JP4411854B2

JP4411854B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4411854B2
Application number: JP2003099160A
Authority: JP
Inventors: 大輔森; 一彦沖野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: JP2004311055A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池システムに関する。特に燃料電池システムに用いる冷却液の制御を行う構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池システムとして、燃料電池システム用の冷却液の導電率を管理するために、燃料電池システムの負荷回路の絶縁抵抗を測定し監視するものが知られている。測定された絶縁抵抗と、冷却液の導電率との間には一義的に規定された関数関係があることが明らかになっている。そこで、冷却液中の混入イオン濃度が指定された値を超えてはならない燃料電池システムにおいて、絶縁抵抗を監視することによって冷却液の導電率を管理し、絶縁抵抗の値が下限閾値より低下している時に期限に達している冷却液の交換が指示される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１９４２６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
上記従来の技術においては、絶縁抵抗値が下限閾値より低下するたびに冷却液の交換が指示される。例えば、燃料電池システムを移動手段等の駆動源として用いる場合には、冷却液の導電率が悪化したと判断されるたびに、これに対して冷却液を交換するなどの何らかの対処を行う必要がある。そのため、この冷却液の導電率が悪化したという判断は、出来るだけ少なく、且つ、正確に行う必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、冷却液の導電率を適切に管理できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われる燃料電池スタックと、冷却液の導電率を低減させるための冷却液導電率低減手段と、前記冷却液導電率低減手段を冷却液が迂回するためのバイパス流路を備える。また、前記冷却液導電率低減手段に供給される冷却液流量を調整する流量調整手段と、前記燃料電池スタックの負荷回路の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出手段と、前記絶縁抵抗検出手段により検出した絶縁抵抗検出値に基づき前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備える。さらに、前記絶縁抵抗検出値と、所定の絶縁抵抗閾値とを比較することにより冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段を備え、起動初期の所定時間において、前記絶縁抵抗閾値を変化させる。
【０００７】
または、冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われる燃料電池スタックと、冷却液の導電率を低減させるための冷却液導電率低減手段を備える。また、前記冷却液の導電率が所定値以下であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段を備える。起動初期の所定時間において、前記所定値を高く設定する。
【０００８】
【作用及び効果】
冷却液導電率低減手段に供給される冷却液流量を調整する流量調整手段と、燃料電池スタックの負荷回路の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出手段と、絶縁抵抗検出手段により検出した絶縁抵抗検出値に基づき流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備える。絶縁抵抗検出値に基づいて流量調整手段を制御することで、冷却液の導電率を正確に把握して冷却液導電率低減手段に供給される冷却液流量を調整することができるので、効率良く導電率を低減することができる。その結果、絶縁抵抗検出値が過剰に低下するのを防ぎ、冷却液導電率を低く保つことができるので、冷却液の導電率を適切に管理することができる。
【０００９】
冷却液の導電率が所定値以下であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段を備え、起動初期の所定時間において、所定値を高く設定する。これにより、冷却液の導電率が不安定な起動初期に、一時的な導電率の上昇により冷却液の導電率悪化を判断するのを抑制することができるので、冷却液の導電率を適切に管理することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成を図１に示す。ここでは、駆動源として車輌に搭載された燃料電池システムについて説明する。
【００１１】
図示しない燃料系と酸化剤系から、燃料ガスと酸化剤ガスを供給することにより発電を行うスタック１を備える。ここでは、スタック１として固体高分子型燃料電池スタックを用いる。また、スタック１で生成された電力を高電圧で扱う強電系９を備える。さらに、強電系９と車輌との絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗計１１を備える。
【００１２】
また、温度調整、もしくは、スタック１内部の固体高分子膜の加湿に用いる冷却液を循環する冷却システムを備える。ここでは、冷却液として純水を用い、スタック１に循環させることによりスタック１の温度調整および加湿を行う。また、冷却液貯蔵手段である冷却液タンク４、冷却液流路である冷却液配管３、冷却液を循環させる冷却液ポンプ５、冷却液温度を調整するラジエータ２を備える。
【００１３】
また、冷却液中のイオンを除去するイオン除去フィルタ８を備える。循環する冷却液は、流路に用いられている金属からの溶出イオンや空気中に混入しているイオンにより冷却液導電率が増大する。導電率が大きい冷却液は金属を腐食させ、燃料電池システムのスタック１等を劣化させて、寿命を短命化させる。また絶縁抵抗を低下させ、高電圧を扱う上で危険である。そこで、イオン除去フィルタ８により冷却液中のイオンを除去することによりスタック１の寿命を維持する。ここでは、スタック１の上流側にイオン除去フィルタ８を備える。さらに、イオン除去フィルタ８をバイパスするバイパス流路１２、イオン除去フィルタ８とバイパス流路１２に分配する冷却液流量の割合を調整する三方弁６を備える。さらに、イオン除去フィルタ８とバイパス流路１２の下流側で冷却液が合流する部分には三方弁７を備える。なお、三方弁７の開度は固定し、流路形状によっては省略することもできる。
【００１４】
また、このような冷却システムを調整するコントローラ１０を備える。コントローラ１０では、冷却液の導電率に応じて、イオン除去フィルタ８を流通する冷却液の割合を制御する。ここでは、絶縁抵抗計１１の出力に応じてイオン除去フィルタ８を流通する冷却液流量を設定し、三方弁６の開度指令を出力する。
【００１５】
次に、上記のような構成の冷却システムにおける冷却液の循環について説明する。
【００１６】
冷却液タンク４に貯蔵された冷却液を冷却液ポンプ５により取り出す。取り出された冷却液の、例えば一部をイオン除去フィルタ８に流通させることにより、冷却液中のイオンを取り除き、冷却液の導電率を調整する。このとき、イオン除去フィルタ８に流通させる冷却液流量は、冷却液中の導電率、ひいては、後述するように強電系９の絶縁抵抗値に応じて制御する。導電率が小さい場合には、イオンフィルタ８を流通する冷却液流量を抑制し、バイパス流路１２を流れるように制御することで、冷却液ポンプ５の負荷を抑制する。
【００１７】
スタック１の劣化原因とならないように低導電率に調整された冷却液を、スタック１に供給する。スタック１では、冷却液を用いて、温度調整と固体高分子膜の加湿を行う。温度調整を行う際に熱を吸収して高温となった冷却液を、ラジエータ２に供給する。ここで放熱することにより、再びスタック１の冷却に用いることができる温度に調整してから、冷却液を冷却液タンク４に回収する。
【００１８】
このように循環する冷却液のイオン除去フィルタ８への流通割合を、負荷回路、ここでは強電系９の絶縁抵抗値に応じて設定する。冷却液の導電率（純水導電率）と、強電系９の絶縁抵抗値との間には、図２に示すような関数関係（概略ｙ＝１／ｘ）が成り立つ。つまり、導電率が高くなるほど絶縁抵抗値は小さくなる。
【００１９】
そこで、図３に示すように、三方弁６の切り替えの判断値として所定値Ｒ_sを設定する。所定値Ｒ_sは、冷却液の導電率の抑制が必要か否かの判断値とする。また、冷却液の導電率の悪化を判断する悪化診断値Ｒ_iを設定する。悪化診断値Ｒ_iは、絶縁抵抗値Ｒが悪化診断値Ｒ_iより小さい場合には、冷却液導電率が過剰に大きくなり、スタック１の劣化原因となる可能性があると判断される値である。
【００２０】
絶縁抵抗計１１が検出した絶縁抵抗検出値Ｒが、所定値Ｒ_sより低い場合には、冷却液をイオン除去フィルタ８に多く流すように三方弁６を調整する。これにより、冷却液導電率が高い場合には、イオン除去フィルタ８を流通する冷却液流量を増大して、冷却液導電率を抑制する。また、絶縁抵抗検出値Ｒが所定値Ｒ_s以上の場合には、冷却液をバイパス流路１２側に多く流すように三方弁６を調整する。これにより、冷却液導電率が比較的低い場合には、バイパス流路１２を流れる冷却液流量を増大することにより、冷却液流路内の圧力損失を小さくし、冷却液循環に用いる冷却液ポンプ５の消費電力を抑制する。
【００２１】
このように、絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_iを下回るのを避けつつ、イオン除去フィルタ８に流れる冷却液流量を抑制する。これにより、効率良く、且つ、正確に、冷却液導電率を低く維持することができ、冷却液の導電率を悪化させるのを抑制した冷却液管理を正確に行うことができる。
【００２２】
なお、導電率の抑制にかかわらず絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_iより小さいと判断されたら、冷却液の導電率が悪化したと判断してスタック１の劣化を防ぐための対処を行う。ここで、スタック１の劣化を防ぐ対処方法は、悪化診断値Ｒ_iの大きさに応じて設定しておく。例えば、悪化診断値Ｒ_iを比較的低く設定した場合には、燃料電池システムを停止することによりスタック１が劣化するのを防ぐ。悪化診断値Ｒ_iを比較的高く設定した場合には、冷却液の交換を要請する信号を出力してもよい。さらに、悪化診断値Ｒ_iを二つ設定して、二段階の制御を行っても良い。例えば、絶縁抵抗検出値Ｒが比較的高い悪化診断値Ｒ_iaより小さくなった場合に、冷却液の交換を要請する信号を出力し、さらに導電率が増加して絶縁抵抗検出値Ｒが比較的低い悪化診断値Ｒ_ibより小さくなった場合に、燃料電池システムを停止する。
【００２３】
このような燃料電池システムの起動初期における冷却液導電率の例を図４に示す。冷却システム内の冷却液中におけるイオン分布の偏りに起因して、冷却液導電率は局所的に高くなる場合がある。このような場合には、図４に示すように、起動直後に冷却液導電率が一時的に不安定となる。しかしながら、しばらくの間、冷却液をイオン除去フィルタ８に流通させて循環させると、冷却液導電率が安定して下がってくる。
【００２４】
ここで、スタック１に供給される冷却液導電率は、平均として所定値を下回っていれば、燃料電池システムにとって問題とならない。しかしながら上記のような冷却液導電率特性により、起動初期時には、平均導電率からは劣化していると判断されない場合にも、一時的な導電率の増大に伴って絶縁抵抗値が一時的に低下し、絶縁抵抗検出値Ｒとして悪化診断値Ｒ_iより小さな値が検出される可能性がある。これにより、冷却液の導電率が悪化していると誤診断されて、冷却液の導電率が悪化したことを示す信号（以下、冷却液悪化信号）が出力される可能性がある。
【００２５】
そこで、上記誤診断を避けるために、起動初期には通常時より悪化診断値Ｒ_iを低く設定する。これにより、冷却液がイオン除去フィルタ８を流れることで冷却液導電率を回復できる場合に、冷却液悪化信号が出力されるのを抑制することができる。
【００２６】
以下、起動初期の悪化診断値Ｒ_iの設定について説明する。
【００２７】
図５に、起動初期の悪化診断値Ｒ_iを示す。起動初期の所定時間（Ｔ₀〜Ｔ₁）においては、悪化診断値Ｒ_iをＲ₁に設定する。所定時間Ｔ₁が経過したら、通常の悪化診断値Ｒ₀に設定する。なお、Ｒ₀＞Ｒ₁である。これにより、起動初期に一時的に絶縁抵抗検出値Ｒが通常時の悪化診断値Ｒ₀を下回っても、誤診断により冷却液悪化信号を出力するのを避けることができる。また、起動初期の所定時間Ｔ₀〜Ｔ₁の間は三方弁６の切り替えを行わず、常に冷却液をイオン除去フィルタ８側に多く流すように調整する。これにより、起動初期の冷却液導電率をその特性に影響されることなく素早く低下させることができる。
【００２８】
さらに、図６に示すように、燃料電池システムを起動する時点において、既に絶縁抵抗値が低下していると想定される場合には、絶縁抵抗値が一時的に小さくなる可能性がさらに高くなる。そこで、悪化診断値Ｒ_iを、さらに低いＲ₂（Ｒ₀＞Ｒ₁＞Ｒ₂）に設定することにより、局所的な冷却液導電率上昇により冷却液の導電率が悪化したと判断される頻度を低減する。ここでは、絶縁抵抗値が低下していると想定される場合を、例えば、以下のように設定する。
【００２９】
燃料電池システムを高負荷運転し、その後十分に冷却液を循環させずに運転を停止した場合に、絶縁抵抗値が低下していると想定する。燃料電池システムが高負荷運転を生じる際には、スタック１から排出される冷却液温度の上昇により、冷却液中に溶け出すイオンが多くなり、また空気を多く取り入れるので空気中に混入しているイオンも取り込まれることになる。これにより、冷却液導電率が上昇して絶縁抵抗値が低下している状態となる。つまり、図７に示すように、スタック１の出力が大きいほど絶縁抵抗値が小さくなる。そのため、高負荷運転が行われて冷却液導電率が上昇した後に、イオン除去フィルタ８によって冷却液中のイオンを十分に除去する前に冷却液の循環を停止させた場合には、冷却液中のイオン濃度が高くなる。よって、起動初期直後には、冷却液導電率が高く、ひいては、絶縁抵抗値が低下していると想定される。
【００３０】
ここでは、例えば、燃料電池システム停止直前の出力Ｐを記憶しておき、この出力Ｐが所定出力Ｐ_sより大きい場合に、次回の起動初期値には絶縁抵抗値が低下していると想定して悪化診断値Ｒ_iをＲ₂に設定する。なお、所定出力Ｐ_sは、停止直前の出力がＰ_sである場合に、冷却液循環停止時の絶縁抵抗値が所定値Ｒ_eを示す値とする。ここで、所定値Ｒ_eは予め実験等により設定しておく。例えばＲ_e＝Ｒ₀と設定する。
【００３１】
なお、前回の運転において、燃料電池システムを高負荷運転して、その後十分に冷却液を循環させずに運転を停止したか否かは、停止直前の運転負荷と、その後、冷却液を循環させた時間とによっても判断することができる。ただし、本実施形態では、冷却液循環停止時の絶縁抵抗検出値Ｒ_pが所定値Ｒ_eより小さい場合に、高負荷運転して十分に冷却液を循環させずに停止したと判断する。
【００３２】
または、燃料電池システムを起動せずに長期間放置した場合に、絶縁抵抗値が低下していると想定する。燃料電池システムを長期間放置した場合には、イオン除去フィルタ８に回収されていたイオンが冷却液中に流れ出す可能性がある。よって、図８に示すように、燃料電池システムを放置した放置時間ｔ_sに応じて冷却液導電率が大きくなるので、絶縁抵抗値が小さくなる。このように、長い間放置してから燃料電池システムを運転する際には、起動初期時には絶縁抵抗値が低くなると想定される。
【００３３】
ここでは、例えば、燃料電池システムの放置時間ｔ_sが所定値ｔαより大きい場合に、起動初期時に悪化診断値Ｒ_iとしてＲ₂を設定する。なお、所定値ｔαは予め実験等により設定しておく。例えば、燃料電池システムを放置することにより絶縁抵抗値がＲ_e2より小さくなったと推定される値とする。例えばＲ_e2＝Ｒ₀とする。
【００３４】
さらに、起動時の冷却液温度Ｋ_wが高い場合に、絶縁抵抗値が低下していると想定する。前述したように、冷却液温度Ｋ_wが上昇するに従って、冷却液中に溶け出すイオンが増大する。よって、図９に示すように、外部温度が高い等により冷却液温度Ｋ_wが高い場合には冷却液導電率が大きく、ひいては絶縁抵抗値が小さくなる。よって、冷却液温度Ｋ_wが低いほど、起動初期時には絶縁抵抗値が低くなると想定される。
【００３５】
ここでは、例えば図示しない冷却液温度Ｋ_wを直接検出する温度センサや、外気温度を測定して冷却液温度Ｋ_wを推定する温度検出手段等を備える。冷却液温度Ｋ_wが所定値Ｋ_sより大きい場合に、起動初期時に悪化診断値Ｒ_iとしてＲ₂を設定する。なお、所定値Ｋ_sは、予め実験等により設定しておく。例えば、高温の冷却液により絶縁抵抗値がＲ_e3より小さくなったと推定される値とする。例えばＲ_e3＝Ｒ₀とする。
【００３６】
なお、所定値Ｒ_e、Ｒ_e2、Ｒ_e3は同じ値としてもよいし、それぞれ別々の値としてもよい。
【００３７】
このように、起動初期時に絶縁抵抗値が低くなると想定される場合に、冷却液の多くをイオン除去フィルタ８側に流通させると共に、悪化診断値Ｒ_iをＲ₁よりさらに低いＲ₂に設定する。これにより、図５に示すように、起動時点において既に絶縁抵抗値が低く、かつ、起動初期に一時的に絶縁抵抗値が不安定になる起動初期（Ｔ₀〜Ｔ₁）においても、絶縁抵抗の一時的な低下による誤診断を防ぐことができる。これにより、冷却液導電率が回復する可能性がある場合に、冷却液悪化信号を出力するのを防ぐことができるので、冷却システムの管理を適切に行うことができる。
【００３８】
次に、起動初期（Ｔ₀〜Ｔ₁）における、冷却液の導電率の悪化の判断方法について説明する。
【００３９】
起動初期（Ｔ₀〜Ｔ₁）にも、冷却液導電率が指定された値を超えてスタック１に悪影響を与える可能性がある。しかしながら、上述したように悪化診断値Ｒ_iを下げた状態を続けていると、異常を検知するのが遅れてスタック１の劣化を促す恐れがある。そこで、起動直後のＴ₀〜Ｔ₁の間は、絶縁抵抗検出値Ｒを冷却液導電率Ｃに換算し、この冷却液導電率の積算値Ｃ_sumを算出する。ここでは、図２に示すようなマップを用いて絶縁抵抗検出値Ｒを冷却液導電率Ｃに換算する。冷却液導電率の積算値Ｃ_sumが所定値Ｃ_cを超えたら冷却液の導電率が悪化していると判断する。ここで所定値Ｃ_cは、所定値Ｃ_cを、スタック１の劣化を生じない範囲で、起動初期（Ｔ₀〜Ｔ₁）の間に積算される冷却液導電率の最大積算値とする。所定値Ｃ_cは実験等により予め設定しておく。
【００４０】
次に、冷却液の導電率管理の制御方法を、図１０に示したフローチャートを用いて説明する。本フローは、イグニッションがＯＮになる等の燃料電池システムの起動信号を検知したら開始し、燃料電池システムの停止信号を検知するまで、所定時間毎に繰り返す。なお、燃料電池システム起動の信号を検知した時点では、悪化診断値Ｒ_iは通常の所定値Ｒ₀に設定されている。
【００４１】
ステップＳ１において、絶縁抵抗検出値Ｒを検出する。ここでは、絶縁抵抗計１１を用いて検出する。ステップＳ２において、起動初期であるか否かを判断する。ここでは、コントローラ１０に図示しないタイマーを備え、起動開始からの経過時間Ｔをカウントする。この経過時間が所定時間Ｔ₁より大きいか否かを判断することにより起動初期であるか否かを判断する。経過時間Ｔが所定時間Ｔ₁より大きい場合には、起動初期ではないと判断してステップＳ１５に進み、悪化診断値Ｒ_iをＲ₀に設定してから、後述するステップＳ１０に進む。一方、所定時間Ｔ₁以下の場合には、起動初期であると判断して、ステップＳ３に進む。
【００４２】
ステップＳ３において、冷却液導電率積算値Ｃ_sum（ｎ）を算出する。ここで、ｎは積算した回数を示している。ここでは、前回（ｎ−１回目）の冷却液導電率積算値Ｃ_sum（ｎ−１）に、今回（ｎ回目）検出した絶縁抵抗検出値Ｒを換算することにより求めた冷却液導電率Ｃを加算する。つまり、Ｃ_sum（ｎ）＝Ｃ_sum（ｎ−１）＋Ｃ。なお、Ｃ_sum（０）＝０とする。また、燃料電池システム停止の信号を検知したら、ｎ＝０にリセットする。
【００４３】
次に、ステップＳ４において、起動初期時に冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する。つまり、冷却液導電率積算値Ｃ_sumが、所定値Ｃ_cより大きいか否かを判断する。冷却液導電率積算値Ｃ_sumが、所定値Ｃ_cより大きい場合には、冷却液導電率上昇によりスタック１が劣化する可能性があるので、ステップＳ１４に進み、冷却液悪化信号を出力する。一方、冷却液導電率積算値Ｃ_sumが、所定値Ｃ_c以下の場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５において、悪化診断値Ｒ_iをＲ₁に設定する。つまり、起動初期において、悪化診断値Ｒ_iを通常の悪化診断値Ｒ₀より低い悪化診断値Ｒ₁に設定することにより、絶縁抵抗検出値Ｒの許容範囲を広く設定する。
【００４４】
次に、ステップＳ６において、前回の運転終了時に、高負荷運転から十分な冷却液の循環を行わずに停止したか否かを判断する。ここでは、前回の終了時の冷却液循環を停止した時点で検出した絶縁抵抗検出値Ｒ_pを用いて判断する。前回の運転終了時点の絶縁抵抗検出値Ｒ_pと所定値Ｒ_eを比較する。絶縁抵抗検出値Ｒ_pが所定値Ｒ_eより小さい場合には、起動時の絶縁抵抗値は低い値を示すと判断してステップＳ９に進む。ステップＳ９において、悪化診断値Ｒ_iをＲ₂に設定して、絶縁抵抗検出値Ｒの許容範囲をさらに広く設定してから、ステップＳ１０に進む。ただし、Ｒ₁＞Ｒ₂である。一方、ステップＳ６において、絶縁抵抗検出値Ｒ_pが所定値Ｒ_e以上の場合には、ステップＳ７に進む。
【００４５】
ステップＳ７において、燃料電池システムの放置時間ｔ_sから、起動時の冷却液の絶縁抵抗値が低下しているか否かを判断する。ここでは、図示しないタイマー等により前回運転終了からの放置時間ｔ_sをカウントする。放置時間ｔ_sが所定時間ｔαより大きければ、ステップＳ９に進み、悪化診断値Ｒ_iをＲ₂に設定してからステップＳ１０に進む。放置時間ｔ_sが所定時間ｔα以下の場合には、放置中のイオンの拡散は無視できると判断して、ステップＳ８に進む。
【００４６】
ステップＳ８において、起動時の冷却液温度Ｋ_wに応じて絶縁抵抗値の低下を判断する。ここでは、図示しない冷却液の温度センサを備え、冷却液温度Ｋ_wが所定温度Ｋ_sより大きいか否かを判断する。冷却液温度Ｋ_wが所定温度Ｋ_sより大きい場合には、起動時の冷却液中のイオンが多いと判断して、ステップＳ９に進み、悪化診断値Ｒ_iをＲ₂に設定する。一方、冷却液温度Ｋ_wが所定温度Ｋ_s以下の場合には、ステップＳ１０に進む。
【００４７】
ステップＳ１０において、三方弁６の切り替え判断を行う。ここで絶縁抵抗検出値Ｒが所定値Ｒ_sより小さいか否かを判断する。所定値Ｒ_sより小さい場合には、ステップＳ１１に進み、イオン除去フィルタ８側に流れる冷却液流量が大きくなるように、三方弁６の開度を設定する。一方、絶縁抵抗検出値Ｒが所定値Ｒ_s以上の場合には、ステップＳ１２に進み、バイパス流路１２側を流れる冷却液流量が大きくなるように、三方弁６の開度を設定する。
【００４８】
次に、ステップＳ１３において、冷却液の導電率が悪化しているか否かの判断を行う。絶縁抵抗検出値Ｒと設定した悪化診断値Ｒ_iを比較する。絶縁抵抗検出値Ｒが設定した悪化診断値Ｒ_iより小さい場合には、冷却液導電率がスタック１の劣化原因となるような範囲であると判断して、ステップＳ１４に進み、冷却液悪化信号を出力する。なお、この冷却液悪化信号は、例えば、冷却液の交換を要請する信号や、システムの停止信号とする。一方、絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_i以上の場合には、冷却液導電率は適正であると判断して本フローを終了する。
【００４９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００５０】
冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われるスタック１と、冷却液の導電率を低減させるためのイオン除去フィルタ８と、イオン除去フィルタ８を冷却液が迂回するためのバイパス流路１２を備える。また、イオン除去フィルタ８に供給される冷却液流量を調整する三方弁６と、スタック１の負荷回路、ここでは強電計９の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗計１１を備える。さらに、絶縁抵抗計１１により検出した絶縁抵抗検出値Ｒに基づき三方弁６を制御する流量制御手段（Ｓ１０〜Ｓ１２）と、を備える。これにより、正確に検出するのが容易な絶縁抵抗検出値Ｒに応じてイオン除去フィルタ８に流通する冷却液流量を制御することができるので、冷却液導電率が過剰となるのを確実に抑制することができる。例えば、絶縁抵抗検出値Ｒが大きい時にはイオン除去フィルタ８へ流す流量を抑制して冷却液をバイパスさせる。これにより、冷却システムを循環する冷却液の圧損を小さく抑えることができる。また、冷却液導電率が上昇して、絶縁抵抗検出値Ｒが低下した場合には冷却液をイオン除去フィルタ８へ通す。これにより、絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_iを下回るのを抑制し、冷却液導電率を低く保つことができる。このように構成することで、絶縁抵抗値が悪化診断値Ｒ_iより低下したと判断される頻度を低減することができ、冷却液の導電率を適切に管理することができる。
【００５１】
絶縁抵抗検出値Ｒと、所定の悪化診断値Ｒ_iとを比較することにより冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段（Ｓ１３）を備える。起動初期の所定時間（Ｔ₀〜Ｔ₁）において、悪化診断値Ｒ_iを変化させる（Ｓ５）。ここでは、悪化診断値Ｒ_iをＲ₀より低い低い値Ｒ₁に設定する。イオン除去フィルタ８により冷却液導電率の回復が期待できる状況において、起動初期に見られる冷却液中のイオン分布の偏りに起因する導電率の局所的な上昇によって引き起こされる絶縁抵抗値低下による誤診断を抑えることができる。これにより、冷却液を交換したり、燃料電池システムを停止したりする頻度を抑えて、イオン除去フィルタ８を有効に活用することができる。
【００５２】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況、言い換えれば、絶縁抵抗値が通常時より低下していると想定される状況では、起動初期の所定時間（Ｔ₀〜Ｔ₁）において、悪化診断値Ｒ_iをさらに変化させる。ここでは、悪化診断値Ｒ_iをさらに低い値Ｒ₂に設定する（Ｓ９）。これにより、冷却液導電率が通常より上昇していると想定される起動初期においても、絶縁抵抗の一時的な低下による誤診断を抑制することができる。
【００５３】
起動初期において、悪化診断値Ｒ_iを変化させている間に、起動直後からの冷却液導電率の積算値Ｃ_sumが所定値Ｃ_cを超えると冷却液の導電率が悪化していると判断する。これにより、悪化診断値Ｒ_iを下げている状態でも、冷却液導電率の上昇によってスタック１に悪影響を与える前に、冷却液の導電率が悪化していると判断することができる。
【００５４】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況を、高負荷運転をした後、所定時間以上、例えば冷却液導電率を低減するのに十分な時間だけ冷却液を循環させずに運転停止した場合とする。これにより、停止時の運転状態を考慮して、起動初期の冷却液導電率に応じて悪化診断値Ｒ_iを設定することができるので、絶縁抵抗値が一時的に低下することによる誤診断を抑制することができる。
【００５５】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況を、起動時における冷却液温度Ｋ_wが所定値Ｋ_sより高い場合とする。これにより、起動時の外気温度などの影響を考慮して、冷却液の導電率に応じて悪化診断値Ｒ_iを設定することができるので、絶縁抵抗値が一時的に低下することによる誤診断を抑制することができる。
【００５６】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況を、最後に運転してから次に起動するまでの放置時間ｔ_sが所定値ｔαより長い場合とする。これにより、燃料電池システムを長期間放置しても、絶縁抵抗値が一時的に低下することによる誤診断を抑制することができる。
【００５７】
冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われるスタック１と、冷却液の導電率を低減させるためのイオン除去フィルタ８と、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段（Ｓ１３）と、を備える。ここでは、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを、検出した絶縁抵抗値Ｒが所定範囲であるか否かにより判断する。なお、絶縁抵抗値が悪化診断値Ｒ_i以上の範囲を、所定範囲とする。起動初期の所定時間（Ｔ₀〜Ｔ₁）において、所定範囲を広く設定する。ここでは、悪化診断値Ｒ_iを、通常値より低い値に設定することにより所定範囲を広くする。これにより、起動初期における冷却液導電率悪化の誤診断が生じる頻度を抑制することができるので、冷却液の導電率管理を向上することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、悪化診断値Ｒ₂を一つの値としているが、この限りではない。例えば、起動時の絶縁抵抗値の想定される低下の程度に応じて悪化診断値Ｒ₂を可変としてもよい。例えば、停止時の出力Ｐが高いほど、または、放置時間ｔ_sが長いほど、または、起動時の冷却液温度Ｋ_wが高いほど、悪化診断値Ｒ₂を小さい値に設定してもよい。
【００５９】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池システムの概略構成を図１１に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６０】
絶縁抵抗率計１１の替わりに、冷却液導電率を検出する冷却液導電率計１３を備える。つまり、冷却液導電率の管理を、直接、導電率を検出することにより行う。ここでは、冷却液導電率計１３を、スタック１に供給される冷却液の導電率を検出するように配置する。
【００６１】
冷却液導電率を抑制する必要があるか否かを、検出された冷却液導電率Ｃが所定値Ｃ_sより大きいか否かにより判断する。ここでは、検出した冷却液導電率Ｃが所定値Ｃ_sより大きくなったと判断されたら、冷却液をイオン除去フィルタ８側に多く流すように三方弁６を設定する。これにより、冷却液導電率を低下させて、冷却液の悪化を抑制する。一方、冷却液導電率が所定値Ｃ_s以下の場合には、冷却液をバイパス流路１２側に多く流すように三方弁６を設定する。これにより、冷却システムを流れる冷却液の圧損を低減して冷却液ポンプ５の消費電力を抑制することができる。
【００６２】
また、冷却液導電率が悪化しているか否かを、検出された冷却液導電率Ｃが悪化診断値Ｃ_iより大きいか否かにより判断する。通常時には、悪化診断値Ｃ_iをＣ₀に設定する。冷却液導電率が悪化診断値Ｃ₀を超えないように三方弁６を制御する。
【００６３】
次に、燃料電池システム起動初期の冷却液導電率が不安定な場合について説明する。
【００６４】
図１２に示すように、起動初期の所定時間（Ｔ₀〜Ｔ₁）は、冷却液導電率の悪化診断値Ｃ_iを所定値Ｃ₁に設定する。なお、Ｃ₁＞Ｃ₀である。つまり、検出される冷却液導電率Ｃの許容範囲が広くなるように、悪化診断値Ｃ_iを通常より高い値に設定する。これにより、起動初期に、一時的な導電率上昇に対して、冷却液導電率が悪化したという誤診断が行われるのを抑制することができる。
【００６５】
また、燃料電池システムを起動する時点において、既に冷却液導電率が上昇していると想定される状況においては、図１３に示すように、上記で設定した悪化診断値Ｃ_iを、Ｃ₁からＣ₂に設定する。ただし、Ｃ₂＞Ｃ₁である。これにより、起動の時点において既に冷却液導電率が上昇している場合には、冷却液導電率の一時的な上昇に対して冷却液導電率が悪化したという誤診断が行われるのをさらに避けることができる。
【００６６】
さらに、第１の実施形態と同様に、起動初期Ｔ₀〜Ｔ₁においては、冷却液導電率計１３により検出した冷却液導電率Ｃの積算値Ｃ_sumを算出して、その値が所定値Ｃ_cを超えた時には冷却液の導電率が悪化していると判断する。これにより、悪化診断値Ｃ_iを高く設定しているような場合でも、冷却液導電率の上昇によるスタック１への悪影響を抑えることができる。
【００６７】
次に、冷却液の導電率が悪化しているか否かの診断方法を、図１４に示したフローチャートを用いて説明する。なお、燃料電池システム起動の信号を検知した時点では、悪化診断値Ｃ_iはＣ₀に設定されている。
【００６８】
ステップＳ２１において、冷却液導電率計１３を用いて冷却液導電率Ｃを検出する。ステップＳ２２において、ステップＳ２と同様に起動初期であるか否かを判断し、起動初期の場合にはステップＳ２３に、それ以外の場合にはステップＳ３５において悪化診断値Ｃ_iをＣ₀に設定してからステップＳ３０に進む。ステップＳ２３、Ｓ２４において、ステップＳ３、Ｓ４と同様に冷却液導電率積算値Ｃ_sumを求めてこれが所定値Ｃ_c以下であるか否かを判断する。所定値Ｃ_cより大きい場合には、スタック１等が劣化する可能性があるとしてステップＳＳ３４に進み、冷却液悪化信号を出力する。所定値Ｃ_c以下の場合には、冷却液の導電率は維持されていると判断して、ステップＳ２５に進む。
【００６９】
ステップＳ２５において、悪化診断値Ｃ_iをＣ₁に設定する。つまり、起動初期に、悪化診断値Ｃ_iを通常時の所定値Ｃ₀より高い所定値Ｃ₁に設定する。ステップＳ２６〜Ｓ２８においては、起動時の冷却液導電率が高い値であると想定されるか否かを判断する。ここで、高い値になると判断された場合には、ステップＳ２９に進み、悪化診断値Ｃ_iを所定値Ｃ₁より高いＣ₂に設定する。
【００７０】
なお、ステップＳ２６においては、前回の運転終了時に、高負荷運転から十分な冷却液の循環を行わずに停止したか否かを判断する。ここでは、前回の終了時の冷却液循環を停止した時点での冷却液導電率Ｃ_pを用いて判断する。前回の運転終了時点の冷却液導電率Ｃ_pと所定値Ｃ_eを比較する。冷却液導電率Ｃ_pが所定値Ｃ_eより大きい場合には、起動時の冷却液導電率が高いと判断してステップＳ２９に進む。一方、冷却液導電率Ｃ_pが所定値Ｃ_e以下の場合には、ステップＳ２７に進む。また、ステップＳ２７において、燃料電池システムの放置時間ｔ_sから、起動時の冷却液の導電率Ｃが高いか否かを判断する。さらに、ステップＳ２８において、起動時の冷却液温度Ｋ_wに応じて冷却液導電率の上昇を判断する。
【００７１】
このように悪化診断値Ｃ_iを設定したら、ステップＳ３０において、三方弁６の切り替え判断を行う。冷却液導電率Ｃが所定値Ｃ_sより大きければ、ステップＳ３１において三方弁６をイオン除去フィルタ８側に大きく開くように設定する。所定値Ｃ_s以下であればステップＳ３２において、三方弁６がバイパス流路１２側に大きく開くように設定する。
【００７２】
ステップＳ３３において、冷却液の導電率が悪化しているか否かの判断を行う。検出した冷却液伝導率Ｃが悪化診断値Ｃ_iより大きい場合には、冷却液が悪化していると判断して、ステップＳ３４において冷却液悪化信号を出力して本フローを終了する。一方、ステップＳ３３において、検出した冷却液伝導率Ｃが悪化診断値Ｃ_i以下の場合には、冷却液の導電率は悪化していないと判断して、本フローを終了する。
【００７３】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００７４】
冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われるスタック１と、冷却液の導電率を低減させるためのイオン除去フィルタ８と、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段（Ｓ３３）と、を備える。ここでは、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを、検出した冷却液導電率Ｃが所定範囲であるか否かにより判断する。なお、冷却液導電率Ｃが悪化診断値Ｃ_i以下の範囲を、所定範囲とする。起動初期の所定時間（Ｔ₀〜Ｔ₁）において、所定範囲を広く設定する。ここでは、悪化診断値Ｃ_iを、通常値Ｃ₀より高い値Ｃ₁に設定することにより所定範囲を広くする。これにより、起動初期に生じ易い冷却液導電率悪化の誤診断を抑制することができるので、冷却液の導電率管理を向上することができる。
【００７５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】絶縁抵抗値の冷却液導電率依存性を説明する図である。
【図３】絶縁抵抗値に応じた三方弁の切り替えのタイミングを示した図である。
【図４】起動初期の冷却液導電率の時系列変化を示した図である。
【図５】起動初期の絶縁抵抗値の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図６】起動初期に伝導率悪化が想定される場合の絶縁抵抗値の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図７】スタック出力と絶縁抵抗値との関係図である。
【図８】放置時間と絶縁抵抗値との関係図である。
【図９】起動時の冷却液温度と絶縁抵抗値との関係図である。
【図１０】第１の実施形態における冷却液導電率の悪化を判断するフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図１２】起動初期の冷却液導電率の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図１３】起動初期に伝導率悪化が想定される場合の冷却液伝導率の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における冷却液導電率の悪化を判断するフローチャートである。
【符号の説明】
１スタック（燃料電池スタック）
６三方弁（流量調整手段）
８イオン除去フィルタ（冷却液導電率低減手段）
９強電系（負荷回路）
１１絶縁抵抗計（絶縁抵抗検出手段）
１２バイパス流路
１３冷却液導電率計
Ｓ１０〜Ｓ１２、Ｓ３０〜Ｓ３２流量制御手段
Ｓ１３、Ｓ３３冷却液導電率悪化判断手段[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a fuel cell system. In particular, the present invention relates to a configuration for controlling a coolant used in a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
As a conventional fuel cell system, one that measures and monitors the insulation resistance of a load circuit of the fuel cell system is known in order to manage the conductivity of the coolant for the fuel cell system. It has been found that there is a uniquely defined functional relationship between the measured insulation resistance and the conductivity of the coolant. Therefore, in a fuel cell system in which the concentration of mixed ions in the coolant must not exceed the specified value, the conductivity of the coolant is managed by monitoring the insulation resistance, and the insulation resistance value falls below the lower threshold. It is instructed to replace the coolant that has expired.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-319426 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technique, replacement of the coolant is instructed every time the insulation resistance value falls below the lower limit threshold value. For example, when the fuel cell system is used as a drive source for moving means or the like, it is necessary to take some measures such as replacing the coolant whenever it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated. is there. Therefore, the determination that the conductivity of the coolant has deteriorated needs to be made as little as possible and accurately.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of appropriately managing the conductivity of the coolant.
[0006]
[Means for solving problems]
The present invention includes a fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant, coolant conductivity reducing means for reducing the conductivity of the coolant, and the coolant conductivity reducing means. A bypass channel for bypassing the coolant is provided. The flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the coolant supplied to the coolant conductivity reducing means, the insulation resistance detecting means for detecting the insulation resistance of the load circuit of the fuel cell stack, and the insulation resistance detecting means Flow rate control means for controlling the flow rate adjustment means based on the detected insulation resistance value.Furthermore, it comprises a coolant conductivity deterioration determining means for determining whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated by comparing the detected insulation resistance value with a predetermined insulation resistance threshold value, and has a predetermined time at the initial stage of startup. In the above, the insulation resistance threshold value is changed.
[0007]
Alternatively, a fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant and a coolant conductivity reducing means for reducing the conductivity of the coolant are provided. In addition, there is provided a coolant conductivity deterioration determining means for determining whether or not the coolant conductivity is deteriorated by determining whether or not the coolant conductivity is equal to or less than a predetermined value. The predetermined value is set high at a predetermined time at the initial stage of activation.
[0008]
[Action and effect]
Flow rate adjusting means for adjusting the coolant flow rate supplied to the coolant conductivity reducing means, insulation resistance detecting means for detecting the insulation resistance of the load circuit of the fuel cell stack, and insulation resistance detection value detected by the insulation resistance detecting means The flow rate control means for controlling the flow rate adjustment means based on the above. By controlling the flow rate adjusting means based on the detected insulation resistance value, it is possible to accurately grasp the conductivity of the coolant and adjust the flow rate of the coolant supplied to the coolant conductivity reducing means. The conductivity can be reduced. As a result, the insulation resistance detection value can be prevented from excessively decreasing and the coolant conductivity can be kept low, so that the coolant conductivity can be appropriately managed.
[0009]
It is provided with a coolant conductivity deterioration determining means for determining whether or not the conductivity of the coolant is deteriorated by determining whether or not the conductivity of the coolant is equal to or less than a predetermined value. The predetermined value is set high. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the conductivity of the coolant due to a temporary increase in the conductivity at the initial startup when the conductivity of the coolant is unstable. Can be managed.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A schematic configuration of the fuel cell system used in the first embodiment is shown in FIG. Here, a fuel cell system mounted on a vehicle as a drive source will be described.
[0011]
A stack 1 is provided that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas from a fuel system and oxidant system (not shown). Here, a solid polymer fuel cell stack is used as the stack 1. In addition, a high-power system 9 that handles the power generated in the stack 1 at a high voltage is provided. Furthermore, an insulation resistance meter 11 for detecting an insulation resistance between the strong electric system 9 and the vehicle is provided.
[0012]
In addition, a cooling system that circulates a cooling liquid used for temperature adjustment or humidification of the solid polymer film inside the stack 1 is provided. Here, the temperature of the stack 1 is adjusted and humidified by using pure water as a coolant and circulating it through the stack 1. Further, a cooling liquid tank 4 as a cooling liquid storage means, a cooling liquid pipe 3 as a cooling liquid flow path, a cooling liquid pump 5 for circulating the cooling liquid, and a radiator 2 for adjusting the cooling liquid temperature are provided.
[0013]
Moreover, the ion removal filter 8 which removes the ion in a cooling fluid is provided. In the circulating coolant, the conductivity of the coolant increases due to ions eluted from the metal used in the flow path and ions mixed in the air. The coolant having a high conductivity corrodes the metal, deteriorates the stack 1 of the fuel cell system, and shortens the life. It also reduces the insulation resistance and is dangerous when handling high voltages. Therefore, the life of the stack 1 is maintained by removing ions in the coolant by the ion removal filter 8. Here, an ion removal filter 8 is provided on the upstream side of the stack 1. Further, a bypass flow path 12 that bypasses the ion removal filter 8, and a three-way valve 6 that adjusts the ratio of the coolant flow rate distributed to the ion removal filter 8 and the bypass flow path 12 are provided. Further, a three-way valve 7 is provided at a portion where the cooling liquid merges on the downstream side of the ion removal filter 8 and the bypass flow path 12. Note that the opening of the three-way valve 7 is fixed, and may be omitted depending on the shape of the flow path.
[0014]
Moreover, the controller 10 which adjusts such a cooling system is provided. The controller 10 controls the ratio of the coolant flowing through the ion removal filter 8 according to the conductivity of the coolant. Here, the flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8 is set according to the output of the insulation resistance meter 11, and the opening degree command of the three-way valve 6 is output.
[0015]
Next, the circulation of the coolant in the cooling system configured as described above will be described.
[0016]
The coolant stored in the coolant tank 4 is taken out by the coolant pump 5. For example, a part of the extracted cooling liquid is passed through the ion removal filter 8 to remove ions in the cooling liquid and adjust the conductivity of the cooling liquid. At this time, the flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8 is controlled in accordance with the electrical conductivity in the coolant, and consequently the insulation resistance value of the high voltage system 9 as will be described later. When the conductivity is small, the flow rate of the coolant flowing through the ion filter 8 is suppressed, and the load of the coolant pump 5 is suppressed by controlling the flow so as to flow through the bypass passage 12.
[0017]
A cooling liquid adjusted to have a low conductivity so as not to cause deterioration of the stack 1 is supplied to the stack 1. In the stack 1, temperature adjustment and humidification of the solid polymer film are performed using the cooling liquid. The coolant that has absorbed the heat and adjusted to a high temperature during temperature adjustment is supplied to the radiator 2. Here, by radiating heat, the temperature is adjusted again to a temperature that can be used for cooling the stack 1, and then the coolant is collected in the coolant tank 4.
[0018]
The circulation ratio of the circulating coolant to the ion removal filter 8 is set according to the insulation resistance value of the load circuit, here, the high voltage system 9. A functional relationship (approximately y = 1 / x) as shown in FIG. 2 is established between the conductivity of the coolant (pure water conductivity) and the insulation resistance value of the strong electrical system 9. That is, the insulation resistance value decreases as the conductivity increases.
[0019]
Therefore, as shown in FIG. 3, a predetermined value R is used as a judgment value for switching the three-way valve 6._sSet. Predetermined value R_sIs a judgment value as to whether or not the conductivity of the coolant needs to be suppressed. Further, a deterioration diagnosis value R for determining deterioration of the conductivity of the coolant._iSet. Deterioration diagnosis value R_iInsulation resistance value R deteriorates diagnosis value R_iWhen the value is smaller, the coolant conductivity is excessively large, and the value is determined to possibly cause deterioration of the stack 1.
[0020]
The insulation resistance detection value R detected by the insulation resistance meter 11 is a predetermined value R_sIf lower, the three-way valve 6 is adjusted so that a large amount of coolant flows through the ion removal filter 8. Thereby, when the coolant conductivity is high, the coolant flow rate flowing through the ion removal filter 8 is increased to suppress the coolant conductivity. Also, the insulation resistance detection value R is a predetermined value R_sIn the above case, the three-way valve 6 is adjusted so that a large amount of the coolant flows to the bypass channel 12 side. As a result, when the coolant conductivity is relatively low, the coolant flow rate through the bypass channel 12 is increased, thereby reducing the pressure loss in the coolant channel and the coolant pump used for coolant circulation. The power consumption of 5 is suppressed.
[0021]
Thus, the insulation resistance detection value R becomes the deterioration diagnosis value R._iThe flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8 is suppressed while avoiding falling below. As a result, the coolant conductivity can be kept low efficiently and accurately, and coolant management can be performed accurately while suppressing deterioration of the coolant conductivity.
[0022]
It should be noted that the insulation resistance detection value R becomes a deterioration diagnosis value R regardless of the conductivity suppression._iIf it is determined that it is smaller, it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated, and measures are taken to prevent deterioration of the stack 1. Here, the coping method for preventing the deterioration of the stack 1 is the deterioration diagnosis value R_iSet according to the size of. For example, the deterioration diagnosis value R_iIs set relatively low, the stack 1 is prevented from deteriorating by stopping the fuel cell system. Deterioration diagnosis value R_iMay be set to a relatively high value, a signal for requesting replacement of the coolant may be output. Furthermore, the deterioration diagnosis value R_iTwo steps may be set to perform two-stage control. For example, the deterioration diagnosis value R having a relatively high insulation resistance detection value R_iaWhen it becomes smaller, a signal for requesting replacement of the coolant is output, and the conductivity is further increased and the insulation resistance detection value R is relatively low._ibWhen it becomes smaller, the fuel cell system is stopped.
[0023]
An example of the coolant conductivity at the initial start-up of such a fuel cell system is shown in FIG. Due to the uneven distribution of ions in the coolant within the cooling system, the coolant conductivity may increase locally. In such a case, as shown in FIG. 4, the coolant conductivity is temporarily unstable immediately after startup. However, when the coolant is circulated through the ion removal filter 8 for a while, the conductivity of the coolant is stably lowered.
[0024]
Here, if the coolant conductivity supplied to the stack 1 is below a predetermined value as an average, there is no problem for the fuel cell system. However, due to the coolant conductivity characteristics as described above, the insulation resistance value temporarily decreases as the electrical conductivity temporarily increases even when it is not judged that the average electrical conductivity has deteriorated at the initial stage of startup. Deterioration diagnosis value R as insulation resistance detection value R_iSmaller values may be detected. Accordingly, there is a possibility that a misdiagnosed that the conductivity of the coolant is deteriorated and a signal indicating that the conductivity of the coolant is deteriorated (hereinafter, a coolant deterioration signal) is output.
[0025]
Therefore, in order to avoid the above-mentioned misdiagnosis, the diagnosis value R deteriorated from the normal time at the beginning of startup._iSet low. Thereby, when the coolant conductivity can be recovered by flowing the coolant through the ion removal filter 8, it is possible to suppress the output of the coolant deterioration signal.
[0026]
Hereinafter, the deterioration diagnosis value R at the initial stage of startup_iThe setting of will be described.
[0027]
FIG. 5 shows the deterioration diagnosis value R at the initial stage of startup._iIndicates. Predetermined time (T₀~ T₁), The deterioration diagnosis value R_iR₁Set to. Predetermined time T₁After elapse, normal deterioration diagnosis value R₀Set to. R₀> R₁It is. As a result, the insulation resistance detection value R temporarily becomes the deterioration diagnosis value R during normal operation at the beginning of startup.₀Even if the value is lower than, the output of the coolant deterioration signal due to a misdiagnosis can be avoided. In addition, a predetermined time T at the beginning of startup₀~ T₁During this period, the three-way valve 6 is not switched, and adjustment is performed so that a large amount of cooling liquid always flows to the ion removal filter 8 side. As a result, the coolant conductivity at the initial stage of startup can be quickly reduced without being affected by the characteristics.
[0028]
Furthermore, as shown in FIG. 6, when it is assumed that the insulation resistance value has already decreased at the time of starting the fuel cell system, the possibility that the insulation resistance value is temporarily reduced is further increased. . Therefore, the deterioration diagnosis value R_iLower R₂(R₀> R₁> R₂), The frequency at which it is determined that the coolant conductivity has deteriorated due to a local increase in coolant conductivity is reduced. Here, the case where the insulation resistance value is assumed to be lowered is set as follows, for example.
[0029]
It is assumed that the insulation resistance value is lowered when the fuel cell system is operated at a high load and then stopped without sufficiently circulating the coolant. When the fuel cell system is operated at a high load, the temperature of the coolant discharged from the stack 1 rises, so that more ions are dissolved in the coolant and more air is taken in, so it is mixed in the air. Ions are also taken in. As a result, the coolant conductivity increases and the insulation resistance value decreases. That is, as shown in FIG. 7, the insulation resistance value decreases as the output of the stack 1 increases. For this reason, when the circulation of the coolant is stopped before the ions in the coolant are sufficiently removed by the ion removal filter 8 after the high load operation is performed and the coolant conductivity is increased, The ion concentration of becomes higher. Therefore, immediately after the start-up, it is assumed that the coolant conductivity is high and consequently the insulation resistance value is reduced.
[0030]
Here, for example, the output P immediately before the stop of the fuel cell system is stored, and the output P is a predetermined output P_sIf the value is larger, the deterioration diagnosis value R is assumed on the assumption that the insulation resistance value is reduced to the next startup initial value._iR₂Set to. The predetermined output P_sIndicates that the output immediately before the stop is P_sThe insulation resistance value when the coolant circulation is stopped is a predetermined value R._eIs a value indicating. Here, the predetermined value R_eIs set in advance by experiments or the like. For example R_e= R₀And set.
[0031]
In the previous operation, whether the fuel cell system was operated at a high load and then stopped without sufficiently circulating the coolant was determined whether the operation load immediately before the stop and the coolant were circulated after that. Judgment can also be made based on the time taken. However, in this embodiment, the insulation resistance detection value R when the coolant circulation is stopped_pIs the predetermined value R_eIf it is smaller, it is determined that the operation was stopped without sufficiently circulating the coolant by operating at a high load.
[0032]
Alternatively, it is assumed that the insulation resistance value is lowered when the fuel cell system is left for a long period of time without being activated. When the fuel cell system is left for a long period of time, the ions recovered by the ion removal filter 8 may flow out into the coolant. Therefore, as shown in FIG. 8, the leaving time t when the fuel cell system is left unattended._sSince the coolant conductivity increases accordingly, the insulation resistance value decreases. Thus, when the fuel cell system is operated after being left for a long time, it is assumed that the insulation resistance value becomes low at the initial start-up.
[0033]
Here, for example, the leaving time t of the fuel cell system_sIs greater than the predetermined value tα, the deterioration diagnosis value R at the start-up initial stage_iAs R₂Set. The predetermined value tα is set in advance by experiments or the like. For example, if the fuel cell system is left unattended, the insulation resistance value becomes R_e2The value is estimated to be smaller. For example R_e2= R₀And
[0034]
Furthermore, the coolant temperature K at startup_wWhen the resistance is high, it is assumed that the insulation resistance value has decreased. As mentioned above, the coolant temperature K_wAs the value rises, the number of ions that dissolve into the coolant increases. Therefore, as shown in FIG. 9, the coolant temperature K_wWhen the value is high, the coolant conductivity is large, and the insulation resistance value is small. Therefore, the coolant temperature K_wIt is assumed that the lower the is, the lower the insulation resistance value is at the initial stage of startup.
[0035]
Here, for example, a coolant temperature K (not shown)_wA temperature sensor that directly detects the coolant temperature K_wTemperature detecting means for estimating Coolant temperature K_wIs the predetermined value K_sIf it is larger, the deterioration diagnosis value R at the beginning of startup_iAs R₂Set. The predetermined value K_sIs set in advance by experiments or the like. For example, the insulation resistance value is R due to the high-temperature coolant._e3The value is estimated to be smaller. For example R_e3= R₀And
[0036]
The predetermined value R_e, R_e2, R_e3May be the same value or different values.
[0037]
As described above, when the insulation resistance value is assumed to be low at the initial stage of startup, a large amount of the coolant is circulated to the ion removal filter 8 side, and the deterioration diagnosis value R_iR₁Even lower R₂Set to. As a result, as shown in FIG. 5, at the start-up time (T₀~ T₁) Can also prevent misdiagnosis due to a temporary decrease in insulation resistance. Accordingly, when there is a possibility that the coolant conductivity is recovered, it is possible to prevent the coolant deterioration signal from being output, and thus it is possible to appropriately manage the cooling system.
[0038]
Next, the initial startup (T₀~ T₁The method for determining the deterioration of the conductivity of the coolant in).
[0039]
Initial startup (T₀~ T₁) May also adversely affect the stack 1 if the coolant conductivity exceeds a specified value. However, as described above, the deterioration diagnosis value R_iIf the state of lowering is continued, the detection of the abnormality may be delayed and the stack 1 may be deteriorated. Therefore, T immediately after startup₀~ T₁During this period, the insulation resistance detection value R is converted into the coolant conductivity C, and the integrated value C of the coolant conductivity is calculated._sumIs calculated. Here, the insulation resistance detection value R is converted into the coolant conductivity C using a map as shown in FIG. Integrated value C of coolant conductivity_sumIs the predetermined value C_cIf the value exceeds the value, it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated. Here, the predetermined value C_cIs a predetermined value C_cIn the range where no deterioration of the stack 1 occurs (T₀~ T₁) Is the maximum accumulated value of the coolant conductivity accumulated during (). Predetermined value C_cIs set in advance by experiments or the like.
[0040]
Next, a control method for managing the conductivity of the coolant will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This flow starts when a start signal of the fuel cell system, such as when an ignition is turned on, is detected, and is repeated every predetermined time until a stop signal of the fuel cell system is detected. Incidentally, at the time when the fuel cell system activation signal is detected, the deterioration diagnosis value R_iIs the normal predetermined value R₀Is set to
[0041]
In step S1, an insulation resistance detection value R is detected. Here, the insulation resistance meter 11 is used for detection. In step S2, it is determined whether or not it is an initial startup. Here, the controller 10 includes a timer (not shown), and counts the elapsed time T from the start of activation. This elapsed time is a predetermined time T₁It is determined whether or not it is in the initial stage of activation by determining whether or not it is larger. Elapsed time T is a predetermined time T₁If it is larger, it is determined that the start is not in the initial stage, and the process proceeds to step S15, where the deterioration diagnosis value R_iR₀Then, the process proceeds to step S10 described later. On the other hand, the predetermined time T₁In the following cases, it is determined that the startup is in the initial stage, and the process proceeds to step S3.
[0042]
In step S3, the coolant conductivity integrated value C_sum(N) is calculated. Here, n indicates the number of times of integration. Here, the previous (n-1th) coolant conductivity integrated value C_sumThe coolant conductivity C obtained by converting the detected insulation resistance value R detected this time (nth time) is added to (n-1). That is, C_sum(N) = C_sum(N-1) + C. C_sum(0) = 0. Further, when a signal for stopping the fuel cell system is detected, n = 0 is reset.
[0043]
Next, in step S4, it is determined whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated at the start-up initial stage. That is, the coolant conductivity integrated value C_sumIs the predetermined value C_cJudge whether it is larger. Coolant conductivity integrated value C_sumIs the predetermined value C_cIf it is larger, there is a possibility that the stack 1 is deteriorated due to the increase in the coolant conductivity, so that the process proceeds to step S14, and a coolant deterioration signal is output. On the other hand, coolant conductivity integrated value C_sumIs the predetermined value C_cIn the following cases, the process proceeds to step S5. In step S5, the deterioration diagnosis value R_iR₁Set to. That is, in the initial stage of startup, the deterioration diagnosis value R_iNormal deterioration diagnosis value R₀Lower worse diagnostic value R₁By setting to, the allowable range of the insulation resistance detection value R is set wide.
[0044]
Next, in step S6, it is determined whether or not the operation has been stopped from the high load operation without sufficiently circulating the coolant at the end of the previous operation. Here, the insulation resistance detection value R detected when the coolant circulation at the end of the previous operation is stopped._pJudge using Insulation resistance detection value R at the end of the previous operation_pAnd the predetermined value R_eCompare Insulation resistance detection value R_pIs the predetermined value R_eIf it is smaller, it is determined that the insulation resistance value at the time of activation shows a low value, and the process proceeds to step S9. In step S9, the deterioration diagnosis value R_iR₂After setting the allowable range of the insulation resistance detection value R to be wider, the process proceeds to step S10. However, R₁> R₂It is. On the other hand, in step S6, the insulation resistance detection value R_pIs the predetermined value R_eIn the above case, the process proceeds to step S7.
[0045]
In step S7, the fuel cell system leaving time t_sFrom this, it is determined whether or not the insulation resistance value of the coolant at the time of startup has decreased. Here, the standing time t from the end of the previous operation by a timer or the like (not shown)_sCount. Idle time t_sIs greater than the predetermined time tα, the process proceeds to step S9 and the deterioration diagnosis value R_iR₂Then, the process proceeds to step S10. Idle time t_sIs equal to or shorter than the predetermined time tα, it is determined that the diffusion of ions that are left unattended can be ignored, and the process proceeds to step S8.
[0046]
In step S8, the coolant temperature K at startup_wA decrease in insulation resistance value is determined according to Here, a coolant temperature sensor (not shown) is provided, and the coolant temperature K_wIs the predetermined temperature K_sJudge whether it is larger. Coolant temperature K_wIs the predetermined temperature K_sIf larger, it is determined that there are more ions in the coolant at the time of startup, and the process proceeds to step S9, where the deterioration diagnosis value R_iR₂Set to. On the other hand, coolant temperature K_wIs the predetermined temperature K_sIn the following cases, the process proceeds to step S10.
[0047]
In step S10, switching determination of the three-way valve 6 is performed. Here, the insulation resistance detection value R is a predetermined value R_sJudge whether it is smaller. Predetermined value R_sIf smaller, the process proceeds to step S11, and the opening degree of the three-way valve 6 is set so that the flow rate of the coolant flowing toward the ion removal filter 8 is increased. On the other hand, the insulation resistance detection value R is a predetermined value R._sIn the above case, the process proceeds to step S12, and the opening degree of the three-way valve 6 is set so that the flow rate of the coolant flowing through the bypass flow path 12 is increased.
[0048]
Next, in step S13, it is determined whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated. Insulation resistance detection value R and set deterioration diagnosis value R_iCompare Deterioration diagnosis value R set by insulation resistance detection value R_iIf it is smaller, it is determined that the coolant conductivity is in a range that causes the stack 1 to deteriorate, and the process proceeds to step S14 to output a coolant deterioration signal. The coolant deterioration signal is, for example, a signal for requesting replacement of the coolant or a system stop signal. On the other hand, the insulation resistance detection value R is a deterioration diagnosis value R._iIn the above case, it is determined that the coolant conductivity is appropriate, and this flow ends.
[0049]
Next, the effect of this embodiment will be described.
[0050]
A stack 1 in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a cooling liquid, an ion removal filter 8 for reducing the conductivity of the cooling liquid, and a bypass flow path for the cooling liquid to bypass the ion removal filter 8 12 is provided. Further, a three-way valve 6 that adjusts the flow rate of the coolant supplied to the ion removal filter 8 and an insulation resistance meter 11 that detects the insulation resistance of the load circuit of the stack 1, here, the high voltage meter 9 are provided. Furthermore, the flow control means (S10-S12) which controls the three-way valve 6 based on the insulation resistance detected value R detected by the insulation resistance meter 11 is provided. As a result, it is possible to control the flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8 in accordance with the insulation resistance detection value R that is easy to accurately detect, so that it is possible to reliably prevent the coolant conductivity from becoming excessive. can do. For example, when the insulation resistance detection value R is large, the flow rate to the ion removal filter 8 is suppressed and the coolant is bypassed. Thereby, the pressure loss of the cooling fluid circulating through the cooling system can be suppressed to be small. Further, when the coolant conductivity increases and the insulation resistance detection value R decreases, the coolant is passed through the ion removal filter 8. As a result, the insulation resistance detection value R becomes the deterioration diagnosis value R._iAnd the coolant conductivity can be kept low. With this configuration, the insulation resistance value is deteriorated and the diagnostic value R_iIt is possible to reduce the frequency at which it is determined that the temperature is further lowered, and to appropriately manage the conductivity of the coolant.
[0051]
Insulation resistance detection value R and predetermined deterioration diagnosis value R_iIs provided with a coolant conductivity deterioration determining means (S13) for determining whether or not the conductivity of the coolant is deteriorated. Predetermined time (T₀~ T₁), The deterioration diagnosis value R_iIs changed (S5). Here, the deterioration diagnosis value R_iR₀Lower low value R₁Set to. In a situation where recovery of the coolant conductivity can be expected by the ion removal filter 8, a misdiagnosis due to a decrease in insulation resistance value caused by a local increase in conductivity caused by an uneven ion distribution in the coolant seen at the beginning of startup. Can be suppressed. Thereby, it is possible to effectively use the ion removal filter 8 while suppressing the frequency of replacing the coolant or stopping the fuel cell system.
[0052]
In a situation where the coolant conductivity is assumed to be higher than normal at the beginning of startup, in other words, in a situation where the insulation resistance value is assumed to be lower than normal, a predetermined time (T₀~ T₁), The deterioration diagnosis value R_iIs further changed. Here, the deterioration diagnosis value R_iLower value R₂(S9). Thereby, it is possible to suppress misdiagnosis due to a temporary decrease in insulation resistance even at the initial stage of startup when the coolant conductivity is assumed to be higher than usual.
[0053]
In the initial stage of startup, the deterioration diagnosis value R_iWhile changing the value, the integrated value C of the coolant conductivity immediately after startup_sumIs the predetermined value C_cIf it exceeds, it is determined that the conductivity of the coolant is deteriorated. Thereby, the deterioration diagnosis value R_iEven in a state where the coolant is lowered, it can be determined that the conductivity of the coolant is deteriorated before the stack 1 is adversely affected by the increase in the coolant conductivity.
[0054]
In a situation where the coolant conductivity is assumed to be higher than normal at the beginning of startup, after a high load operation, the coolant is supplied for a predetermined time or more, for example, a sufficient time to reduce the coolant conductivity. Suppose that the operation is stopped without circulation. Accordingly, the deterioration diagnosis value R is determined according to the coolant conductivity at the start of the operation in consideration of the operation state at the time of stop._iTherefore, it is possible to suppress erroneous diagnosis due to a temporary decrease in the insulation resistance value.
[0055]
The situation in which the coolant conductivity is assumed to be higher than normal at the beginning of startup is defined as the coolant temperature K at startup._wIs the predetermined value K_sThe higher case. Accordingly, the deterioration diagnosis value R is determined according to the conductivity of the coolant in consideration of the influence of the outside air temperature at the time of start-up._iTherefore, it is possible to suppress erroneous diagnosis due to a temporary decrease in the insulation resistance value.
[0056]
In the initial stage of start-up, when the coolant conductivity is assumed to be higher than normal, the standing time t from the last operation to the next start-up_sIs longer than a predetermined value tα. Thereby, even if the fuel cell system is left for a long period of time, it is possible to suppress erroneous diagnosis due to a temporary decrease in the insulation resistance value.
[0057]
The stack 1 in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using the coolant, the ion removal filter 8 for reducing the conductivity of the coolant, and whether or not the conductivity of the coolant is within a predetermined range are determined. And a coolant conductivity deterioration determining means (S13) for determining whether or not the conductivity of the coolant is deteriorated. Here, whether or not the conductivity of the coolant is within a predetermined range is determined based on whether or not the detected insulation resistance value R is within the predetermined range. Insulation resistance value is deteriorated diagnostic value R_iThe above range is defined as a predetermined range. Predetermined time (T₀~ T₁), The predetermined range is set wide. Here, the deterioration diagnosis value R_iIs set to a value lower than the normal value to widen the predetermined range. Thereby, since the frequency with which the misdiagnosis of the deterioration of the coolant conductivity in the initial stage of the startup can be suppressed, the conductivity management of the coolant can be improved.
[0058]
In the present embodiment, the deterioration diagnosis value R₂Is a single value, but this is not the case. For example, the deterioration diagnosis value R depending on the assumed degree of decrease in the insulation resistance value at the time of startup.₂May be variable. For example, the higher the output P at the stop, or the leaving time t_sIs longer or coolant temperature K at startup_wThe higher the value, the worse diagnosis value R₂May be set to a small value.
[0059]
Next, a second embodiment will be described. A schematic configuration of the fuel cell system is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
[0060]
Instead of the insulation resistivity meter 11, a coolant conductivity meter 13 for detecting the coolant conductivity is provided. In other words, the coolant conductivity is managed by directly detecting the conductivity. Here, the coolant conductivity meter 13 is disposed so as to detect the conductivity of the coolant supplied to the stack 1.
[0061]
Whether or not the coolant conductivity needs to be suppressed is determined based on whether the detected coolant conductivity C is a predetermined value C or not._sJudgment is made by whether or not it is larger. Here, the detected coolant conductivity C is a predetermined value C_sIf it is determined that the value has become larger, the three-way valve 6 is set so that a large amount of coolant flows to the ion removal filter 8 side. As a result, the coolant conductivity is lowered to suppress the deterioration of the coolant. On the other hand, the coolant conductivity is a predetermined value C_sIn the following cases, the three-way valve 6 is set so that a large amount of coolant flows to the bypass flow path 12 side. Thereby, the pressure loss of the cooling fluid which flows through a cooling system can be reduced, and the power consumption of the cooling fluid pump 5 can be suppressed.
[0062]
Further, whether or not the coolant conductivity is deteriorated, the detected coolant conductivity C is a deterioration diagnosis value C._iJudgment is made by whether or not it is larger. Normally, the deterioration diagnosis value C_iC₀Set to. Coolant conductivity deteriorates and diagnosis value C₀The three-way valve 6 is controlled so as not to exceed.
[0063]
Next, a case where the coolant conductivity at the start of the fuel cell system is unstable will be described.
[0064]
As shown in FIG. 12, a predetermined time (T₀~ T₁) Is the deterioration diagnosis value C of the coolant conductivity._iIs a predetermined value C₁Set to. C₁> C₀It is. That is, the deterioration diagnosis value C is set so that the allowable range of the detected coolant conductivity C is widened._iSet to a higher value than normal. Thereby, it can suppress that the misdiagnosis that the coolant electrical conductivity deteriorated is performed with respect to the temporary electrical conductivity increase in the initial stage of starting.
[0065]
Further, in a situation where the coolant conductivity has already been increased at the time of starting the fuel cell system, as shown in FIG. 13, the deterioration diagnosis value C set above is used._i, C₁To C₂Set to. However, C₂> C₁It is. Thereby, when the coolant conductivity has already increased at the time of start-up, it is further avoided that a misdiagnosis that the coolant conductivity has deteriorated with respect to the temporary increase of the coolant conductivity is performed. be able to.
[0066]
Furthermore, as in the first embodiment, the startup initial T₀~ T₁, The integrated value C of the coolant conductivity C detected by the coolant conductivity meter 13_sumAnd its value is a predetermined value C_cWhen exceeding, it is judged that the electrical conductivity of the coolant is deteriorated. As a result, the deterioration diagnosis value C_iEven when the value is set high, adverse effects on the stack 1 due to an increase in the coolant conductivity can be suppressed.
[0067]
Next, a method for diagnosing whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated will be described using the flowchart shown in FIG. It should be noted that when the fuel cell system activation signal is detected, the deterioration diagnosis value C_iIs C₀Is set to
[0068]
In step S <b> 21, the coolant conductivity C is detected using the coolant conductivity meter 13. In step S22, it is determined whether or not it is in the initial stage of startup as in step S2. In the initial stage of startup, in step S23, in other cases, in step S35, the deterioration diagnosis value C is determined._iC₀Then, the process proceeds to step S30. In steps S23 and S24, the coolant conductivity integrated value C is the same as in steps S3 and S4._sumThis is the predetermined value C_cIt is determined whether or not: Predetermined value C_cIf larger, it is determined that the stack 1 or the like may be deteriorated, and the process proceeds to step SS34, and a coolant deterioration signal is output. Predetermined value C_cIn the following cases, it is determined that the conductivity of the coolant is maintained, and the process proceeds to step S25.
[0069]
In step S25, the deterioration diagnosis value C_iC₁Set to. That is, at the beginning of startup, the deterioration diagnosis value C_iIs the normal value C₀Higher predetermined value C₁Set to. In steps S26 to S28, it is determined whether or not the coolant conductivity at startup is assumed to be a high value. If it is determined that the value is high, the process proceeds to step S29, where the deterioration diagnosis value C_iIs a predetermined value C₁Higher C₂Set to.
[0070]
In step S26, it is determined whether or not the operation has been stopped from the high load operation without sufficiently circulating the coolant at the end of the previous operation. Here, the coolant conductivity C at the time when the coolant circulation at the end of the previous stop was stopped._pJudge using Coolant conductivity C at the end of the previous operation_pAnd predetermined value C_eCompare Coolant conductivity C_pIs the predetermined value C_eIf larger, it is determined that the coolant conductivity at startup is high, and the process proceeds to step S29. On the other hand, coolant conductivity C_pIs the predetermined value C_eIn the following cases, the process proceeds to step S27. In step S27, the fuel cell system leaving time t_sFrom this, it is determined whether or not the conductivity C of the coolant at the time of startup is high. Furthermore, in step S28, the coolant temperature K at the time of start-up_wIn response to this, an increase in the coolant conductivity is determined.
[0071]
Thus, the worsening diagnosis value C_iIs set, the switching judgment of the three-way valve 6 is performed in step S30. Coolant conductivity C is a predetermined value C_sIf larger, in step S31, the three-way valve 6 is set so as to be opened largely to the ion removal filter 8 side. Predetermined value C_sIf it is below, in step S32, it sets so that the three-way valve 6 may open largely to the bypass flow path 12 side.
[0072]
In step S33, it is determined whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated. Detected coolant conductivity C is a deterioration diagnosis value C_iIf larger, it is determined that the coolant has deteriorated, a coolant deterioration signal is output in step S34, and this flow is terminated. On the other hand, in step S33, the detected coolant conductivity C is a deterioration diagnosis value C._iIn the following cases, it is determined that the conductivity of the cooling liquid has not deteriorated, and this flow is finished.
[0073]
Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.
[0074]
The stack 1 in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using the coolant, the ion removal filter 8 for reducing the conductivity of the coolant, and whether or not the conductivity of the coolant is within a predetermined range are determined. By doing so, a coolant conductivity deterioration determining means (S33) for determining whether or not the conductivity of the coolant is deteriorated is provided. Here, whether or not the conductivity of the coolant is within a predetermined range is determined based on whether or not the detected coolant conductivity C is within a predetermined range. Note that the coolant conductivity C is a deterioration diagnosis value C._iThe following range is defined as a predetermined range. Predetermined time (T₀~ T₁), The predetermined range is set wide. Here, the deterioration diagnosis value C_iIs the normal value C₀Higher value C₁The predetermined range is widened by setting to. As a result, misdiagnosis of deterioration of the coolant conductivity that is likely to occur at the beginning of startup can be suppressed, so that the conductivity management of the coolant can be improved.
[0075]
In addition, this invention is not necessarily limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that a various change can be made within the range of the technical idea as described in a claim.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system used in a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining the dependency of an insulation resistance value on a coolant conductivity.
FIG. 3 is a diagram showing the switching timing of the three-way valve according to the insulation resistance value.
FIG. 4 is a diagram showing a time-series change in coolant conductivity at the initial stage of startup.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of setting a time-series change in insulation resistance value and a deterioration diagnosis value at the initial stage of startup.
FIG. 6 is a diagram showing a time-series change in insulation resistance value and a method for setting a deterioration diagnosis value when conductivity deterioration is assumed in the initial stage of startup.
FIG. 7 is a relationship diagram between a stack output and an insulation resistance value.
FIG. 8 is a relationship diagram between a standing time and an insulation resistance value.
FIG. 9 is a relationship diagram between a coolant temperature and an insulation resistance value at the time of startup.
FIG. 10 is a flowchart for determining deterioration of coolant conductivity in the first embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system used in a second embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method for setting a time-series change in coolant conductivity at the initial start-up and a deterioration diagnosis value.
FIG. 13 is a diagram illustrating a method for setting a time-series change in coolant conductivity and a deterioration diagnosis value when conductivity deterioration is assumed in the initial stage of startup.
FIG. 14 is a flowchart for determining deterioration of coolant conductivity in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 stack (fuel cell stack)
6 Three-way valve (flow rate adjusting means)
8 Ion removal filter (coolant conductivity reduction means)
9 High-voltage system (load circuit)
11 Insulation resistance meter (insulation resistance detection means)
12 Bypass channel
13 Coolant conductivity meter
S10 to S12, S30 to S32 Flow rate control means
S13, S33 Coolant conductivity deterioration judging means

Claims

A fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant;
A coolant conductivity reducing means for reducing the conductivity of the coolant;
A bypass flow path for the coolant to bypass the coolant conductivity reducing means;
Flow rate adjusting means for adjusting the coolant flow rate supplied to the coolant conductivity reducing means;
Insulation resistance detection means for detecting insulation resistance of a load circuit of the fuel cell stack;
E Bei and a flow control means for controlling said flow rate adjusting means based on the detected insulation resistance value detected by said insulation resistance detecting means,
Comprising a coolant conductivity deterioration determining means for determining whether or not the conductivity of the coolant is deteriorated by comparing the insulation resistance detection value and a predetermined insulation resistance threshold value;
The fuel cell system, wherein the insulation resistance threshold value is changed for a predetermined time at the initial stage of startup.

Start In situations where initial coolant conductivity is supposed to be higher than normal, in the start-up initial predetermined time, the fuel cell system according to claim 1 for the insulation further change the resistance threshold.

In start early, the while changing the insulation resistance threshold, the integrated value of the cooling fluid conductivity from immediately after startup is determined to exceed the predetermined value and the coolant conductivity of is deteriorated claim 1 or 3. The fuel cell system according to 2.

After high load operation in a situation where the coolant conductivity is expected to be higher than normal at the beginning of startup, operation was stopped without circulating for a sufficient time to reduce the coolant conductivity. The fuel cell system according to claim 2, which is a case.

The fuel cell system according to claim 2 , wherein a state in which the coolant conductivity is assumed to be higher than normal at the start of startup is a case where the coolant temperature at startup is higher than a predetermined value.

The situation started initially coolant conductivity is supposed to be higher than normal, the elapsed time until the next start from the driving end of claim 2, is longer than the predetermined time Fuel cell system.

A fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant;
A coolant conductivity reducing means for reducing the conductivity of the coolant;
Cooling liquid conductivity deterioration determining means for determining whether or not the conductivity of the cooling liquid is deteriorated by determining whether or not the electric conductivity of the cooling liquid is a predetermined value or less,
The fuel cell system is characterized in that the predetermined value is set high during a predetermined time at the initial stage of startup.