JP2023174195A - fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system mounted on a vehicle.
車両に搭載される燃料電池を構成する燃料電池セルは、発電中の電位変動により劣化してしまう。特に、フォークリフトなどの産業車両においては、高い耐久力が要求されることに加えて、単位時間当たりの出力の時間変化が大きいため、発電量を段階的に切り替えて、電位変動を抑制している。 Fuel cells that constitute fuel cells mounted on vehicles deteriorate due to potential fluctuations during power generation. In particular, industrial vehicles such as forklifts require high durability and the output per unit time varies greatly over time, so the power generation amount is switched in stages to suppress potential fluctuations. .
燃料電池の冷媒の目標温度は、低負荷発電時と高負荷発電時で異なる値を設定する場合がある。例えば、低負荷発電時においては、燃料電池を冷却する冷媒の温度を高負荷発電時に良い発電性能を発揮できる温度に設定していると、燃料電池セルが乾いてしまい水素イオンの移動抵抗が大きくなる。そのため、低負荷発電時は、高負荷発電時よりも冷媒の目標温度を低めに設定することがある。 The target temperature of the refrigerant of the fuel cell may be set to different values during low-load power generation and during high-load power generation. For example, during low-load power generation, if the temperature of the refrigerant that cools the fuel cell is set to a temperature that allows good power generation performance during high-load power generation, the fuel cell will dry out and the resistance to hydrogen ion movement will increase. Become. Therefore, during low-load power generation, the target temperature of the refrigerant may be set lower than during high-load power generation.
例えば、燃料電池を良好に冷却しながら、消費電力の低減を図ることができる、燃料電池システムの冷却制御装置の技術が提供されている（特許文献１参照）。 For example, a technology has been provided for a cooling control device for a fuel cell system that can reduce power consumption while cooling the fuel cell well (see Patent Document 1).
従来の燃料電池システムにおいては、冷媒の温度を目標温度に到達させるために、フィードフォワード制御とフィードバック制御とが行われることにより、ラジエタの冷却ファンの回転数を制御していた。しかしながら、燃料電池スタックによる冷媒の温度上昇をフィードフォワード制御にて冷却ファンを制御してしまうと、ラジエタの冷媒の温度が過冷却により目標温度になかなか到達しない問題が発生していた。過冷却によりラジエタによる冷却性能が安定せず、燃料電池スタックの昇温動作が促進されない結果、燃料電池を構成する燃料電池セルの発電性能を十分に引き出すことができなかった。 In conventional fuel cell systems, feedforward control and feedback control are performed to control the rotation speed of a cooling fan of a radiator in order to bring the temperature of the refrigerant to a target temperature. However, if the cooling fan is controlled by feedforward control to prevent the temperature rise of the refrigerant caused by the fuel cell stack, a problem has arisen in which the temperature of the refrigerant in the radiator does not easily reach the target temperature due to overcooling. Due to overcooling, the cooling performance of the radiator was not stabilized, and as a result, the temperature rising operation of the fuel cell stack was not promoted, and as a result, the power generation performance of the fuel cells constituting the fuel cell could not be fully exploited.
本発明の一側面に係る目的は、ラジエタによる冷却性能を安定させつつ、燃料電池スタックの昇温動作を促進することである。 An object of one aspect of the present invention is to stabilize the cooling performance of the radiator while promoting the temperature raising operation of the fuel cell stack.
本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに対応する実値温度を取得する温度取得部と、冷却ファンと、制御部と、を有する。 A fuel cell system according to one embodiment of the present invention includes a fuel cell stack, a temperature acquisition section that acquires an actual temperature corresponding to the fuel cell stack, a cooling fan, and a control section.
前記制御部は、前記燃料電池スタックの目標発電量が高いほど前記燃料電池スタックの目標温度を高く設定しており、前記目標温度が上昇する場合において、前記温度取得部が取得した前記実値温度が前記目標温度に到達するまで、前記冷却ファンの回転数の変化を抑制する抑制制御を行なう。 The control unit sets the target temperature of the fuel cell stack higher as the target power generation amount of the fuel cell stack increases, and when the target temperature increases, the actual value temperature acquired by the temperature acquisition unit increases. Suppression control is performed to suppress changes in the rotational speed of the cooling fan until the cooling fan reaches the target temperature.
これにより、目標温度が上昇する場合においても、温度取得部が取得した実値温度が目標温度に到達するまでは、冷却ファンの回転数の変化を抑制する抑制制御を行われる。このため、冷却ファンの回転数が切り替えられずに、冷却ファンによる冷却性能を維持することができる。これにより、過冷却の状態が発生することを抑制して実値温度を目標温度として設定した温度へ迅速に昇温動作を行うことができる。その結果、ラジエタの冷却性能を安定させつつ、燃料電池スタックの発電性能をより早く、すなわち、十分に引き出すことができる。 As a result, even when the target temperature increases, suppression control is performed to suppress changes in the rotation speed of the cooling fan until the actual value temperature acquired by the temperature acquisition section reaches the target temperature. Therefore, the cooling performance of the cooling fan can be maintained without changing the rotation speed of the cooling fan. Thereby, the occurrence of a supercooled state can be suppressed, and the temperature can be quickly raised from the actual temperature to the temperature set as the target temperature. As a result, while stabilizing the cooling performance of the radiator, the power generation performance of the fuel cell stack can be brought out more quickly, that is, fully utilized.
また、前記冷却ファンは、前記目標温度に基づいて前記回転数を調整するフィードバック制御がされており、かつ、放熱量目標値に基づいて前記回転数を調整するフィードフォワード制御がされており、前記抑制制御に切り替わった場合に前記フィードフォワード制御の結果を前記抑制制御に切り替わる前の状態で維持してもよい。 Further, the cooling fan is subjected to feedback control that adjusts the rotation speed based on the target temperature, and is subjected to feedforward control that adjusts the rotation speed based on the heat release target value, and When switching to the inhibitory control, the result of the feedforward control may be maintained in the state before switching to the inhibitory control.
これにより、冷却ファンの回転数の制御をより効果的に行うことができる。 Thereby, the rotation speed of the cooling fan can be controlled more effectively.
また、前記目標発電量は、多段階に設定されており、前記目標温度も前記目標発電量に対応して多段階に設定されてもよい。 Further, the target power generation amount may be set in multiple stages, and the target temperature may also be set in multiple stages corresponding to the target power generation amount.
これにより、電圧変動が少なくなり燃料電池スタックの劣化を抑制することができつつ、燃料電池スタックの温度を適切に調整できる。 As a result, voltage fluctuations can be reduced, deterioration of the fuel cell stack can be suppressed, and the temperature of the fuel cell stack can be adjusted appropriately.
また、前記温度取得部は前記燃料電池スタックから流出される冷却水の温度を測定する水温センサであってもよい。 Furthermore, the temperature acquisition section may be a water temperature sensor that measures the temperature of cooling water flowing out from the fuel cell stack.
これにより、燃料電池システムは、簡易な構成で適切に燃料電池スタックの温度を検出することができる。 Thereby, the fuel cell system can appropriately detect the temperature of the fuel cell stack with a simple configuration.
本発明によれば、ラジエタによる冷却性能を安定させつつ、燃料電池スタックの昇温動作を促進することができる。 According to the present invention, it is possible to stabilize the cooling performance of the radiator while promoting the temperature raising operation of the fuel cell stack.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。 Embodiments will be described in detail below based on the drawings.
図１は、実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a fuel cell system according to an embodiment.
図１に示す燃料電池システム１は、フォークリフトなどの産業車両や自動車などの車両Ｖｅに搭載される。なお、車両Ｖｅには、走行用モータを駆動するインバータなどの外部負荷Ｌｏが搭載され、燃料電池システム１から外部負荷Ｌｏに電力が供給される。 The fuel cell system 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle Ve such as an industrial vehicle such as a forklift or a car. Note that the vehicle Ve is equipped with an external load Lo such as an inverter that drives a driving motor, and power is supplied from the fuel cell system 1 to the external load Lo.
燃料電池システム１は、燃料電池（燃料電池スタック）ＦＣと、燃料タンクＴと、エアコンプレッサＡＣＰとを備える。 The fuel cell system 1 includes a fuel cell (fuel cell stack) FC, a fuel tank T, and an air compressor ACP.
また、燃料電池システム１は、更に、ラジエタＲと、冷却ファンＦと、ウォータポンプＷＰと、インタークーラＩＣと、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂと、電流センサＳｉｆと、電圧センサＳｖｆと、記憶部２と、制御部３と、温度センサＴＨ（温度取得部）と、イオン交換器ＩＥと、インタークーラＩＣとを備える。 Further, the fuel cell system 1 further includes a radiator R, a cooling fan F, a water pump WP, an intercooler IC, a DC/DC converter CNV, a power storage device B, a current sensor Sif, a voltage sensor Svf, and a memory. It includes a section 2, a control section 3, a temperature sensor TH (temperature acquisition section), an ion exchanger IE, and an intercooler IC.
燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣが発電する際に必要とされる補助機能を有する機器である補機に基づいて外部負荷Ｌｏなどに電力を出力する。補機とは、燃料電池ＦＣに関連する機器である。補機には、燃料タンクＴ、エアコンプレッサＡＣＰ、ラジエタＲ、冷却ファンＦ、ウォータポンプＷＰ、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ、蓄電装置Ｂ、イオン交換器ＩＥ、インタークーラＩＣなどが含まれる。補機は、図１に示していない他の機器を含めてもよい。 The fuel cell system 1 outputs electric power to an external load Lo etc. based on an auxiliary device that is a device having an auxiliary function required when the fuel cell FC generates power. The auxiliary equipment is equipment related to the fuel cell FC. The auxiliary equipment includes a fuel tank T, an air compressor ACP, a radiator R, a cooling fan F, a water pump WP, a DCDC converter CNV, a power storage device B, an ion exchanger IE, an intercooler IC, and the like. Auxiliary equipment may include other equipment not shown in FIG.
燃料電池ＦＣは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池であり、燃料ガス（水素ガスなど）に含まれる水素と酸化剤ガス（空気など）に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。 A fuel cell FC is a fuel cell composed of a plurality of fuel cells connected in series, and generates electricity from hydrogen contained in a fuel gas (such as hydrogen gas) and oxygen contained in an oxidizing gas (such as air). Generate electricity through a chemical reaction.
燃料タンクＴは、燃料ガスの貯蔵容器である。燃料タンクＴに貯蔵された燃料ガスは燃料電池ＦＣに供給される。 The fuel tank T is a storage container for fuel gas. The fuel gas stored in the fuel tank T is supplied to the fuel cell FC.
エアコンプレッサＡＣＰは、燃料電池システム１の周囲に存在する酸化剤ガスを圧縮しインタークーラＩＣを介して燃料電池ＦＣに供給する。なお、エアコンプレッサＡＣＰの圧縮率は、燃料電池ＦＣの下流に設けられる弁の開度を調節することで制御される。 The air compressor ACP compresses the oxidant gas present around the fuel cell system 1 and supplies it to the fuel cell FC via the intercooler IC. Note that the compression ratio of the air compressor ACP is controlled by adjusting the opening degree of a valve provided downstream of the fuel cell FC.
インタークーラＩＣは、圧縮により高温になった酸化剤ガスをインタークーラＩＣに流出される冷却水などの冷媒と熱交換させる。 The intercooler IC exchanges heat with the oxidant gas, which has become high in temperature due to compression, with a refrigerant such as cooling water that flows out to the intercooler IC.
ラジエタＲは、燃料電池ＦＣの発熱により温められた冷媒を外気と熱交換させる。 The radiator R causes the refrigerant warmed by the heat generated by the fuel cell FC to exchange heat with outside air.
冷却ファンＦは、ラジエタＲの放熱量を上昇させる。制御部３は、燃料電池ＦＣの発電状態に基づいて、冷却ファンＦの回転数を制御する。ラジエタＲは、燃料電池ＦＣから回収した熱を、冷却ファンＦの送風により、燃料電池システム１の外部に放出する。すなわち、ラジエタＲと冷却ファンＦとは、冷却部を構成している。この場合、冷却ファンＦは、水冷式の冷却ファンとして構成される。制御部３は、冷却ファンＦの回転数または風量により、冷却ファンＦによる燃料電池ＦＣに対する冷却量を検出する。 The cooling fan F increases the heat radiation amount of the radiator R. The control unit 3 controls the rotation speed of the cooling fan F based on the power generation state of the fuel cell FC. The radiator R releases the heat recovered from the fuel cell FC to the outside of the fuel cell system 1 by blowing air from the cooling fan F. That is, the radiator R and the cooling fan F constitute a cooling section. In this case, the cooling fan F is configured as a water-cooled cooling fan. The control unit 3 detects the amount of cooling of the fuel cell FC by the cooling fan F based on the rotational speed or air volume of the cooling fan F.
ウォータポンプＷＰは、ラジエタＲにより冷却された冷媒をインタークーラＩＣを介して燃料電池ＦＣに供給する。 Water pump WP supplies refrigerant cooled by radiator R to fuel cell FC via intercooler IC.
イオン交換器ＩＥは、燃料電池ＦＣに並列して設けられている。従って、ラジエタＲを流通する冷媒の一部は、イオン交換器ＩＥに収容されたイオン交換樹脂によって不純物イオンを除去される。 Ion exchanger IE is provided in parallel with fuel cell FC. Therefore, impurity ions are removed from a portion of the refrigerant flowing through the radiator R by the ion exchange resin housed in the ion exchanger IE.
ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池ＦＣの後段に接続され、燃料電池ＦＣから出力される電圧Ｖｆｃ（例えば、９０［Ｖ］）を電圧Ｖｃｈ（例えば、４８［Ｖ］）に変換する。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力は、外部負荷Ｌｏ、内部負荷Ｌｉ、及び蓄電装置Ｂに供給される。内部負荷Ｌｉには、エアコンプレッサＡＣＰ、ウォータポンプＷＰ、及び冷却ファンＦなどが含まれる。内部負荷Ｌｉは、図１に示していない他の機器を含めてもよい。 The DCDC converter CNV is connected to the subsequent stage of the fuel cell FC, and converts the voltage Vfc (for example, 90 [V]) output from the fuel cell FC into the voltage Vch (for example, 48 [V]). Further, the power output from the DCDC converter CNV is supplied to the external load Lo, the internal load Li, and the power storage device B. The internal load Li includes an air compressor ACP, a water pump WP, a cooling fan F, and the like. The internal load Li may include other devices not shown in FIG.
蓄電装置Ｂは、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと外部負荷Ｌｏとの間に接続されている。 Power storage device B is configured with a lithium ion capacitor or the like, and is connected between DCDC converter CNV and external load Lo.
電流センサＳｉｆは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶに流れる電流Ｉｆｃを検出し、その検出した電流Ｉｆを制御部３に送る。 The current sensor Sif is composed of a shunt resistor, a Hall element, etc., detects the current Ifc flowing from the fuel cell FC to the DCDC converter CNV, and sends the detected current If to the control section 3.
電圧センサＳｖｆは、分圧抵抗などにより構成され、燃料電池ＦＣの電圧Ｖｆｃを検出し、その検出した電圧Ｖｆｃを制御部３に送る。 The voltage sensor Svf is constituted by a voltage dividing resistor, etc., detects the voltage Vfc of the fuel cell FC, and sends the detected voltage Vfc to the control unit 3.
温度センサＴＨは、燃料電池ＦＣに対応する温度を取得する。温度センサＴＨは、例えば、サーミスタ（thermistor）により構成される。温度センサＴＨは、取得した温度を制御部３へ送る。例えば、温度センサＴＨは、燃料電池ＦＣの発熱により温められた冷媒の温度を取得することにより、燃料電池ＦＣの温度を取得することができる。温度センサＴＨは、燃料電池ＦＣから流れる冷媒としての冷却水の温度を測定する水温センサにより構成される。このため、燃料電池システム１は、簡易な構成で適切に燃料電池ＦＣの温度を検出することができる。 Temperature sensor TH acquires the temperature corresponding to fuel cell FC. The temperature sensor TH is composed of, for example, a thermistor. The temperature sensor TH sends the acquired temperature to the control unit 3. For example, the temperature sensor TH can obtain the temperature of the fuel cell FC by obtaining the temperature of the refrigerant warmed by the heat generated by the fuel cell FC. The temperature sensor TH is constituted by a water temperature sensor that measures the temperature of cooling water as a refrigerant flowing from the fuel cell FC. Therefore, the fuel cell system 1 can appropriately detect the temperature of the fuel cell FC with a simple configuration.
記憶部２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。記憶部２には、制御部３により実行されるプログラムが記憶される。 The storage unit 2 is composed of RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and the like. The storage unit 2 stores a program executed by the control unit 3.
制御部３は、マイクロコンピュータなどにより構成される。 The control unit 3 is composed of a microcomputer or the like.
また、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、蓄電装置ＢのＳＯＣに応じて発電量目標値ＴＰＧを段階的に変化させる。 Furthermore, when the fuel cell system 1 is in operation, the control unit 3 changes the power generation target value TPG in stages according to the SOC of the power storage device B.
また、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、燃料電池ＦＣの発電電力が発電量目標値ＴＰＧに追従するように、内部負荷Ｌｉの動作を制御する。例えば、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、ＰＩ（Proportional-Integral）制御により、燃料電池ＦＣの発電電力と発電量目標値ＴＰＧとの差がゼロになるように、内部負荷Ｌｉの動作を制御する。 Further, when the fuel cell system 1 is in operation, the control unit 3 controls the operation of the internal load Li so that the power generated by the fuel cell FC follows the power generation target value TPG. For example, when the fuel cell system 1 is operating, the control unit 3 uses PI (Proportional-Integral) control to adjust the internal load Li so that the difference between the power generated by the fuel cell FC and the power generation target value TPG becomes zero. Control behavior.
制御部３は、燃料電池ＦＣに関連する補機の動作を制御することで燃料電池ＦＣの発電電力量を制御する。また、制御部３は、燃料電池ＦＣの目標とする発電量（以下、「目標発電量」とも呼ぶ）（出力指令値）が高いほど燃料電池ＦＣの目標とする温度（以下、「目標温度ＴＴ」とも呼ぶ）を高く設定している。そして、制御部３は、目標温度ＴＴが上昇する場合において、温度センサＴＨが目標温度ＴＴ、又は、目標温度ＴＴに対応する温度に到達するまで、冷却ファンＦの回転数の変化を抑制する抑制制御を実行する。 The control unit 3 controls the amount of power generated by the fuel cell FC by controlling the operation of auxiliary equipment related to the fuel cell FC. In addition, the control unit 3 controls the temperature of the fuel cell FC (hereinafter referred to as "target temperature TT ) is set high. Then, when the target temperature TT increases, the control unit 3 suppresses a change in the rotation speed of the cooling fan F until the temperature sensor TH reaches the target temperature TT or a temperature corresponding to the target temperature TT. Execute control.
冷却ファンＦは、制御部３に基づく抑制制御により、目標温度ＴＴに基づいて冷却ファンＦの回転数を調整するフィードバック制御（以下、「ＦＢ制御」とも呼ぶ）がされており、かつ、放熱量目標値に基づいて冷却ファンＦの回転数を調整するフィードフォワード制御（以下、「ＦＦ制御」とも呼ぶ）がされている。 The cooling fan F is subjected to feedback control (hereinafter also referred to as "FB control") that adjusts the rotation speed of the cooling fan F based on the target temperature TT by suppression control based on the control unit 3, and the amount of heat dissipated. Feedforward control (hereinafter also referred to as "FF control") is performed to adjust the rotation speed of the cooling fan F based on a target value.
制御部３は、目標温度に基づいて冷却ファンＦの回転数を調整するＦＢ制御を行う。制御部３は、冷却ファンＦの回転数や燃料電池ＦＣの発電量から冷却量を推定する。制御部３は、これらの推定結果を用いて実測値の温度（以下、「実値温度」とも呼ぶ）が目標温度として設定した温度となるように冷却ファンＦの回転数を調整するＦＢ制御を実行する。ＦＢ制御により、冷却ファンＦの回転数（ＦＢ）（以下、「冷却ファン回転数（ＦＢ）」と呼ぶ）が算出される。 The control unit 3 performs feedback control to adjust the rotation speed of the cooling fan F based on the target temperature. The control unit 3 estimates the amount of cooling from the rotational speed of the cooling fan F and the amount of power generated by the fuel cell FC. The control unit 3 uses these estimation results to perform FB control to adjust the rotation speed of the cooling fan F so that the actual measured temperature (hereinafter also referred to as "actual value temperature") becomes the temperature set as the target temperature. Execute. Through the FB control, the number of rotations (FB) of the cooling fan F (hereinafter referred to as "the number of rotations of the cooling fan (FB)") is calculated.
また、制御部３は、放熱量目標値に基づいて冷却ファンＦの回転数を調整するＦＦ制御を行う。例えば、制御部３は、燃料電池ＦＣの発電状態に基づいて、冷却ファンＦの回転数を制御する。制御部３は、抑制制御に切り替わった場合にＦＦ制御の結果を抑制制御に切り替わる前の状態で維持する。 Further, the control unit 3 performs FF control to adjust the rotation speed of the cooling fan F based on the heat radiation amount target value. For example, the control unit 3 controls the rotation speed of the cooling fan F based on the power generation state of the fuel cell FC. When switching to inhibitory control, the control unit 3 maintains the result of the FF control in the state before switching to inhibitory control.
図２は、制御部３により実行される抑制制御の一例を示す図である。制御部３は、放熱量目標値ＴＨＲに基づき、ＦＦ制御により、冷却ファン回転数ＣＳＦを算出する。また、制御部３は、目標温度ＴＴ及び実値温度ＭＴに基づき、ＦＢ制御により、冷却ファン回転数ＣＳＢを算出する。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of suppression control executed by the control unit 3. The control unit 3 calculates the cooling fan rotation speed CSF by FF control based on the heat radiation amount target value THR. Further, the control unit 3 calculates the cooling fan rotation speed CSB by FB control based on the target temperature TT and the actual temperature MT.
目標温度ＴＴは、燃料電池ＦＣの発電量が段階発電により段階的に切り替えられ、発電量が上昇すると、要求された目標発電量に対応して、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために設定される温度である。 The target temperature TT is set in order to bring out the power generation performance of the fuel cell FC in response to the requested target power generation amount when the power generation amount of the fuel cell FC is switched in stages through stepwise power generation and the power generation amount increases. temperature.
実値温度ＭＴは、温度センサＴＨにより取得された燃料電池ＦＣの温度である。具体的には、燃料電池ＦＣから流出される冷却水などの冷媒の温度である。 The actual temperature MT is the temperature of the fuel cell FC acquired by the temperature sensor TH. Specifically, it is the temperature of a refrigerant such as cooling water flowing out from the fuel cell FC.
制御部３は、ＦＦ制御により算出した冷却ファン回転数ＣＳＦと、ＦＢ制御により算出した冷却ファン回転数ＣＳＢと、を加算した回転数を総合冷却ファン回転数ＣＳＴとして算出する。制御部３は、算出した総合冷却ファン回転数ＣＳＴを指令値として冷却ファンＦへ送ることにより、冷却ファンＦの回転数を制御することができる。 The control unit 3 calculates the total cooling fan rotation speed CST by adding the cooling fan rotation speed CSF calculated by the FF control and the cooling fan rotation speed CSB calculated by the FB control. The control unit 3 can control the rotation speed of the cooling fan F by sending the calculated total cooling fan rotation speed CST to the cooling fan F as a command value.
図３は、従来の燃料電池システム１による燃料電池ＦＣ（冷媒）の目標温度ＴＴと、実値温度ＭＴと、冷却ファンＦの回転数との関係を示す図である。燃料電池ＦＣ（冷媒）の目標温度ＴＴは、低負荷発電時と高負荷発電時とで異なる。高負荷発電時においては、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために、燃料電池ＦＣ（冷媒）の目標温度ＴＴが高めに設定されている。しかしながら、低負荷発電時においては、燃料電池ＦＣ（冷媒）の目標温度ＴＴを高めに設定してしまうと、燃料電池ＦＣを構成する燃料電池セルが高温にさらされて乾燥してしまい、水素イオンの移動抵抗が大きくなることで、かえって燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すことができないため、低めに設定されている。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the target temperature TT of the fuel cell FC (refrigerant), the actual temperature MT, and the rotation speed of the cooling fan F in the conventional fuel cell system 1. The target temperature TT of the fuel cell FC (refrigerant) differs between low-load power generation and high-load power generation. During high-load power generation, the target temperature TT of the fuel cell FC (refrigerant) is set relatively high in order to bring out the power generation performance of the fuel cell FC. However, during low-load power generation, if the target temperature TT of the fuel cell FC (coolant) is set too high, the fuel cells that make up the fuel cell FC will be exposed to high temperatures and dry, causing hydrogen ions to ionize. Since the movement resistance of the fuel cell FC becomes large and the power generation performance of the fuel cell FC cannot be brought out, it is set at a low value.
図３を参照して、従来の燃料電池システム１による具体的な制御の流れについて説明する。初めに、外部負荷Ｌｏから電力が要求され、発電が開始されたタイミング（時間）ｔｉ０において、要求された目標発電量に対応して、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために、燃料電池ＦＣの目標温度ＴＴが温度ｔｅ０から温度ｔｅ１（ｔｅ０＜ｔｅ１）へ切り替えられる。 A specific flow of control by the conventional fuel cell system 1 will be described with reference to FIG. 3. First, at timing (time) ti0 when electric power is requested from external load Lo and power generation is started, the fuel cell FC is adjusted in order to bring out the power generation performance of the fuel cell FC in accordance with the requested target power generation amount. The target temperature TT is switched from the temperature te0 to the temperature te1 (te0<te1).
燃料電池ＦＣによる発電が継続し、タイミングｔｉ１において燃料電池ＦＣの実値温度ＭＴが、目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ１を超えると、ＦＢ制御により算出された冷却ファン回転数ＣＳＢに基づき、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ０から回転数ｆｓ１（ｆｓ０＜ｆｓ１）へ切り替えられ燃料電池ＦＣの冷却が開始される。 When power generation by the fuel cell FC continues and the actual temperature MT of the fuel cell FC exceeds the temperature te1 set as the target temperature TT at timing ti1, comprehensive cooling is started based on the cooling fan rotation speed CSB calculated by FB control. The fan rotation speed CST is switched from the rotation speed fs0 to the rotation speed fs1 (fs0<fs1), and cooling of the fuel cell FC is started.
燃料電池ＦＣの発電量が段階発電により段階的に切り替えられ、発電量が上昇すると、要求された目標発電量に対応して、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために、燃料電池ＦＣの目標温度ＴＴが温度ｔｅ１から温度ｔｅ２（ｔｅ１＜ｔｅ２）へ切り替えられる。 The power generation amount of the fuel cell FC is switched step by step through step-by-step power generation, and when the power generation amount increases, the target temperature of the fuel cell FC is changed in order to bring out the power generation performance of the fuel cell FC in response to the requested target power generation amount. TT is switched from temperature te1 to temperature te2 (te1<te2).
目標温度ＴＴが温度ｔｅ１から温度ｔｅ２へ切り替えられて上昇したタイミングｔｉ２において、燃料電池スタックの発電反応により生じる熱量を冷却するために必要な、放熱量目標値ＴＨＲに基づきＦＦ制御により算出された冷却ファン回転数ＣＳＦが総合冷却ファン回転数ＣＳＴへ加算され、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ１から回転数ｆｓ２（回転数ｆｓ１＜回転数ｆｓ２）へ切り替えられ、冷却ファンＦによる冷却性能が向上する。 At timing ti2 when the target temperature TT is switched from temperature te1 to temperature te2 and increased, the cooling calculated by FF control based on the heat release target value THR necessary for cooling the amount of heat generated by the power generation reaction of the fuel cell stack. The fan rotation speed CSF is added to the total cooling fan rotation speed CST, and the total cooling fan rotation speed CST is switched from the rotation speed fs1 to the rotation speed fs2 (rotation speed fs1<rotation speed fs2), and the cooling performance by the cooling fan F is improved. do.
冷却ファンＦによる冷却性能が向上した結果、燃料電池ＦＣの実値温度ＭＴが、目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ２までなかなか到達しない過冷却の状態が発生する。その結果、実値温度ＭＴを目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ２に到達させるために、タイミングｔｉ３において、ＦＢ制御により、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ２から回転数ｆｓ０へ切り替えられ、冷却ファンＦを一旦停止して冷却性能を低下させる。冷却ファンＦによる冷却性能が低下した結果、燃料電池ＦＣの実値温度ＭＴが急上昇し、目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ２をタイミングｔｉ４において大きく超えオーバーシュートの状態が発生することとなる。 As a result of the improved cooling performance of the cooling fan F, a supercooled state occurs in which the actual temperature MT of the fuel cell FC does not easily reach the temperature te2 set as the target temperature TT. As a result, in order to make the actual value temperature MT reach the temperature te2 set as the target temperature TT, at timing ti3, the overall cooling fan rotation speed CST is switched from the rotation speed fs2 to the rotation speed fs0 by the FB control, and the cooling fan Temporarily stop F to reduce cooling performance. As a result of the decrease in the cooling performance of the cooling fan F, the actual temperature MT of the fuel cell FC rises rapidly and greatly exceeds the temperature te2 set as the target temperature TT at timing ti4, resulting in an overshoot state.
更に、燃料電池ＦＣの発電量が段階発電により段階的に切り替えられ、発電量が上昇すると、要求された目標発電量に対応して、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために、燃料電池ＦＣの目標温度ＴＴが温度ｔｅ２から温度ｔｅ３（ｔｅ２＜ｔｅ３）へ切り替えられる。 Furthermore, the power generation amount of the fuel cell FC is switched in stages through step-by-step power generation, and when the power generation amount increases, the power generation capacity of the fuel cell FC is changed in order to bring out the power generation performance of the fuel cell FC in response to the requested target power generation amount. The target temperature TT is switched from the temperature te2 to the temperature te3 (te2<te3).
目標温度ＴＴが温度ｔｅ２から温度ｔｅ３へ切り替えられると、目標温度ＴＴの温度ｔｅ３に基づきＦＦ制御により算出された冷却ファン回転数ＣＳＦが加算され、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ２から回転数ｆｓ３（回転数ｆｓ２＜回転数ｆｓ３）へ切り替えられ、冷却ファンＦによる冷却性能が向上する。 When the target temperature TT is switched from the temperature te2 to the temperature te3, the cooling fan rotation speed CSF calculated by FF control based on the temperature te3 of the target temperature TT is added, and the total cooling fan rotation speed CST changes from the rotation speed fs2 to the rotation speed. The rotation speed is switched to fs3 (rotation speed fs2<rotation speed fs3), and the cooling performance of the cooling fan F is improved.
回転数ｆｓ３は、回転数ｆｓ２よりも大きいため、冷却性能が向上する結果、燃料電池ＦＣの実値温度ＭＴは、目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ３までなかなか到達しない過冷却の状態が発生する。その結果、実値温度ＭＴを目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ３へ到達させるために、タイミングｔｉ６において、ＦＢ制御により、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ３から回転数ｆｓ０へ切り替えられ、冷却ファンＦを一旦停止して冷却性能を低下させる。冷却ファンＦによる冷却性能が低下した結果、燃料電池ＦＣの実値温度ＭＴが急上昇し、目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ３をタイミングｔｉ７において大きく超えオーバーシュートの状態が発生することとなる。 Since the rotation speed fs3 is larger than the rotation speed fs2, as a result of improved cooling performance, a state of supercooling occurs in which the actual temperature MT of the fuel cell FC does not easily reach the temperature te3 set as the target temperature TT. As a result, in order to make the actual value temperature MT reach the temperature te3 set as the target temperature TT, at timing ti6, the overall cooling fan rotation speed CST is switched from the rotation speed fs3 to the rotation speed fs0 by the FB control, and the cooling fan Temporarily stop F to reduce cooling performance. As a result of the decrease in the cooling performance of the cooling fan F, the actual temperature MT of the fuel cell FC rises rapidly and greatly exceeds the temperature te3 set as the target temperature TT at timing ti7, resulting in an overshoot state.
従来の燃料電池システム１においては、燃料電池スタックの発電反応により生じる熱量からＦＦ制御にて冷却ファンを制御してしまうと、燃料電池ＦＣ（冷媒）の温度が過冷却により目標温度ＴＴになかなか到達しない状態が発生することとなり、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すことができる目標温度ＴＴに到達しない問題が発生していた。過冷却によりラジエタＲによる冷却性能が安定せず、燃料電池ＦＣの昇温動作が促進されない結果、燃料電池ＦＣを構成する燃料電池セルの発電性能を十分に引き出すことができなかった。 In the conventional fuel cell system 1, if the cooling fan is controlled by FF control based on the amount of heat generated by the power generation reaction of the fuel cell stack, the temperature of the fuel cell FC (coolant) will not reach the target temperature TT due to supercooling. Therefore, a problem occurred in which the target temperature TT at which the power generation performance of the fuel cell FC could be brought out was not reached. Due to overcooling, the cooling performance of the radiator R was not stabilized, and the temperature raising operation of the fuel cell FC was not promoted, and as a result, the power generation performance of the fuel cells constituting the fuel cell FC could not be fully exploited.
更に、従来の燃料電池システム１においては、過冷却の影響により冷却ファンＦが一旦停止した後、冷却ファンＦが再始動を繰り返すことによる頻繁なうねりが継続するため、搭乗者の違和感の要因となっていた。 Furthermore, in the conventional fuel cell system 1, after the cooling fan F temporarily stops due to the influence of supercooling, the cooling fan F repeatedly restarts, resulting in frequent undulations, which may cause discomfort to passengers. It had become.
そこで、本実施形態の燃料電池システム１においては、制御部３は、目標温度ＴＴが上昇する場合において、温度センサＴＨが目標温度に到達するまで、冷却ファンＦの回転数の変化を抑制する抑制制御を行なうこととした。 Therefore, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, when the target temperature TT increases, the control unit 3 suppresses the change in the rotation speed of the cooling fan F until the temperature sensor TH reaches the target temperature. We decided to carry out control.
図４を参照して、本実施形態の燃料電池システム１による具体的な制御の流れについて説明する。図４は、本実施形態の燃料電池システム１による燃料電池ＦＣ（冷媒）の目標温度ＴＴと、実値温度ＭＴと、冷却ファンＦの回転数との関係を示す図である。初めに、外部負荷Ｌｏから電力が要求され、発電が開始されたタイミング（時間）ｔｉ０において、要求された目標発電量に対応して、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために、制御部３は、燃料電池ＦＣの目標温度ＴＴを温度ｔｅ０から温度ｔｅ１（ｔｅ０＜ｔｅ１）へ切り替える。 A specific flow of control by the fuel cell system 1 of this embodiment will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the target temperature TT of the fuel cell FC (refrigerant), the actual temperature MT, and the rotation speed of the cooling fan F in the fuel cell system 1 of this embodiment. First, at timing (time) ti0 when power is requested from the external load Lo and power generation is started, the control unit 3 performs the following steps in order to bring out the power generation performance of the fuel cell FC in accordance with the requested target power generation amount. , the target temperature TT of the fuel cell FC is switched from the temperature te0 to the temperature te1 (te0<te1).
燃料電池ＦＣによる発電が継続し、タイミングｔｉ１において燃料電池ＦＣの実値温度ＭＴが、目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ１を超えると、制御部３は、ＦＢ制御により算出した冷却ファン回転数ＣＳＢに基づき、総合冷却ファン回転数ＣＳＴを回転数ｆｓ０から回転数ｆｓ１（ｆｓ０＜ｆｓ１）へ切り替えて燃料電池ＦＣの冷却を開始する。 When power generation by the fuel cell FC continues and the actual temperature MT of the fuel cell FC exceeds the temperature te1 set as the target temperature TT at timing ti1, the control unit 3 sets the cooling fan rotation speed CSB calculated by the FB control. Based on this, the overall cooling fan rotation speed CST is switched from the rotation speed fs0 to the rotation speed fs1 (fs0<fs1) to start cooling the fuel cell FC.
燃料電池ＦＣの発電量が段階発電により段階的に切り替えられ、発電量が上昇すると、要求された目標発電量に対応して、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために、制御部３は、燃料電池ＦＣの目標温度ＴＴを温度ｔｅ１から温度ｔｅ２（ｔｅ１＜ｔｅ２）へ切り替える昇温動作を行う。 The power generation amount of the fuel cell FC is switched step by step through stepwise power generation, and when the power generation amount increases, the control unit 3 controls the fuel cell FC to increase the power generation performance in accordance with the requested target power generation amount. A temperature raising operation is performed to switch the target temperature TT of the battery FC from the temperature te1 to the temperature te2 (te1<te2).
目標温度ＴＴが温度ｔｅ１から温度ｔｅ２へ切り替えられて上昇したタイミングｔｉ２において、制御部３は、放熱量目標値ＴＨＲに基づくＦＦ制御により算出された冷却ファン回転数ＣＳＦをすぐに総合冷却ファン回転数ＣＳＴへ加算しない。すなわち、目標温度ＴＴが温度ｔｅ１からｔｅ２へ上昇するタイミングｔｉ４’において、温度センサＴＨが取得した実値温度ＭＴが目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ２へ到達するまで、制御部３は、冷却ファンＦの回転数の変化を抑制する抑制制御を行なう。 At timing ti2 when the target temperature TT is switched from the temperature te1 to the temperature te2 and increased, the control unit 3 immediately changes the cooling fan rotation speed CSF calculated by the FF control based on the heat radiation amount target value THR to the total cooling fan rotation speed. Not added to CST. That is, at timing ti4' when the target temperature TT rises from temperature te1 to te2, the control unit 3 controls the cooling fan F until the actual temperature MT acquired by the temperature sensor TH reaches the temperature te2 set as the target temperature TT. performs suppression control to suppress changes in the rotational speed of the engine.
この抑制制御により、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ１から回転数ｆｓ２（回転数ｆｓ１＜回転数ｆｓ２）へ切り替えられずに、冷却ファンＦによる冷却性能を維持することができる。これにより、過冷却の状態が発生することを抑制して実値温度ＭＴを目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ２へ迅速に昇温動作を行うことができ、その結果、ラジエタＲの冷却性能を安定させつつ、燃料電池ＦＣの燃料電池ＦＣの発電性能をより早く、すなわち、十分に引き出すことができる。 With this suppression control, the cooling performance of the cooling fan F can be maintained without switching the overall cooling fan rotation speed CST from the rotation speed fs1 to the rotation speed fs2 (rotation speed fs1<rotation speed fs2). As a result, it is possible to suppress the occurrence of supercooling and quickly raise the temperature from the actual value temperature MT to the temperature te2 set as the target temperature TT, and as a result, the cooling performance of the radiator R is stabilized. In other words, the power generation performance of the fuel cell FC can be brought out more quickly, that is, fully brought out.
温度センサＴＨから取得した実値温度ＭＴが上昇したタイミングｔｉ４’、すなわち、
実値温度ＭＴが目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ２へ上昇したタイミングｔｉ４’において、制御部３は、目標温度ＴＴの温度ｔｅ２に基づきＦＦ制御により算出された冷却ファン回転数ＣＳＦを総合冷却ファン回転数ＣＳＴへ加算する。その結果、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ１から回転数ｆｓ２（回転数ｆｓ１＜回転数ｆｓ２）へ切り替えられ、冷却ファンＦによる冷却性能が向上する。
Timing ti4' when the actual value temperature MT acquired from the temperature sensor TH increases, that is,
At timing ti4' when the actual temperature MT rises to the temperature te2 set as the target temperature TT, the control unit 3 converts the cooling fan rotation speed CSF calculated by the FF control based on the temperature te2 of the target temperature TT into the total cooling fan rotation. Add to number CST. As a result, the overall cooling fan rotation speed CST is switched from the rotation speed fs1 to the rotation speed fs2 (rotation speed fs1<rotation speed fs2), and the cooling performance of the cooling fan F is improved.
本実施形態の燃料電池システム１においては、上述のように過冷却の状態が発生しない。このため、図３で説明した従来の燃料電池システム１のように、制御部３は、ＦＢ制御により、総合冷却ファン回転数ＣＳＴを回転数ｆｓ２から回転数ｆｓ０へ切り替える必要がない。その結果、冷却ファンＦを一旦停止して冷却性能を低下する必要がないので、燃料電池ＦＣの実値温度ＭＴが急上昇し、目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ２を大きく超えるオーバーシュートの状態が発生することを抑制することができる。これにより、過冷却の影響により冷却ファンＦが一旦停止した後、冷却ファンＦが再始動を繰り返すことによる頻繁なうねりが発生することを抑制し、搭乗者の違和感を抑制することができる。 In the fuel cell system 1 of this embodiment, supercooling does not occur as described above. Therefore, unlike the conventional fuel cell system 1 described in FIG. 3, the control unit 3 does not need to switch the overall cooling fan rotation speed CST from the rotation speed fs2 to the rotation speed fs0 by FB control. As a result, since there is no need to temporarily stop the cooling fan F and reduce the cooling performance, the actual temperature MT of the fuel cell FC suddenly rises, causing an overshoot condition that greatly exceeds the temperature te2 set as the target temperature TT. can be restrained from doing so. As a result, it is possible to suppress the occurrence of frequent undulations due to repeated restarts of the cooling fan F after the cooling fan F temporarily stops due to the influence of supercooling, and to suppress the passenger's discomfort.
更に、燃料電池ＦＣの発電量が段階発電により段階的に切り替えられ、発電量が上昇すると、要求された目標発電量に対応して、燃料電池ＦＣの発電性能を引き出すために、燃料電池ＦＣの目標温度ＴＴが温度ｔｅ２から温度ｔｅ３（ｔｅ２＜ｔｅ３）へ切り替えられる昇温動作が行われる。 Furthermore, the power generation amount of the fuel cell FC is switched in stages through step-by-step power generation, and when the power generation amount increases, the power generation capacity of the fuel cell FC is changed in order to bring out the power generation performance of the fuel cell FC in response to the requested target power generation amount. A temperature raising operation is performed in which the target temperature TT is switched from the temperature te2 to the temperature te3 (te2<te3).
目標温度ＴＴが温度ｔｅ２から温度ｔｅ３へ切り替えられて上昇したタイミングｔｉ５において、制御部３は、目標温度ＴＴの温度ｔｅ３に基づくＦＦ制御により算出された冷却ファン回転数ＣＳＦをすぐに総合冷却ファン回転数ＣＳＴへ加算しない。すなわち、目標温度ＴＴが温度ｔｅ２から温度ｔｅ３へ上昇したタイミングｔｉ５において、温度センサＴＨが取得した実値温度ＭＴが目標温度として設定した温度ｔｅ３へ到達するまで、制御部３は、冷却ファンＦの回転数の変化を抑制する抑制制御を行う。 At timing ti5 when the target temperature TT is switched from the temperature te2 to the temperature te3 and increased, the control unit 3 immediately changes the cooling fan rotation speed CSF calculated by the FF control based on the temperature te3 of the target temperature TT to the total cooling fan rotation. Do not add to number CST. That is, at timing ti5 when the target temperature TT rises from the temperature te2 to the temperature te3, the control unit 3 controls the cooling fan F until the actual value temperature MT acquired by the temperature sensor TH reaches the temperature te3 set as the target temperature. Performs suppression control to suppress changes in rotation speed.
この抑制制御により、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ２から回転数ｆｓ３（回転数ｆｓ２＜回転数ｆｓ３）へ切り替えられずに、冷却ファンＦによる冷却性能を維持することができる。これにより、過冷却の状態が発生することを抑制して実値温度ＭＴを目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ３へ迅速に到達させることができ、その結果、燃料電池ＦＣの発電性能をより早く、すなわち、十分に引き出すことができる。 With this suppression control, the cooling performance of the cooling fan F can be maintained without switching the overall cooling fan rotation speed CST from the rotation speed fs2 to the rotation speed fs3 (rotation speed fs2<rotation speed fs3). As a result, it is possible to suppress the occurrence of a supercooling state and quickly make the actual value temperature MT reach the temperature te3 set as the target temperature TT.As a result, the power generation performance of the fuel cell FC can be improved more quickly. In other words, it can be fully extracted.
温度センサＴＨから取得した実値温度ＭＴが上昇したタイミングｔｉ７’、すなわち、実値温度ＭＴが目標温度ＴＴとして設定した温度ｔｅ３へ上昇したタイミングｔｉ７’において、制御部３は、目標温度ＴＴの温度ｔｅ３に基づきＦＦ制御により算出された冷却ファン回転数ＣＳＦを加算する。その結果、総合冷却ファン回転数ＣＳＴが回転数ｆｓ２から回転数ｆｓ３（回転数ｆｓ２＜回転数ｆｓ３）へ切り替えられ、冷却ファンＦによる冷却性能が向上する。 At timing ti7' when the actual value temperature MT acquired from the temperature sensor TH increases, that is, at timing ti7' when the actual value temperature MT increases to the temperature te3 set as the target temperature TT, the control unit 3 controls the temperature of the target temperature TT. The cooling fan rotation speed CSF calculated by FF control based on te3 is added. As a result, the overall cooling fan rotation speed CST is switched from the rotation speed fs2 to the rotation speed fs3 (rotation speed fs2<rotation speed fs3), and the cooling performance of the cooling fan F is improved.
上述のように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣと、燃料電池ＦＣに対応する実値温度ＭＴを取得する温度センサＴＨと、冷却ファンＦと、制御部３と、を有する。 As described above, the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a fuel cell FC, a temperature sensor TH that acquires the actual temperature MT corresponding to the fuel cell FC, a cooling fan F, and a control unit 3. .
制御部３は、燃料電池ＦＣの目標発電量が高いほど燃料電池ＦＣの目標温度ＴＴを高く設定しており、目標温度ＴＴが上昇するタイミングにおいて、温度センサＴＨが取得した実値温度ＭＴが目標温度ＴＴに到達するまで、冷却ファンＦの回転数の変化を抑制する抑制制御を行なう。 The control unit 3 sets the target temperature TT of the fuel cell FC higher as the target power generation amount of the fuel cell FC increases, and at the timing when the target temperature TT increases, the actual value temperature MT acquired by the temperature sensor TH becomes the target. Suppression control is performed to suppress changes in the rotational speed of the cooling fan F until the temperature TT is reached.
これにより、目標温度ＴＴが上昇する場合においても、温度センサＴＨが取得した実値温度ＭＴが目標温度ＴＴに到達するまでは、冷却ファンＦの回転数の変化を抑制する抑制制御を行われる。このため、冷却ファンＦの回転数が切り替えられずに、冷却ファンＦによる冷却性能を維持することができる。これにより、過冷却の状態が発生することを抑制して実値温度ＭＴを目標温度ＴＴとして設定した温度へ迅速に昇温動作を行うことができる。その結果、ラジエタＲの冷却性能を安定させつつ、燃料電池ＦＣの発電性能をより早く、すなわち、十分に引き出すことができる。 As a result, even when the target temperature TT increases, suppression control is performed to suppress changes in the rotation speed of the cooling fan F until the actual value temperature MT acquired by the temperature sensor TH reaches the target temperature TT. Therefore, the cooling performance of the cooling fan F can be maintained without changing the rotation speed of the cooling fan F. Thereby, the occurrence of a supercooled state can be suppressed, and the temperature can be quickly increased from the actual value temperature MT to the temperature set as the target temperature TT. As a result, while stabilizing the cooling performance of the radiator R, the power generation performance of the fuel cell FC can be brought out more quickly, that is, fully utilized.
また、冷却ファンＦは、目標温度ＴＴに基づいて回転数を調整するＦＢ制御がされており、かつ、放熱量目標値に基づいて回転数を調整するＦＦ制御がされており、抑制制御に切り替わった場合にＦＦ制御の結果を抑制制御に切り替わる前の状態で維持する。 In addition, the cooling fan F is subjected to FB control that adjusts the rotation speed based on the target temperature TT, and FF control that adjusts the rotation speed based on the heat release target value, and is switched to suppression control. In this case, the result of FF control is maintained in the state before switching to inhibitory control.
これにより、冷却ファンＦの回転数の制御をより効果的に行うことができる。 Thereby, the rotation speed of the cooling fan F can be controlled more effectively.
また、目標発電量は、多段階に設定されており、目標温度ＴＴも目標発電量に対応して多段階に設定されている。 Further, the target power generation amount is set in multiple stages, and the target temperature TT is also set in multiple stages corresponding to the target power generation amount.
これにより、電圧変動が少なくなり燃料電池ＦＣの劣化を抑制することができつつ、燃料電池スタックの温度を適切に調整できる。 As a result, voltage fluctuations are reduced and deterioration of the fuel cell FC can be suppressed, while the temperature of the fuel cell stack can be adjusted appropriately.
また、温度センサＴＨは燃料電池ＦＣから流出される冷却水の温度を測定する水温センサである。 Further, the temperature sensor TH is a water temperature sensor that measures the temperature of cooling water flowing out from the fuel cell FC.
これにより、燃料電池システム１は、簡易な構成で適切に燃料電池ＦＣの温度を検出することができる。 Thereby, the fuel cell system 1 can appropriately detect the temperature of the fuel cell FC with a simple configuration.
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and changes can be made without departing from the gist of the present invention.
＜変形例１＞
制御部３は、目標温度ＴＴが上昇する場合において、温度センサＴＨが目標温度ＴＴ、又は、目標温度ＴＴに対応する温度に到達するまで、冷却ファンＦの回転数の変化を抑制する抑制制御を実行しているが、これに限られない。例えば、予め定められた最低駆動回転数に冷却ファンＦの回転数を設定するように制御してもよい。
<Modification 1>
When the target temperature TT increases, the control unit 3 performs suppression control to suppress changes in the rotation speed of the cooling fan F until the temperature sensor TH reaches the target temperature TT or a temperature corresponding to the target temperature TT. However, it is not limited to this. For example, the rotation speed of the cooling fan F may be controlled to be set to a predetermined minimum drive rotation speed.
＜変形例２＞
温度センサＴＨは、燃料電池ＦＣの発熱により温められた冷媒の温度を取得しているが、エアコンプレッサＡＣＰの温度を取得してもよい。また、温度センサＴＨは、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶの温度を取得してもよい。
<Modification 2>
Although the temperature sensor TH acquires the temperature of the refrigerant warmed by the heat generated by the fuel cell FC, it may also acquire the temperature of the air compressor ACP. Moreover, the temperature sensor TH may acquire the temperature of the DC/DC converter CNV.
＜変形例３＞
上記実施形態の燃料電池システム１は、車両Ｖｅに搭載される外部負荷Ｌｏに電力を供給する発電機として構成しているが、燃料電池システム１を、商用電源と協働して燃料電池システム１の外部に設けられる外部負荷Ｌｏに電力を供給する定置発電機として構成してもよい。
<Modification 3>
The fuel cell system 1 of the above embodiment is configured as a generator that supplies power to an external load Lo mounted on the vehicle Ve. It may be configured as a stationary generator that supplies power to an external load Lo provided outside of the generator.
燃料電池システム１は水冷式の冷却ファンＦにより構成しているが、空冷式の冷却ファンＦにより構成してもよい。その場合、温度取得部としての温度センサＴＨは、燃料電池ＦＣの内部温度を取得するセンサで、冷却ファンＦは燃料電池ＦＣに冷却風を当てるファンとするのが好ましい。燃料電池システム１を空冷式とした場合、燃料電池ＦＣが有する熱を、冷却ファンＦの送風により、燃料電池システム１の外部に放出することができる。 Although the fuel cell system 1 is configured with a water-cooled cooling fan F, it may also be configured with an air-cooled cooling fan F. In that case, it is preferable that the temperature sensor TH as a temperature acquisition unit is a sensor that acquires the internal temperature of the fuel cell FC, and the cooling fan F is a fan that applies cooling air to the fuel cell FC. When the fuel cell system 1 is an air-cooled type, the heat possessed by the fuel cell FC can be released to the outside of the fuel cell system 1 by blowing air from the cooling fan F.
１ ：燃料電池システム
２ ：記憶部
３ ：制御部
ＡＣＰ ：エアコンプレッサ
Ｂ ：蓄電装置
ＣＮＶ ：ＤＣＤＣコンバータ
ＣＳＢ ：冷却ファン回転数
ＣＳＦ ：冷却ファン回転数
ＣＳＴ ：総合冷却ファン回転数
Ｆ ：冷却ファン
ＦＣ ：燃料電池
ＩＥ ：イオン交換器
Ｉｆ ：電流
Ｉｆｃ ：電流
Ｌｉ ：内部負荷
Ｌｏ ：外部負荷
ＭＴ ：実値温度
Ｒ ：ラジエタ
Ｓｉｆ ：電流センサ
Ｓｖｆ ：電圧センサ
Ｔ ：燃料タンク
ＴＨ ：温度センサ
ＴＨＲ ：放熱量目標値
ＴＰＧ ：発電量目標値
ＴＴ ：目標温度
Ｖｃｈ ：電圧
Ｖｅ ：車両
Ｖｆｃ ：電圧
ＷＰ ：ウォータポンプ
1: Fuel cell system 2: Storage unit 3: Control unit ACP: Air compressor B: Power storage device CNV: DCDC converter CSB: Cooling fan rotation speed CSF: Cooling fan rotation speed CST: Total cooling fan rotation speed F: Cooling fan FC: Fuel cell IE: Ion exchanger If: Current Ifc: Current Li: Internal load Lo: External load MT: Actual temperature R: Radiator Sif: Current sensor Svf: Voltage sensor T: Fuel tank TH: Temperature sensor THR: Heat release target Value TPG: Power generation target value TT: Target temperature Vch: Voltage Ve: Vehicle Vfc: Voltage WP: Water pump
Claims (4)
前記燃料電池スタックに対応する実値温度を取得する温度取得部と、
冷却ファンと、
制御部と、を有し、
制御部は、前記燃料電池スタックの目標発電量が高いほど前記燃料電池スタックの目標温度を高く設定しており、
前記目標温度が上昇する場合において、前記温度取得部が取得した前記実値温度が前記目標温度に到達するまで、前記冷却ファンの回転数の変化を抑制する抑制制御を行なうことを特徴とする燃料電池システム。 fuel cell stack,
a temperature acquisition unit that acquires an actual value temperature corresponding to the fuel cell stack;
cooling fan,
a control unit;
The control unit sets the target temperature of the fuel cell stack higher as the target power generation amount of the fuel cell stack is higher,
In the case where the target temperature rises, the fuel is characterized in that suppressive control is performed to suppress a change in the rotation speed of the cooling fan until the actual value temperature acquired by the temperature acquisition unit reaches the target temperature. battery system.
前記抑制制御に切り替わった場合に前記フィードフォワード制御の結果を前記抑制制御に切り替わる前の状態で維持することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The cooling fan is subjected to feedback control that adjusts the rotation speed based on the target temperature, and is subjected to feedforward control that adjusts the rotation speed based on a heat release target value,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when switching to the inhibitory control, the result of the feedforward control is maintained in the state before switching to the inhibitory control.
前記目標温度も前記目標発電量に対応して多段階に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The target power generation amount is set in multiple stages,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the target temperature is also set in multiple stages corresponding to the target power generation amount.
Priority Applications (1)
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| JP2022086909A JP2023174195A (en) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | fuel cell system |
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| JP2022086909A JP2023174195A (en) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | fuel cell system |
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| JP2023174195A true JP2023174195A (en) | 2023-12-07 |
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Family Applications (1)
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2022
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