JP2022025304A - Fuel battery system - Google Patents

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朋宏 小川
Tomohiro Ogawa
貴史 山田
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Abstract

To suppress deterioration of a fuel battery due to condensation of a dew condensation water while suppressing a power consumption and deterioration of a cooling water pump.SOLUTION: A fuel battery system comprises: a fuel battery; a reaction gas circuit supplying a reaction gas to the fuel battery; a cooling circuit that cools the fuel battery by using a cooling water; a cooling water pump that circulates the cooling water in the cooling circuit; a temperature sensor that acquires each of an inlet temperature to the fuel battery in the cooling circuit and an outlet temperature from the fuel battery; and a control part that is a control part controlling an operation of the cooling water pump, that makes the cooling pump drive when the fuel battery is continuously operated, and makes the cooling pump drive when the fuel battery is shifted to an intermittent operation from a continuous operation in a period corresponded to a period that an outlet and inlet temperature difference of the inlet temperature and the outlet temperature is less than a determination temperature, and after that stops the cooling pump.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell system.

特許文献１には、燃料電池システムが外部給電を行うときにおける燃料電池の冷却方法が開示されている。この冷却方法では、燃料電池の発熱量が所定発熱量以下の場合、冷却水ポンプを停止し、あるいは間欠動作させる。 Patent Document 1 discloses a method for cooling a fuel cell when the fuel cell system supplies external power. In this cooling method, when the calorific value of the fuel cell is equal to or less than the predetermined calorific value, the cooling water pump is stopped or intermittently operated.

特開２０１６－９５９４６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-95946

しかし、特許文献１に記載の方法では、燃料電池の発熱量が所定発熱量以下であるとして冷却水ポンプの運転を停止したままにすると、燃料電池の燃料ガスの入口付近、特に冷却水の入口に近い場所に水が溜まり、ガス流に影響を与えるという新たな課題が見い出された。燃料ガスの入口付近に溜まる水が増加すると、この水を通る漏れ電流が増加する場合があり、電解質膜の耐久性に影響を与える懸念も指摘されていた。 However, in the method described in Patent Document 1, if the calorific value of the fuel cell is equal to or less than the predetermined calorific value and the operation of the cooling water pump is left stopped, the vicinity of the fuel gas inlet of the fuel cell, particularly the inlet of the cooling water A new problem was found in which water collects near the area and affects the gas flow. It has been pointed out that if the amount of water accumulated near the inlet of the fuel gas increases, the leakage current through this water may increase, which may affect the durability of the electrolyte membrane.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized in the following forms.

本開示の一形態によれば、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、燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス回路と、冷却水を用いて前記燃料電池を冷却する冷却回路と、前記冷却回路の中の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、前記冷却回路における前記燃料電池への入口温度と前記燃料電池からの出口温度をそれぞれ取得する温度センサと、前記冷却水ポンプの動作を制御する制御部であって、前記燃料電池を連続運転させる場合には、前記冷却水ポンプを駆動させ、前記燃料電池を連続運転から間欠運転に移行した場合には、前記入口温度と前記出口温度との出入口温度差が判定温度未満となるまでの期間に相当する期間、前記冷却水ポンプを駆動させ、その後、前記冷却水ポンプを停止する制御部と、を備える。この形態によれば、燃料電池を連続運転から間欠運転に切り替える場合には、冷却水の燃料電池の入口における入口温度と燃料電池の出口における出口温度との差が判定温度以上とされる期間、冷却水ポンプを駆動し、その後冷却水ポンプを停止する。その結果、冷却水ポンプの消費電力や劣化を抑制すると共に、燃料電池の入口における入口温度と燃料電池の出口における出口温度との温度差により生じる結露水の発生を抑制し、結露水に起因して生じる導電パスを流れる電流を抑制し、当該電流による燃料電池の劣化を抑制できる。 According to one embodiment of the present disclosure, a fuel cell system is provided. This fuel cell system circulates a fuel cell, a reaction gas circuit that supplies the reaction gas to the fuel cell, a cooling circuit that cools the fuel cell using cooling water, and cooling water in the cooling circuit. A control unit that controls the operation of the cooling water pump, a temperature sensor that acquires the inlet temperature to the fuel cell and the outlet temperature from the fuel cell in the cooling circuit, and the operation of the cooling water pump. In the case of continuous operation, the cooling water pump is driven, and when the fuel cell is shifted from continuous operation to intermittent operation, the difference in inlet / outlet temperature between the inlet temperature and the outlet temperature becomes less than the determination temperature. It is provided with a control unit for driving the cooling water pump for a period corresponding to the period up to and then stopping the cooling water pump. According to this embodiment, when the fuel cell is switched from continuous operation to intermittent operation, the period during which the difference between the inlet temperature at the inlet of the fuel cell of the cooling water and the outlet temperature at the outlet of the fuel cell is equal to or higher than the determination temperature. Drive the cooling water pump and then stop the cooling water pump. As a result, the power consumption and deterioration of the cooling water pump are suppressed, and the generation of dew condensation water generated by the temperature difference between the inlet temperature at the inlet of the fuel cell and the outlet temperature at the outlet of the fuel cell is suppressed, which is caused by the dew condensation water. It is possible to suppress the current flowing through the conductive path generated by the current and suppress the deterioration of the fuel cell due to the current.

燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the schematic structure of the fuel cell system. 制御部が燃料電池の運転中に実行する冷却水ポンプの制御フローチャートである。It is a control flowchart of the cooling water pump executed by the control unit during operation of a fuel cell. 燃料電池の運転状態と、燃料電池の出入口温度差と、冷却水ポンプの動作を示すタイムチャートである。It is a time chart showing the operating state of a fuel cell, the temperature difference between the inlet and outlet of the fuel cell, and the operation of the cooling water pump.

図１は、燃料電池搭載車両（「車両」とも呼ぶ。）に用いられる燃料電池システム１０を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給回路２００と、酸化剤ガス供給回路３００と、排ガス回路４００と、冷却回路５００と、負荷回路６００と、制御部７００と、を備える。燃料ガス供給回路２００と、酸化剤ガス供給回路３００と、排ガス回路４００は、反応ガス回路である。 FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a fuel cell system 10 used in a fuel cell-equipped vehicle (also referred to as a “vehicle”). The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100, a fuel gas supply circuit 200, an oxidant gas supply circuit 300, an exhaust gas circuit 400, a cooling circuit 500, a load circuit 600, and a control unit 700. The fuel gas supply circuit 200, the oxidant gas supply circuit 300, and the exhaust gas circuit 400 are reaction gas circuits.

燃料電池１００は、反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用い、酸化剤ガスとして、空気（空気中の酸素）を用いる。 The fuel cell 100 generates electricity by using a fuel gas as a reaction gas and an oxidant gas. In this embodiment, hydrogen is used as the fuel gas and air (oxygen in the air) is used as the oxidant gas.

燃料ガス供給回路２００は、燃料ガスタンク２１０と、燃料ガス供給管２２０と、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス還流管２４０と、主止弁２５０と、レギュレーター２６０と、インジェクタ２７０と、気液分離器２８０と、水素ポンプ２９０と、を備える。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスを貯蔵する。燃料ガスタンク２１０と、燃料電池１００とは、燃料ガス供給管２２０で接続されている。燃料ガス供給管２２０上には、燃料ガスタンク２１０側から、主止弁２５０と、レギュレーター２６０と、インジェクタ２７０とが設けられている。主止弁２５０は、燃料ガスタンク２１０からの燃料ガスの供給をオン、オフする。レギュレーター２６０は、燃料電池１００に供給される燃料ガスの圧力を調整する。インジェクタ２７０は、燃料電池１００に燃料ガスを噴射する。 The fuel gas supply circuit 200 includes a fuel gas tank 210, a fuel gas supply pipe 220, a fuel gas exhaust pipe 230, a fuel gas recirculation pipe 240, a main stop valve 250, a regulator 260, an injector 270, and gas-liquid separation. It is equipped with a vessel 280 and a hydrogen pump 290. The fuel gas tank 210 stores fuel gas. The fuel gas tank 210 and the fuel cell 100 are connected by a fuel gas supply pipe 220. On the fuel gas supply pipe 220, a main check valve 250, a regulator 260, and an injector 270 are provided from the fuel gas tank 210 side. The main check valve 250 turns on and off the supply of fuel gas from the fuel gas tank 210. The regulator 260 adjusts the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell 100. The injector 270 injects fuel gas into the fuel cell 100.

燃料ガス排気管２３０は、燃料電池１００からの燃料排ガスを排出する。燃料ガス還流管２４０は、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス供給管２２０に接続されている。燃料ガス排気管２３０と燃料ガス還流管２４０との間には、気液分離器２８０が設けられている。燃料排ガスには、消費されなかった水素と、燃料電池１００を通って移動してきた窒素などの不純物と、水が含まれている。気液分離器２８０は、燃料排ガス中の水と、ガス（水素と窒素などの不純物）とを分離する。燃料ガス還流管２４０には、水素ポンプ２９０が設けられている。水素ポンプ２９０は、気液分離器２８０により分離されたガスを燃料ガス供給管２２０に供給する。これにより、燃料電池システム１０は、燃料排ガスに含まれる消費されなかった水素を燃料として利用する。本実施形態では、水素ポンプ２９０を用いているが、代わりにエジェクタを用いても良い。 The fuel gas exhaust pipe 230 discharges the fuel exhaust gas from the fuel cell 100. The fuel gas return pipe 240 is connected to the fuel gas exhaust pipe 230 and the fuel gas supply pipe 220. A gas-liquid separator 280 is provided between the fuel gas exhaust pipe 230 and the fuel gas recirculation pipe 240. The fuel exhaust gas contains hydrogen that has not been consumed, impurities such as nitrogen that have moved through the fuel cell 100, and water. The gas-liquid separator 280 separates water in the fuel exhaust gas from gas (impurities such as hydrogen and nitrogen). The fuel gas recirculation pipe 240 is provided with a hydrogen pump 290. The hydrogen pump 290 supplies the gas separated by the gas-liquid separator 280 to the fuel gas supply pipe 220. As a result, the fuel cell system 10 uses the unconsumed hydrogen contained in the fuel exhaust gas as fuel. In this embodiment, the hydrogen pump 290 is used, but an ejector may be used instead.

酸化剤ガス供給回路３００は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０と、酸化剤ガス供給管３３０と、入口弁３４０と、大気圧センサ３５０と、外気温センサ３６０と、エアフローメータ３７０と、供給ガス温度センサ３８０と、供給ガス圧力センサ３９０と、を備える。エアクリーナ３１０は、空気を取り込む時に、空気中の塵埃を除去する。エアコンプレッサ３２０は、空気を圧縮し、酸化剤ガス供給管３３０を通して空気を燃料電池１００に送る。入口弁３４０は、酸化剤ガス供給管３３０の燃料電池１００への入口に設けられている。大気圧センサ３５０は、大気圧を測定する。外気温センサ３６０は、取り込む前の空気の温度を取得する。エアフローメータ３７０は、取り込んだ空気の量を測定する。なお、空気の供給量は、エアコンプレッサ３２０の回転数により変わる。供給ガス温度センサ３８０は、燃料電池１００に供給される空気の温度を測定し、供給ガス圧力センサ３９０は、燃料電池１００に供給される空気の圧力を測定する。 The oxidant gas supply circuit 300 includes an air cleaner 310, an air compressor 320, an oxidant gas supply pipe 330, an inlet valve 340, an atmospheric pressure sensor 350, an outside temperature sensor 360, an air flow meter 370, and a supply gas temperature. It includes a sensor 380 and a supply gas pressure sensor 390. The air cleaner 310 removes dust in the air when taking in air. The air compressor 320 compresses the air and sends the air to the fuel cell 100 through the oxidant gas supply pipe 330. The inlet valve 340 is provided at the inlet of the oxidant gas supply pipe 330 to the fuel cell 100. The atmospheric pressure sensor 350 measures the atmospheric pressure. The outside air temperature sensor 360 acquires the temperature of the air before it is taken in. The air flow meter 370 measures the amount of air taken in. The amount of air supplied varies depending on the rotation speed of the air compressor 320. The supply gas temperature sensor 380 measures the temperature of the air supplied to the fuel cell 100, and the supply gas pressure sensor 390 measures the pressure of the air supplied to the fuel cell 100.

排ガス回路４００は、排ガス管４１０と、調圧弁４２０と、燃料ガス排出管４３０と、排気排水弁４４０と、酸化剤ガスバイパス管４５０と、バイパス弁４６０と、サイレンサー４７０とを備える。排ガス管４１０は、燃料電池１００の酸化剤排ガスを排出する。排ガス管４１０には、調圧弁４２０が設けられている。調圧弁４２０は、燃料電池１００中の空気の圧力を調整する。燃料ガス排出管４３０は、気液分離器２８０と、排ガス管４１０とを接続している。燃料ガス排出管４３０上には、排気排水弁４４０が設けられている。制御部７００は、燃料排ガス中の窒素濃度が高くなったとき、あるいは、気液分離器２８０中の水の量が多くなったときには、排気排水弁４４０を開け、気液分離器２８０に溜まった水とガスを排ガス管４１０に排出する。排出されるガスは、窒素などの不純物と水素とを含む。本実施形態では、燃料ガス排出管４３０は、排ガス管４１０に接続されており、排出されるガス中の水素は、酸化剤排ガスにより、希釈される。酸化剤ガスバイパス管４５０は、酸化剤ガス供給管３３０の入口弁３４０の上流側と、排ガス管４１０の調圧弁４２０の下流側とを接続する。酸化剤ガスバイパス管４５０には、バイパス弁４６０が設けられている。制御部７００は、排気排水弁４４０を開けて、水とガス（窒素などの不純物と水素）を排出するときに、バイパス弁４６０を開けて排ガス管４１０に空気を流し、水素を希釈する。また、燃料電池１００に要求される電力が少ない場合には、制御部７００は、バイパス弁４６０を開けれ、燃料電池１００に供給する空気を減少する。サイレンサー４７０は、排ガス管４１０の下流部に設けられており、排気音を減少させる。なお、入口弁３４０とバイパス弁４６０の代わりに、酸化剤ガス供給管３３０と酸化剤ガスバイパス管４５０との接合部に三方弁を用いても良い。 The exhaust gas circuit 400 includes an exhaust gas pipe 410, a pressure regulating valve 420, a fuel gas discharge pipe 430, an exhaust drain valve 440, an oxidant gas bypass pipe 450, a bypass valve 460, and a silencer 470. The exhaust gas pipe 410 discharges the oxidant exhaust gas of the fuel cell 100. The exhaust gas pipe 410 is provided with a pressure regulating valve 420. The pressure regulating valve 420 adjusts the pressure of air in the fuel cell 100. The fuel gas discharge pipe 430 connects the gas-liquid separator 280 and the exhaust gas pipe 410. An exhaust drain valve 440 is provided on the fuel gas discharge pipe 430. The control unit 700 opened the exhaust drain valve 440 and accumulated in the gas-liquid separator 280 when the nitrogen concentration in the fuel exhaust gas became high or when the amount of water in the gas-liquid separator 280 increased. Water and gas are discharged to the exhaust gas pipe 410. The discharged gas contains impurities such as nitrogen and hydrogen. In the present embodiment, the fuel gas discharge pipe 430 is connected to the exhaust gas pipe 410, and the hydrogen in the discharged gas is diluted by the oxidant exhaust gas. The oxidant gas bypass pipe 450 connects the upstream side of the inlet valve 340 of the oxidant gas supply pipe 330 and the downstream side of the pressure regulating valve 420 of the exhaust gas pipe 410. The oxidant gas bypass pipe 450 is provided with a bypass valve 460. When the exhaust drain valve 440 is opened and water and gas (impurities such as nitrogen and hydrogen) are discharged, the control unit 700 opens the bypass valve 460 and allows air to flow through the exhaust gas pipe 410 to dilute hydrogen. Further, when the electric power required for the fuel cell 100 is small, the control unit 700 can open the bypass valve 460 to reduce the air supplied to the fuel cell 100. The silencer 470 is provided in the downstream portion of the exhaust gas pipe 410 and reduces the exhaust noise. Instead of the inlet valve 340 and the bypass valve 460, a three-way valve may be used at the junction between the oxidant gas supply pipe 330 and the oxidant gas bypass pipe 450.

冷却回路５００は、冷却水供給管５１０と、冷却水排出管５１５と、ラジエータ管５２０と、冷却水ポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、バイパス管５４０と、三方弁５４５と、温度センサ５５０、５５５と、を備える。冷却水供給管５１０は、燃料電池１００に冷却水を供給するための管であり、冷却水供給管５１０には冷却水ポンプ５２５が配置されている。冷却水ポンプ５２５は、冷却回路５００中の冷却水を循環し、燃料電池１００に供給する。冷却水排出管５１５は、燃料電池１００から冷却水を排出するための管である。冷却水排出管５１５の下流部は、三方弁５４５を介して、ラジエータ管５２０と、バイパス管５４０と、に接続されている。ラジエータ管５２０には、ラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータファン５３５は、ラジエータ５３０に風を送り、ラジエータ５３０からの放熱を促進する。ラジエータ管５２０の下流部と、バイパス管５４０の下流部とは、冷却水供給管５１０に接続されている。温度センサ５５０は、燃料電池１００から排出される冷却水の温度である出口温度Ｔｗｏｕｔを測定する。温度センサ５５５は、燃料電池１００に供給される冷却水の温度である入口温度Ｔｗｉｎを測定する。 The cooling circuit 500 includes a cooling water supply pipe 510, a cooling water discharge pipe 515, a radiator pipe 520, a cooling water pump 525, a radiator 530, a bypass pipe 540, a three-way valve 545, and a temperature sensor 550 and 555. , Equipped with. The cooling water supply pipe 510 is a pipe for supplying cooling water to the fuel cell 100, and a cooling water pump 525 is arranged in the cooling water supply pipe 510. The cooling water pump 525 circulates the cooling water in the cooling circuit 500 and supplies it to the fuel cell 100. The cooling water discharge pipe 515 is a pipe for discharging the cooling water from the fuel cell 100. The downstream portion of the cooling water discharge pipe 515 is connected to the radiator pipe 520 and the bypass pipe 540 via the three-way valve 545. The radiator tube 520 is provided with a radiator 530. The radiator 530 is provided with a radiator fan 535. The radiator fan 535 sends wind to the radiator 530 to promote heat dissipation from the radiator 530. The downstream portion of the radiator pipe 520 and the downstream portion of the bypass pipe 540 are connected to the cooling water supply pipe 510. The temperature sensor 550 measures the outlet temperature Twout, which is the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 100. The temperature sensor 555 measures the inlet temperature Twin, which is the temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 100.

負荷回路６００は、燃料電池昇圧コンバーター６０５と、インバーター６１０と、主駆動モーター６２０と、ＤＣ／ＤＣコンバーター６３０と、補機６４０と、二次電池６５０と、を備える。燃料電池昇圧コンバーター６０５は、燃料電池１００が発生させる電圧を、主駆動モーター６２０を駆動できる電圧に昇圧する。インバーター６１０は、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、主駆動モーター６２０に供給する。主駆動モーター６２０は、燃料電池搭載車両を駆動する駆動モーターである。また、主駆動モーター６２０は、燃料電池搭載車両の減速時には、回生モーターとして機能する。ＤＣ／ＤＣコンバーター６３０は、燃料電池１００の電圧を制御する。また、燃料電池１００の電圧を変換して二次電池６５０に供給し、あるいは、二次電池６５０の電圧を変換してインバーター６１０に供給する。二次電池６５０は、燃料電池１００からの電力や、主駆動モーター６２０による回生により得られた電力を充電するとともに、主駆動モーター６２０や補機６４０を駆動するための電源として機能する。補機６４０は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モーター（例えば、ポンプ類などの動力となるモーター、但し、主駆動モーター６２０を除く）や、これらのモーターを駆動するためのインバーター類、更には各種の車載補機（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。したがって、図１及び説明では、独立して記載しているが、水素ポンプ２９０、エアコンプレッサ３２０、冷却水ポンプ５２５、ラジエータファン５３５を駆動するモーター（図示せず）等も補機６４０に含まれる。 The load circuit 600 includes a fuel cell boost converter 605, an inverter 610, a main drive motor 620, a DC / DC converter 630, an auxiliary machine 640, and a secondary battery 650. The fuel cell boost converter 605 boosts the voltage generated by the fuel cell 100 to a voltage that can drive the main drive motor 620. The inverter 610 converts the boosted DC voltage into an AC voltage and supplies it to the main drive motor 620. The main drive motor 620 is a drive motor that drives a vehicle equipped with a fuel cell. Further, the main drive motor 620 functions as a regenerative motor when the vehicle equipped with the fuel cell is decelerated. The DC / DC converter 630 controls the voltage of the fuel cell 100. Further, the voltage of the fuel cell 100 is converted and supplied to the secondary battery 650, or the voltage of the secondary battery 650 is converted and supplied to the inverter 610. The secondary battery 650 charges the electric power from the fuel cell 100 and the electric power obtained by regeneration by the main drive motor 620, and also functions as a power source for driving the main drive motor 620 and the auxiliary machine 640. The auxiliary machine 640 is used to drive each motor (for example, a motor that powers pumps and the like, except for the main drive motor 620) arranged in each part of the fuel cell system 10 and these motors. It is a general term for inverters and various in-vehicle accessories (for example, air compressors, injectors, cooling water pumps, radiators, etc.). Therefore, although described independently in FIGS. 1 and 1, the auxiliary machine 640 also includes a hydrogen pump 290, an air compressor 320, a cooling water pump 525, a motor for driving a radiator fan 535 (not shown), and the like. ..

制御部７００は、燃料ガス供給回路２００と、酸化剤ガス供給回路３００と、排ガス回路４００と、冷却回路５００と、負荷回路６００と、を制御する。特に、本実施形態では、燃料電池１００の動作状態と、冷却水の燃料電池１００の入口温度Ｔｗｉｎと出口温度Ｔｗｏｕｔとを用いて、冷却水ポンプ５２５の駆動を制御する。制御部７００には、燃料電池システム１０のオン・オフを受け付けるスタートスイッチ７１０が接続されている。 The control unit 700 controls the fuel gas supply circuit 200, the oxidant gas supply circuit 300, the exhaust gas circuit 400, the cooling circuit 500, and the load circuit 600. In particular, in the present embodiment, the driving of the cooling water pump 525 is controlled by using the operating state of the fuel cell 100 and the inlet temperature Twin and the outlet temperature Twoout of the cooling water fuel cell 100. A start switch 710 that receives on / off of the fuel cell system 10 is connected to the control unit 700.

図２は、制御部７００が燃料電池１００の運転中に実行する冷却水ポンプ５２５の制御フローチャートである。ステップＳ１００では、制御部７００は、燃料電池１００を間欠運転するか否かを判断する。例えば、燃料電池１００に要求される発電量が、燃料電池１００の最低発電量未満の場合には、制御部７００は、燃料電池１００を間欠運転する。一方、燃料電池１００に要求される発電量が、燃料電池１００の最低発電量以上の場合には、制御部７００は、燃料電池１００を通常運転する。ここで、通常運転とは、間欠運転でない運転、すなわち連続運転を意味する。制御部７００は、燃料電池１００を間欠運転する場合には、処理をステップＳ１２０に移行し、間欠運転しない場合には、処理をステップＳ１１０に移行する。 FIG. 2 is a control flowchart of the cooling water pump 525 executed by the control unit 700 during the operation of the fuel cell 100. In step S100, the control unit 700 determines whether or not the fuel cell 100 is intermittently operated. For example, when the power generation amount required for the fuel cell 100 is less than the minimum power generation amount of the fuel cell 100, the control unit 700 intermittently operates the fuel cell 100. On the other hand, when the power generation amount required for the fuel cell 100 is equal to or more than the minimum power generation amount of the fuel cell 100, the control unit 700 normally operates the fuel cell 100. Here, the normal operation means an operation that is not an intermittent operation, that is, a continuous operation. The control unit 700 shifts the process to step S120 when the fuel cell 100 is intermittently operated, and shifts the process to step S110 when the fuel cell 100 is not intermittently operated.

ステップＳ１１０では、制御部７００は、冷却水ポンプ５２５を燃料電池１００の出力に応じて駆動する。その後、処理をステップＳ１６０に移行する。 In step S110, the control unit 700 drives the cooling water pump 525 according to the output of the fuel cell 100. After that, the process proceeds to step S160.

ステップＳ１２０では、制御部７００は、冷却水の燃料電池１００からの出口温度Ｔｗｏｕｔと燃料電池１００の入口温度Ｔｗｉｎとを取得する。ステップＳ１２０では、制御部７００は、出口温度Ｔｗｏｕｔと入口温度Ｔｗｉｎとの出入口温度差ΔＴが判定値ΔＴｔｈ未満か否かを判断する。出入口温度差ΔＴが判定値ΔＴｔｈ未満の場合には、制御部７００は、処理をステップＳ１４０に移行し、出入口温度差ΔＴが判定値ΔＴｔｈ以上の場合には、制御部７００は、処理をステップＳ１５０に移行する。 In step S120, the control unit 700 acquires the outlet temperature Twout of the cooling water from the fuel cell 100 and the inlet temperature Twin of the fuel cell 100. In step S120, the control unit 700 determines whether or not the inlet / outlet temperature difference ΔT between the outlet temperature Twout and the inlet temperature Twin is less than the determination value ΔTth. When the entrance / exit temperature difference ΔT is less than the determination value ΔTth, the control unit 700 shifts the processing to step S140, and when the entrance / exit temperature difference ΔT is greater than or equal to the determination value ΔTth, the control unit 700 performs the processing in step S150. Move to.

ステップＳ１４０では、制御部７００は、冷却水ポンプ５２５の駆動を停止し、その後処理をステップＳ１６０に移行する。 In step S140, the control unit 700 stops driving the cooling water pump 525, and then shifts the processing to step S160.

ステップＳ１５０では、制御部７００は、冷却水ポンプ５２５を最小駆動力Ｄｍｉｎで駆動し、その後処理をステップＳ１６０に移行する。 In step S150, the control unit 700 drives the cooling water pump 525 with the minimum driving force Dmin, and then shifts the processing to step S160.

ステップＳ１６０では、制御部７００は、スタートスイッチ７１０がオフにされたか否かを判断する。スタートスイッチ７１０がオフにされた場合には、制御部７００は、処理を終了し、スタートスイッチ７１０がオフにされていない場合には、制御部７００は、処理をステップＳ１００に戻る。 In step S160, the control unit 700 determines whether or not the start switch 710 is turned off. When the start switch 710 is turned off, the control unit 700 ends the process, and when the start switch 710 is not turned off, the control unit 700 returns the process to step S100.

図３は、燃料電池１００の運転状態と、燃料電池１００の出入口温度差ΔＴと、冷却水ポンプの動作を示すタイムチャートである。時刻ｔ１までは、燃料電池１００は、通常運転しているので、図２のステップＳ１００の判定は、Ｎｏであり、制御部７００は、処理をステップＳ１１０に移行し、冷却水ポンプ５２５を燃料電池１００の出力に応じて駆動する。 FIG. 3 is a time chart showing the operating state of the fuel cell 100, the inlet / outlet temperature difference ΔT of the fuel cell 100, and the operation of the cooling water pump. Since the fuel cell 100 is in normal operation until time t1, the determination in step S100 in FIG. 2 is No, the control unit 700 shifts the processing to step S110, and the cooling water pump 525 is used as the fuel cell. It is driven according to the output of 100.

時刻ｔ１以降、燃料電池１００は、間欠運転に変わるので、図２のステップＳ１００の判定は、Ｙｅｓとなる。間欠運転では、燃料電池１００の出力が少なくなるので、燃料電池１００の発熱が少なくなる。燃料電池１００の温度をＴｆｃとすると、Ｔｆｃ＞Ｔｗｏｕｔ＞Ｔｗｉｎである。Ｔｆｃ－Ｔｗｉｎ＞Ｔｆｃ－Ｔｗｏｕｔである。したがって、入口温度Ｔｗｉｎは出口温度Ｔｗｏｕｔよりも温度上昇量が大きい。従って、出口温度Ｔｗｏｕｔ出入口温度差ΔＴは、だんだん小さくなっていく。 Since the fuel cell 100 changes to intermittent operation after the time t1, the determination in step S100 in FIG. 2 is Yes. In the intermittent operation, the output of the fuel cell 100 is reduced, so that the heat generated by the fuel cell 100 is reduced. Assuming that the temperature of the fuel cell 100 is Tfc, Tfc> Twout> Twin. Tfc-Twin> Tfc-Twout. Therefore, the inlet temperature Twin has a larger amount of temperature rise than the outlet temperature Twout. Therefore, the outlet temperature Twout inlet / outlet temperature difference ΔT becomes smaller and smaller.

時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、出入口温度差ΔＴは、判定値ΔＴｔｈ以上なので、図２のステップＳ１３０の判定はＮｏとなる。その結果、制御部７００は、処理をステップＳ１５０に移行し、冷却水ポンプ５２５を最小駆動力で駆動する。 From time t1 to time t2, the entrance / exit temperature difference ΔT is equal to or greater than the determination value ΔTth, so the determination in step S130 in FIG. 2 is No. As a result, the control unit 700 shifts the process to step S150 and drives the cooling water pump 525 with the minimum driving force.

時刻ｔ２になると、出入口温度差ΔＴは、判定値ΔＴｔｈ未満となるので、図２のステップＳ１３０の判定はＹｅｓとなる。その結果、制御部７００は、処理をステップＳ１４０に移行し、冷却水ポンプ５２５の駆動を停止する。 At time t2, the entrance / exit temperature difference ΔT becomes less than the determination value ΔTth, so that the determination in step S130 in FIG. 2 is Yes. As a result, the control unit 700 shifts the process to step S140 and stops driving the cooling water pump 525.

時刻ｔ３になると、入口温度Ｔｗｉｎと出口温度Ｔｗｏｕｔは、ほぼ同じ温度となり、出入口温度差ΔＴは、ほぼゼロになる。 At time t3, the inlet temperature Twin and the outlet temperature Twout become substantially the same temperature, and the inlet / outlet temperature difference ΔT becomes almost zero.

時刻ｔ３以降、冷却水ポンプ５２５の駆動が停止されているので、燃料電池１００の温度Ｔｆｃは、だんだんと上昇する。そこで、制御部７００は、定期的に冷却ポンプ５２５を駆動する。図３の例では、制御部７００は、時刻ｔ４からｔ５にかけて冷却ポンプ５２５を駆動している。なお、冷却ポンプ５２５が駆動されなくても、燃料電池１００内の冷却水の温度が上昇すると、温度センサ５５０が検知する出口温度Ｔｗｏｕｔは高くなる。制御部７００は、時刻ｔ３以降、定期的ではなく、出口温度Ｔｗｏｕｔが予め定められた判定温度を超えたときに、冷却ポンプ５２５を駆動してもよい。 Since the driving of the cooling water pump 525 is stopped after the time t3, the temperature Tfc of the fuel cell 100 gradually rises. Therefore, the control unit 700 periodically drives the cooling pump 525. In the example of FIG. 3, the control unit 700 drives the cooling pump 525 from time t4 to t5. Even if the cooling pump 525 is not driven, if the temperature of the cooling water in the fuel cell 100 rises, the outlet temperature Twout detected by the temperature sensor 550 becomes high. The control unit 700 may drive the cooling pump 525 when the outlet temperature Twout exceeds a predetermined determination temperature, not periodically after the time t3.

以上、本実施形態によれば、制御部７００は、燃料電池１００を間欠運転させる場合には、冷却水ポンプ５２５を停止させるが、冷却回路５００における冷却水の燃料電池１００の入口における入口温度Ｔｗｉｎと燃料電池１００の出口における出口温度Ｔｗｏｕｔとの出入口温度差ΔＴが判定温度ΔＴｔｈ以上の場合には、冷却水ポンプ５２５を駆動させ、判定温度ΔＴｔｈ未満になった場合、冷却水ポンプ５２５を停止する。すなわち、燃料電池１００を間欠運転する場合には、発電量が少なく、発熱量も少ない。そのため、冷却水ポンプ５２５を停止することで、その結果、冷却水ポンプ５２５の消費電力を低減し、冷却水ポンプ５２５の劣化を抑制できる。また、間欠運転かつ、冷却水ポンプ５２５の停止時に生じる燃料電池１００の入口における入口温度Ｔｗｉｎと燃料電池１００の出口における出口温度Ｔｗｏｕｔとの出入口温度差ΔＴが大きい場合には、制御部７００は、冷却水ポンプ５２５を動作して出入口温度差ΔＴを低減する。その結果、出入口温度差ΔＴにより生じる結露水の発生を抑制し、結露水に起因して生じる導電パスを流れる電流を抑制し、当該電流による燃料電池の劣化を抑制できる。 As described above, according to the present embodiment, when the fuel cell 100 is intermittently operated, the control unit 700 stops the cooling water pump 525, but the inlet temperature Twin at the inlet of the cooling water fuel cell 100 in the cooling circuit 500. When the inlet / outlet temperature difference ΔT between the fuel cell 100 and the outlet temperature Twout is greater than or equal to the determination temperature ΔTth, the cooling water pump 525 is driven, and when the determination temperature is less than ΔTth, the cooling water pump 525 is stopped. .. That is, when the fuel cell 100 is operated intermittently, the amount of power generation is small and the amount of heat generated is also small. Therefore, by stopping the cooling water pump 525, as a result, the power consumption of the cooling water pump 525 can be reduced and the deterioration of the cooling water pump 525 can be suppressed. Further, in the case of intermittent operation and a large inlet / outlet temperature difference ΔT between the inlet temperature Twin at the inlet of the fuel cell 100 and the outlet temperature Twout at the outlet of the fuel cell 100, which occurs when the cooling water pump 525 is stopped, the control unit 700 sets the control unit 700. The cooling water pump 525 is operated to reduce the inlet / outlet temperature difference ΔT. As a result, it is possible to suppress the generation of dew water generated by the inlet / outlet temperature difference ΔT, suppress the current flowing through the conductive path generated by the dew water, and suppress the deterioration of the fuel cell due to the current.

上記形態において、制御部７００は、入口温度Ｔｗｉｎと出口温度Ｔｗｏｕｔを取得し、その出入口温度差Δｔが判定温度未満なった場合に冷却水ポンプ５２５を停止しているが、間欠運転に切り替わった後、入口温度Ｔｗｉｎと出口温度Ｔｗｏｕｔとの出入口温度差ΔＴが判定温度ΔＴｔｈ未満となるまでの期間に相当する所定期間Ｔｗｐだけ冷却水ポンプ５２５を運転するようにしても良い。この所定時間Ｔｗｐ（ｓ）は、例えば、以下のように決定できる。
Ｔｗｐ＝ＴＲＶ×ＲＶｉｎｔ／１００＋ＱＶｂｐ／（Ｑｗｐ／６０）
上式において、ＲＶｉｎｔは、間欠運転に切り替わった時の三方弁５４５のラジエータ５３０側の弁開度（％）であり、ＴＲＶは、三方弁５４５のラジエータ５３０側の弁を閉弁するまでの時間（ｓ）である。また、ＱＶｂｐは、冷却回路５００のうちの三方弁５４５からバイパス管５４０を経て燃料電池１００に至る部分の冷却水の容積（Ｌ）であり、Ｑｗｐは、冷却水ポンプの駆動流量（Ｌ／ｍｉｎ）である。このように時間制御とすれば、入口温度Ｔｗｉｎを取得する必要が無く、温度センサ５５５は不要である。 In the above embodiment, the control unit 700 acquires the inlet temperature Twin and the outlet temperature Twout, and stops the cooling water pump 525 when the inlet / outlet temperature difference Δt becomes less than the determination temperature, but after switching to the intermittent operation. The cooling water pump 525 may be operated for a predetermined period Twp corresponding to the period until the inlet / outlet temperature difference ΔT between the inlet temperature Twin and the outlet temperature Twout becomes less than the determination temperature ΔTth. The predetermined time T wp (s) can be determined, for example, as follows.
T wp = TRV x RV int / 100 + QV bp / (Q wp / 60)
In the above equation, the RV int is the valve opening (%) on the radiator 530 side of the three-way valve 545 when switching to intermittent operation, and the TRV is until the valve on the radiator 530 side of the three-way valve 545 is closed. Time (s). Further, the QV bp is the volume (L) of the cooling water of the portion of the cooling circuit 500 from the three-way valve 545 to the fuel cell 100 via the bypass pipe 540, and the Q wp is the drive flow rate (L) of the cooling water pump. / Min). With time control in this way, it is not necessary to acquire the inlet temperature Twin, and the temperature sensor 555 is unnecessary.

上記実施形態では、連続運転から間欠運転に切り替わる時を例にとって説明したが、燃料電池１００の温度、あるいは、発電量が一定以下の場合に本実施形態の冷却水ポンプ５２５を停止するか否かを出入口温度差ΔＴで判断するようにしてもよい。 In the above embodiment, the time when switching from continuous operation to intermittent operation has been described as an example, but whether or not to stop the cooling water pump 525 of this embodiment when the temperature of the fuel cell 100 or the amount of power generation is below a certain level. May be determined by the inlet / outlet temperature difference ΔT.

本開示は、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 disclosure 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 of the embodiments corresponding to the technical features in each of the embodiments described in the summary of the invention are for solving some or all of the above-mentioned problems, or part of the above-mentioned effects. Or, in order to achieve all of them, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.

１０…燃料電池システム、１００…燃料電池、２００…燃料ガス供給回路、２１０…燃料ガスタンク、２２０…燃料ガス供給管、２３０…燃料ガス排気管、２４０…燃料ガス還流管、２５０…主止弁、２６０…レギュレーター、２７０…インジェクタ、２８０…気液分離器、２９０…水素ポンプ、３００…酸化剤ガス供給回路、３１０…エアクリーナ、３２０…エアコンプレッサ、３３０…酸化剤ガス供給管、３４０…入口弁、３５０…大気圧センサ、３６０…外気温センサ、３７０…エアフローメータ、３８０…供給ガス温度センサ、３９０…供給ガス圧力センサ、４００…排ガス回路、４１０…排ガス管、４２０…調圧弁、４３０…燃料ガス排出管、４４０…排気排水弁、４５０…酸化剤ガスバイパス管、４６０…バイパス弁、４７０…サイレンサー、５００…冷却回路、５１０…冷却水供給管、５１５…冷却水排出管、５２０…ラジエータ管、５２５…冷却水ポンプ、５３０…ラジエータ、５３５…ラジエータファン、５４０…バイパス管、５４５…三方弁、５５０…温度センサ、５５５…温度センサ、６００…負荷回路、６０５…燃料電池昇圧コンバーター、６１０…インバーター、６２０…主駆動モーター、６３０…ＤＣ／ＤＣコンバーター、６４０…補機、６５０…二次電池、７００…制御部、７１０…スタートスイッチ 10 ... Fuel cell system, 100 ... Fuel cell, 200 ... Fuel gas supply circuit, 210 ... Fuel gas tank, 220 ... Fuel gas supply pipe, 230 ... Fuel gas exhaust pipe, 240 ... Fuel gas return pipe, 250 ... Main stop valve, 260 ... regulator, 270 ... injector, 280 ... gas-liquid separator, 290 ... hydrogen pump, 300 ... oxidant gas supply circuit, 310 ... air cleaner, 320 ... air compressor, 330 ... oxidant gas supply pipe, 340 ... inlet valve, 350 ... atmospheric pressure sensor, 360 ... outside temperature sensor, 370 ... air flow meter, 380 ... supply gas temperature sensor, 390 ... supply gas pressure sensor, 400 ... exhaust gas circuit, 410 ... exhaust gas pipe, 420 ... pressure control valve, 430 ... fuel gas Discharge pipe, 440 ... Exhaust drain valve, 450 ... Oxidizer gas bypass pipe, 460 ... Bypass valve, 470 ... Silencer, 500 ... Cooling circuit, 510 ... Cooling water supply pipe, 515 ... Cooling water discharge pipe, 520 ... Radiator pipe, 525 ... Cooling water pump, 530 ... Radiator, 535 ... Radiator fan, 540 ... Bypass tube, 545 ... Three-way valve, 550 ... Temperature sensor, 555 ... Temperature sensor, 600 ... Load circuit, 605 ... Fuel cell boost converter, 610 ... Inverter , 620 ... main drive motor, 630 ... DC / DC converter, 640 ... auxiliary equipment, 650 ... secondary battery, 700 ... control unit, 710 ... start switch

Claims (1)

燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス回路と、
冷却水を用いて前記燃料電池を冷却する冷却回路と、
前記冷却回路の中の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
前記冷却回路における前記燃料電池への入口温度と前記燃料電池からの出口温度をそれぞれ取得する温度センサと、
前記冷却水ポンプの動作を制御する制御部であって、
前記燃料電池を連続運転させる場合には、前記冷却水ポンプを駆動させ、
前記燃料電池を連続運転から間欠運転に移行した場合には、前記入口温度と前記出口温度との出入口温度差が判定温度未満となるまでの期間に相当する期間、前記冷却水ポンプを駆動させ、その後、前記冷却水ポンプを停止する制御部と、
を備える、燃料電池システム。 It ’s a fuel cell system.
With a fuel cell
A reaction gas circuit that supplies reaction gas to the fuel cell,
A cooling circuit that cools the fuel cell using cooling water,
A cooling water pump that circulates the cooling water in the cooling circuit,
A temperature sensor that acquires the inlet temperature to the fuel cell and the outlet temperature from the fuel cell in the cooling circuit, respectively.
A control unit that controls the operation of the cooling water pump.
When the fuel cell is continuously operated, the cooling water pump is driven to operate the fuel cell.
When the fuel cell is shifted from continuous operation to intermittent operation, the cooling water pump is driven for a period corresponding to the period until the inlet / outlet temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature becomes less than the determination temperature. After that, the control unit that stops the cooling water pump and
Equipped with a fuel cell system.
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