JP5602079B2 - Fuel cell system and method - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の高温高負荷時に対処する燃料電池システム及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system that copes with high temperature and high load of a fuel cell and a control method thereof.

燃料電池自動車では、燃料電池の電極を所定の湿潤状態に保持するために、燃料電池に供給する反応ガスに対して加湿が行われる。しかしながら、高速走行や登坂走行時等に燃料電池の高温高負荷状態が継続すると、反応ガスへの加湿が不足したり、燃料電池の電極からの水分の揮発が高まるため、燃料電池の出力電力が低下し、その結果、モータの出力が要求量から大幅に低下してしまう。   In a fuel cell vehicle, humidification is performed on the reaction gas supplied to the fuel cell in order to keep the electrodes of the fuel cell in a predetermined wet state. However, if the high temperature and high load state of the fuel cell continues during high speed traveling or climbing, the fuel cell output power is reduced due to insufficient humidification of the reaction gas or increased volatilization of moisture from the fuel cell electrodes. As a result, the output of the motor is greatly reduced from the required amount.

特許文献1は燃料電池の劣化を防止する燃料電池システムを開示する。該燃料電池システムによれば、燃料電池の出力電流から燃料電池内の最高温度を推定し、燃料電池内の推定最高温度が、燃料電池の膜電極構造体の耐久上限温度以下になるように、燃料電池の冷却用の冷媒流通量を制御する。   Patent Document 1 discloses a fuel cell system that prevents deterioration of the fuel cell. According to the fuel cell system, the maximum temperature in the fuel cell is estimated from the output current of the fuel cell, and the estimated maximum temperature in the fuel cell is equal to or lower than the upper limit temperature limit of the membrane electrode structure of the fuel cell. Controls the flow rate of refrigerant for cooling the fuel cell.

特許文献2は燃料減圧弁の温度低下を防止する燃料電池システムを開示する。該燃料電池システムによれば、燃料電池に酸化剤ガスを供給するコンプレッサを冷却する冷却水を、燃料減圧弁の暖機必要時には、該冷却水の放熱部としてのラジエタでなく、燃料減圧弁へ送って、燃料減圧弁を、コンプレッサにより加熱された冷却水により加熱するようにしている。   Patent Document 2 discloses a fuel cell system that prevents a temperature drop of a fuel pressure reducing valve. According to the fuel cell system, the cooling water for cooling the compressor that supplies the oxidant gas to the fuel cell is supplied to the fuel pressure reducing valve instead of the radiator as the heat radiating portion of the cooling water when the fuel pressure reducing valve needs to be warmed up. The fuel pressure reducing valve is heated by the cooling water heated by the compressor.

特開2008−191742号公報JP 2008-191742 A 特開2004−158371号公報JP 2004-158371 A

特許文献1の燃料電池システムは、燃料電池温度が適正範囲内になるように、冷媒により燃料電池を冷却しており、燃料電池温度が上限設定温度になった時に、燃料が最大になるように、燃料電池の冷却制御を行っている。したがって、燃料電池の高負荷状態が継続して、冷却能力の不足により燃料電池温度が上限設定温度を超えたときには、燃料電池温度を上限設定温度以下に戻すことができず、燃料電池の出力電力が低下する。そのため、燃料電池自動車のように、燃料電池の出力電力によってモータを駆動するシステムに適用したときには、燃料電池が高温になったときにモータの出力が低下してしまう。   In the fuel cell system of Patent Document 1, the fuel cell is cooled by the refrigerant so that the fuel cell temperature falls within an appropriate range, and the fuel becomes maximum when the fuel cell temperature reaches the upper limit set temperature. The cooling control of the fuel cell is performed. Therefore, when the fuel cell continues to be in a high load state and the fuel cell temperature exceeds the upper limit set temperature due to insufficient cooling capacity, the fuel cell temperature cannot be returned to the upper limit set temperature or lower, and the output power of the fuel cell Decreases. Therefore, when applied to a system in which a motor is driven by the output power of a fuel cell, such as a fuel cell vehicle, the output of the motor decreases when the fuel cell becomes hot.

そこで、特許文献1の燃料電池システムにおいて、もし、燃料電池の高負荷状態が継続しても、燃料電池温度が上限設定温度以下になるように、燃料電池の冷却手段の冷却能力を十分に増大させようとすると、今度は、燃料電池とバッテリとの合計の出力電力増大に余裕がある状況においても、燃料電池温度が上限設定温度近くになりさえすれば、冷却手段が最大冷却力で作動してしまい、これは、冷却手段が最大冷却力で作動する時間の大幅な増大につながり、消費電力増大の原因になる。   Therefore, in the fuel cell system of Patent Document 1, the cooling capacity of the cooling means of the fuel cell is sufficiently increased so that the fuel cell temperature is equal to or lower than the upper limit set temperature even if the high load state of the fuel cell continues. In this case, even if there is a margin for increasing the total output power of the fuel cell and battery, the cooling means will operate at maximum cooling power as long as the fuel cell temperature is close to the upper limit temperature. This leads to a significant increase in the time during which the cooling means operates at the maximum cooling power, and causes an increase in power consumption.

特許文献2の燃料電池システムは、暖機中の燃料減圧弁の加熱に関し、燃料電池が上限設定温度を超えた時の燃料電池の冷却制御については一切言及していない。   The fuel cell system of Patent Document 2 does not mention any cooling control of the fuel cell when the fuel cell exceeds the upper limit set temperature with respect to heating of the fuel pressure reducing valve during warm-up.

本発明の目的は、燃料電池の冷却に使用する電力を抑えつつ、燃料電池の高温高負荷継続状態時のモータ出力を改善する燃料電池システム及びその制御方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method therefor that improve the motor output when the fuel cell is kept in a high temperature and high load state while suppressing the power used for cooling the fuel cell.

第1発明の燃料電池システムは、モータと、蓄電池を充電するとともに該蓄電池と共同して前記モータとその他の電装品とへ電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却手段と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、前記燃料電池の現時点の上限出力電力と前記蓄電池の現時点の上限出力電力とを合計した現時点の合計上限出力電力を算出する上限出力電力算出手段と、前記モータが要求された出力を出すために必要とするモータ要求電力を算出するモータ要求電力算出手段と、前記合計上限出力電力と前記モータ要求電力と前記その他の電装品への現時点の供給電力とに基づきモータ出力が非余裕状態であるか否かを判断するとともに、燃料電池温度と燃料電池負荷と燃料電池温度及び燃料電池負荷についての所定状態の継続時間とに基づき前記燃料電池が高温高負荷継続状態であるか否かを判断し、その判断結果が、モータ出力が非余裕状態でかつ燃料電池が高温高負荷継続状態であれば、前記冷却手段の冷却能力を増大させて、前記燃料電池温度を第1所定値以下まで下降させる冷却促進手段と、を備えることを特徴とする。   A fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a motor, a fuel cell that charges the storage battery and supplies power to the motor and other electrical components in cooperation with the storage battery, and a cooling unit that cools the fuel cell; The temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, the load state detection means for detecting the load state of the fuel cell, the current upper limit output power of the fuel cell and the current upper limit output power of the storage battery are summed Upper limit output power calculating means for calculating the current total upper limit output power, motor required power calculating means for calculating the required motor power required for the motor to output the requested output, the total upper limit output power, and the Based on the required motor power and the current supply power to the other electrical components, it is determined whether or not the motor output is in a non-margin state, and the fuel cell temperature and fuel It is determined whether or not the fuel cell is in a high temperature and high load continuation state based on the pond load, the fuel cell temperature, and the duration of the predetermined state for the fuel cell load. And if a fuel cell is a high temperature high load continuation state, it has the cooling promotion means which increases the cooling capacity of the said cooling means and falls the said fuel cell temperature to below 1st predetermined value, It is characterized by the above-mentioned.

第1発明によれば、モータ出力が非余裕状態となっている、燃料電池の高温高負荷継続状態時では、燃料電池の冷却能力を増大して、燃料電池の電極における湿潤状態を改善して、燃料電池の出力増大を図り、モータ出力を改善することができる。また、燃料電池の高温高負荷継続状態では、冷却手段による最大冷却能力での冷却作動が行われるものの、燃料電池の通常の高温状態では、最大冷却能力より低い冷却作動に留まるため、燃料電池の運転期間全体における電力消費量を節約することができる。   According to the first aspect of the present invention, when the fuel cell is in a state where the motor output is not in a surplus state, the cooling capacity of the fuel cell is increased during the high temperature and high load continuation state of the fuel cell, thereby improving the wet state of the fuel cell electrode. The output of the fuel cell can be increased and the motor output can be improved. In addition, although the cooling operation is performed at the maximum cooling capacity by the cooling means in the continuous high temperature and high load state of the fuel cell, the cooling operation is lower than the maximum cooling capacity in the normal high temperature state of the fuel cell. It is possible to save power consumption during the entire operation period.

第2発明の燃料電池システムでは、第1発明の燃料電池システムにおいて、前記冷却促進手段は、前記モータ要求電力と前記その他の電装品への現時点の供給電力との合計が前記合計上限出力電力を上回っているときはモータ出力が非余裕状態であると判断することを特徴とする。   In the fuel cell system of the second invention, in the fuel cell system of the first invention, the cooling promoting means is configured such that the sum of the motor required power and the current supply power to the other electrical components is the total upper limit output power. When it exceeds, it is judged that the motor output is in a non-margin state.

第2発明によれば、モータ要求電力とその他の電装品への現時点の供給電力との合計が合計上限出力電力を上回っているときはモータ出力が非余裕状態であると判断することにより、上記電力消費量の節約とモータ出力の改善に加え、燃料電池の冷却による燃料電池の出力増加時を的確に把握して、モータのドライバビリティを向上させることができる。   According to the second invention, when the sum of the motor required power and the current supply power to the other electrical components exceeds the total upper limit output power, it is determined that the motor output is in a non-margin state, In addition to saving power consumption and improving motor output, the drivability of the motor can be improved by accurately grasping when the output of the fuel cell increases due to cooling of the fuel cell.

第3発明の燃料電池システムでは、第1又は第2発明において、前記冷却促進手段は、燃料電池温度が前記第1所定値以上の第2所定値以上でありかつ燃料電池負荷が所定値以上である状態が所定時間以上継続したとき、前記燃料電池が高温高負荷継続状態であると判断することを特徴とする。   In the fuel cell system according to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the cooling promoting means has a fuel cell temperature not less than a second predetermined value not less than the first predetermined value and a fuel cell load not less than a predetermined value. When a certain state continues for a predetermined time or more, it is determined that the fuel cell is in a high temperature and high load continuing state.

第3発明によれば、燃料電池温度が第1所定値以上でありかつ燃料電池負荷が所定値以上である状態が所定時間以上継続したとき、燃料電池が高温高負荷継続状態であると判断することにより、燃料電池の冷却による燃料電池の出力増加時を的確に把握して、上記電力消費量の節約とモータ出力の改善に加え、モータのドライバビリティを向上させることができる。   According to the third invention, when the state where the fuel cell temperature is equal to or higher than the first predetermined value and the fuel cell load is equal to or higher than the predetermined value continues for a predetermined time or more, it is determined that the fuel cell is in the high temperature and high load continuing state. Accordingly, it is possible to accurately grasp when the output of the fuel cell is increased due to cooling of the fuel cell, and to improve the drivability of the motor in addition to saving the power consumption and improving the motor output.

第4発明の燃料電池システムでは、第1〜3のいずれか1つの発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池を冷却する冷媒用のラジエタは、エアコンの冷媒用のコンデンサに隣接し、該コンデンサを通過した後の冷却風により冷却されるように配設されており、前記冷却促進手段は、前記冷却手段の冷却能力の増大を、前記エアコンによる温度調整量の減少により実施することを特徴とする。   In a fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to third aspects, the refrigerant radiator for cooling the fuel cell is adjacent to a refrigerant condenser for an air conditioner, and the condenser is The cooling promotion means is arranged to be cooled by the cooling air after passing, and the cooling capacity of the cooling means is increased by decreasing the temperature adjustment amount by the air conditioner. .

第4発明によれば、燃料電池の冷却促進は、エアコンによる温度調整量の減少により、冷却風がコンデンサを通過する際に温度上昇するのを抑制して、低温を保持した冷却風によるラジエタの冷却に達成される。すなわち、冷却ファンや冷却ポンプの性能上昇に依らず、燃料電池の冷却を促進することができ、上記電力消費量の節約とモータ出力の改善に加え、コスト上昇を抑えることができる。   According to the fourth aspect of the invention, the promotion of the cooling of the fuel cell suppresses the rise in temperature when the cooling air passes through the condenser due to the decrease in the temperature adjustment amount by the air conditioner. Achieved in cooling. That is, it is possible to promote the cooling of the fuel cell irrespective of the performance increase of the cooling fan and the cooling pump, and it is possible to suppress the increase in cost in addition to the above-mentioned power consumption saving and the improvement of the motor output.

第5発明の燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムであって、前記車両の駆動輪を駆動するモータと、前記車両に搭載され前記モータを除く電装品と、前記モータ及び前記電装品に電力を供給する蓄電池と、前記モータ及び前記電装品に電力を供給するとともに、前記蓄電池を充電する燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池を冷却する冷媒を循環路に循環させる冷却ポンプと、前記循環路に配設された燃料電池用ラジエタと、前記燃料電池用ラジエタを冷却する冷却風を生成するラジエタファンと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記燃料電池及び前記蓄電池から現時点で出力可能な電力と、前記モータが要求された出力を出すために必要とするモータ要求電力と、前記電装品の現時点の消費電力とに基づいてモータ出力が非余裕状態であるか否かを判断するとともに、前記燃料電池の温度と前記燃料電池の出力とに基づいて前記燃料電池が所定の高温高負荷状態になっているか否かを判断し、モータ出力が非余裕状態であり、かつ前記所定の高温高負荷状態が所定時間以上継続していると判断した場合は、前記冷却ポンプの回転速度を増大するか、又は前記ラジエタファンの回転速度を増大することを特徴とする。
第6発明の燃料電池システムは、第5発明において、前記燃料電池用ラジエタは、前記電装品に含まれるエアコンの冷媒用コンデンサに隣接して、前記冷媒用コンデンサを通過した後の冷却風により冷却されるように、配置され、前記制御装置は、モータ出力が非余裕状態であり、かつ前記所定の高温高負荷状態が所定時間以上継続していると判断した場合は、前記燃料電池が前記所定の高温高負荷状態から抜けるまで、前記エアコンの温度調整量を減少させることを特徴とする。
第7発明の制御方法は、モータと、蓄電池を充電するとともに該蓄電池と共同して前記モータとその他の電装品とへ電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の温度を検出する温度検出ステップと、前記燃料電池の負荷状態を検出する負荷状態検出ステップと、前記燃料電池の現時点の上限出力電力と前記蓄電池の現時点の上限出力電力とを合計した現時点の合計上限出力電力を算出する上限出力電力算出ステップと、前記モータが要求された出力を出すために必要とするモータ要求電力を算出するモータ要求電力算出ステップと、前記合計上限出力電力と前記モータ要求電力と前記その他の電装品への現時点の供給電力とに基づきモータ出力が非余裕状態であるか否かを判断するとともに、燃料電池温度と燃料電池負荷と燃料電池温度及び燃料電池負荷についての所定状態の継続時間とに基づき前記燃料電池が高温高負荷継続状態であるか否かを判断し、その判断結果が、モータ出力が非余裕状態でかつ燃料電池が高温高負荷継続状態であれば、前記冷却手段の冷却能力を増大させて、前記燃料電池温度を第1所定値以下まで下降させる冷却促進ステップと、を含むことを特徴とする。
A fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention is a fuel cell system mounted on a vehicle, the motor driving a drive wheel of the vehicle, the electrical components mounted on the vehicle excluding the motor, the motor and the electrical component. A storage battery for supplying power to the product, a fuel cell for supplying power to the motor and the electrical component, charging the storage battery, temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell, and cooling the fuel cell A cooling pump for circulating the refrigerant in the circulation path; a radiator for the fuel cell disposed in the circulation path; a radiator fan for generating cooling air for cooling the radiator for the fuel cell; device, a power which can be output at the present time from the fuel cell and the storage battery, and the required motor power required to produce an output that the motor is required, the electrical component Based on the power consumption of the time, the motor output is determined whether the non-margin conditions, the fuel cell is a predetermined high temperature and high load state based on the output of the temperature and the fuel cell of the fuel cell If it is determined that the motor output is in a marginal state and the predetermined high temperature and high load state continues for a predetermined time or more, the rotation speed of the cooling pump is increased. Or the rotational speed of the radiator fan is increased.
The fuel cell system according to a sixth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the fifth aspect, wherein the fuel cell radiator is cooled by cooling air after passing through the refrigerant capacitor adjacent to a refrigerant capacitor of an air conditioner included in the electrical component. If the control device determines that the motor output is in a marginal state and the predetermined high temperature and high load state continues for a predetermined time or longer, the fuel cell is The temperature adjustment amount of the air conditioner is decreased until the high temperature and high load state is removed.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a control method comprising: a motor; a fuel cell that charges the storage battery and supplies power to the motor and other electrical components in cooperation with the storage battery; and a cooling unit that cools the fuel cell. A fuel cell system control method comprising: a temperature detection step for detecting a temperature of the fuel cell; a load state detection step for detecting a load state of the fuel cell; a current upper limit output power of the fuel cell; An upper limit output power calculation step for calculating a current total upper limit output power obtained by adding up the current upper limit output power of the storage battery, and a motor required power for calculating a motor required power required for the motor to output the requested output Based on the calculation step, the total upper limit output power, the motor required power, and the current supply power to the other electrical components, the motor output is in a marginal state. And whether or not the fuel cell is in the high temperature and high load continuation state based on the fuel cell temperature, the fuel cell load, the fuel cell temperature, and the duration of the predetermined state for the fuel cell load. If the result of the determination is that the motor output is in a marginal state and the fuel cell is in a high temperature and high load continuation state, the cooling capacity of the cooling means is increased and the fuel cell temperature is reduced to a first predetermined value or less. And a cooling promotion step of lowering.

第7発明によれば、モータ出力が非余裕状態となっている、燃料電池の高温高負荷継続状態時では、燃料電池の冷却能力を増大して、燃料電池の電極における湿潤状態を改善して、燃料電池の出力増大を図り、モータ出力を改善することができる。また、燃料電池の高温高負荷継続状態時以外では、燃料電池についての最大冷却能力を使用しないので、電力消費量を節約することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, when the fuel cell is in a non-margin state and the fuel cell is in a high temperature and high load continuation state, the cooling capacity of the fuel cell is increased to improve the wet state of the fuel cell electrode. The output of the fuel cell can be increased and the motor output can be improved. Also, the power consumption can be saved because the maximum cooling capacity of the fuel cell is not used except when the fuel cell is kept in a high temperature and high load state.

燃料電池システムの構成図。The block diagram of a fuel cell system. 冷却水温度と燃料電池スタックの出力電圧との関係に関連して燃料電池自動車の走行状態に因る燃料電池スタックの出力電圧の変化について説明する図。The figure explaining the change of the output voltage of the fuel cell stack resulting from the running state of the fuel cell vehicle in relation to the relationship between the coolant temperature and the output voltage of the fuel cell stack. 燃料電池システムにおける燃料電池スタックの冷却制御のフローチャート。The flowchart of the cooling control of the fuel cell stack in a fuel cell system. モータの出力余裕度を判定するルーチンのフローチャート。The flowchart of the routine which determines the output margin of a motor. 燃料電池スタックの高温高負荷継続状態を判定するルーチンのフローチャート。The flowchart of the routine which determines the high temperature high load continuation state of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの水温と出力とから定義される燃料電池スタックの高温高負荷状態の説明図。Explanatory drawing of the high temperature and high load state of the fuel cell stack defined from the water temperature and output of the fuel cell stack. 燃料電池スタックの冷却促進ルーチンのフローチャート。The flowchart of the cooling promotion routine of a fuel cell stack.

図1において、燃料電池システム10は、燃料電池自動車に搭載され、燃料電池スタック11、高圧バッテリ12、電子駆動装置13、冷却水循環路14及び冷却制御装置15を備える。該燃料電池自動車は、燃料電池スタック11において発電した電力で電子駆動装置13のモータ37を作動させて、モータ37により駆動輪(図示せず)を駆動して、走行する。   In FIG. 1, a fuel cell system 10 is mounted on a fuel cell vehicle and includes a fuel cell stack 11, a high voltage battery 12, an electronic drive device 13, a cooling water circulation path 14, and a cooling control device 15. The fuel cell vehicle travels by operating the motor 37 of the electronic drive device 13 with the electric power generated in the fuel cell stack 11 and driving the drive wheels (not shown) by the motor 37.

燃料電池スタック11は、水素と空気中の酸素とを反応ガスに使用して、発電する。燃料電池スタック11は、電力ケーブル33を介して電子駆動装置13の車両制御ユニット27へ接続され、高圧バッテリ12は、電力ケーブル34を介して車両制御ユニット27へ接続されている。   The fuel cell stack 11 generates electricity using hydrogen and oxygen in the air as reaction gases. The fuel cell stack 11 is connected to the vehicle control unit 27 of the electronic drive device 13 via the power cable 33, and the high voltage battery 12 is connected to the vehicle control unit 27 via the power cable 34.

充電池としての高圧バッテリ12は、燃料電池スタック11が発生した電力の一部を、車両制御ユニット27を経由して供給され、充電される。燃料電池スタック11及び高圧バッテリ12は、共同して、燃料電池自動車に搭載されている電装品へ電力を供給する。電装品には、冷却制御装置15、FC(FC:Fuel Cell。燃料電池)用ラジエタファン22やFC冷却水ポンプ23の駆動用モータ(図示せず)、車両制御ユニット27及びモータ37等の補機の他に、エアコン及びカーナビ等の電気機器も含まれる。   The high voltage battery 12 as a rechargeable battery is charged by supplying a part of the electric power generated by the fuel cell stack 11 via the vehicle control unit 27. The fuel cell stack 11 and the high voltage battery 12 jointly supply power to electrical components mounted on the fuel cell vehicle. The electrical components include a cooling control device 15, an FC (FC: Fuel Cell) radiator fan 22, a motor for driving the FC cooling water pump 23 (not shown), a vehicle control unit 27, a motor 37, and the like. In addition to the machine, electric devices such as air conditioners and car navigation systems are also included.

冷却水循環路14は、燃料電池スタック11、FC系ラジエタ21及びFC冷却水ポンプ23を周回する循環路を構成し、冷却水を導く。エアコンコンデンサ20、FC系ラジエタ21及びFC用ラジエタファン22は、燃料電池自動車の前後方向へ前方からこの記載した順番で、ボンネット室内に配設される。エアコンコンデンサ20とFC用ラジエタファン22とは隣接している。冷却風Wは、燃料電池自動車の走行及び/又はFC用ラジエタファン22の回転に伴って、自動車前方からボンネット室内へ流入し、エアコンコンデンサ20及びFC系ラジエタ21を、この順番に通過して、それらから熱を奪う。   The cooling water circulation path 14 constitutes a circulation path that circulates around the fuel cell stack 11, the FC radiator 21 and the FC cooling water pump 23, and guides the cooling water. The air conditioner capacitor 20, the FC radiator 21 and the FC radiator fan 22 are disposed in the hood chamber in the order described from the front in the front-rear direction of the fuel cell vehicle. The air conditioner capacitor 20 and the FC radiator fan 22 are adjacent to each other. The cooling air W flows into the hood compartment from the front of the vehicle as the fuel cell vehicle travels and / or the FC radiator fan 22 rotates, and passes through the air conditioner capacitor 20 and the FC radiator 21 in this order. Take heat away from them.

FC冷却水ポンプ23は、冷却制御装置15からの制御信号により回転速度を制御され、冷却水循環路14に冷却水を循環させる。水温センサ28は、燃料電池スタック11における冷却水循環路14の出口箇所に配設され、該箇所における冷却水温度を検出する。温度センサ29は、反応ガスの水素の流路が燃料電池スタック11から出て来る箇所に配設され、該箇所における水素の温度を検出する。温度センサ30は、反応ガスの酸素を含む空気の流路が燃料電池スタック11から出て来る箇所に配設され、該箇所における空気の温度を検出する。   The rotation speed of the FC cooling water pump 23 is controlled by a control signal from the cooling control device 15, and the cooling water is circulated through the cooling water circulation path 14. The water temperature sensor 28 is disposed at the exit location of the coolant circulation path 14 in the fuel cell stack 11 and detects the coolant temperature at the location. The temperature sensor 29 is disposed at a location where the hydrogen flow path of the reaction gas exits the fuel cell stack 11 and detects the temperature of hydrogen at that location. The temperature sensor 30 is disposed at a location where an air flow path containing oxygen as a reaction gas exits the fuel cell stack 11, and detects the temperature of air at the location.

電子駆動装置13は、車両制御ユニット27及びモータ37の他に、パワードライブユニット36を備える。車両制御ユニット27は、電力ケーブル35を介してパワードライブユニット36へ接続され、燃料電池スタック11からの電力を高圧バッテリ12とパワードライブユニット36とへ振り分けるとともに、振り分け比を制御する。パワードライブユニット36は、車両制御ユニット27経由で供給される電力によりモータ37を駆動する。   The electronic drive device 13 includes a power drive unit 36 in addition to the vehicle control unit 27 and the motor 37. The vehicle control unit 27 is connected to the power drive unit 36 via the power cable 35, distributes the electric power from the fuel cell stack 11 to the high voltage battery 12 and the power drive unit 36, and controls the distribution ratio. The power drive unit 36 drives the motor 37 with electric power supplied via the vehicle control unit 27.

電圧センサ41及び電流センサ42は電力ケーブル33における電圧及び電流をそれぞれ検出する。電圧センサ45及び電流センサ46は電力ケーブル34における電圧及び電流をそれぞれ検出する。電圧センサ49及び電流センサ50は電力ケーブル35における電圧及び電流をそれぞれ検出する。   The voltage sensor 41 and the current sensor 42 detect the voltage and current in the power cable 33, respectively. The voltage sensor 45 and the current sensor 46 detect the voltage and current in the power cable 34, respectively. The voltage sensor 49 and the current sensor 50 detect the voltage and current in the power cable 35, respectively.

冷却制御装置15は、モータ出力余裕度判断部55、FC高温高負荷判断部56及び冷却促進制御部57を備える。冷却制御装置15は、水温センサ28、温度センサ29、温度センサ30、電圧センサ41,45,49、及び電流センサ42,46,50等からの検出信号を入力される。冷却制御装置15は、また、エアコンコンデンサ20、FC系ラジエタ21、FC用ラジエタファン22、FC冷却水ポンプ23及び車両制御ユニット27へ制御信号を送って、それらを制御する。   The cooling control device 15 includes a motor output margin determination unit 55, an FC high temperature and high load determination unit 56, and a cooling promotion control unit 57. The cooling control device 15 receives detection signals from the water temperature sensor 28, the temperature sensor 29, the temperature sensor 30, the voltage sensors 41, 45, 49, the current sensors 42, 46, 50, and the like. The cooling control device 15 also sends control signals to the air conditioner condenser 20, the FC radiator 21, the FC radiator fan 22, the FC cooling water pump 23, and the vehicle control unit 27 to control them.

モータ出力余裕度判断部55は、モータ37の出力余裕度を判断する。FC高温高負荷判断部56は、燃料電池スタック11が高温高負荷継続状態であるか否かを判断する。冷却促進制御部57は、モータ出力余裕度判断部55及びFC高温高負荷判断部56の判断に基づきエアコンコンデンサ20、FC用ラジエタファン22及び/又はFC冷却水ポンプ23を制御して、燃料電池スタック11の冷却を制御する。   The motor output margin determination unit 55 determines the output margin of the motor 37. The FC high temperature and high load determination unit 56 determines whether or not the fuel cell stack 11 is in a high temperature and high load continuous state. The cooling promotion control unit 57 controls the air conditioner capacitor 20, the FC radiator fan 22 and / or the FC cooling water pump 23 based on the determinations of the motor output margin determination unit 55 and the FC high temperature / high load determination unit 56, and the fuel cell. Control the cooling of the stack 11.

冷却制御装置15についての具体的な作用の説明に入る前に、図2を参照して、冷却制御装置15の制御を概略的に説明する。   Prior to the description of the specific operation of the cooling control device 15, the control of the cooling control device 15 will be schematically described with reference to FIG.

図2のグラフにおいて、横軸は水温センサ28により検出した燃料電池スタック11の冷却水の温度(FC水温T)、縦軸は電圧センサ41により検出された燃料電池スタック11の出力電圧(FC電圧V)を示している。実線は、燃料電池スタック11の上限の出力電圧を示している。実線から下に離れて図示されている破線は、燃料電池スタック11の下限の出力電圧を示している。燃料電池スタック11の上限及び下限の出力電圧VはFC水温Tに応じて変化する。なお、V1,V2は例えば320V、330Vである。   In the graph of FIG. 2, the horizontal axis indicates the temperature of the cooling water of the fuel cell stack 11 detected by the water temperature sensor 28 (FC water temperature T), and the vertical axis indicates the output voltage of the fuel cell stack 11 detected by the voltage sensor 41 (FC voltage). V). The solid line indicates the upper limit output voltage of the fuel cell stack 11. A broken line shown below the solid line indicates a lower limit output voltage of the fuel cell stack 11. The upper and lower output voltages V of the fuel cell stack 11 change according to the FC water temperature T. V1 and V2 are 320V and 330V, for example.

燃料電池スタック11が、各FC水温Tでの上限又は下限の出力電圧を出力しているときのIFC(出力電流)は一定となっており、上限時のIFC(例:300A)は下限時のIFCより大きい。燃料電池スタック11の出力電力は燃料電池スタック11の出力電圧Vに比例する。   When the fuel cell stack 11 outputs the upper limit or lower limit output voltage at each FC water temperature T, the IFC (output current) is constant, and the IFC at the upper limit (eg, 300 A) is the lower limit. Greater than IFC. The output power of the fuel cell stack 11 is proportional to the output voltage V of the fuel cell stack 11.

図2では、通常走行範囲と、高速走行又は登板走行範囲とが定義されている。通常走行範囲は、T1≦T≦T2である。高速走行又は登板走行範囲は、T2<Tの範囲である。T1,T2は例えばそれぞれ75°C,85°Cである。燃料電池スタック11の下限又は上限のFC電圧Vは、通常走行範囲ではFC水温Tの変化に対してフラットを維持し、通常走行範囲より下側では、FC水温Tの上昇に連れて上昇し、通常走行範囲より上側では、FC水温Tの上昇に連れて下降する。   In FIG. 2, a normal travel range and a high speed travel or climbing travel range are defined. The normal travel range is T1 ≦ T ≦ T2. The high speed traveling or climbing traveling range is a range of T2 <T. T1 and T2 are, for example, 75 ° C and 85 ° C, respectively. The lower limit or upper limit FC voltage V of the fuel cell stack 11 remains flat with respect to changes in the FC water temperature T in the normal travel range, and rises as the FC water temperature T increases below the normal travel range. Above the normal travel range, it falls as the FC water temperature T rises.

該燃料電池自動車が、高速走行又は登板走行の状態になると、モータ37に対する要求出力が増大し、これに伴い、FC電圧Vはその上限まで上昇し、燃料電池スタック11は図2における通常走行範囲内のP1になる。   When the fuel cell vehicle is in a state of high speed traveling or climbing traveling, the required output to the motor 37 increases, and accordingly, the FC voltage V rises to its upper limit, and the fuel cell stack 11 has a normal traveling range in FIG. It becomes P1 in.

燃料電池自動車が、高速走行又は登板走行をさらに続けると、FC水温Tが上昇し、燃料電池スタック11は、図2における通常走行範囲のP1から高速走行又は登板走行範囲のP2へ移る。   When the fuel cell vehicle further continues high-speed traveling or climbing traveling, the FC water temperature T rises, and the fuel cell stack 11 moves from P1 in the normal traveling range in FIG. 2 to P2 in the high-speed traveling or climbing traveling range.

燃料電池スタック11が高速走行又は登板走行範囲のP2へ移ってから、なおも、高速走行又は登板走行状態が継続すると、FC水温Tは、上昇を続けて、T3を超えて、燃料電池の状態は、実線のフラット部分の右端から右へ水平に延び出している波線におけるP3へ移る。P3の状態で、何も対策を採らないと、P3の状態へ移行してから数分が経つと、上限FC電圧は、FC水温TがT3を上回る範囲では、T3における上限FC電圧の値を起点に右肩下がりになり、燃料電池の状態はP4へ移ってしまう。この結果、モータ37の出力は下降してしまい、高速走行又は登板走行の継続が困難になってしまう。   After the fuel cell stack 11 moves to P2 in the high speed traveling or climbing traveling range, if the high speed traveling or climbing traveling state continues, the FC water temperature T continues to rise, exceeds T3, and the state of the fuel cell Moves to P3 in the wavy line extending horizontally from the right end of the flat portion of the solid line to the right. If no measures are taken in the state of P3, after a few minutes have passed since the transition to the state of P3, the upper limit FC voltage is the value of the upper limit FC voltage at T3 in the range where the FC water temperature T exceeds T3. The starting point falls to the right, and the state of the fuel cell moves to P4. As a result, the output of the motor 37 falls, making it difficult to continue high-speed traveling or climbing traveling.

冷却制御装置15は、これに対処した制御を実施することにより、P4のような燃料電池スタック11の出力電力の低下は回避する。図3〜図7を参照して、冷却制御装置15の具体的な制御について説明する。   The cooling control device 15 avoids a decrease in the output power of the fuel cell stack 11 such as P4 by performing control corresponding to this. Specific control of the cooling control device 15 will be described with reference to FIGS.

なお、本発明における燃料電池は燃料電池スタック11に相当する。本発明における蓄電池は高圧バッテリ12に相当する。本発明における冷却手段は、FC系ラジエタ21、FC用ラジエタファン22又はFC冷却水ポンプ23に相当する。本発明における温度検出手段は水温センサ28に相当する。本発明における負荷状態検出手段はFC高温高負荷判断部56に相当する。本発明における上限出力電力算出手段及びモータ要求電力算出手段はモータ出力余裕度判断部55に相当する。本発明における冷却促進手段は冷却促進制御部57に相当する。   The fuel cell in the present invention corresponds to the fuel cell stack 11. The storage battery in the present invention corresponds to the high voltage battery 12. The cooling means in the present invention corresponds to the FC radiator 21, the FC radiator fan 22 or the FC cooling water pump 23. The temperature detecting means in the present invention corresponds to the water temperature sensor 28. The load state detection means in the present invention corresponds to the FC high temperature and high load determination unit 56. The upper limit output power calculation unit and the motor required power calculation unit in the present invention correspond to the motor output margin determination unit 55. The cooling promotion means in the present invention corresponds to the cooling promotion control unit 57.

本発明における燃料電池温度についての第1所定値は図2のT2又はT3に設定することができる。本発明における燃料電池温度についての第2所定値も図2のT2又はT3に設定することができる。第1及び第2所定値をそれぞれT2及びT3に設定することもできる。   The first predetermined value for the fuel cell temperature in the present invention can be set to T2 or T3 in FIG. The second predetermined value for the fuel cell temperature in the present invention can also be set to T2 or T3 in FIG. The first and second predetermined values can be set to T2 and T3, respectively.

図3において、冷却制御装置15は、燃料電池システム10が搭載される燃料電池自動車のイグニッションスイッチ(図示せず)がオンになるのに伴い、すなわち、燃料電池自動車の運転が開始される時に起動する。ROUTINE60,61の処理はそれぞれ冷却制御装置15のモータ出力余裕度判断部55及びFC高温高負荷判断部56の機能を実現するものとなっている。   In FIG. 3, the cooling control device 15 is activated when an ignition switch (not shown) of a fuel cell vehicle on which the fuel cell system 10 is mounted is turned on, that is, when the operation of the fuel cell vehicle is started. To do. The processing of ROUTINEs 60 and 61 realizes the functions of the motor output margin determination unit 55 and the FC high temperature and high load determination unit 56 of the cooling control device 15, respectively.

STEP62では、ROUTINE60での判断結果が、モータ37の出力について余裕度無しか余裕度有りかのどちらであるかを調べ、余裕度無しであれば、STEP63へ進み、余裕度有りであれば、STEP65へ進む。   In STEP 62, it is checked whether the judgment result in ROUTINE 60 is no margin or margin for the output of the motor 37. If there is no margin, the process proceeds to STEP 63. If there is a margin, STEP 65 is determined. Proceed to

STEP63では、ROUTINE61での判断結果が、燃料電池スタック11が高温高負荷継続状態であるか否かのどちらであるかを調べ、高温高負荷継続状態であるの判断結果であれば、ROUTINE64へ進み、高温高負荷継続状態でないの判断結果であれば、STEP65へ進む。   In STEP 63, it is checked whether the determination result in ROUTINE 61 is whether the fuel cell stack 11 is in the high temperature and high load continuation state. If the determination result is in the high temperature and high load continuation state, the process proceeds to ROUTINE 64. If it is determined that the high temperature / high load continuation state is not established, the process proceeds to STEP 65.

ROUTINE64の処理は冷却制御装置15の冷却促進制御部57の機能を実現するものになっている。ROUTINE64は、モータ37の出力について余裕度無しでかつ燃料電池スタック11が高温高負荷継続状態であるときに実行され、それ以外のときにはスキップされる。ROUTINE64の詳細については、図7を参照して、後述する。   The processing of ROUTINE 64 realizes the function of the cooling promotion control unit 57 of the cooling control device 15. ROUTINE 64 is executed when there is no margin for the output of the motor 37 and the fuel cell stack 11 is in the high temperature and high load continuing state, and is skipped at other times. Details of the ROUTINE 64 will be described later with reference to FIG.

STEP65では、イグニッションスイッチがオフであるかオンであるかを判定し、オンであれば、ROUTINE60へ戻り、オフであれば、すなわち、燃料電池自動車の運転が終了すると、冷却制御装置15の作動を停止する。   In STEP65, it is determined whether the ignition switch is off or on. If it is on, the routine returns to ROUTINE 60. If it is off, that is, when the operation of the fuel cell vehicle is finished, the operation of the cooling control device 15 is performed. Stop.

図4は、モータ37の出力余裕度を判断するROUTINE60のフローチャートであり、STEP601では、燃料電池スタック11と高圧バッテリ12とが現時点で共同してモータ37へ供給することができる出力電力(モータ出力上限)をA、現時点での燃料電池スタック11の出力電力の上限(FC出力上限)をA1、現時点での高圧バッテリ12の出力電力の上限(バッテリ出力上限)をA2、モータ37を除くすべての電装品の現在の消費電力をA3と定義し、式:A=A1+A2−A3からAを算出する。現時点でのA1は、図2における実線上の各位置における燃料電池スタック11の出力電力(FC電圧×出力電流)に相当する。現時点でのA2は、高圧バッテリ12の放電終了までほぼ一定を維持するが、放電終了間近になると、低下する。Aは、モータ37が、現時点で燃料電池スタック11及び高圧バッテリ12から供給を受けることができる電力となる。   FIG. 4 is a flowchart of ROUTINE 60 for determining the output margin of the motor 37. In STEP 601, output power (motor output) that the fuel cell stack 11 and the high-voltage battery 12 can jointly supply to the motor 37 at the present time. (Upper limit) is A, the upper limit (FC output upper limit) of the output power of the fuel cell stack 11 at present is A1, the upper limit (battery output upper limit) of the output power of the high voltage battery 12 is A2, and all except motor 37 The current power consumption of the electrical component is defined as A3, and A is calculated from the formula: A = A1 + A2-A3. A1 at this time corresponds to the output power (FC voltage × output current) of the fuel cell stack 11 at each position on the solid line in FIG. A2 at the present time remains substantially constant until the end of the discharge of the high-voltage battery 12, but decreases when it is about to end the discharge. A is electric power that the motor 37 can receive from the fuel cell stack 11 and the high voltage battery 12 at the present time.

STEP602では、Aと、モータ37がその要求出力を出力するために、モータ37へ供給する必要のある供給電力(モータ要求電力)とを対比し、A≦モータ要求電力であれば、STEP603へ進み、A>モータ要求電力であれば、STEP604へ進む。なお、モータ37に対する要求出力は、例えば運転室の加速ペダルの踏込み量に対応する。運手者は、モータ37に対して大きな出力を要求するときほど、加速ペダル大きく踏込む。   In STEP 602, A is compared with supply power (motor required power) that needs to be supplied to the motor 37 so that the motor 37 outputs the required output. If A ≦ motor required power, the process proceeds to STEP 603. If A> motor required power, go to STEP 604. The required output for the motor 37 corresponds to, for example, the depression amount of the accelerator pedal in the cab. The operator depresses the accelerator pedal as much as the motor 37 requires a larger output.

モータ37の出力について、STEP603では、余裕度無しと判定し、STEP604では、余裕度有りと判定する。   Regarding the output of the motor 37, it is determined in STEP 603 that there is no margin, and in STEP 604, it is determined that there is a margin.

図5は、燃料電池スタック11の高温高負荷継続状態を判断するROUTINE61のフローチャートであり、STEP611では、タイマをリセットし、該タイマにより時間経過の計測を開始する。   FIG. 5 is a flowchart of the ROUTINE 61 for determining the high temperature and high load continuation state of the fuel cell stack 11. In STEP611, the timer is reset, and measurement of the elapsed time is started by the timer.

STEP612では、FC水温Tと所定値B(例:B≦図2のT3でかつT3の近傍の値。例えばB=90°C。)とを対比し、FC水温T>Bであれば、STEP613へ進み、FC水温T≦Bであれば、STEP616へ進む。   In STEP612, the FC water temperature T is compared with a predetermined value B (for example, B ≦ T3 in FIG. 2 and a value near T3. For example, B = 90 ° C.). If the FC water temperature T> B, STEP613 If the FC water temperature T ≦ B, go to STEP 616.

STEP613では、燃料電池スタック11の出力電力(又は出力電流IFC)と所定値Cとを対比し、出力電力(又は出力電流IFC)>Cであれば、STEP614へ進み、出力電力(又は出力電流IFC)≦Cであれば、STEP616へ進む。なお、STEP613において、燃料電池スタック11の出力電力に代えて、出力電圧Vではなく、出力電流IFCにより判断するのは、燃料電池の出力電力は、出力電圧Vよりも出力電流IFCに大きく依存するからである。出力電流IFCにより燃料電池スタック11の負荷を判断するときは、Cは、例えば、図2の実線のIFCが例えば300Aであれば、200A以上である。   In STEP 613, the output power (or output current IFC) of the fuel cell stack 11 is compared with the predetermined value C. If the output power (or output current IFC)> C, the process proceeds to STEP 614 and the output power (or output current IFC) is determined. ) ≦ C, proceed to STEP 616. Note that in STEP 613, the output power of the fuel cell depends more on the output current IFC than the output voltage V, instead of using the output voltage V instead of the output power of the fuel cell stack 11. Because. When determining the load of the fuel cell stack 11 based on the output current IFC, C is, for example, 200 A or more if the solid line IFC in FIG.

STEP614では、STEP611で経過時間の計測を開始したタイマにおける計測時間が所定時間以上になっているか否かを判定し、所定時間以上であれば、STEP615へ進み、所定時間以内であれば、STEP612へ戻る。   In STEP 614, it is determined whether or not the measurement time in the timer that started measuring the elapsed time in STEP 611 is equal to or longer than the predetermined time. If it is equal to or longer than the predetermined time, the process proceeds to STEP 615. Return.

燃料電池スタック11の温度、負荷及び継続状態に関して、STEP615では、燃料電池スタック11は高温高負荷継続状態にあると判断し、STEP616では、燃料電池スタック11は通常状態にあると判断する。   Regarding the temperature, load, and continuation state of the fuel cell stack 11, STEP 615 determines that the fuel cell stack 11 is in the high temperature and high load continuation state, and STEP 616 determines that the fuel cell stack 11 is in the normal state.

図6において、(a)及び(b)は2種類の高温高負荷状態の領域を定義している。(a)は図5のROUTINE61で採用している高温高負荷状態の領域である。実際のROUTINE61では、高温高負荷継続状態として、STEP614の継続(時間因子)判断も加えているが、図6は、STEP612,613で絞り込まれる高温高負荷状態の領域のみを示している。図6において横軸はFC水温Tを、縦軸は燃料電池スタック11の出力電力(FC出力)又は出力電流(FC電流)をそれぞれ示している。   In FIG. 6, (a) and (b) define two types of high temperature and high load state regions. (A) is a region of a high temperature and high load state employed in the ROUTINE 61 of FIG. In actual ROUTINE 61, the continuation (time factor) determination of STEP 614 is added as the high temperature and high load continuation state, but FIG. 6 shows only the region of the high temperature and high load state narrowed down in STEPs 612 and 613. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the FC water temperature T, and the vertical axis indicates the output power (FC output) or output current (FC current) of the fuel cell stack 11.

図6(a)では、FC水温T>BでかつFC出力>Cである領域が高温高負荷状態の領域となり、それ以外の領域は燃料電池スタック11の通常状態の領域となる。   In FIG. 6 (a), the region where the FC water temperature T> B and the FC output> C is the high temperature and high load state region, and the other region is the normal state region of the fuel cell stack 11.

図6(b)では、高温高負荷状態の領域と燃料電池スタック11の通常状態とを分ける境界線Lが、傾斜角の異なる2つの傾斜線部分により定義される。すなわち、Lを定義する2つの傾斜線部分は、燃料電池スタック11の出力電力=Cの箇所において結合しており、結合点におけるFC水温TはBより少し小さい値B’(B’<B)となっている。また、FC水温Tの単位増加量に対するFC出力の減少量は結合点より右側では左側より小さくなっている。   In FIG. 6B, the boundary line L that separates the high temperature and high load state region and the normal state of the fuel cell stack 11 is defined by two inclined line portions having different inclination angles. That is, the two inclined line portions that define L are coupled at the location where the output power of the fuel cell stack 11 is equal to C, and the FC water temperature T at the coupling point is a value B ′ (B ′ <B) slightly smaller than B. It has become. Further, the decrease amount of the FC output with respect to the unit increase amount of the FC water temperature T is smaller on the right side than the coupling point from the left side.

図7は、燃料電池スタック11の冷却促進制御に係るROUTINE64のフローチャートである。STEP641では、(a)FC用ラジエタファン22の増速、(b)FC冷却水ポンプ23の増速、及び/又は(c)車室の気温を調整するエアコンの温度調整量を減少させる。(a)及び(b)では、燃料電池スタック11の冷却水の流量が増大し、その結果、燃料電池スタック11の冷却が促進される。   FIG. 7 is a flowchart of ROUTINE 64 related to the cooling promotion control of the fuel cell stack 11. In STEP 641, (a) the speed of the FC radiator fan 22 is increased, (b) the speed of the FC cooling water pump 23 is increased, and / or (c) the temperature adjustment amount of the air conditioner for adjusting the temperature of the passenger compartment is decreased. In (a) and (b), the flow rate of the cooling water of the fuel cell stack 11 increases, and as a result, cooling of the fuel cell stack 11 is promoted.

(c)では、エアコンの温度調整温度量の減少により、エアコンコンデンサ20における冷却風Wの気温とエアコンコンデンサ20の温度との差が減少し、冷却風Wは、エアコンコンデンサ20を通過する際の温度上昇を抑制されて、低温を維持して、FC系ラジエタ21を通過する。その結果として、FC系ラジエタ21における冷却水温度の低下量が増大し、燃料電池スタック11の冷却が促進される。   In (c), due to the decrease in the temperature adjustment temperature amount of the air conditioner, the difference between the temperature of the cooling air W in the air conditioner condenser 20 and the temperature of the air conditioner condenser 20 is reduced, and the cooling air W passes through the air conditioner condenser 20. The temperature rise is suppressed, the low temperature is maintained, and the gas passes through the FC radiator 21. As a result, the amount of decrease in the coolant temperature in the FC radiator 21 increases, and the cooling of the fuel cell stack 11 is promoted.

ROUTINE64による燃料電池スタック11の冷却促進によりFC水温TはB以下、したがってT3(図2)以下となり、燃料電池スタック11の出力電力は増大する。なお、ROUTINE64の実施による下降後のFC水温Tは、T3より小さい、例えばT2(図2)とすることもできる。このようなFC水温Tの下降により、燃料電池スタック11の電極における湿潤状態が改善され、燃料電池スタック11の出力電力は増大する。   By promoting the cooling of the fuel cell stack 11 by the ROUTINE 64, the FC water temperature T becomes lower than B, and therefore lower than T3 (FIG. 2), and the output power of the fuel cell stack 11 increases. Note that the FC water temperature T after the decrease due to the implementation of ROUTINE 64 can be set to be lower than T3, for example, T2 (FIG. 2). By such a decrease in the FC water temperature T, the wet state of the electrodes of the fuel cell stack 11 is improved, and the output power of the fuel cell stack 11 increases.

なお、図3でROUTINE64がスキップされたときには、燃料電池スタック11の冷却能力は、ROUTINE64の実行時よりも所定分低いものとなる。
したがつて、モータ37が出力余裕度無しの状態でかつ燃料電池スタック11が高温高負荷継続状態になっていない通常の期間である、例えば燃料電池スタック11が高温であっても、モータ37の出力に余裕があるか、あるいは燃料電池スタックの負荷が大きくないために、燃料電池スタック11の出力電力の低下が問題にならない期間では、適当に低い冷却力で燃料電池スタック11が冷却され、消費電力が抑制される。
When ROUTINE 64 is skipped in FIG. 3, the cooling capacity of the fuel cell stack 11 is lower by a predetermined amount than when ROUTINE 64 is executed.
Therefore, even if the motor 37 is in a state where there is no output margin and the fuel cell stack 11 is not in a high temperature and high load continuation state, for example, even if the fuel cell stack 11 is at a high temperature, the motor 37 The fuel cell stack 11 is cooled and consumed by a suitably low cooling power during a period in which a decrease in the output power of the fuel cell stack 11 is not a problem because there is a margin in output or the load on the fuel cell stack is not large. Power is suppressed.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池自動車以外の車両や船舶等の移動体に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。   The fuel cell system of the present invention can also be applied to a fuel cell system mounted on a moving body such as a vehicle other than a fuel cell automobile or a ship.

モータに対する要求出力は、本発明の実施形態では、アクセルペダルの踏込み量に基づき算出されるが、その他として、アクセルペダルの踏込み量が所定値以上にもかかわらず、走行速度が低下していく場合のその低下量や低下速度に基づき算出してもよい。   In the embodiment of the present invention, the required output for the motor is calculated based on the amount of depression of the accelerator pedal. In addition, when the traveling speed decreases even though the amount of depression of the accelerator pedal is equal to or greater than a predetermined value. It may be calculated based on the amount of decrease or the rate of decrease.

10・・・燃料電池システム、11・・・燃料電池スタック、12・・・高圧バッテリ、14・・・冷却水循環路、15・・・冷却制御装置、20・・・エアコンコンデンサ、21・・・FC系ラジエタ、22・・・FC用ラジエタファン、23・・・FC冷却水ポンプ、28・・・水温センサ、37・・・モータ、55・・・モータ出力余裕度判断部、56・・・FC高温高負荷判断部、57・・・冷却促進部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system, 11 ... Fuel cell stack, 12 ... High voltage battery, 14 ... Cooling water circuit, 15 ... Cooling control device, 20 ... Air-conditioner condenser, 21 ... FC radiator, 22 ... FC radiator fan, 23 ... FC cooling water pump, 28 ... Water temperature sensor, 37 ... Motor, 55 ... Motor output margin judgment unit, 56 ... FC high temperature and high load determination unit, 57... Cooling promotion unit.

Claims (7)

モータと、
蓄電池を充電するとともに該蓄電池と共同して前記モータとその他の電装品とへ電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、
前記燃料電池の現時点の上限出力電力と前記蓄電池の現時点の上限出力電力とを合計した現時点の合計上限出力電力を算出する上限出力電力算出手段と、
前記モータが要求された出力を出すために必要とするモータ要求電力を算出するモータ要求電力算出手段と、
前記合計上限出力電力と前記モータ要求電力と前記その他の電装品への現時点の供給電力とに基づきモータ出力が非余裕状態であるか否かを判断するとともに、燃料電池温度と燃料電池負荷と燃料電池温度及び燃料電池負荷についての所定状態の継続時間とに基づき前記燃料電池が高温高負荷継続状態であるか否かを判断し、その判断結果が、モータ出力が非余裕状態でかつ燃料電池が高温高負荷継続状態であれば、前記冷却手段の冷却能力を増大させて、前記燃料電池温度を第1所定値以下まで下降させる冷却促進手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A motor,
A fuel cell that charges the storage battery and supplies power to the motor and other electrical components in cooperation with the storage battery;
Cooling means for cooling the fuel cell;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Load state detection means for detecting the load state of the fuel cell;
Upper limit output power calculating means for calculating a current total upper limit output power obtained by summing the current upper limit output power of the fuel cell and the current upper limit output power of the storage battery;
Motor required power calculating means for calculating motor required power required for the motor to output the required output;
Based on the total upper limit output power, the motor required power, and the current supply power to the other electrical components, it is determined whether or not the motor output is in a non-margin state, and the fuel cell temperature, the fuel cell load, and the fuel It is determined whether or not the fuel cell is in a high-temperature and high-load continuation state based on the battery temperature and the duration of the predetermined state with respect to the fuel cell load. If it is a high temperature and high load continuation state, the cooling promotion means for increasing the cooling capacity of the cooling means and lowering the fuel cell temperature to a first predetermined value or less,
A fuel cell system comprising:
請求項1記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却促進手段は、前記モータ要求電力と前記その他の電装品への現時点の供給電力との合計が前記合計上限出力電力を上回っているときはモータ出力が非余裕状態であると判断することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The cooling promotion means determines that the motor output is in a non-exempt state when the sum of the motor required power and the current supply power to the other electrical components exceeds the total upper limit output power. A fuel cell system.
請求項1又は2記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷却促進手段は、燃料電池温度が前記第1所定値以上の第2所定値以上でありかつ燃料電池負荷が所定値以上である状態が所定時間以上継続したとき、前記燃料電池が高温高負荷継続状態であると判断することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2,
When the fuel cell temperature is equal to or higher than a second predetermined value that is equal to or higher than the first predetermined value and the fuel cell load is equal to or higher than a predetermined value, the cooling promoting means It is judged that it is a continuous state, The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池を冷却する冷媒用のラジエタは、エアコンの冷媒用のコンデンサに隣接して、該コンデンサを通過した後の冷却風により冷却されるように配設され、
前記冷却促進手段は、前記冷却手段の冷却能力の増大を、前記エアコンによる温度調整量の減少により実施することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The refrigerant radiator for cooling the fuel cell is disposed adjacent to a refrigerant condenser of an air conditioner so as to be cooled by cooling air after passing through the condenser,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the cooling promoting means increases the cooling capacity of the cooling means by reducing a temperature adjustment amount by the air conditioner.
車両に搭載される燃料電池システムであって、
前記車両の駆動輪を駆動するモータと、
前記車両に搭載され前記モータを除く電装品と、
前記モータ及び前記電装品に電力を供給する蓄電池と、
前記モータ及び前記電装品に電力を供給するとともに、前記蓄電池を充電する燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池を冷却する冷媒を循環路に循環させる冷却ポンプと、
前記循環路に配設された燃料電池用ラジエタと、
前記燃料電池用ラジエタを冷却する冷却風を生成するラジエタファンと、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、
記燃料電池及び前記蓄電池から現時点で出力可能な電力と、前記モータが要求された出力を出すために必要とするモータ要求電力と、前記電装品の現時点の消費電力とに基づいてモータ出力が非余裕状態であるか否かを判断するとともに、前記燃料電池の温度と前記燃料電池の出力とに基づいて前記燃料電池が所定の高温高負荷状態になっているか否かを判断し、
モータ出力が非余裕状態であり、かつ前記所定の高温高負荷状態が所定時間以上継続していると判断した場合は、前記冷却ポンプの回転速度を増大するか、又は前記ラジエタファンの回転速度を増大することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system mounted on a vehicle,
A motor for driving the drive wheels of the vehicle;
An electrical component mounted on the vehicle and excluding the motor;
A storage battery for supplying electric power to the motor and the electrical component;
A fuel cell for supplying electric power to the motor and the electrical component and charging the storage battery;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
A cooling pump for circulating a refrigerant for cooling the fuel cell in a circulation path;
A fuel cell radiator disposed in the circulation path;
A radiator fan that generates cooling air for cooling the fuel cell radiator;
A control device,
The controller is
And power that can be output at the present time from the previous SL fuel cell and the storage battery, and the required motor power required to produce an output that the motor is required, based on the power consumption of current of the electrical components, motor output Determining whether the fuel cell is in a predetermined high temperature and high load state based on the temperature of the fuel cell and the output of the fuel cell,
If it is determined that the motor output is in a marginal state and the predetermined high temperature and high load state continues for a predetermined time or more, the rotational speed of the cooling pump is increased or the rotational speed of the radiator fan is increased. A fuel cell system characterized by increasing.
請求項5記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池用ラジエタは、
前記電装品に含まれるエアコンの冷媒用コンデンサに隣接して、前記冷媒用コンデンサを通過した後の冷却風により冷却されるように、配置され、
前記制御装置は、モータ出力が非余裕状態であり、かつ前記所定の高温高負荷状態が所定時間以上継続していると判断した場合は、前記燃料電池が前記所定の高温高負荷状態から抜けるまで、前記エアコンの温度調整量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
The fuel cell radiator is:
Adjacent to the refrigerant condenser of the air conditioner included in the electrical component, arranged to be cooled by the cooling air after passing through the refrigerant condenser,
If the control device determines that the motor output is in a non-surplus state and that the predetermined high temperature and high load state has continued for a predetermined time or longer, the fuel cell is removed from the predetermined high temperature and high load state. A fuel cell system, wherein the temperature adjustment amount of the air conditioner is reduced.
モータと、
蓄電池を充電するとともに該蓄電池と共同して前記モータとその他の電装品とへ電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却手段と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出ステップと、
前記燃料電池の負荷状態を検出する負荷状態検出ステップと、
前記燃料電池の現時点の上限出力電力と前記蓄電池の現時点の上限出力電力とを合計した現時点の合計上限出力電力を算出する上限出力電力算出ステップと、
前記モータが要求された出力を出すために必要とするモータ要求電力を算出するモータ要求電力算出ステップと、
前記合計上限出力電力と前記モータ要求電力と前記その他の電装品への現時点の供給電力とに基づきモータ出力が非余裕状態であるか否かを判断するとともに、燃料電池温度と燃料電池負荷と燃料電池温度及び燃料電池負荷についての所定状態の継続時間とに基づき前記燃料電池が高温高負荷継続状態であるか否かを判断し、その判断結果が、モータ出力が非余裕状態でかつ燃料電池が高温高負荷継続状態であれば、前記冷却手段の冷却能力を増大させて、前記燃料電池温度を第1所定値以下まで下降させる冷却促進ステップと、
を含むことを特徴とする制御方法。
A motor,
A fuel cell that charges the storage battery and supplies power to the motor and other electrical components in cooperation with the storage battery;
Cooling means for cooling the fuel cell;
A control method for a fuel cell system comprising:
A temperature detecting step for detecting the temperature of the fuel cell;
A load state detecting step for detecting a load state of the fuel cell;
An upper limit output power calculating step of calculating a current total upper limit output power obtained by summing the current upper limit output power of the fuel cell and the current upper limit output power of the storage battery;
A motor required power calculating step for calculating a motor required power required for the motor to output the requested output;
Based on the total upper limit output power, the motor required power, and the current supply power to the other electrical components, it is determined whether or not the motor output is in a non-margin state, and the fuel cell temperature, the fuel cell load, and the fuel It is determined whether or not the fuel cell is in a high-temperature and high-load continuation state based on the battery temperature and the duration of the predetermined state with respect to the fuel cell load. A cooling promotion step of increasing the cooling capacity of the cooling means to lower the fuel cell temperature to a first predetermined value or less if the high temperature and high load continuation state;
The control method characterized by including.
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