JP6071388B2 - Cooling control device for fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに適用され、燃料電池の冷却のための冷却系を制御する冷却制御装置に関する。   The present invention relates to a cooling control device that is applied to a fuel cell system and controls a cooling system for cooling the fuel cell.

近年、燃料電池を電源として搭載する車両の開発が進められている。   In recent years, development of a vehicle equipped with a fuel cell as a power source has been advanced.

燃料電池は、たとえば、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化した膜／電極接合体を備えている。アノードに燃料が供給され、カソードに空気が供給されると、発電反応が生じ、アノードとカソードとの間に起電力が発生する。   The fuel cell includes, for example, a membrane / electrode assembly in which an anode (fuel electrode) and a cathode (oxygen electrode) are bonded together on both sides of a solid polymer membrane. When fuel is supplied to the anode and air is supplied to the cathode, a power generation reaction occurs and an electromotive force is generated between the anode and the cathode.

燃料電池の発電時には、燃料電池が発熱するので、燃料電池を冷却する必要がある。そのため、燃料電池システムには、冷却水循環路が設けられており、冷却水循環路を循環する冷却水により、燃料電池が冷却されるようになっている。冷却水循環路の途中部には、冷却水を循環させるためのウォータポンプと、ラジエータファンからの送風で冷却水を冷却するためのラジエータとが介装されている。ラジエータの働きにより、冷却水が冷却され、この冷却された冷却水が燃料電池に供給されることにより、燃料電池が冷却される。   During power generation by the fuel cell, the fuel cell generates heat, so it is necessary to cool the fuel cell. Therefore, the fuel cell system is provided with a cooling water circulation path, and the fuel cell is cooled by the cooling water circulating in the cooling water circulation path. A water pump for circulating the cooling water and a radiator for cooling the cooling water by blowing air from the radiator fan are interposed in the middle of the cooling water circulation path. The cooling water is cooled by the action of the radiator, and the cooled cooling water is supplied to the fuel cell, whereby the fuel cell is cooled.

燃料として水素を用いる燃料電池システムにおいて、ウォータポンプおよびラジエータファンの駆動を制御する手法が種々提案されている。   In a fuel cell system using hydrogen as a fuel, various methods for controlling driving of a water pump and a radiator fan have been proposed.

たとえば、特許文献１では、消費電力の低減を図るために、ウォータポンプおよびラジエータファンの消費電力の和が最小となるように、ウォータポンプおよびラジエータファンの各回転速度を制御する手法が提案されている。   For example, Patent Document 1 proposes a method for controlling the rotational speeds of the water pump and the radiator fan so that the sum of the power consumption of the water pump and the radiator fan is minimized in order to reduce the power consumption. Yes.

また、特許文献２では、燃料電池の出力に基づいて、単位時間あたりの発熱量を予測し、その予測した発熱量に応じた回転速度に基づいて、ウォータポンプを制御する手法が提案されている。   Patent Document 2 proposes a method of predicting the amount of heat generated per unit time based on the output of the fuel cell and controlling the water pump based on the rotational speed corresponding to the predicted amount of heat generated. .

特開２００４−２８８５１６号公報JP 2004-288516 A 特開２００４−２５３２１３号公報JP 2004-253213 A

しかしながら、それらの提案に係る手法は、ヒドラジンなどの液体燃料を用いる燃料電池システムに適用することはできない。   However, the methods according to these proposals cannot be applied to a fuel cell system using a liquid fuel such as hydrazine.

液体燃料を用いる燃料電池システムは、水素を用いる燃料電池システムと比較して、液体燃料を含む燃料電池全体の熱容量が大きいので、特許文献１で提案されている手法では、消費電力の低減を図ることができても、冷却水の流量が小さいために、燃料電池の冷却に不足を生じてしまう。   Since the fuel cell system using liquid fuel has a larger heat capacity of the entire fuel cell including liquid fuel than the fuel cell system using hydrogen, the technique proposed in Patent Document 1 aims to reduce power consumption. Even if it is possible, the flow rate of the cooling water is small, so that the fuel cell is insufficiently cooled.

また、液体燃料を用いる燃料電池システムでは、液体燃料がアノードから固体高分子膜を透過してカソードに移動する、いわゆるクロスリーク（クロスオーバ）が発生する。そのため、燃料電池の出力と発熱量との関係にばらつきが大きく、燃料電池の出力に基づいて、単位時間あたりの発熱量を予測することは困難である。したがって、液体燃料を用いる燃料電池システム、特許文献２で提案されている手法を適用することはできない。   In a fuel cell system using liquid fuel, so-called cross leak (crossover) occurs in which the liquid fuel moves from the anode through the solid polymer membrane to the cathode. For this reason, the relationship between the output of the fuel cell and the calorific value varies greatly, and it is difficult to predict the calorific value per unit time based on the output of the fuel cell. Therefore, the fuel cell system using liquid fuel and the method proposed in Patent Document 2 cannot be applied.

本発明の目的は、燃料電池を良好に冷却することができながら、消費電力の低減を図ることができる、燃料電池システムの冷却制御装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a cooling control device for a fuel cell system that can reduce power consumption while being able to cool the fuel cell well.

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係る冷却制御装置は、膜／電極接合体を備える燃料電池と、前記燃料電池に供給される液体燃料が流通する燃料供給路と、前記燃料電池から排出される液体燃料が流通する燃料排出路と、前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷媒循環路と、前記冷媒循環路に介装された冷媒ポンプと、前記冷媒循環路を循環する冷媒の熱を放熱させるラジエータとを備える燃料電池システムに適用される。前記冷却制御装置は、前記燃料供給路から前記燃料電池に供給される液体燃料の温度を検出する燃料入口温度検出手段と、前記燃料電池から前記燃料排出路に排出される液体燃料の温度を検出する燃料出口温度検出手段と、前記燃料入口温度検出手段によって検出される温度と前記燃料出口温度検出手段によって検出される温度との温度差が所定の切替温度以上に開くまでは、前記冷媒ポンプの目標回転数を通常回転数に保ち、前記温度差が前記切替温度以上に開くと、前記目標回転数を前記通常回転数よりも大きい回転数に切り替え、その切替後、前記温度差が前記切替温度よりも低い解除温度まで小さくなると、前記目標回転数を前記通常回転数に戻すことにより、前記冷媒ポンプの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、前記目標回転数設定手段によって設定された目標回転数に基づいて、前記冷媒ポンプの駆動を制御するポンプ制御手段とを含む。 In order to achieve the above object, a cooling control device according to one aspect of the present invention includes a fuel cell including a membrane / electrode assembly, a fuel supply path through which liquid fuel supplied to the fuel cell flows, A fuel discharge path through which liquid fuel discharged from the fuel cell flows; a refrigerant circulation path through which a refrigerant for cooling the fuel cell circulates; a refrigerant pump interposed in the refrigerant circulation path; and the refrigerant circulation path The present invention is applied to a fuel cell system including a radiator that radiates heat of a refrigerant circulating through the radiator. The cooling control device detects a temperature of liquid fuel supplied from the fuel supply path to the fuel cell, and detects a temperature of liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path. Until the temperature difference between the temperature detected by the fuel outlet temperature detecting means and the temperature detected by the fuel inlet temperature detecting means and the temperature detected by the fuel outlet temperature detecting means exceeds a predetermined switching temperature. When the target rotational speed is kept at the normal rotational speed and the temperature difference is larger than the switching temperature, the target rotational speed is switched to a rotational speed larger than the normal rotational speed, and after the switching, the temperature difference is the switching temperature. It becomes reduced to a lower release temperature than by returning the target rotational speed to the normal rotational speed, and the target rotational speed setting means for setting a target rotational speed of the coolant pump, the eye Based on the target rotational speed set by the revolution speed setting means, and a pump control means for controlling driving of the coolant pump.

この構成によれば、燃料供給路から燃料電池に供給される液体燃料の温度である燃料入口温度と燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の温度である燃料出口温度との温度差が求められる。   According to this configuration, there is a temperature difference between the fuel inlet temperature, which is the temperature of the liquid fuel supplied from the fuel supply path to the fuel cell, and the fuel outlet temperature, which is the temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path. Desired.

燃料電池の出力の変化に伴って、燃料電池での発電反応による発熱量が変化するので、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が変化する。すなわち、燃料電池の出力が増加すると、燃料電池での発電反応による発熱量が増加し、その増加に伴って、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が大きくなる。一方、燃料電池の出力が減少すると、燃料電池での発電反応による発熱量が減少し、その減少に伴って、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が小さくなる。   As the output of the fuel cell changes, the amount of heat generated by the power generation reaction in the fuel cell changes, so the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature changes. That is, when the output of the fuel cell increases, the amount of heat generated by the power generation reaction in the fuel cell increases, and with this increase, the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature increases. On the other hand, when the output of the fuel cell decreases, the amount of heat generated by the power generation reaction in the fuel cell decreases, and the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature decreases with the decrease.

燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が所定の許容範囲内に収まるように、冷媒ポンプの目標回転数が設定される。そして、その目標回転数に基づいて、冷媒ポンプの駆動が制御される。   The target rotational speed of the refrigerant pump is set so that the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature is within a predetermined allowable range. Then, the driving of the refrigerant pump is controlled based on the target rotational speed.

これにより、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が相対的に大きいときには、目標回転数が相対的に大きい値に設定され、冷媒ポンプがその目標回転数で駆動される。その結果、冷媒が燃料電池の冷却に十分な流量で冷媒循環路を流通するので、燃料電池を良好に冷却することができる。   Thereby, when the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature is relatively large, the target rotational speed is set to a relatively large value, and the refrigerant pump is driven at the target rotational speed. As a result, since the refrigerant flows through the refrigerant circulation path at a flow rate sufficient for cooling the fuel cell, the fuel cell can be satisfactorily cooled.

一方、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が相対的に小さいときには、目標回転数が相対的に小さい値に設定され、冷媒ポンプがその目標回転数で駆動される。その結果、冷媒ポンプの消費電力が低く抑えられる。   On the other hand, when the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature is relatively small, the target rotational speed is set to a relatively small value, and the refrigerant pump is driven at the target rotational speed. As a result, the power consumption of the refrigerant pump can be kept low.

燃料電池システムは、ラジエータに送風するラジエータファンと、冷媒循環路に分岐して接続され、冷媒循環路を循環する冷媒を前記ラジエータをバイパスさせるバイパス路と、前記冷媒循環路と前記バイパス路との分岐部分に設けられ、前記ラジエータおよび前記バイパス路を経由する冷媒の流量を調整するための三方流量弁とをさらに備えていてもよい。   A fuel cell system includes a radiator fan that blows air to a radiator, a bypass that is branched and connected to a refrigerant circulation path, bypasses the radiator through the refrigerant circulating in the refrigerant circulation path, and the refrigerant circulation path and the bypass path. A three-way flow valve for adjusting the flow rate of the refrigerant that is provided in the branch portion and passes through the radiator and the bypass passage may be further provided.

この場合、冷却制御装置は、冷媒循環路から燃料電池に流入する冷媒の温度を検出する冷媒入口温度検出手段と、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の目標温度を設定する目標温度設定手段と、目標温度設定手段によって設定される目標温度に対する燃料出口温度検出手段によって検出される温度の偏差を演算する偏差演算手段と、偏差演算手段によって演算される偏差に基づいて、三方流量弁を制御する三方流量弁制御手段と、偏差演算手段によって演算される偏差が所定値以上のときに、ラジエータファンを駆動させ、冷媒入口温度検出手段によって検出される温度が所定温度以下のときに、ラジエータファンを停止させるラジエータファン制御手段とをさらに含む構成であってもよい。   In this case, the cooling control device includes a refrigerant inlet temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell from the refrigerant circulation path, and a target temperature for setting the target temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path. A three-way flow valve based on the deviation calculated by the setting means, the deviation calculating means for calculating the temperature difference detected by the fuel outlet temperature detecting means with respect to the target temperature set by the target temperature setting means, When the deviation calculated by the three-way flow valve control means and the deviation calculating means is not less than a predetermined value, the radiator fan is driven, and when the temperature detected by the refrigerant inlet temperature detecting means is not more than the predetermined temperature, It may be configured to further include a radiator fan control means for stopping the radiator fan.

この構成によれば、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の目標温度に対する実温度の偏差に基づいて、具体的には、その偏差が０に近づくように、三方流量弁が制御される。この三方流量弁の制御により、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の温度が目標温度に近づく。   According to this configuration, based on the deviation of the actual temperature from the target temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge passage, specifically, the three-way flow valve is controlled so that the deviation approaches zero. The By controlling the three-way flow valve, the temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path approaches the target temperature.

燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の温度は、燃料電池の膜／電極接合体に含まれる固体高分子膜（反応膜）の温度とほぼ同じである。そのため、三方流量弁の制御により、固体高分子膜の温度を目標温度に近づけることができる。その結果、燃料電池における発電効率を向上させることができる。   The temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path is substantially the same as the temperature of the solid polymer film (reaction film) included in the membrane / electrode assembly of the fuel cell. Therefore, the temperature of the solid polymer membrane can be brought close to the target temperature by controlling the three-way flow valve. As a result, the power generation efficiency in the fuel cell can be improved.

また、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の目標温度に対する実温度の偏差が所定値以上のときには、ラジエータファンが駆動されて、ラジエータにラジエータファンからの送風が供給される。   Further, when the deviation of the actual temperature with respect to the target temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path is equal to or larger than a predetermined value, the radiator fan is driven, and the air blown from the radiator fan is supplied to the radiator.

これにより、冷媒循環路を循環する冷媒の温度を下げることができ、燃料電池を良好に冷却することができる。その結果、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の温度を目標温度に良好に近づけることができる。   Thereby, the temperature of the refrigerant | coolant which circulates through a refrigerant circuit can be lowered | hung, and a fuel cell can be cooled favorably. As a result, the temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path can be brought close to the target temperature satisfactorily.

ラジエータファンの駆動後、燃料電池から冷媒循環路に流出する冷媒の温度の低下を確認したうえで、ラジエータファンの駆動を停止した場合、その後に燃料電池に流入する冷媒により、燃料電池が過冷却されるおそれがある。   After driving the radiator fan, confirm that the temperature of the refrigerant flowing out from the fuel cell to the refrigerant circuit has dropped, and if the radiator fan stops driving, the fuel cell will be overcooled by the refrigerant flowing into the fuel cell. There is a risk of being.

そこで、冷媒循環路から燃料電池に流入する冷媒の温度が所定温度以下に低下すると、ラジエータファンの駆動が停止されることが好ましい。   Therefore, it is preferable that the driving of the radiator fan is stopped when the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell from the refrigerant circulation path falls below a predetermined temperature.

これにより、燃料電池の過冷却を防止できる。また、ラジエータファンによる消費電力を低減することができる。ラジエータファンが停止された時点で、冷媒の温度が所定温度以下に低下しているので、ラジエータファンの停止後に、その温度が低下した冷媒で燃料電池が冷却されることにより、燃料電池の冷却不足を生じるおそれはない。   Thereby, overcooling of the fuel cell can be prevented. Moreover, power consumption by the radiator fan can be reduced. When the radiator fan is stopped, the temperature of the refrigerant has fallen below the predetermined temperature. After the radiator fan has stopped, the fuel cell is cooled with the refrigerant whose temperature has been reduced, resulting in insufficient cooling of the fuel cell. There is no risk of causing.

また、冷却制御装置は、冷媒循環路から前記燃料電池に流入する冷媒の温度を検出する冷媒入口温度検出手段と、前記燃料電池から前記冷媒循環路に流出する冷媒の温度を検出する冷媒出口温度検出手段と、前記燃料電池から前記燃料排出路に排出される液体燃料の目標温度を設定する目標温度設定手段と、前記燃料出口温度検出手段によって検出される温度、前記冷媒入口温度検出手段によって検出される温度、前記冷媒出口温度検出手段によって検出される温度、前記目標温度設定手段によって設定される目標温度、前記燃料供給路を流通する液体燃料の流量、前記冷媒循環路を循環する冷媒の流量および前記燃料電池の熱容量に基づいて、前記三方流量弁および前記ラジエータファンを制御する制御手段とをさらに含む構成であってもよい。   The cooling control device includes a refrigerant inlet temperature detecting means for detecting a temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell from the refrigerant circuit, and a refrigerant outlet temperature for detecting the temperature of the refrigerant flowing out of the fuel cell into the refrigerant circuit. Detection means, target temperature setting means for setting a target temperature of liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path, temperature detected by the fuel outlet temperature detection means, and detection by the refrigerant inlet temperature detection means , Temperature detected by the refrigerant outlet temperature detection means, target temperature set by the target temperature setting means, flow rate of liquid fuel flowing through the fuel supply path, flow rate of refrigerant circulating through the refrigerant circulation path And a control means for controlling the three-way flow valve and the radiator fan based on the heat capacity of the fuel cell. There.

この構成によれば、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の実際の温度および目標温度、冷媒循環路から燃料電池に流入する冷媒の温度、燃料電池から冷媒循環路に流出する冷媒の温度、燃料供給路を流通する液体燃料の流量、冷媒循環路を循環する冷媒の流量および燃料電池の熱容量に基づいて、三方流量弁およびラジエータファンが制御される。   According to this configuration, the actual temperature and target temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path, the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell from the refrigerant circuit, and the refrigerant flowing out from the fuel cell to the refrigerant circuit The three-way flow valve and the radiator fan are controlled based on the temperature, the flow rate of the liquid fuel flowing through the fuel supply path, the flow rate of the refrigerant circulating in the coolant circulation path, and the heat capacity of the fuel cell.

具体的には、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の実際の温度および目標温度、冷媒循環路から燃料電池に流入する冷媒の温度、燃料電池から冷媒循環路に流出する冷媒の温度、燃料供給路を流通する液体燃料の流量、冷媒循環路を循環する冷媒の流量および燃料電池の熱容量に基づいて、燃料電池の冷却に必要な冷却熱量を算出することができるので、その冷却熱量が得られるように、三方流量弁およびラジエータファンが制御される。   Specifically, the actual temperature and target temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path, the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell from the refrigerant circuit, and the temperature of the refrigerant flowing out of the fuel cell into the refrigerant circuit The amount of cooling heat required for cooling the fuel cell can be calculated based on the flow rate of liquid fuel flowing through the fuel supply path, the flow rate of refrigerant circulating in the coolant circulation path, and the heat capacity of the fuel cell. The three-way flow valve and the radiator fan are controlled so that

これにより、燃料電池を良好に冷却して、燃料電池から燃料排出路に排出される液体燃料の温度、つまり燃料電池の膜／電極接合体に含まれる固体高分子膜（反応膜）の温度を目標温度に近づけることができる。その結果、燃料電池における発電効率を向上させることができる。また、燃料電池の冷却に必要な冷却熱量が小さいときには、ラジエータファンの駆動が抑制されるので、消費電力が低減する。   As a result, the temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path, that is, the temperature of the solid polymer membrane (reaction membrane) included in the membrane / electrode assembly of the fuel cell, is cooled sufficiently. Can be close to the target temperature. As a result, the power generation efficiency in the fuel cell can be improved. Further, when the amount of cooling heat required for cooling the fuel cell is small, the driving of the radiator fan is suppressed, so that the power consumption is reduced.

本発明によれば、燃料電池を良好に冷却することができながら、消費電力の低減を図ることができる。   According to the present invention, the power consumption can be reduced while the fuel cell can be satisfactorily cooled.

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却制御装置が適用される燃料電池システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system to which a cooling control device according to an embodiment of the present invention is applied. 図２は、燃料電池システムの電気的構成の要部を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the main part of the electrical configuration of the fuel cell system. 図３は、ウォータポンプ制御に用いられるマップの内容を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the contents of a map used for water pump control. 図４は、三方流量弁制御のための構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration for three-way flow valve control. 図５は、三方流量弁の各出口ポートの開度の設定に用いられるマップの内容を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the contents of a map used for setting the opening degree of each outlet port of the three-way flow valve. 図６は、ラジエータファン制御のための構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration for controlling the radiator fan. 図７は、ラジエータファン制御におけるセット信号のレベル変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a level change of the set signal in the radiator fan control. 図８は、ラジエータファン制御におけるリセット信号のレベル変化を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a change in level of the reset signal in the radiator fan control. 図９は、他の三方流量弁制御およびラジエータファン制御のための構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration for other three-way flow valve control and radiator fan control. 図１０は、三方流量弁の各出口ポートの開度の設定に用いられるマップの内容、ならびにラジエータファン制御におけるセット信号およびリセット信号のレベル変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the contents of a map used for setting the opening degree of each outlet port of the three-way flow valve, and the level change of the set signal and the reset signal in the radiator fan control.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

＜システム構成＞ <System configuration>

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却制御装置が適用される燃料電池システムの構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system to which a cooling control device according to an embodiment of the present invention is applied.

燃料電池システム１は、液体燃料を用いる燃料電池システム（ＦＣシステム）であり、たとえば、自動車に駆動源として搭載される。   The fuel cell system 1 is a fuel cell system (FC system) that uses liquid fuel, and is mounted as a drive source in an automobile, for example.

燃料電池システム１は、燃料電池１１を備えている。   The fuel cell system 1 includes a fuel cell 11.

燃料電池１１は、所定数（たとえば、１００〜２００）のセルが一方向に積層された、いわゆるセルスタックを有している。各セルは、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）、膜／電極接合体の両側に配置されたセパレータ、および膜／電極接合体と各セパレータとの間に介在されたガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）を備えている。   The fuel cell 11 has a so-called cell stack in which a predetermined number (for example, 100 to 200) of cells are stacked in one direction. Each cell includes a membrane / electrode assembly (MEA), separators disposed on both sides of the membrane / electrode assembly, and a gas diffusion layer (between the membrane / electrode assembly and each separator ( GDL: Gas Diffusion Layer).

膜／電極接合体は、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化したものである。固体高分子膜は、たとえば、アニオン（ＯＨ−）を透過させる性質を有する。 The membrane / electrode assembly is an assembly in which an anode (fuel electrode) and a cathode (oxygen electrode) are bonded to both sides of a solid polymer membrane. The solid polymer film has, for example, a property of transmitting anions (OH − ).

セパレータの両面には、たとえば、葛折り状に屈曲した凹溝（図示せず）が形成されている。膜／電極接合体のアノードに対向する凹溝は、燃料流路として形成されている。燃料流路の一端および他端は、それぞれ燃料入口１２および燃料出口１３に接続されている。膜／電極接合体のカソードに対向する凹溝は、エア流路として形成されている。エア流路の一端および他端は、それぞれエア入口１４およびエア出口１５に接続されている。また、各セル間では、一方のセルのセパレータに形成された凹溝と他方のセルのセパレータに形成された凹溝とが重なり合い、それらの凹溝が冷却水流路を形成している。冷却水流路の一端および他端は、それぞれ冷却水入口１６および冷却水出口１７に接続されている。   On both surfaces of the separator, for example, concave grooves (not shown) that are bent in a twisted manner are formed. The concave groove facing the anode of the membrane / electrode assembly is formed as a fuel flow path. One end and the other end of the fuel flow path are connected to a fuel inlet 12 and a fuel outlet 13, respectively. The concave groove facing the cathode of the membrane / electrode assembly is formed as an air flow path. One end and the other end of the air flow path are connected to an air inlet 14 and an air outlet 15, respectively. Moreover, between each cell, the concave groove formed in the separator of one cell and the concave groove formed in the separator of the other cell overlap, and these concave grooves form a cooling water flow path. One end and the other end of the cooling water flow path are connected to a cooling water inlet 16 and a cooling water outlet 17, respectively.

また、燃料電池システム１は、燃料循環システムを備えている。   The fuel cell system 1 includes a fuel circulation system.

燃料循環システムには、第１燃料タンク２１、第２燃料タンク２２および燃料サブタンク２３が含まれる。   The fuel circulation system includes a first fuel tank 21, a second fuel tank 22, and a fuel sub tank 23.

第１燃料タンク２１には、液体燃料として、たとえば、常温のヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が貯留されている。第１燃料タンク２１には、第１燃料補給管２４の一端が接続されている。第１燃料補給管２４の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。第１燃料補給管２４の途中部には、第１燃料供給ポンプ２５が介装されている。 The first fuel tank 21 stores, for example, room temperature hydrazine (N 2 H 4 ) as the liquid fuel. One end of a first fuel supply pipe 24 is connected to the first fuel tank 21. The other end of the first fuel supply pipe 24 is connected to the fuel sub tank 23. A first fuel supply pump 25 is interposed in the middle of the first fuel supply pipe 24.

第２燃料タンク２２には、電解液として、たとえば、常温の水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）が貯留されている。第２燃料タンク２２には、第２燃料補給管２６の一端が接続されている。第２燃料補給管２６の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。第２燃料補給管２６の途中部には、第２燃料供給ポンプ２７が介装されている。   The second fuel tank 22 stores, for example, a normal temperature potassium hydroxide aqueous solution (KOH) as an electrolytic solution. One end of a second fuel supply pipe 26 is connected to the second fuel tank 22. The other end of the second fuel supply pipe 26 is connected to the fuel sub tank 23. A second fuel supply pump 27 is interposed in the middle of the second fuel supply pipe 26.

燃料サブタンク２３には、電解液に混合された液体燃料、たとえば、水酸化カリウム水溶液に混合されたヒドラジンが貯留されている。燃料サブタンク２３には、燃料供給管２８の一端が接続されている。燃料供給管２８の他端は、燃料電池１１の燃料入口１２に接続されている。燃料供給管２８の途中部には、燃料循環ポンプ２９が介装されている。また、燃料供給管２８には、燃料入口１２と燃料循環ポンプ２９との間に、燃料供給管２８から燃料入口１２に流入する液体の温度を検出するＦＣ入口燃料温度センサ３０が設けられている。   The fuel sub tank 23 stores liquid fuel mixed with the electrolyte, for example, hydrazine mixed with an aqueous potassium hydroxide solution. One end of a fuel supply pipe 28 is connected to the fuel sub tank 23. The other end of the fuel supply pipe 28 is connected to the fuel inlet 12 of the fuel cell 11. A fuel circulation pump 29 is interposed in the middle of the fuel supply pipe 28. The fuel supply pipe 28 is provided with an FC inlet fuel temperature sensor 30 that detects the temperature of the liquid flowing into the fuel inlet 12 from the fuel supply pipe 28 between the fuel inlet 12 and the fuel circulation pump 29. .

燃料電池１１の燃料出口１３には、燃料排出管３１の一端が接続されている。燃料排出管３１の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。燃料排出管３１には、燃料出口１３から燃料排出管３１に流出した液体の温度を検出するＦＣ出口燃料温度センサ３２が設けられている。   One end of a fuel discharge pipe 31 is connected to the fuel outlet 13 of the fuel cell 11. The other end of the fuel discharge pipe 31 is connected to the fuel sub tank 23. The fuel discharge pipe 31 is provided with an FC outlet fuel temperature sensor 32 that detects the temperature of the liquid flowing out from the fuel outlet 13 to the fuel discharge pipe 31.

燃料電池システム１は、給気システムを備えている。   The fuel cell system 1 includes an air supply system.

給気システムには、コンプレッサ４１が含まれる。燃料電池１１のエア入口１４には、エア供給管４２の一端が接続されている。コンプレッサ４１は、エア供給管４２の他端に接続されている。   The air supply system includes a compressor 41. One end of an air supply pipe 42 is connected to the air inlet 14 of the fuel cell 11. The compressor 41 is connected to the other end of the air supply pipe 42.

燃料電池システム１は、排気処理システムを備えている。   The fuel cell system 1 includes an exhaust treatment system.

排気処理システムには、排気処理器５１が含まれる。燃料電池１１のエア出口１５には、エア排出管５２の一端が接続されている。排気処理器５１は、エア排出管５２の途中部に介装されている。   The exhaust treatment system includes an exhaust treatment device 51. One end of an air discharge pipe 52 is connected to the air outlet 15 of the fuel cell 11. The exhaust treatment device 51 is interposed in the middle of the air discharge pipe 52.

燃料電池システム１は、冷却システムを備えている。   The fuel cell system 1 includes a cooling system.

冷却システムには、冷却水供給管６１、冷却水排出管６２、ラジエータ６３およびラジエータファン６４が含まれる。   The cooling system includes a cooling water supply pipe 61, a cooling water discharge pipe 62, a radiator 63 and a radiator fan 64.

冷却水供給管６１の一端は、ラジエータ６３に接続されている。冷却水供給管６１の他端は、燃料電池１１の冷却水入口１６に接続されている。冷却水供給管６１の途中部には、三方流量弁６５およびウォータポンプ６６がラジエータ６３側からこの順に介装されている。また、冷却水供給管６１には、冷却水供給管６１を流通する冷却水の温度を検出するＦＣ入口水温センサ６７が設けられている。   One end of the cooling water supply pipe 61 is connected to the radiator 63. The other end of the cooling water supply pipe 61 is connected to the cooling water inlet 16 of the fuel cell 11. In the middle of the cooling water supply pipe 61, a three-way flow valve 65 and a water pump 66 are interposed in this order from the radiator 63 side. The cooling water supply pipe 61 is provided with an FC inlet water temperature sensor 67 that detects the temperature of the cooling water flowing through the cooling water supply pipe 61.

冷却水排出管６２の一端は、燃料電池１１の冷却水出口１７に接続されている。冷却水排出管６２の他端は、ラジエータ６３に接続されている。冷却水排出管６２の途中部には、バイパス管６８が分岐して接続されている。バイパス管６８の先端は、三方流量弁６５に接続されている。また、冷却水排出管６２には、冷却水排出管６２を流通する冷却水の温度を検出するＦＣ出口水温センサ６９が設けられている。   One end of the cooling water discharge pipe 62 is connected to the cooling water outlet 17 of the fuel cell 11. The other end of the cooling water discharge pipe 62 is connected to the radiator 63. A bypass pipe 68 is branched and connected to a middle portion of the cooling water discharge pipe 62. The tip of the bypass pipe 68 is connected to the three-way flow valve 65. The cooling water discharge pipe 62 is provided with an FC outlet water temperature sensor 69 that detects the temperature of the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62.

＜発電動作＞ <Power generation operation>

燃料電池１１による発電のために、燃料循環ポンプ２９が駆動される。燃料循環ポンプ２９が駆動されると、燃料サブタンク２３に貯留されている液体燃料を含む液体が燃料供給管２８に吸い出される。そして、燃料供給管２８を液体が流通し、その液体が燃料電池１１の燃料入口１２から燃料電池１１の燃料流路に供給される。燃料流路を流通した液体は、燃料出口１３から燃料排出管３１に排出され、燃料排出管３１を通して燃料サブタンク２３に戻される。   The fuel circulation pump 29 is driven for power generation by the fuel cell 11. When the fuel circulation pump 29 is driven, the liquid containing the liquid fuel stored in the fuel sub tank 23 is sucked into the fuel supply pipe 28. Then, a liquid flows through the fuel supply pipe 28, and the liquid is supplied from the fuel inlet 12 of the fuel cell 11 to the fuel flow path of the fuel cell 11. The liquid flowing through the fuel flow path is discharged from the fuel outlet 13 to the fuel discharge pipe 31 and returned to the fuel sub tank 23 through the fuel discharge pipe 31.

こうして、液体燃料を含む液体は、燃料サブタンク２３、燃料供給管２８、燃料電池１１の燃料流路および燃料排出管３１を含む燃料循環路を循環する。   Thus, the liquid containing the liquid fuel circulates in the fuel circulation path including the fuel sub tank 23, the fuel supply pipe 28, the fuel flow path of the fuel cell 11 and the fuel discharge pipe 31.

一方、燃料電池１１による発電のために、コンプレッサ４１が駆動される。コンプレッサ４１が駆動されることにより、エア供給管４２にエア（大気）が送り込まれる。そして、エア供給管４２をエアが流通し、そのエアが燃料電池１１のエア入口１４から燃料電池１１のエア流路に供給される。エア流路を流通したエアは、エア出口１５からエア排出管５２に流出し、排気処理器５１を経由して、大気に放出される。エアが排気処理器５１を経由することにより、エアから有害物質などが除去される。   On the other hand, the compressor 41 is driven for power generation by the fuel cell 11. By driving the compressor 41, air (atmosphere) is sent to the air supply pipe 42. Then, air flows through the air supply pipe 42, and the air is supplied from the air inlet 14 of the fuel cell 11 to the air flow path of the fuel cell 11. The air flowing through the air flow path flows out from the air outlet 15 to the air discharge pipe 52 and is discharged to the atmosphere via the exhaust treatment device 51. As the air passes through the exhaust treatment device 51, harmful substances and the like are removed from the air.

燃料電池１１の燃料流路を液体燃料を含む液体が流通し、エア流路をエアが流通すると、燃料電池１１において、発電反応（電気化学反応）が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。   When liquid containing liquid fuel flows through the fuel flow path of the fuel cell 11 and air flows through the air flow path, a power generation reaction (electrochemical reaction) occurs in the fuel cell 11, and an electromotive force is generated by the electrochemical reaction. To do.

具体的には、アノードにおいて、反応式（１）で示される反応が生じ、窒素ガス（Ｎ２）、水（Ｈ２Ｏ）および電子（ｅ−）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソードに移動する。窒素ガスおよび水は、未反応の液体燃料とともに、燃料流路から燃料出口１３を通して燃料排出管３１に排出される。一方、カソードでは、反応式（２）で示される反応が生じ、アニオン（ＯＨ−）が生成される。アニオンは、固体高分子膜を透過して、アノードに移動する。 Specifically, the reaction represented by the reaction formula (1) occurs at the anode, and nitrogen gas (N 2 ), water (H 2 O), and electrons (e − ) are generated. The electrons move to the cathode via an external circuit (not shown). Nitrogen gas and water are discharged from the fuel flow path to the fuel discharge pipe 31 through the fuel outlet 13 together with the unreacted liquid fuel. On the other hand, at the cathode, the reaction represented by the reaction formula (2) occurs, and an anion (OH − ) is generated. The anion passes through the solid polymer membrane and moves to the anode.

ＮＨ２ＮＨ２＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− ・・・（１）
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− ・・・（２） NH 2 NH 2 + 4OH − → N 2 + 4H 2 O + 4e − (1)
O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (2)

この結果、アノードとカソードとの間に、発電反応（電気化学反応）による起電力が発生する。   As a result, an electromotive force is generated between the anode and the cathode due to a power generation reaction (electrochemical reaction).

＜燃料補給動作＞ <Refueling operation>

燃料電池システム１の稼働中に、燃料サブタンク２３に液体燃料を補給する必要が生じると、第１燃料供給ポンプ２５および／または第２燃料供給ポンプ２７が駆動される。   When the fuel sub-tank 23 needs to be replenished with liquid fuel during operation of the fuel cell system 1, the first fuel supply pump 25 and / or the second fuel supply pump 27 are driven.

第１燃料供給ポンプ２５が駆動されると、第１燃料タンク２１から第１燃料補給管２４に液体燃料（ヒドラジン）が汲み出される。そして、その液体燃料が第１燃料補給管２４を通して燃料サブタンク２３に供給される。   When the first fuel supply pump 25 is driven, liquid fuel (hydrazine) is pumped from the first fuel tank 21 to the first fuel supply pipe 24. Then, the liquid fuel is supplied to the fuel sub tank 23 through the first fuel supply pipe 24.

第２燃料供給ポンプ２７が駆動されると、第２燃料タンク２２から第２燃料補給管２６に電解液（水酸化カリウム水溶液）が汲み出される。そして、その電解液が第２燃料補給管２６を通して燃料サブタンク２３に供給される。   When the second fuel supply pump 27 is driven, the electrolytic solution (potassium hydroxide aqueous solution) is pumped from the second fuel tank 22 to the second fuel supply pipe 26. Then, the electrolytic solution is supplied to the fuel sub tank 23 through the second fuel supply pipe 26.

＜冷却動作＞ <Cooling operation>

冷却水供給管６１および冷却水排出管６２内には、冷却水が封入されている。   Cooling water is sealed in the cooling water supply pipe 61 and the cooling water discharge pipe 62.

燃料電池１１の発電時には、ウォータポンプ６６が駆動される。ウォータポンプ６６が駆動されると、冷却水が冷却水供給管６１を燃料電池１１の冷却水入口１６に向けて流通する。冷却水供給管６１を流通する冷却水は、冷却水入口１６を通して、燃料電池１１に供給される。   When the fuel cell 11 generates power, the water pump 66 is driven. When the water pump 66 is driven, the cooling water flows through the cooling water supply pipe 61 toward the cooling water inlet 16 of the fuel cell 11. The cooling water flowing through the cooling water supply pipe 61 is supplied to the fuel cell 11 through the cooling water inlet 16.

燃料電池１１に供給される冷却水は、冷却水流路を流通し、冷却水出口１７を通して、冷却水排出管６２に流出する。冷却水が冷却水流路を流通することにより、燃料電池１１が冷却される。   The cooling water supplied to the fuel cell 11 flows through the cooling water passage and flows out to the cooling water discharge pipe 62 through the cooling water outlet 17. As the cooling water flows through the cooling water flow path, the fuel cell 11 is cooled.

冷却水排出管６２に流出した冷却水は、冷却水排出管６２をラジエータ６３に向けて流通する。三方流量弁６５に設けられたバイパス管６８の接続ポートが閉じられているときには、冷却水排出管６２を流通する冷却水は、ラジエータ６３を通過して、冷却水供給管６１に戻る。ラジエータ６３を通過する冷却水は、走行風および／またはラジエータファン６４からの送風によって冷却される。一方、バイパス管６８の接続ポートが開かれているときには、冷却水排出管６２を流通する冷却水は、ラジエータ６３をバイパスして、バイパス管６８を流れ、冷却水供給管６１に戻る。   The cooling water that has flowed out to the cooling water discharge pipe 62 flows through the cooling water discharge pipe 62 toward the radiator 63. When the connection port of the bypass pipe 68 provided in the three-way flow valve 65 is closed, the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 passes through the radiator 63 and returns to the cooling water supply pipe 61. The cooling water that passes through the radiator 63 is cooled by running wind and / or air blown from the radiator fan 64. On the other hand, when the connection port of the bypass pipe 68 is opened, the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 bypasses the radiator 63, flows through the bypass pipe 68, and returns to the cooling water supply pipe 61.

こうして、冷却水は、冷却水供給管６１，燃料電池１１の冷却水流路および冷却水排出管６２と、ラジエータ６３およびバイパス管６８の一方または両方とを含む燃料循環路を循環する。   Thus, the cooling water circulates in the fuel circulation path including the cooling water supply pipe 61, the cooling water flow path of the fuel cell 11 and the cooling water discharge pipe 62, and one or both of the radiator 63 and the bypass pipe 68.

＜電気的構成＞ <Electrical configuration>

図２は、燃料電池システムの電気的構成の要部を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing the main part of the electrical configuration of the fuel cell system.

燃料電池システム１は、ＣＰＵおよびメモリを含む構成のＦＣ−ＥＣＵ（電子制御ユニット）７１を備えている。   The fuel cell system 1 includes an FC-ECU (electronic control unit) 71 including a CPU and a memory.

ＦＣ−ＥＣＵ７１には、ＦＣ入口燃料温度センサ３０、ＦＣ出口燃料温度センサ３２、ＦＣ入口水温センサ６７およびＦＣ出口水温センサ６９が接続されている。   An FC inlet fuel temperature sensor 30, an FC outlet fuel temperature sensor 32, an FC inlet water temperature sensor 67, and an FC outlet water temperature sensor 69 are connected to the FC-ECU 71.

ＦＣ−ＥＣＵ７１は、メモリに格納されたプログラムに従い、各種センサから入力される信号に基づいて、第１燃料供給ポンプ２５、第２燃料供給ポンプ２７、燃料循環ポンプ２９、コンプレッサ４１、ラジエータファン６４およびウォータポンプ６６の駆動を制御し、三方流量弁６５の各出口ポートの開度を制御する。   The FC-ECU 71 performs a first fuel supply pump 25, a second fuel supply pump 27, a fuel circulation pump 29, a compressor 41, a radiator fan 64, and a radiator based on signals input from various sensors in accordance with a program stored in a memory. The drive of the water pump 66 is controlled, and the opening degree of each outlet port of the three-way flow valve 65 is controlled.

＜ウォータポンプ制御＞ <Water pump control>

図３は、ウォータポンプ制御に用いられるマップの内容を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the contents of a map used for water pump control.

燃料電池システム１の発電動作中、ＦＣ−ＥＣＵ７１により、ＦＣ入口燃料温度センサ３０によって検出される温度とＦＣ出口燃料温度センサ３２によって検出される温度との温度差、つまり燃料供給管２８から燃料入口１２に供給される液体の温度（以下、「燃料入口温度」という。）と燃料出口１３から燃料排出管３１に排出される液体の温度（以下、「燃料出口温度」という。）との温度差が監視されている。そして、その温度差に応じて、ウォータポンプ６６の回転数が通常回転数と通常回転数よりも大きい高回転数とに切り替えられる。   During the power generation operation of the fuel cell system 1, the FC-ECU 71 detects the temperature difference between the temperature detected by the FC inlet fuel temperature sensor 30 and the temperature detected by the FC outlet fuel temperature sensor 32, that is, from the fuel supply pipe 28 to the fuel inlet. The temperature difference between the temperature of the liquid supplied to the fuel 12 (hereinafter referred to as “fuel inlet temperature”) and the temperature of the liquid discharged from the fuel outlet 13 to the fuel discharge pipe 31 (hereinafter referred to as “fuel outlet temperature”). Is being monitored. And according to the temperature difference, the rotation speed of the water pump 66 is switched between a normal rotation speed and a higher rotation speed than the normal rotation speed.

具体的には、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が所定の切替温度以上に開くまでは、ウォータポンプ６６の目標回転数が通常回転数に保たれ、ウォータポンプ６６が通常回転数で回転するように制御される。   Specifically, until the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature is greater than or equal to a predetermined switching temperature, the target rotational speed of the water pump 66 is maintained at the normal rotational speed, and the water pump 66 is at the normal rotational speed. Controlled to rotate.

発電動作が続き、燃料電池１１での発電反応による発熱が生じ、燃料電池１１内の温度が上昇すると、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が拡大する。そして、その温度差が切替温度に達すると、ウォータポンプ６６の目標回転数が通常回転数から通常回転数よりも大きい高回転数に切り替えられ、ウォータポンプ６６が高回転数で回転するように制御される。これにより、燃料電池１１の冷却水流路を流通する冷却水の水量が増加し、燃料電池１１を冷却する能力が増大する。   When the power generation operation continues and heat is generated by the power generation reaction in the fuel cell 11 and the temperature in the fuel cell 11 rises, the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature increases. When the temperature difference reaches the switching temperature, the target rotational speed of the water pump 66 is switched from the normal rotational speed to a higher rotational speed that is larger than the normal rotational speed, and the water pump 66 is controlled to rotate at a high rotational speed. Is done. As a result, the amount of cooling water flowing through the cooling water flow path of the fuel cell 11 increases, and the ability to cool the fuel cell 11 increases.

ウォータポンプ６６の目標回転数が通常回転数から高回転数に切り替えられた後、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が切替温度よりも低い解除温度まで小さくなると、ウォータポンプ６６の目標回転数が高回転数から通常回転数に戻されて、ウォータポンプ６６が通常回転数で回転するように制御される。これにより、燃料電池１１の冷却水流路を流通する冷却水の水量が減少し、燃料電池１１を冷却する能力が低下する。   After the target rotational speed of the water pump 66 is switched from the normal rotational speed to the high rotational speed, when the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature decreases to a release temperature lower than the switching temperature, the target rotational speed of the water pump 66 is reached. The number is returned from the high rotation speed to the normal rotation speed, and the water pump 66 is controlled to rotate at the normal rotation speed. As a result, the amount of cooling water flowing through the cooling water flow path of the fuel cell 11 decreases, and the ability to cool the fuel cell 11 decreases.

＜ウォータポンプ制御による作用効果＞ <Effects of water pump control>

このように、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が解除温度以上かつ切替温度以下の範囲内（許容範囲内）に収まるように、ウォータポンプ６６の目標回転数が設定される。そして、その目標回転数に基づいて、ウォータポンプ６６の駆動が制御される。   In this manner, the target rotational speed of the water pump 66 is set so that the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature is within the range (allowable range) that is higher than the release temperature and lower than the switching temperature. Based on the target rotational speed, the drive of the water pump 66 is controlled.

これにより、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が相対的に大きいときには、目標回転数が相対的に大きい高回転数に設定され、ウォータポンプ６６がその目標回転数で駆動される。その結果、冷却水が燃料電池１１の冷却に十分な流量で燃料電池１１の冷却水流路を流通するので、燃料電池１１を良好に冷却することができる。   Thus, when the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature is relatively large, the target rotational speed is set to a relatively large high rotational speed, and the water pump 66 is driven at the target rotational speed. As a result, the cooling water flows through the cooling water flow path of the fuel cell 11 at a flow rate sufficient for cooling the fuel cell 11, so that the fuel cell 11 can be cooled well.

一方、燃料入口温度と燃料出口温度との温度差が相対的に小さいときには、ウォータポンプ６６の目標回転数が相対的に小さい通常回転数に設定され、ウォータポンプ６６がその目標回転数で駆動される。その結果、ウォータポンプ６６の消費電力が低く抑えられる。   On the other hand, when the temperature difference between the fuel inlet temperature and the fuel outlet temperature is relatively small, the target rotational speed of the water pump 66 is set to a relatively small normal rotational speed, and the water pump 66 is driven at the target rotational speed. The As a result, the power consumption of the water pump 66 can be kept low.

＜三方流量弁制御＞ <3-way flow valve control>

図４は、三方流量弁制御のための構成を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing a configuration for three-way flow valve control.

燃料電池システム１の発電動作中、ＦＣ−ＥＣＵ７１により、燃料出口温度が監視されている。また、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられる目標温度設定部７２により、燃料循環ポンプ２９およびコンプレッサ４１の能力（回転数）などに基づいて、燃料電池１１が効率よく発電可能な燃料電池１１の反応膜（膜／電極接合体に含まれる固体高分子膜）の温度が求められ、燃料出口温度の目標温度がその温度に設定される。そして、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられる減算器７３により、燃料出口温度の目標温度に対する実温度（ＦＣ出口燃料温度センサ３２によって検出される温度）の偏差が求められる。つづいて、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられる三方弁開度設定部７４により、その偏差に基づいて、三方流量弁６５の各出口ポートの開度が設定される。三方流量弁６５は、各出口ポートがその設定された開度となるように制御される。   During the power generation operation of the fuel cell system 1, the fuel outlet temperature is monitored by the FC-ECU 71. In addition, the target temperature setting unit 72 provided in the FC-ECU 71 allows the fuel cell 11 to generate power efficiently based on the capabilities (rotations) of the fuel circulation pump 29 and the compressor 41, etc. / The temperature of the solid polymer film contained in the electrode assembly) is determined, and the target temperature of the fuel outlet temperature is set to that temperature. Then, a subtractor 73 provided in the FC-ECU 71 obtains a deviation of the actual temperature (temperature detected by the FC outlet fuel temperature sensor 32) from the target temperature of the fuel outlet temperature. Subsequently, the opening degree of each outlet port of the three-way flow valve 65 is set by the three-way valve opening degree setting unit 74 provided in the FC-ECU 71 based on the deviation. The three-way flow valve 65 is controlled so that each outlet port has the set opening.

図５は、三方流量弁の各出口ポートの開度の設定に用いられるマップの内容を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing the contents of a map used for setting the opening degree of each outlet port of the three-way flow valve.

燃料出口温度の目標温度に対する実温度の偏差が所定の負の下限値未満であるときには、三方流量弁６５に設けられたバイパス管６８の接続ポート（以下、「バイパス側出口ポート」という。）の開度が全開に設定され、三方流量弁６５に設けられたラジエータ６３の接続ポート（以下、「ラジエータ側出口ポート」という。）の開度が全閉に設定される。   When the deviation of the actual temperature of the fuel outlet temperature with respect to the target temperature is less than a predetermined negative lower limit value, a connection port of the bypass pipe 68 provided in the three-way flow valve 65 (hereinafter referred to as “bypass side outlet port”). The opening degree is set to fully open, and the opening degree of the connection port of the radiator 63 (hereinafter referred to as “radiator side outlet port”) provided in the three-way flow valve 65 is set to fully closed.

これにより、冷却水排出管６２を流通する冷却水はすべて、ラジエータ６３をバイパスして、バイパス管６８を流れ、冷却水供給管６１に戻る。   Thereby, all the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 bypasses the radiator 63, flows through the bypass pipe 68, and returns to the cooling water supply pipe 61.

燃料出口温度の目標温度と実温度との偏差が下限値以上かつ０未満の範囲内であるときには、偏差が０に近づくにつれ、バイパス側出口ポートの開度が小さくなり、ラジエータ側出口ポートの開度が大きくなるように、バイパス側出口ポートおよびラジエータ側出口ポートの開度が設定される。偏差が０であるときには、バイパス側出口ポートの開度とラジエータ側出口ポートの開度とが同じに設定される。   When the deviation between the target temperature of the fuel outlet temperature and the actual temperature is within the range of the lower limit value and less than 0, as the deviation approaches 0, the opening degree of the bypass side outlet port becomes smaller and the opening of the radiator side outlet port opens. The opening degree of the bypass-side outlet port and the radiator-side outlet port is set so that the degree is increased. When the deviation is 0, the opening degree of the bypass side outlet port and the opening degree of the radiator side outlet port are set to be the same.

これにより、冷却水排出管６２を流通する冷却水の一部がラジエータ６３を経由し、その残りがバイパス管６８を流通する。そして、燃料出口温度の目標温度と実温度との偏差が０に近づくにつれ、ラジエータ６３を経由する冷却水の流量が増加し、バイパス管６８を流通する冷却水の流量が減少する。   Thereby, a part of the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 passes through the radiator 63 and the rest flows through the bypass pipe 68. Then, as the deviation between the target temperature and the actual temperature of the fuel outlet temperature approaches 0, the flow rate of the cooling water passing through the radiator 63 increases, and the flow rate of the cooling water flowing through the bypass pipe 68 decreases.

燃料出口温度の目標温度と実温度との偏差が０以上かつ所定の上限値未満の範囲内であるときには、偏差が上限値に近づくにつれ、バイパス側出口ポートの開度が小さくなり、ラジエータ側出口ポートの開度が大きくなるように、バイパス側出口ポートおよびラジエータ側出口ポートの開度が設定される。   When the deviation between the target temperature of the fuel outlet temperature and the actual temperature is within the range of 0 or more and less than the predetermined upper limit value, the opening degree of the bypass side outlet port becomes smaller as the deviation approaches the upper limit value, and the radiator side outlet The opening degree of the bypass side outlet port and the radiator side outlet port is set so that the opening degree of the port becomes large.

これにより、燃料出口温度の目標温度と実温度との偏差が上限値に近づくにつれ、ラジエータ６３を経由する冷却水の流量が増加し、バイパス管６８を流通する冷却水の流量が減少する。   As a result, as the deviation between the target temperature of the fuel outlet temperature and the actual temperature approaches the upper limit value, the flow rate of the cooling water passing through the radiator 63 increases and the flow rate of the cooling water flowing through the bypass pipe 68 decreases.

燃料出口温度の目標温度に対する実温度の偏差が上限値以上であるときには、バイパス側出口ポートの開度が全閉に設定され、ラジエータ側出口ポートの開度が全開設定される。   When the deviation of the actual temperature of the fuel outlet temperature with respect to the target temperature is equal to or higher than the upper limit value, the opening degree of the bypass side outlet port is set to be fully closed, and the opening degree of the radiator side outlet port is set to be fully open.

これにより、冷却水排出管６２を流通する冷却水はすべて、ラジエータ６３を経由して、冷却水供給管６１に戻る。   Thereby, all the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 returns to the cooling water supply pipe 61 via the radiator 63.

＜三方流量弁制御による作用効果＞ <Effects of three-way flow valve control>

このように、燃料出口温度の目標温度に対する実温度の偏差に基づいて、その偏差が０に近づくように、三方流量弁のバイパス側出口ポートおよびラジエータ側出口ポートの各開度が制御される。この制御により、燃料出口温度の実温度が目標温度に近づく。   Thus, based on the deviation of the actual temperature of the fuel outlet temperature with respect to the target temperature, the openings of the bypass side outlet port and the radiator side outlet port of the three-way flow valve are controlled so that the deviation approaches zero. By this control, the actual temperature of the fuel outlet temperature approaches the target temperature.

燃料出口温度は、燃料電池１１の膜／電極接合体に含まれる固体高分子膜（反応膜）の温度とほぼ同じである。そのため、三方流量弁制御により、固体高分子膜の温度を目標温度に近づけることができる。その結果、燃料電池１１における発電効率を向上させることができる。   The fuel outlet temperature is substantially the same as the temperature of the solid polymer membrane (reaction membrane) included in the membrane / electrode assembly of the fuel cell 11. Therefore, the temperature of the solid polymer membrane can be brought close to the target temperature by the three-way flow valve control. As a result, the power generation efficiency in the fuel cell 11 can be improved.

＜ラジエータファン制御＞ <Radiator fan control>

図６は、ラジエータファン制御のための構成を示すブロック図である。図７は、ラジエータファン制御におけるセット信号のレベル変化を示す図である。図８は、ラジエータファン制御におけるリセット信号のレベル変化を示す図である。   FIG. 6 is a block diagram showing a configuration for controlling the radiator fan. FIG. 7 is a diagram showing a level change of the set signal in the radiator fan control. FIG. 8 is a diagram showing a change in level of the reset signal in the radiator fan control.

燃料電池システム１の発電動作中、ＦＣ−ＥＣＵ７１により、燃料出口温度が監視されている。また、目標温度設定部７２により、燃料出口温度の目標温度が設定される。そして、減算器７３により、燃料出口温度の目標温度に対する実温度（ＦＣ出口燃料温度センサ３２によって検出される温度）の偏差が求められる。その求められた偏差がＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられるセット信号出力部７５に入力されると、セット信号出力部７５から偏差に応じたレベルのセット信号が出力される。   During the power generation operation of the fuel cell system 1, the fuel outlet temperature is monitored by the FC-ECU 71. Further, the target temperature setting unit 72 sets the target temperature of the fuel outlet temperature. Then, the subtractor 73 obtains the deviation of the actual temperature (the temperature detected by the FC outlet fuel temperature sensor 32) from the target temperature of the fuel outlet temperature. When the obtained deviation is input to the set signal output unit 75 provided in the FC-ECU 71, a set signal having a level corresponding to the deviation is output from the set signal output unit 75.

具体的には、図７に示されるように、偏差が所定値未満であるときには、レベルが０であるセット信号が出力される（ＯＦＦ）。偏差が所定値以上であるときには、レベルが１であるセット信号が出力される（ＯＮ）。   Specifically, as shown in FIG. 7, when the deviation is less than a predetermined value, a set signal having a level of 0 is output (OFF). When the deviation is greater than or equal to a predetermined value, a set signal having a level of 1 is output (ON).

また、燃料電池システム１の発電動作中、ＦＣ−ＥＣＵ７１により、ＦＣ入口水温センサ６７によって検出される温度、つまり冷却水供給管６１を流通する冷却水の温度を検出する冷却水の温度（以下、「冷却水入口温度」という。）が監視されている。そして、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられるリセット信号出力部７６から、冷却水入口温度に応じたレベルのリセット信号が出力される。   During the power generation operation of the fuel cell system 1, the temperature detected by the FC-ECU 71 by the FC inlet water temperature sensor 67, that is, the temperature of the cooling water flowing through the cooling water supply pipe 61 (hereinafter, referred to as the cooling water temperature) "Cooling water inlet temperature") is monitored. And the reset signal of the level according to the coolant inlet temperature is output from the reset signal output part 76 with which FC-ECU71 is equipped.

具体的には、図８に示されるように、冷却水入口温度が所定温度以下であるときには、レベルが１であるセット信号が出力される（ＯＮ）。冷却水入口温度が所定温度よりも大きいときには、レベルが０であるセット信号が出力される（ＯＦＦ）。   Specifically, as shown in FIG. 8, when the coolant inlet temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, a set signal having a level of 1 is output (ON). When the cooling water inlet temperature is higher than the predetermined temperature, a set signal whose level is 0 is output (OFF).

セット信号出力部７５から出力されるセット信号およびリセット信号出力部７６から出力されるリセット信号は、それぞれＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられるＲＳフリップフロップ回路７７のセット端子Ｓおよびリセット端子Ｒに入力される。そして、ＲＳフリップフロップ回路７７の出力端子Ｑから出力される信号（以下、「出力信号」という。）がラジエータファン６４のオン指令信号とされ、このオン指令信号のレベルに応じて、ラジエータファン６４が駆動／停止される。   The set signal output from the set signal output unit 75 and the reset signal output from the reset signal output unit 76 are input to the set terminal S and the reset terminal R of the RS flip-flop circuit 77 provided in the FC-ECU 71, respectively. Then, a signal output from the output terminal Q of the RS flip-flop circuit 77 (hereinafter referred to as “output signal”) is used as an ON command signal for the radiator fan 64, and the radiator fan 64 according to the level of the ON command signal. Is driven / stopped.

セット信号およびリセット信号の各レベルが０であるとき、出力信号のレベルが保持される。すなわち、セット信号およびリセット信号の各レベルが０であるとき、出力信号のレベルは、０であれば０に保持され、１であれば１に保持される。   When each level of the set signal and the reset signal is 0, the level of the output signal is held. That is, when each level of the set signal and the reset signal is 0, the level of the output signal is held at 0 if it is 0, and is held at 1 if it is 1.

セット信号のレベルが０から１に切り替わると、つまり燃料出口温度の目標温度に対する実温度の偏差が所定値以上になると、出力信号のレベルが０から１に切り替わる。これに応答して、ラジエータファン６４が駆動される。   When the level of the set signal is switched from 0 to 1, that is, when the deviation of the actual temperature of the fuel outlet temperature from the target temperature exceeds a predetermined value, the level of the output signal is switched from 0 to 1. In response to this, the radiator fan 64 is driven.

リセット信号のレベルが０から１に切り替わると、つまり冷却水入口温度が所定温度以下に低下すると、出力信号のレベルが１から０に切り替わる。これに応答して、ラジエータファン６４の駆動が停止される。   When the level of the reset signal is switched from 0 to 1, that is, when the cooling water inlet temperature falls below a predetermined temperature, the level of the output signal is switched from 1 to 0. In response to this, the driving of the radiator fan 64 is stopped.

＜ラジエータファン制御の作用効果＞ <Effects of radiator fan control>

燃料出口温度の目標温度に対する実温度の偏差が所定値以上のときには、ラジエータファン６４が駆動されて、ラジエータ６３にラジエータファン６４からの送風が供給される。   When the deviation of the actual temperature of the fuel outlet temperature with respect to the target temperature is greater than or equal to a predetermined value, the radiator fan 64 is driven, and the blast from the radiator fan 64 is supplied to the radiator 63.

これにより、冷却水供給管６１を流通する冷却水の温度を下げることができ、燃料電池１１を良好に冷却することができる。その結果、燃料電池１１から燃料排出管３１に排出される液体（液体燃料）の温度を目標温度に良好に近づけることができる。   Thereby, the temperature of the cooling water flowing through the cooling water supply pipe 61 can be lowered, and the fuel cell 11 can be cooled well. As a result, the temperature of the liquid (liquid fuel) discharged from the fuel cell 11 to the fuel discharge pipe 31 can be brought close to the target temperature satisfactorily.

ラジエータファン６４の駆動後、燃料電池１１から冷却水排出管６２に流出する冷却水の温度の低下を確認したうえで、ラジエータファン６４の駆動を停止した場合、その後に燃料電池１１に流入する冷却水により、燃料電池１１が過冷却されるおそれがある。   After driving the radiator fan 64, after confirming a decrease in the temperature of the cooling water flowing out from the fuel cell 11 to the cooling water discharge pipe 62, when the driving of the radiator fan 64 is stopped, the cooling flowing into the fuel cell 11 thereafter The fuel cell 11 may be overcooled by water.

そこで、冷却水入口温度が所定温度以下に低下すると、ラジエータファン６４の駆動が停止される。   Therefore, when the cooling water inlet temperature falls below a predetermined temperature, the driving of the radiator fan 64 is stopped.

これにより、燃料電池１１の過冷却を防止できる。また、ラジエータファン６４による消費電力を低減することができる。ラジエータファン６４が停止された時点で、冷却水入口温度が所定温度以下に低下しているので、ラジエータファン６４の停止後に、その温度が低下した冷却水で燃料電池１１が冷却されることにより、燃料電池１１の冷却不足を生じるおそれはない。   Thereby, overcooling of the fuel cell 11 can be prevented. In addition, power consumption by the radiator fan 64 can be reduced. At the time when the radiator fan 64 is stopped, the cooling water inlet temperature is lowered to a predetermined temperature or lower. Therefore, after the radiator fan 64 is stopped, the fuel cell 11 is cooled with the cooling water whose temperature has been reduced. There is no risk of insufficient cooling of the fuel cell 11.

＜他の三方弁開度制御およびラジエータファン制御＞ <Other three-way valve opening control and radiator fan control>

図９は、他の三方流量弁制御およびラジエータファン制御のための構成を示すブロック図である。図１０は、三方流量弁の各出口ポートの開度の設定に用いられるマップの内容、ならびにラジエータファン制御におけるセット信号およびリセット信号のレベル変化を示す図である。   FIG. 9 is a block diagram showing a configuration for other three-way flow valve control and radiator fan control. FIG. 10 is a diagram showing the contents of a map used for setting the opening degree of each outlet port of the three-way flow valve, and the level change of the set signal and the reset signal in the radiator fan control.

前述の三方弁開度制御およびラジエータファン制御に代えて、次に説明する三方弁開度制御およびラジエータファン制御が実行されてもよい。   Instead of the above-described three-way valve opening control and radiator fan control, the following three-way valve opening control and radiator fan control may be executed.

燃料電池システム１の発電動作中、三方弁開度制御およびラジエータファン制御のために、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられる合計冷却熱量算出部８１により、燃料電池１１を冷却すべき熱量の合計である合計冷却熱量が算出される。   During the power generation operation of the fuel cell system 1, the total cooling that is the total amount of heat for cooling the fuel cell 11 is calculated by the total cooling heat amount calculation unit 81 provided in the FC-ECU 71 for the three-way valve opening control and the radiator fan control. The amount of heat is calculated.

具体的には、冷却水入口温度とＦＣ出口水温センサ６９によって検出される温度、つまり燃料電池１１から冷却水排出管６２に流出する冷却水の温度（以下、「冷却水出口温度」という。）との温度差に、冷却水供給管６１を流通する冷却水の流量、冷却水の比重および冷却水の比熱が乗じられることにより、現時点で冷却水供給管６１を流通する冷却水が有する熱量である冷却水冷却熱量が算出される。冷却水供給管６１を流通する冷却水の流量は、たとえば、ウォータポンプ６６の回転数に基づいて求められる。   Specifically, the temperature detected by the cooling water inlet temperature and the FC outlet water temperature sensor 69, that is, the temperature of the cooling water flowing out from the fuel cell 11 to the cooling water discharge pipe 62 (hereinafter referred to as “cooling water outlet temperature”). Is multiplied by the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water supply pipe 61, the specific gravity of the cooling water, and the specific heat of the cooling water, so that the amount of heat of the cooling water flowing through the cooling water supply pipe 61 at the present time is A certain amount of cooling water cooling heat is calculated. The flow rate of the cooling water flowing through the cooling water supply pipe 61 is obtained based on, for example, the rotational speed of the water pump 66.

また、燃料出口温度の目標温度と実温度との温度差に、燃料排出管３１を流通する液体（液体燃料）の流量、比重および比熱が乗じられることにより、燃料排出管３１を流通する液体を冷却すべき熱量である液体冷却熱量が算出される。燃料排出管３１を流通する液体の流量は、たとえば、燃料循環ポンプ２９の回転数に基づいて求められる。   Further, by multiplying the temperature difference between the target temperature of the fuel outlet temperature and the actual temperature by the flow rate, specific gravity, and specific heat of the liquid (liquid fuel) flowing through the fuel discharge pipe 31, the liquid flowing through the fuel discharge pipe 31 is The liquid cooling heat quantity, which is the heat quantity to be cooled, is calculated. The flow rate of the liquid flowing through the fuel discharge pipe 31 is obtained based on, for example, the rotational speed of the fuel circulation pump 29.

さらに、燃料出口温度の目標温度と実温度との温度差に、燃料電池１１の熱量用が乗じられることにより、燃料電池１１を冷却すべき熱量である燃料電池冷却熱量が算出される。   Further, by multiplying the temperature difference between the target temperature of the fuel outlet temperature and the actual temperature by the amount of heat of the fuel cell 11, a fuel cell cooling heat amount that is a heat amount for cooling the fuel cell 11 is calculated.

そして、冷却水冷却熱量、液体冷却熱量および燃料電池冷却熱量が足し合わされることにより、合計冷却熱量が算出される。   Then, the total cooling heat amount is calculated by adding the cooling water cooling heat amount, the liquid cooling heat amount, and the fuel cell cooling heat amount.

合計冷却熱量算出部８１により、合計冷却熱量が算出されると、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられる三方弁開度設定部８２により、その合計冷却熱量に基づいて、三方流量弁６５の各出口ポートの開度が設定される。三方流量弁６５は、各出口ポートがその設定された開度となるように制御される。   When the total cooling heat amount is calculated by the total cooling heat amount calculation unit 81, the three-way valve opening setting unit 82 provided in the FC-ECU 71 opens the outlet ports of the three-way flow valve 65 based on the total cooling heat amount. The degree is set. The three-way flow valve 65 is controlled so that each outlet port has the set opening.

具体的には、図１０に示されるように、合計冷却熱量が０未満であるときには、バイパス側出口ポートの開度が全開に設定され、ラジエータ側出口ポートの開度が全閉に設定される。   Specifically, as shown in FIG. 10, when the total cooling heat quantity is less than 0, the opening degree of the bypass side outlet port is set to fully open, and the opening degree of the radiator side outlet port is set to fully closed. .

これにより、冷却水排出管６２を流通する冷却水はすべて、ラジエータ６３をバイパスして、バイパス管６８を流れ、冷却水供給管６１に戻る。   Thereby, all the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 bypasses the radiator 63, flows through the bypass pipe 68, and returns to the cooling water supply pipe 61.

合計冷却熱量が０以上かつ所定の第１熱量未満の範囲内であるときには、合計冷却熱量が第１熱量に近づくにつれ、バイパス側出口ポートの開度が小さくなり、ラジエータ側出口ポートの開度が大きくなるように、バイパス側出口ポートおよびラジエータ側出口ポートの開度が設定される。   When the total cooling heat quantity is in the range of 0 or more and less than the predetermined first heat quantity, the opening degree of the bypass side outlet port becomes smaller and the opening degree of the radiator side outlet port becomes smaller as the total cooling heat quantity approaches the first heat quantity. The opening degree of the bypass side outlet port and the radiator side outlet port is set so as to increase.

これにより、冷却水排出管６２を流通する冷却水の一部がラジエータ６３を経由し、その残りがバイパス管６８を流通する。そして、合計冷却熱量が第１熱量に近づくにつれ、ラジエータ６３を経由する冷却水の流量が増加し、バイパス管６８を流通する冷却水の流量が減少する。   Thereby, a part of the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 passes through the radiator 63 and the rest flows through the bypass pipe 68. Then, as the total cooling heat amount approaches the first heat amount, the flow rate of the cooling water passing through the radiator 63 increases, and the flow rate of the cooling water flowing through the bypass pipe 68 decreases.

合計冷却熱量が第１熱量以上かつ所定の第２熱量未満の範囲内であるときには、合計冷却熱量が第２熱量に近づくにつれ、バイパス側出口ポートの開度が小さくなり、ラジエータ側出口ポートの開度が大きくなるように、バイパス側出口ポートおよびラジエータ側出口ポートの開度が設定される。また、合計冷却熱量が第２熱量よりも小さな第３熱量に達するまでは、合計冷却熱量が０以上かつ所定の第１熱量未満の範囲内であるときよりも、合計冷却熱量の上昇に対する開度の変更の度合いが小さく、合計冷却熱量が第３熱量を超えると、合計冷却熱量が０以上かつ所定の第１熱量未満の範囲内であるときと、合計冷却熱量の上昇に対する開度の変更の度合いが同じになるように、バイパス側出口ポートおよびラジエータ側出口ポートの開度が設定される。   When the total cooling heat quantity is within the range of the first heat quantity and less than the predetermined second heat quantity, as the total cooling heat quantity approaches the second heat quantity, the opening degree of the bypass side outlet port becomes smaller and the opening of the radiator side outlet port becomes smaller. The opening degree of the bypass-side outlet port and the radiator-side outlet port is set so that the degree is increased. Also, until the total cooling heat amount reaches a third heat amount smaller than the second heat amount, the opening degree with respect to the increase in the total cooling heat amount is greater than when the total cooling heat amount is in the range of 0 or more and less than the predetermined first heat amount. If the total cooling heat amount exceeds the third heat amount, the total cooling heat amount is in the range of 0 or more and less than the predetermined first heat amount, and the opening degree is changed with respect to the increase in the total cooling heat amount. The opening degree of the bypass side outlet port and the radiator side outlet port is set so that the degree is the same.

合計冷却熱量が第２熱量に近づくにつれ、ラジエータ６３を経由する冷却水の流量がさらに増加し、バイパス管６８を流通する冷却水の流量がさらに減少する。   As the total amount of cooling heat approaches the second amount of heat, the flow rate of the cooling water passing through the radiator 63 further increases, and the flow rate of the cooling water flowing through the bypass pipe 68 further decreases.

合計冷却熱量が第２熱量以上であるときには、バイパス側出口ポートの開度が全閉に設定され、ラジエータ側出口ポートの開度が全開設定される。   When the total cooling heat quantity is equal to or greater than the second heat quantity, the opening degree of the bypass side outlet port is set to be fully closed, and the opening degree of the radiator side outlet port is set to be fully open.

これにより、冷却水排出管６２を流通する冷却水はすべて、ラジエータ６３を経由して、冷却水供給管６１に戻る。   Thereby, all the cooling water flowing through the cooling water discharge pipe 62 returns to the cooling water supply pipe 61 via the radiator 63.

また、合計冷却熱量算出部８１によって算出される合計冷却熱量は、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられるセット信号出力部８３に入力される。セット信号出力部８３に合計冷却熱量が入力されると、セット信号出力部８３から合計冷却熱量に応じたレベルのセット信号が出力される。   The total cooling heat amount calculated by the total cooling heat amount calculation unit 81 is input to a set signal output unit 83 provided in the FC-ECU 71. When the total cooling heat amount is input to the set signal output unit 83, a set signal having a level corresponding to the total cooling heat amount is output from the set signal output unit 83.

具体的には、図１０に示されるように、合計冷却熱量が第１熱量未満であるときには、レベルが０であるセット信号が出力される（ＯＦＦ）。合計冷却熱量が第１熱量以上であるときには、レベルが１であるセット信号が出力される（ＯＮ）。   Specifically, as shown in FIG. 10, when the total cooling heat quantity is less than the first heat quantity, a set signal whose level is 0 is output (OFF). When the total cooling heat quantity is equal to or greater than the first heat quantity, a set signal having a level of 1 is output (ON).

また、合計冷却熱量算出部８１によって算出される合計冷却熱量は、ＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられるリセット信号出力部８４に入力される。リセット信号出力部８４に合計冷却熱量が入力されると、リセット信号出力部８４から合計冷却熱量に応じたレベルのリセット信号が出力される。   The total cooling heat amount calculated by the total cooling heat amount calculation unit 81 is input to the reset signal output unit 84 provided in the FC-ECU 71. When the total cooling heat amount is input to the reset signal output unit 84, a reset signal having a level corresponding to the total cooling heat amount is output from the reset signal output unit 84.

具体的には、図１０に示されるように、冷合計冷却熱量が第１熱量よりも小さい第４熱量以下であるときには、レベルが１であるセット信号が出力される（ＯＮ）。合計冷却熱量が第４熱量よりも大きいときには、レベルが０であるセット信号が出力される（ＯＦＦ）。   Specifically, as shown in FIG. 10, when the cold total cooling heat quantity is equal to or less than the fourth heat quantity smaller than the first heat quantity, a set signal having a level of 1 is output (ON). When the total cooling heat quantity is larger than the fourth heat quantity, a set signal whose level is 0 is output (OFF).

セット信号出力部８３から出力されるセット信号およびリセット信号出力部８４から出力されるリセット信号は、それぞれＦＣ−ＥＣＵ７１に備えられるＲＳフリップフロップ回路８５のセット端子Ｓおよびリセット端子Ｒに入力される。そして、ＲＳフリップフロップ回路８５の出力端子Ｑから出力される信号（以下、「出力信号」という。）がラジエータファン６４のオン指令信号とされ、このオン指令信号のレベルに応じて、ラジエータファン６４が駆動／停止される。   The set signal output from the set signal output unit 83 and the reset signal output from the reset signal output unit 84 are input to the set terminal S and the reset terminal R of the RS flip-flop circuit 85 provided in the FC-ECU 71, respectively. Then, a signal output from the output terminal Q of the RS flip-flop circuit 85 (hereinafter referred to as “output signal”) is used as an on command signal of the radiator fan 64, and the radiator fan 64 according to the level of the on command signal. Is driven / stopped.

セット信号およびリセット信号の各レベルが０であるとき、出力信号のレベルが保持される。すなわち、セット信号およびリセット信号の各レベルが０であるとき、出力信号のレベルは、０であれば０に保持され、１であれば１に保持される。   When each level of the set signal and the reset signal is 0, the level of the output signal is held. That is, when each level of the set signal and the reset signal is 0, the level of the output signal is held at 0 if it is 0, and is held at 1 if it is 1.

セット信号のレベルが０から１に切り替わると、つまり燃料出口温度の目標温度に対する実温度の偏差が所定値以上になると、出力信号のレベルが０から１に切り替わる。これに応答して、ラジエータファン６４が駆動される。   When the level of the set signal is switched from 0 to 1, that is, when the deviation of the actual temperature of the fuel outlet temperature from the target temperature exceeds a predetermined value, the level of the output signal is switched from 0 to 1. In response to this, the radiator fan 64 is driven.

リセット信号のレベルが０から１に切り替わると、つまり冷却水入口温度が所定温度以下に低下すると、出力信号のレベルが１から０に切り替わる。これに応答して、ラジエータファン６４の駆動が停止される。   When the level of the reset signal is switched from 0 to 1, that is, when the cooling water inlet temperature falls below a predetermined temperature, the level of the output signal is switched from 1 to 0. In response to this, the driving of the radiator fan 64 is stopped.

＜他の三方弁開度制御およびラジエータファン制御による作用効果＞ <Effects of other three-way valve opening control and radiator fan control>

この三方弁開度制御およびラジエータファン制御により、合計冷却熱量が得られるように、三方流量弁６５のバイパス側出口ポートおよびラジエータ側出口ポートの開度が制御されるとともに、ラジエータファン６４の駆動が制御される。その結果、燃料電池１１を良好に冷却して、燃料電池１１から燃料出口温度、つまり燃料電池１１の膜／電極接合体に含まれる固体高分子膜（反応膜）の温度を目標温度に近づけることができる。その結果、燃料電池１１における発電効率を向上させることができる。また、燃料電池１１の冷却に必要な冷却熱量が小さいときには、ラジエータファン６４の駆動が抑制されるので、消費電力が低減する。   By the three-way valve opening control and the radiator fan control, the openings of the bypass-side outlet port and the radiator-side outlet port of the three-way flow valve 65 are controlled so that the total cooling heat amount can be obtained, and the radiator fan 64 is driven. Be controlled. As a result, the fuel cell 11 is cooled well, and the fuel outlet temperature from the fuel cell 11, that is, the temperature of the solid polymer film (reaction film) included in the membrane / electrode assembly of the fuel cell 11 is brought close to the target temperature. Can do. As a result, the power generation efficiency in the fuel cell 11 can be improved. Further, when the amount of cooling heat necessary for cooling the fuel cell 11 is small, the driving of the radiator fan 64 is suppressed, so that power consumption is reduced.

＜変形例＞ <Modification>

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。また、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the matters described in the claims.

１ 燃料電池システム
１１ 燃料電池
２８ 燃料供給管（燃料供給路）
３０ ＦＣ入口燃料温度センサ（燃料入口温度検出手段）
３１ 燃料排出管
３２ ＦＣ出口燃料温度センサ（燃料出口温度検出手段）
６１ 冷却水供給管（冷媒循環路）
６２ 冷却水排出管（冷媒循環路）
６３ ラジエータ
６４ ラジエータファン
６５ 三方流量弁
６６ ウォータポンプ（冷媒ポンプ）
６７ ＦＣ入口水温センサ（冷媒入口温度検出手段）
６８ バイパス管（バイパス路）
６９ ＦＣ出口水温センサ（冷媒出口温度検出手段）
７１ ＦＣ−ＥＣＵ
７２ 目標温度設定部（目標温度設定手段）
７３ 減算器（偏差演算手段）
７４ 三方弁開度設定部（三方流量弁制御手段）
７５ セット信号出力部（ラジエータファン制御手段）
７６ リセット信号出力部（ラジエータファン制御手段）
７７ ＲＳフリップフロップ回路（ラジエータファン制御手段）
８１ 合計冷却熱量算出部（制御手段）
８２ 三方弁開度設定部（制御手段）
８３ セット信号出力部（制御手段）
８４ リセット信号出力部（制御手段）
８５ ＲＳフリップフロップ回路（制御手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 11 Fuel cell 28 Fuel supply pipe (fuel supply path)
30 FC inlet fuel temperature sensor (fuel inlet temperature detection means)
31 Fuel discharge pipe 32 FC outlet fuel temperature sensor (fuel outlet temperature detection means)
61 Cooling water supply pipe (refrigerant circuit)
62 Cooling water discharge pipe (refrigerant circuit)
63 Radiator 64 Radiator fan 65 Three-way flow valve 66 Water pump (refrigerant pump)
67 FC inlet water temperature sensor (refrigerant inlet temperature detection means)
68 Bypass pipe (bypass)
69 FC outlet water temperature sensor (refrigerant outlet temperature detection means)
71 FC-ECU
72 Target temperature setting section (Target temperature setting means)
73 Subtractor (deviation calculation means)
74 Three-way valve opening setting section (three-way flow valve control means)
75 Set signal output unit (radiator fan control means)
76 Reset signal output unit (radiator fan control means)
77 RS flip-flop circuit (radiator fan control means)
81 Total cooling calorie calculation part (control means)
82 Three-way valve opening setting section (control means)
83 Set signal output section (control means)
84 Reset signal output unit (control means)
85 RS flip-flop circuit (control means)

Claims (3)

膜／電極接合体を備える燃料電池と、前記燃料電池に供給される液体燃料が流通する燃料供給路と、前記燃料電池から排出される液体燃料が流通する燃料排出路と、前記燃料電池を冷却するための冷媒が循環する冷媒循環路と、前記冷媒循環路に介装された冷媒ポンプと、前記冷媒循環路を循環する冷媒の熱を放熱させるラジエータとを備える燃料電池システムの冷却制御装置であって、
前記燃料供給路から前記燃料電池に供給される液体燃料の温度を検出する燃料入口温度検出手段と、
前記燃料電池から前記燃料排出路に排出される液体燃料の温度を検出する燃料出口温度検出手段と、
前記燃料入口温度検出手段によって検出される温度と前記燃料出口温度検出手段によって検出される温度との温度差が所定の切替温度以上に開くまでは、前記冷媒ポンプの目標回転数を通常回転数に保ち、前記温度差が前記切替温度以上に開くと、前記目標回転数を前記通常回転数よりも大きい回転数に切り替え、その切替後、前記温度差が前記切替温度よりも低い解除温度まで小さくなると、前記目標回転数を前記通常回転数に戻すことにより、前記冷媒ポンプの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
前記目標回転数設定手段によって設定された目標回転数に基づいて、前記冷媒ポンプの駆動を制御するポンプ制御手段とを含む、燃料電池システムの冷却制御装置。 A fuel cell comprising a membrane / electrode assembly, a fuel supply channel through which liquid fuel supplied to the fuel cell flows, a fuel discharge channel through which liquid fuel discharged from the fuel cell flows, and cooling the fuel cell A cooling control device for a fuel cell system, comprising: a refrigerant circulation path through which a refrigerant for circulation is circulated; a refrigerant pump interposed in the refrigerant circulation path; and a radiator that radiates heat of the refrigerant circulating in the refrigerant circulation path. There,
Fuel inlet temperature detection means for detecting the temperature of the liquid fuel supplied from the fuel supply path to the fuel cell;
Fuel outlet temperature detection means for detecting the temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path;
Until the temperature difference between the temperature detected by the fuel inlet temperature detecting means and the temperature detected by the fuel outlet temperature detecting means opens above a predetermined switching temperature, the target rotational speed of the refrigerant pump is set to the normal rotational speed. When the temperature difference opens more than the switching temperature, the target rotation speed is switched to a rotation speed larger than the normal rotation speed, and after the switching, the temperature difference is reduced to a release temperature lower than the switching temperature. A target rotation speed setting means for setting the target rotation speed of the refrigerant pump by returning the target rotation speed to the normal rotation speed ;
A cooling control device for a fuel cell system, comprising: pump control means for controlling driving of the refrigerant pump based on the target speed set by the target speed setting means. 前記燃料電池システムは、前記ラジエータに送風するラジエータファンと、前記冷媒循環路に分岐して接続され、前記冷媒循環路を循環する冷媒を前記ラジエータをバイパスさせるバイパス路と、前記冷媒循環路と前記バイパス路との分岐部分に設けられ、前記ラジエータおよび前記バイパス路を経由する冷媒の流量を調整するための三方流量弁とをさらに備え、
前記冷媒循環路から前記燃料電池に流入する冷媒の温度を検出する冷媒入口温度検出手段と、
前記燃料電池から前記燃料排出路に排出される液体燃料の目標温度を設定する目標温度設定手段と、
前記目標温度設定手段によって設定される目標温度に対する前記燃料出口温度検出手段によって検出される温度の偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段によって演算される偏差に基づいて、前記三方流量弁を制御する三方流量弁制御手段と、
前記偏差演算手段によって演算される偏差が所定値以上のときに、前記ラジエータファンを駆動させ、前記冷媒入口温度検出手段によって検出される温度が所定温度以下のときに、前記ラジエータファンを停止させるラジエータファン制御手段とをさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。 The fuel cell system includes a radiator fan that blows air to the radiator, a bypass that is branched and connected to the refrigerant circulation path, and that bypasses the radiator through the refrigerant circulating in the refrigerant circulation path, the refrigerant circulation path, and the A three-way flow valve for adjusting a flow rate of the refrigerant passing through the radiator and the bypass path, provided at a branch portion with the bypass path;
Refrigerant inlet temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell from the refrigerant circuit;
Target temperature setting means for setting a target temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path;
Deviation calculating means for calculating a deviation of the temperature detected by the fuel outlet temperature detecting means with respect to the target temperature set by the target temperature setting means;
Three-way flow valve control means for controlling the three-way flow valve based on the deviation calculated by the deviation calculation means;
A radiator that drives the radiator fan when the deviation calculated by the deviation calculating means is greater than or equal to a predetermined value and stops the radiator fan when the temperature detected by the refrigerant inlet temperature detecting means is less than or equal to a predetermined temperature. The cooling control apparatus for a fuel cell system according to claim 1, further comprising a fan control means. 前記燃料電池システムは、前記ラジエータに送風するラジエータファンと、前記冷媒循環路に分岐して接続され、前記冷媒循環路を循環する冷媒を前記ラジエータをバイパスさせるバイパス路と、前記冷媒循環路と前記バイパス路との分岐部分に設けられ、前記ラジエータおよび前記バイパス路を経由する冷媒の流量を調整するための三方流量弁とをさらに備え、
前記冷媒循環路から前記燃料電池に流入する冷媒の温度を検出する冷媒入口温度検出手段と、
前記燃料電池から前記冷媒循環路に流出する冷媒の温度を検出する冷媒出口温度検出手段と、
前記燃料電池から前記燃料排出路に排出される液体燃料の目標温度を設定する目標温度設定手段と、
前記燃料出口温度検出手段によって検出される温度、前記冷媒入口温度検出手段によって検出される温度、前記冷媒出口温度検出手段によって検出される温度、前記目標温度設定手段によって設定される目標温度、前記燃料供給路を流通する液体燃料の流量、前記冷媒循環路を循環する冷媒の流量および前記燃料電池の熱容量に基づいて、前記三方流量弁および前記ラジエータファンを制御する制御手段とをさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システムの冷却制御装置。 The fuel cell system includes a radiator fan that blows air to the radiator, a bypass that is branched and connected to the refrigerant circulation path, and that bypasses the radiator through the refrigerant circulating in the refrigerant circulation path, the refrigerant circulation path, and the A three-way flow valve for adjusting a flow rate of the refrigerant passing through the radiator and the bypass path, provided at a branch portion with the bypass path;
Refrigerant inlet temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant flowing into the fuel cell from the refrigerant circuit;
Refrigerant outlet temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant flowing out from the fuel cell to the refrigerant circuit;
Target temperature setting means for setting a target temperature of the liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel discharge path;
A temperature detected by the fuel outlet temperature detecting means, a temperature detected by the refrigerant inlet temperature detecting means, a temperature detected by the refrigerant outlet temperature detecting means, a target temperature set by the target temperature setting means, the fuel And a control means for controlling the three-way flow valve and the radiator fan based on a flow rate of the liquid fuel flowing through the supply path, a flow rate of the refrigerant circulating in the coolant circulation path, and a heat capacity of the fuel cell. 2. A cooling control device for a fuel cell system according to 1.
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