池スタックから排出された前記冷媒を導いて前記導入路に還流させる還流路とを有し、
前記複数の冷却システムは、
一つの冷却システムと他の冷却システムとにおいて、前記一つの冷却システムの前記導入路を前記他の冷却システムの前記導入路に連通させる連通導入路と、前記一つの冷却システムの前記還流路を前記他の冷却システムの前記還流路に連通させる連通還流路と、前記連通導入路に組み込まれた導入路開閉弁と、前記連通還流路に組み込まれた還流路開閉弁とを共有し、
前記制御部は、
前記複数の冷却システムの全てにおいて前記スタック冷却が正常である状況下では、前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁を閉弁制御し、
前記複数の冷却システムの一部において前記スタック冷却が非正常である状況下では、前記スタック冷却が非正常の前記冷却システムが前記他の冷却システムと共有する前記導入路開閉弁と前記還流路開閉弁とを開弁制御する、
燃料電池システム。 A plurality of fuel cell stacks, a plurality of cooling systems provided in association with each fuel cell stack so as to circulate and return the refrigerant to the fuel cell stacks to cool the stack, and control of the stack cooling by the cooling system. A fuel cell system having a control unit for
Each of the plurality of cooling systems
It has an introduction path for introducing the refrigerant into the associated fuel cell stack, and a return path for guiding the refrigerant discharged from the associated fuel cell stack and returning the refrigerant to the introduction path.
The plurality of cooling systems
In one cooling system and another cooling system, the communication introduction path for communicating the introduction path of the one cooling system with the introduction path of the other cooling system and the return path of the one cooling system are described. The communication return path that communicates with the return path of another cooling system, the introduction path on-off valve incorporated in the communication introduction path, and the return path on-off valve incorporated in the communication return path are shared.
The control unit
Under the situation where the stack cooling is normal in all of the plurality of cooling systems, the introduction path on-off valve and the return path on-off valve are controlled to be closed.
In a situation where the stack cooling is abnormal in a part of the plurality of cooling systems, the introduction path on-off valve and the recirculation path opening / closing valve shared by the cooling system with the abnormal stack cooling with the other cooling system. Control the valve opening,
Fuel cell system.
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