JP4639637B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池の温度を制御する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that controls the temperature of a fuel cell.
燃料電池(燃料電池スタック)の始動時などは、燃料電池内の温度が低温である場合があり、このような場合には燃料電池の始動が困難になったり、燃料電池の発電効率が低下したりするといった問題が生じる。そのため、燃料電池の始動時には、燃料電池を加熱したり、又はこれ以上冷やさないように制御することが好ましい。このような燃料電池の制御は、燃料電池内の温度を用いて行われている。一般的には、燃料電池内の温度は、燃料電池を冷却するための冷却剤を流通する通路(以下、「冷却剤流路」と呼ぶ)に配設した温度センサから取得している。 When starting a fuel cell (fuel cell stack), the temperature inside the fuel cell may be low. In such a case, it becomes difficult to start the fuel cell or the power generation efficiency of the fuel cell decreases. Problems occur. Therefore, when starting the fuel cell, it is preferable to control so that the fuel cell is not heated or cooled any further. Such control of the fuel cell is performed using the temperature in the fuel cell. In general, the temperature in the fuel cell is acquired from a temperature sensor disposed in a passage (hereinafter referred to as “coolant passage”) through which a coolant for cooling the fuel cell flows.
上記のような冷却剤の温度を測定して燃料電池の温度を制御する技術が、例えば特許文献1及び特許文献2に開示されている。特許文献1には、燃料電池の温度が所定温度以下である場合、冷却剤を燃料電池に供給するポンプを停止状態にするという技術が記載されている。また、特許文献2には、燃料電池の冷却系において、燃料電池の上流側と下流側の冷却剤の温度を測定し、燃料電池の始動時に、冷却剤の温度が上流側よりも下流側の方が低くなった場合には冷却剤の流れを反転させ、冷却剤の温度が下流よりも上流の方が所定温度以上低くなった場合には冷却剤の流れを元に戻すといった制御を繰り返す技術が記載されている。
Techniques for controlling the temperature of the fuel cell by measuring the temperature of the coolant as described above are disclosed in
しかしながら、上記の特許文献1に記載された技術では、燃料電池内の温度と温度センサが測定する温度にずれがあり(時間遅れなど)、現在の燃料電池内の温度が正確に測定されていないという問題があった。一方、特許文献2に開示された技術では、冷却剤流路中に加熱装置を設けているため、燃料電池の制御を行う装置が大型化するといった問題があった。
However, in the technique described in
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料電池の始動時などにおいて、現在の燃料電池の温度を精度よく取得して速やかにその温度を上昇させることを可能とし、簡便に構成される燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to obtain the current temperature of the fuel cell with high accuracy at the time of starting the fuel cell, etc. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can be easily raised.
本発明の1つの観点では、燃料電池システムは、燃料電池を冷却する冷却剤を流通する冷却剤流路と、前記冷却剤を前記燃料電池に供給する冷却剤供給手段と、前記冷却剤を前記燃料電池の両側から交互に供給するように前記冷却剤供給手段を制御する交互供給制御手段と、前記燃料電池の近傍の前記冷却剤流路に配設され、前記冷却剤の温度を検出する温度検出手段と、を備え、前記交互供給制御手段は、前記冷却剤を一方向に移動させるときに元の位置にまで戻すことなく、且つ前記燃料電池の一方から供給する冷却剤の量と他方から供給する冷却剤の量が略等しくなるように前記冷却剤供給手段を制御すると共に、前記冷却剤を一方向に移動し始めるときに前記燃料電池内に存在し、移動方向の先端に位置する冷却剤が、前記移動の終了時に少なくとも前記温度検出手段に到達するように前記冷却剤供給手段の制御を行う。
In one aspect of the present invention, a fuel cell system includes a coolant channel that circulates a coolant that cools a fuel cell, a coolant supply unit that supplies the coolant to the fuel cell, and the coolant that includes the coolant. An alternate supply control means for controlling the coolant supply means so as to alternately supply from both sides of the fuel cell; and a temperature at which the coolant is detected in the coolant flow path in the vicinity of the fuel cell. Detecting means , wherein the alternate supply control means does not return to the original position when the coolant is moved in one direction, and the amount of coolant supplied from one of the fuel cells and the other. The coolant supply means is controlled so that the amount of coolant to be supplied is substantially equal , and the coolant that is present in the fuel cell when starting to move the coolant in one direction and located at the tip in the movement direction Agent at the end of the transfer Performing control of the coolant supply unit sometimes to reach at least the temperature detecting means.
上記の燃料電池システムは、例えば燃料電池により駆動される燃料電池自動車などに搭載される。燃料電池システムは、燃料電池を冷却する冷却剤を流通する冷却剤流路と、冷却剤を燃料電池に供給するポンプなどの冷却剤供給手段と、燃料電池の近傍の冷却剤流路に配設され、冷却剤の温度を検出する温度検出手段と、を有している。更に、燃料電池システムは、冷却剤を燃料電池の両側から交互に供給するように冷却剤供給手段を制御する交互供給制御手段を有する。交互供給制御手段は、燃料電池の一方から供給する冷却剤の量と他方から供給する冷却剤の量が略等しくなるように冷却剤供給手段を制御する。このとき、交互供給制御手段は、冷却剤を一方向に移動させるときに元の位置にまで戻さないように、即ち冷却剤が冷却剤流路内を一周しないように冷却剤供給手段を制御する。以上により、燃料電池システムは、交互に同量の冷却剤を燃料電池に供給するので、燃料電池に低温の冷却剤を供給し続けることがない。よって、燃料電池システムは、簡便な構成で、燃料電池の温度を低下させることなく、速やかに温度を上昇させることができる。
また、交互供給制御手段は、冷却剤を一方向に移動し始めるときに燃料電池内に存在し、移動方向の先端に位置する冷却剤が、移動の終了時に少なくとも温度検出手段に到達するように冷却剤供給手段の制御を行う。この場合、交互供給制御手段は、冷却剤を一方向に移動し始めるとき燃料電池内に存在した冷却剤の先端が、温度検出手段に到達するまで冷却剤を移動させる。即ち、交互供給制御手段は、燃料電池内に存在した冷却剤の先端が温度センサなどに到達したときに、冷却剤を移動する方向を反転させる。こうするのは、燃料電池内に存在した冷却剤の温度は燃料電池の温度を精度良く反映しているため、燃料電池の現在の正確な温度を取得することができるからである。更に、冷却剤の先端が温度センサに到達したところで冷却剤の移動方向を反転させるため、燃料電池内への低温の冷却剤の侵入を最小限に抑えることができる。以上より、燃料電池システムは、燃料電池の温度を低下させることなく、燃料電池の現在の正確な温度を取得することができる。
The fuel cell system is mounted on, for example, a fuel cell vehicle driven by a fuel cell. The fuel cell system is disposed in a coolant channel for circulating a coolant for cooling the fuel cell, a coolant supply means such as a pump for supplying the coolant to the fuel cell, and a coolant channel in the vicinity of the fuel cell. And temperature detecting means for detecting the temperature of the coolant . Further, the fuel cell system has alternate supply control means for controlling the coolant supply means so as to alternately supply the coolant from both sides of the fuel cell. The alternate supply control means controls the coolant supply means so that the amount of the coolant supplied from one of the fuel cells is substantially equal to the amount of the coolant supplied from the other. At this time, the alternate supply control means controls the coolant supply means so that it does not return to the original position when the coolant is moved in one direction, that is, the coolant does not go around the coolant flow path. . As described above, since the fuel cell system alternately supplies the same amount of coolant to the fuel cell, it does not continue to supply the low-temperature coolant to the fuel cell. Therefore, the fuel cell system has a simple configuration and can quickly increase the temperature without decreasing the temperature of the fuel cell.
The alternate supply control means is present in the fuel cell when the coolant starts to move in one direction, and the coolant located at the tip in the movement direction reaches at least the temperature detection means at the end of the movement. Control of the coolant supply means is performed. In this case, the alternate supply control means moves the coolant until the tip of the coolant present in the fuel cell reaches the temperature detecting means when the coolant starts to move in one direction. That is, the alternate supply control means reverses the direction of movement of the coolant when the coolant leading edge present in the fuel cell reaches the temperature sensor or the like. This is because the temperature of the coolant present in the fuel cell accurately reflects the temperature of the fuel cell, so that the current accurate temperature of the fuel cell can be obtained. Furthermore, since the direction of movement of the coolant is reversed when the coolant tip reaches the temperature sensor, it is possible to minimize the penetration of the coolant at a low temperature into the fuel cell. As described above, the fuel cell system can acquire the current accurate temperature of the fuel cell without reducing the temperature of the fuel cell.
上記の燃料電池システムの一態様では、前記交互供給手段は、前記燃料電池の始動時に前記冷却剤供給手段の制御を行う。燃料電池の始動時においては燃料電池内の温度が低温である場合があるため、交互供給手段は、燃料電池に低温の冷却剤を供給し続けないように冷却剤供給手段を制御する。 In one aspect of the fuel cell system, the alternate supply unit controls the coolant supply unit when the fuel cell is started. Since the temperature in the fuel cell may be low when the fuel cell is started, the alternate supply unit controls the coolant supply unit so that the low-temperature coolant is not continuously supplied to the fuel cell.
上記の燃料電池システムの他の一態様では、前記交互供給制御手段は、前記検出された温度が所定温度以下である場合に、前記冷却剤供給手段の制御を行う。この態様では、交互供給制御手段は、検出された温度が所定温度以下である場合に、冷却剤供給手段の制御を行う。即ち、燃料電池の温度が低温である場合にのみ、交互に同量の冷却剤を燃料電池に供給する制御を行い、燃料電池の温度が低温でない場合は通常の供給を行う。これにより、燃料電池が低温である場合に、その温度上昇を妨げることなく、燃料電池の温度を正確に検出することが可能となる。
In another aspect of the fuel cell system, the alternate supply control unit controls the coolant supply unit when the detected temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. In this aspect, the alternate supply control unit controls the coolant supply unit when the detected temperature is equal to or lower than the predetermined temperature. That is, control is performed so that the same amount of coolant is alternately supplied to the fuel cell only when the temperature of the fuel cell is low, and normal supply is performed when the temperature of the fuel cell is not low. As a result, when the fuel cell is at a low temperature, the temperature of the fuel cell can be accurately detected without hindering the temperature rise.
好適には、前記交互供給手段は、前記冷却剤を前記燃料電池の両側から交互に繰り返し供給するように前記冷却剤供給手段を制御する。これにより、温度検出手段が検出する冷却剤の温度のサンプル数を増やすことができ、燃料電池システムは、更に精度良く燃料電池の温度を測定することができる。 Preferably, the alternate supply means controls the coolant supply means so as to alternately and repeatedly supply the coolant from both sides of the fuel cell. Thereby, the number of samples of the temperature of the coolant detected by the temperature detecting means can be increased, and the fuel cell system can measure the temperature of the fuel cell with higher accuracy.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[燃料電池システムの構成]
図1は、本発明の1つの実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
[Configuration of fuel cell system]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to one embodiment of the present invention.
図1において燃料電池システム100は、冷却剤流路2と、ポンプ4と、コントローラ5と、温度センサ6と、を備えている。燃料電池システム100は、燃料電池(燃料電池スタック)1に供給する冷却剤(例えば、冷却水)3を制御するシステムである。
In FIG. 1, the
燃料電池1は、電解質膜の両面に、ガスが拡散可能な多孔質層等の構造を有する電極を成膜した電池セルを、層間に導電性のセパレータを挟んで積層したもので、積層数に応じた出力電圧を取り出すことができる。また、燃料電池1は、車両駆動用のモータの給電源であり、300V程度の直流の高電圧を発生するようになっている。燃料電池1の発電電圧は、モータに指令トルク等に応じた電流を供給する図示しないインバータなどに出力されるようになっている。また、燃料電池1の発電電圧は、DC−DCコンバータで降圧されて、車両に搭載される種々の補機や、これらへの給電用の二次電池であるバッテリに出力されるようになっている。
The
冷却剤流路2は、燃料電池1に冷却剤3を供給するための流路である。冷却剤流路2中には、燃料電池1や、ポンプ4や、図示しない熱交換機などが設けられている。この熱交換器により、冷却剤3は冷却される。冷却剤流路2は、燃料電池1内で繋がっている。また、冷却剤流路2の両端部(符号2a、2bで示す)は図示しない位置にて接続されているため、冷却剤3は冷却剤流路2及び燃料電池1内を循環する。
The
ポンプ4は、冷却剤流路2内で冷却剤3を循環させる駆動力を発生する装置であり、駆動電圧の大きさによってその駆動量(例えば、ポンプ4の回転数)を調節可能となっている。また、ポンプ4は、回転させる方向を逆回転にすることで、冷却剤流路2内で冷却剤3が流れる方向を反転することができる。即ち、ポンプ4は、矢印10で示すように2方向に冷却剤3を流すことができる。よって、燃料電池1に対して両側から冷却剤3を供給することができる。なお、ポンプ4は、コントローラ5から供給される制御信号S2によって制御される。以上のように、ポンプ4は、燃料電池システム10内で冷却剤3を燃料電池1に供給する冷却剤供給手段として機能する。
The
温度センサ6は、燃料電池1の近傍の冷却剤流路2上に配設されている。温度センサ6は、冷却剤流路2を流通する冷却剤3の温度を検出する。即ち、温度センサ6は、冷却剤の温度を検出する温度検出手段として機能する。なお、温度センサ6の検出した温度に対応する信号S1は、コントローラ5に供給される。
The
コントローラ5は、図示しないCPU、ROM、RAM、A/D変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。コントローラ5は、温度センサ6から供給される温度に対応する信号S1に基づいて、ポンプ4を制御する。本実施形態では、コントローラ5は、冷却剤3の温度に対応する信号S1に基づいて、冷却剤3を燃料電池1の両側から交互に供給するようにポンプ4を制御する。具体的には、コントローラ9は、燃料電池1の始動時(即ち、燃料電池1が低温である場合)に、燃料電池1の温度を低下させることなく、燃料電池1の現在の温度を正確に取得するために、ポンプ4による冷却剤3を流す方向を制御する。コントローラ5が行う詳細な制御方法については、後述する。以上のように、コントローラ5は、冷却剤3を燃料電池1の両側から交互に供給するように冷却剤供給手段(ポンプ4)を制御する交互供給制御手段として機能する。なお、燃料電池システム100が車両などに搭載される場合は、車両内のECU(Engine Control Unit)が上記のコントローラ5の役割を担うことができる。
The
次に、本実施形態に係るコントローラ5によるポンプ4の制御について、具体的に図2を用いて説明する。
Next, the control of the
図2は、冷却剤3を流す方向を反転させたときの様子を示す図である。図2(a)は、ポンプ4の始動前の状態、即ち停止状態にあるときの様子を示す図である。符号A1は燃料電池2内にある冷却剤を示しており、この場合、ポンプ4は停止状態にあるので冷却剤A1は移動していない。なお、図2においては、説明を簡単にするために、燃料電池1内の冷却剤が流通する流路を直線で構成したものを示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a state when the direction in which the
図2(b)は、ポンプ4を始動させた後、冷却剤3の紙面右方向(矢印11で示す方向)への移動が終了したときの様子を示す図である。図2(b)に示すように、コントローラ5は、燃料電池1内にあった冷却剤A1の先端が温度センサ6に到達したときに、ポンプ4による一方向への冷却剤3の移動を停止している。本実施形態では、コントローラ5は、燃料電池1が低温である場合に、冷却剤A1が温度センサ6に到達するまで移動させる。こうするのは、燃料電池1内に存在した冷却剤A1の温度は燃料電池1の温度を精度良く反映しているため、コントローラ5が、燃料電池1の現在の正確な温度を取得することができるからである。
FIG. 2B is a diagram illustrating a state when the movement of the
更に、コントローラ5は、冷却剤A1の先端が温度センサ6に到達したときに、冷却剤3の一方向への移動を停止する(即ち、この後に冷却剤3の移動を反転させる)。こうするのは、冷却剤3を大きく移動させると、多くの低温の冷却剤3が燃料電池1内に侵入してくるため、燃料電池1の温度の上昇を妨げてしまうからである。なお、コントローラ5は、冷却剤3を一方向に移動する際、冷却剤3が冷却剤流路2内を一周しないようにポンプ4を制御するものとする。
Further, the
図2(c)は、冷却剤3の移動方向を反転させた後、冷却剤3の紙面左方向(矢印12で示す方向)への移動が終了したときの様子を示す図である。図2(c)に示すように、コントローラ5は、冷却剤3の移動方向を反転させた後、冷却剤A1が元の場所、即ち燃料電池1内に戻ったときに、ポンプ4による紙面左方向への冷却剤3の移動を停止している。つまり、コントローラ5は、燃料電池1の一方から供給する冷却剤3の量と、他方から供給する冷却剤3の量が略等しくなるようにポンプ4を制御する。
FIG. 2C is a diagram illustrating a state when the movement of the
こうするのは、冷却剤3の移動方向を反転させたときに、もともと燃料電池1内にあった冷却剤A1が反転により燃料電池1内に戻るようにするためである。燃料電池1が低温である場合には、基本的には燃料電池1内における冷却剤3の移動を抑え、燃料電池1の温度を即座に上昇させることが好ましい。しかし、実際には、燃料電池1の温度は、燃料電池1内を流通する冷却剤3の温度を燃料電池1の外部に設けられた温度センサ6により測定することにより得られる。よって、冷却剤の移動方向を交互に反転させることにより、燃料電池1内にあった冷却剤A1を一方向へ移動させて温度センサ6の位置まで引き出して温度を測定し、その後逆方向へ移動させて燃料電池1内に戻す。これにより、燃料電池内に次々と新しい冷却剤3が流入して燃料電池1が冷却されてしまうことを防止している。
This is because when the moving direction of the
なお、実際には冷却剤3としては冷却水などの流体を使用することが多いため、冷却剤A1の先端部分を一点に決めることは難しい。よって、冷却剤A1の先端部分をある程度の幅を持った範囲と考えて冷却剤3の移動量の制御を行うことが望ましい。具体的には、燃料電池1内に存在する冷却剤A1の体積よりもいくらか大きい体積の冷却剤3を交互に反転させて移動することにより、燃料電池1内に存在していた冷却剤A1の一部の温度を温度センサ6により確実に測定することが可能となる。
In practice, a fluid such as cooling water is often used as the
本実施形態では、コントローラ5は、図2(a)に示した状態から図2(c)に示した状態になるまでの冷却剤3の移動を繰り返して行う。これにより、コントローラ5が取得する冷却剤3の温度のサンプルが増えるため、燃料電池1の温度を精度良く測定することができる。更に、冷却剤3の移動を繰り返し行っても、燃料電池1内にあった冷却剤A1が再び燃料電池1内に戻るように冷却剤の移動方向を交互に切り替えているので、燃料電池1の温度の上昇を妨げることはない。これにより、本実施形態に係る燃料電池システム100は、燃料電池1の温度上昇を妨げることなく、正確に燃料電池1の温度を測定することができる。
In the present embodiment, the
また、燃料電池システム100が有する冷却剤流路2やポンプ4や温度センサ6などは、一般的に車両に搭載される燃料電池システムが有しているものであるので、既存の構成を変更することなく上記のような制御を行うことができる。したがって、新たな装置を設けることなく、燃料電池システムを簡便に構成することができる。
In addition, the
更に、冷却剤3を燃料電池1の両側から交互に流入させるため、結果的に燃料電池1内で冷却剤3をかき混ぜることになり、燃料電池1内の温度分布を一定にすることができる。これにより、燃料電池1が有する複数の電池セルにおける電圧のばらつき等を小さくすることができ、発電効率を向上させることもできる。
Furthermore, since the
次に、図2に示すようにコントローラ5がポンプ4を制御したときの、温度センサ6の出力信号S1の例を図3に示す。
Next, FIG. 3 shows an example of the output signal S1 of the
図3は、横軸に時間を示し、縦軸に温度センサ6の出力を示す。コントローラ5は燃料電池1の一方から供給する冷却剤3の量と他方から供給する冷却剤3の量が略等しくなるようにポンプ4を制御しているため、出力信号S1は図3に示すような波形になる。この場合、出力値がB1であるときの温度が、燃料電池1の温度に相当するものとなる。このように、冷却剤3を移動させる方向を繰り返し反転させることで、取得する温度のサンプル数が増えるため、燃料電池1の温度を精度良く測定することができる。なお、図3は説明の便宜上、温度の検出中に燃料電池1の温度上昇がないものについて示している(即ち、B1の値は一定である)が、実際には燃料電池1の温度が上昇すると、燃料電池1の温度に対応する出力値B1は上昇することになる。
FIG. 3 shows time on the horizontal axis and the output of the
なお、コントローラ5が冷却剤3の移動方向を反転させる周期Tは、冷却剤3を移動すべき量(体積)に基づいてポンプ4の性能により一意的に定まるものである。即ち、冷却剤3を移動させる体積は燃料電池1と温度センサ6までの冷却剤流路2の距離及び冷却剤流路2の断面積などから一意的に定まり、この体積とポンプ4の性能に基づいてポンプ4を駆動すべき回転数も決定される。これにより、冷却剤3の移動方向を反転させる周期Tが決まる。例えば、ポンプ4をn回回転させると燃料電池1内の冷却剤A1の先頭部分が温度センサ6に到達する場合、コントローラ5は、ポンプ4を所定回転数nだけ回転させる毎に、ポンプ4の回転を逆回転にする制御を繰り返し行う。コントローラ5は、温度センサ6の出力波形S1におけるピーク値を“2T”毎に取得し、この出力値を燃料電池1の温度として用いることができる。
The period T at which the
次に、コントローラ5によるポンプ4の制御方法について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。この制御は、燃料電池の低温時に行われる。なお、燃料電池の低温時の代表的な例は、燃料電池の始動時である。
Next, a method for controlling the
まず、ステップS11では、コントローラ5は、冷却剤3の温度が所定温度以下であるか否かを判定する。コントローラ5は、温度センサ6からの出力信号S1により冷却剤3の温度を取得する。冷却剤3の温度が所定温度以上であれば(ステップS11;No)、当該フローを抜ける。この場合は、燃料電池1は低温でないので、燃料電池1を冷やさないように冷却剤3を両側から交互に供給する制御を行う必要がないからである。
First, in step S11, the
一方、冷却剤3の温度が所定温度より低い場合は(ステップS11;Yes)、処理はステップS12に進む。ステップS12では、コントローラ5は、冷却剤3が燃料電池1の両側から交互に供給されるように、上述したポンプ4の制御を行う。この場合は、燃料電池1が低温であるので、燃料電池1の温度を低下させることなく、燃料電池1の現在の正確な温度を取得するために、コントローラ5はポンプ4による冷却剤3を流す方向を制御する。そして、ポンプ4を反転させた回数が所定回数に達した場合、即ち取得された冷却剤3の温度のサンプル数が所定数になった場合、処理はステップS11に戻って再度処理を行うものとする。
On the other hand, when the temperature of the
[第1の変形例]
以下では、本発明の変形例に係る燃料電池システムについて説明する。
[First Modification]
Below, the fuel cell system which concerns on the modification of this invention is demonstrated.
図5は、第1の変形例に係る燃料電池システム101を示す概略構成図である。この場合、図1に示した燃料電池システム100とは異なり、温度センサ6は、燃料電池1とポンプ4との間の冷却剤流路2に配設されている。このように温度センサ6を配設した場合も、コントローラ5は、燃料電池1内の冷却剤3のポンプ4側の先端部分が温度センサ6に到達するまで移動させ、到達後は移動方向を反転させて前回の移動量と同じだけ移動させる、といった制御を繰り返す。これによっても、燃料電池1が低温であるときに、燃料電池1の温度を低下させることなく、燃料電池1の現在の正確な温度を取得することができる。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the
[第2の変形例]
図6は、第2の変形例に係る燃料電池システム102を示す概略構成図である。この場合、前述した燃料電池システム100及び燃料電池システム101とは異なり、燃料電池システム102は、温度センサ6と温度センサ9の2つを備えている。温度センサ6と温度センサ9は、燃料電池1を挟んだ冷却剤流路2上に配設されている。コントローラ5はポンプ4を制御して冷却剤3を移動させつつ、温度センサ6と温度センサ9のそれぞれの出力信号S1とS3に基づいて燃料電池1の温度を検出する。
[Second Modification]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a
図7に、第2の変形例に係る燃料電池システム102において、冷却剤3を流す方向を反転させたときの様子を示す。図7(a)は、冷却剤3の紙面右方向(矢印13で示す方向)への移動が終了したときの様子を示す図である。図7(a)に示すように、コントローラ5は、燃料電池1内にあった冷却剤A2の先端領域が温度センサ6に到達したときに、ポンプ4による一方向への冷却剤3の移動を停止している。これは、温度センサ6にて燃料電池1の現在の正確な温度を取得するためと、低温の冷却剤3を燃料電池1内に必要以上に侵入させないためである。
FIG. 7 shows a state where the flow direction of the
図7(b)は、冷却剤3の移動方向を反転させた後、冷却剤3の紙面左方向(矢印14で示す方向)への移動が終了したときの様子を示す図である。図7(b)に示すように、コントローラ5は、冷却剤3の移動方向を反転させた後、冷却剤A2の先端領域が温度センサ9に到達したときに、ポンプ4による一方向への冷却剤3の移動を停止している。これも、温度センサ9にて燃料電池1の現在の正確な温度を取得するためと、低温の冷却剤3を燃料電池1内に必要以上侵入させないためである。
FIG. 7B is a diagram illustrating a state when the movement of the
図8に、コントローラ5が図7に示すようなポンプ4の制御を繰り返して行ったときの、温度センサ6の出力信号S1、及び温度センサ9の出力信号S3の例を示す。図8は、横軸に時間を示し、縦軸に温度センサ6及び温度センサ9の出力を示す。図8の上側に温度センサ6の出力波形を示し、下側に温度センサ9の出力波形を示す。このように温度センサ6、9から得られた出力波形において、出力値がB2であるときの温度、及び出力値がB3であるときの温度が、燃料電池1の温度に相当するものとなる。以上のように第2の変形例では冷却剤流路2に2つの温度センサを配設しているので、冷却剤3から取得する温度のサンプル数が増えるため、燃料電池1の温度を更に精度良く測定することができる。なお、第2の変形例では、コントローラ5は、出力波形S1と出力波形S3におけるピーク値を周期T(即ち、ポンプ4を反転させる周期に当たる)毎に取得し、その出力値を燃料電池1の温度として用いることができる。
FIG. 8 shows an example of the output signal S1 of the
[第3の変形例]
上記の実施形態では、冷却剤通路2内に冷却剤3を双方向に移動可能なポンプ4を用いている。その代わりに、一方向にのみ冷却剤3を移動可能なポンプとバルブとの組み合わせにより、燃料電池1内に双方向に冷却剤を移動させることもできる。
[Third Modification]
In the above embodiment, the
そのような構成の一例を図9に示す。図9において、燃料電池1に対してD1方向に冷却剤を流すときには、バルブV1a及びV1bを開とし、バルブV2a及びV2bを閉とする。これにより、冷却剤は実線の矢印D1に示すように循環し、燃料電池1内を図中左から右へ流れる。一方、燃料電池1に対してD2方向に冷却剤を流すときには、バルブV1a及びV1bを閉とし、バルブV2a及びV2bを開とする。これにより、冷却剤は破線の矢印D2に示すように循環し、燃料電池1内を図中右から左へ流れる。このように、冷却剤の循環系路を工夫することにより、一方向のポンプを使用することが可能となる。
An example of such a configuration is shown in FIG. In FIG. 9, when the coolant is supplied to the
[第4の変形例]
第4の変形例は、コントローラ5による冷却剤の移動制御に関する。上記の実施形態では、コントローラ5は、燃料電池1と温度センサ6との間の冷却剤流通路2の容積に基づいて予め冷却剤3の必要な移動量を決定し、その移動量に対応する回転数n毎にポンプ4による冷却剤3の移動方向を反転させている。
[Fourth Modification]
The fourth modification relates to coolant movement control by the
その代わりに、コントローラ5は、温度センサ6により検出される温度の変化率に基づいて冷却剤3の移動方向を反転させることもできる。具体的には、コントローラ5は図3に示す温度センサ5から供給される信号S1を監視する。コントローラ5は、温度センサ6の出力値がB1に近いレベルで、かつ、その変化率(信号S1の波形の傾き)が0に近くなったときに、燃料電池1内にあった冷却剤A1が温度センサ6に到達したと判断し、冷却剤3の移動方向を反転させる。その後、コントローラ5は、温度センサ6の出力値がB2に近いレベルで、かつ、その変化率が0に近くなったときに、冷却剤3が移動前の位置に戻った、即ち、もともと燃料電池1内にあった冷却剤A1が温度センサ6に到達した後、燃料電池1内に戻ったと判断し、再度冷却剤3の移動方向を反転させる。ポンプの回転数による移動方向の反転制御に誤差が大きいと考えられる場合などには、上記のような検出温度に基づけばより正確な制御が可能となる。
Instead, the
1 燃料電池
2 冷却剤流路
3 冷却剤
4 ポンプ
5 コントローラ
6、9 温度センサ
100、101、102、103 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記冷却剤を前記燃料電池に供給する冷却剤供給手段と、
前記冷却剤を前記燃料電池の両側から交互に供給するように前記冷却剤供給手段を制御する交互供給制御手段と、
前記燃料電池の近傍の前記冷却剤流路に配設され、前記冷却剤の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記交互供給制御手段は、
前記冷却剤を一方向に移動させるときに元の位置にまで戻すことなく、且つ前記燃料電池の一方から供給する冷却剤の量と他方から供給する冷却剤の量が略等しくなるように前記冷却剤供給手段を制御すると共に、
前記冷却剤を一方向に移動し始めるときに前記燃料電池内に存在し、移動方向の先端に位置する冷却剤が、前記移動の終了時に少なくとも前記温度検出手段に到達するように前記冷却剤供給手段の制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。 A coolant flow path for circulating a coolant for cooling the fuel cell;
Coolant supply means for supplying the coolant to the fuel cell;
Alternate supply control means for controlling the coolant supply means to alternately supply the coolant from both sides of the fuel cell;
A temperature detecting means disposed in the coolant flow path in the vicinity of the fuel cell and detecting the temperature of the coolant ;
The alternate supply control means includes:
The cooling is performed so that the amount of the coolant supplied from one side of the fuel cell is substantially equal to the amount of the coolant supplied from the other side without returning to the original position when the coolant is moved in one direction. Controlling the agent supply means ,
Supplying the coolant so that the coolant that is present in the fuel cell when starting to move the coolant in one direction and that is located at the tip in the direction of movement reaches at least the temperature detecting means at the end of the movement. A fuel cell system for controlling the means .
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