JP6444456B2 - Starting method of fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムの起動方法に関する。 The present invention relates to a method for starting a fuel cell system.
特許文献1には、燃料電池システムの起動方法、特に冷媒の温度が0℃以下となるような氷点下の環境下における燃料電池システムの起動方法が開示されている。特許文献1の燃料電池システムでは、氷点下起動時には、燃料電池の温度を調整するための冷媒の循環を停止し、燃料電池の発電による昇温を促進することが示されている。
特許文献1の燃料電池システムでは、上述のように氷点下起動時には冷媒の循環を一時的に停止し、燃料電池の内部温度が所定温度以上まで上昇してから冷媒の循環を開始している。しかしながらこれでは、図5に示すように冷媒循環を停止している間における燃料電池の昇温は速やかにできるものの、冷えた冷媒の循環を開始した途端に燃料電池スタックの総電圧及び最低セル電圧共に大きく低下してしまう場合がある。
In the fuel cell system of
本発明は、燃料電池の電圧を過剰に低下させることなく適切なタイミングで冷媒の循環を開始できる燃料電池システムの起動方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a start-up method of a fuel cell system capable of starting refrigerant circulation at an appropriate timing without excessively reducing the voltage of the fuel cell.
(1)燃料電池システム(例えば、後述の燃料電池システム1)は、反応ガスが供給されると発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池スタック2)と、当該燃料電池を含む熱媒体回路(例えば、後述の冷媒循環路51)内で熱媒体を循環させる温度調整装置(例えば、後述のウォータポンプ52)と、を備える。この燃料電池システムの起動方法は、所定の起動指令に応じて前記燃料電池への反応ガスの供給を開始する発電工程(例えば、後述のシステム起動処理)と、前記燃料電池の内部の温度と前記熱媒体回路の内部の温度との差(例えば、後述の内外温度差)を推定する温度差推定工程(例えば、後述の図3のS6の処理)と、低温起動時には前記発電工程を開始してから前記温度差が所定値(例えば、後述の導入判定温度差)を超えたことに応じて前記熱媒体の循環を開始する熱媒体循環工程(例えば、後述の図3のS7〜S9の処理)と、を備える。
(1) A fuel cell system (for example, a
(2)燃料電池システムの起動方法は、所定の起動指令に応じて前記燃料電池への反応ガスの供給を開始する発電工程(例えば、後述のシステム起動処理)と、前記燃料電池の目標電流値を取得し、当該目標電流値に基づいてアイドル状態であるか否かを判定するアイドル判定工程(例えば、後述の図3のS3の処理)と、低温起動時には前記発電工程を開始してから前記アイドル状態であると判定されたことに応じて前記熱媒体の循環を開始する熱媒体循環工程(例えば、後述の図3のS3〜S9の処理)と、を備える。 (2) A fuel cell system activation method includes a power generation step (for example, a system activation process described later) for starting supply of a reactive gas to the fuel cell in response to a predetermined activation command, and a target current value of the fuel cell. And determining whether or not the engine is in an idle state based on the target current value (for example, the process of S3 in FIG. 3 to be described later) A heat medium circulation step (for example, processing of S3 to S9 in FIG. 3 described later) for starting circulation of the heat medium in response to the determination that the state is an idle state.
(3)この場合、前記熱媒体循環工程では、前記燃料電池の内部の温度が高くなるほど前記熱媒体の単位時間当たりの循環量を増加することが好ましい。 (3) In this case, in the heat medium circulation step, it is preferable to increase the circulation amount of the heat medium per unit time as the temperature inside the fuel cell increases.
(1)本発明では、燃料電池システムの起動時には、始めに反応ガスの供給を開始し、さらに熱媒体の循環を停止する。これにより、起動開始直後に冷えた熱媒体が燃料電池を流れることによって、発電による燃料電池の昇温が阻害されるのを防止でき、ひいては速やかに燃料電池を要求に応じた出力が可能な状態にできる。また、このように熱媒体の循環を停止すると燃料電池の内部温度が速やかに上昇するものの、燃料電池の内部温度と熱媒体回路の内部温度との差も速やかに広がってしまう。そこで本発明では、燃料電池の内部と熱媒体回路の内部との温度差が所定値を超えたことに応じて熱媒体の循環を開始する。換言すれば本発明では、温度差が過剰に大きくなる前に熱媒体の循環を開始する。これにより、冷えた熱媒体の循環を開始することによる燃料電池の電圧の低下を小さくできるので、燃料電池システムの低温起動時における発電安定性を向上することができる。 (1) In the present invention, when the fuel cell system is started, the supply of the reaction gas is started first, and the circulation of the heat medium is stopped. As a result, it is possible to prevent the temperature increase of the fuel cell due to power generation from being disturbed by the cooled heat medium flowing through the fuel cell immediately after the start of startup, and thus the state in which the fuel cell can be promptly output as required. Can be. Further, when the circulation of the heat medium is stopped in this manner, the internal temperature of the fuel cell quickly rises, but the difference between the internal temperature of the fuel cell and the internal temperature of the heat medium circuit also spreads quickly. Therefore, in the present invention, the circulation of the heat medium is started in response to the temperature difference between the inside of the fuel cell and the inside of the heat medium circuit exceeding a predetermined value. In other words, in the present invention, the circulation of the heat medium is started before the temperature difference becomes excessively large. Thereby, since the fall of the voltage of the fuel cell by starting the circulation of the cold heat medium can be reduced, it is possible to improve the power generation stability at the time of starting the fuel cell system at a low temperature.
(2)本発明では、燃料電池システムの起動時には、始めに反応ガスの供給を開始し、さらに熱媒体の循環を停止する。これにより、(1)と同様に発電による燃料電池の昇温が阻害されるのを防止でき、ひいては速やかに燃料電池を要求に応じた出力が可能な状態にできる。また本発明では、燃料電池の目標電流値に基づいてアイドル状態であるか否かを判定し、アイドル状態であると判定された場合には、これに応じて熱媒体の循環を開始する。熱媒体の循環を開始すると燃料電池の昇温速度は低下してしまう。しかしアイドル状態である場合には、そもそも燃料電池から大きな電流が取り出されることも無いため、燃料電池の昇温速度が遅くてもそれほど支障はない。むしろ、燃料電池と熱媒体回路の内部温度の差が広がった状態で熱媒体の循環が開始されてしまい、これによって燃料電池の温度が大きく低下し、発電が不安定になることの弊害の方が大きい。本発明では、アイドル状態である場合には温度差が広がる前に速やかに熱媒体の循環を開始することにより、このような弊害を未然に防ぐことができる。 (2) In the present invention, when starting the fuel cell system, the supply of the reaction gas is started first, and the circulation of the heat medium is stopped. Thereby, similarly to (1), it is possible to prevent the temperature rise of the fuel cell due to power generation from being hindered, and as a result, the fuel cell can be promptly put into a state where output according to the request is possible. Further, in the present invention, it is determined whether or not the engine is in the idle state based on the target current value of the fuel cell. When it is determined that the fuel cell is in the idle state, circulation of the heat medium is started accordingly. When the circulation of the heat medium is started, the temperature increase rate of the fuel cell is lowered. However, in the idle state, no large current is taken out from the fuel cell in the first place, so there is no problem even if the temperature rise rate of the fuel cell is slow. Rather, the circulation of the heat medium is started in a state where the difference between the internal temperature of the fuel cell and the heat medium circuit is widened, and this adversely affects that the temperature of the fuel cell is greatly lowered and power generation becomes unstable. Is big. In the present invention, in the idling state, such an adverse effect can be prevented by starting the circulation of the heat medium immediately before the temperature difference widens.
(3)本発明では、燃料電池の内部温度が高くなるほど熱媒体の単位時間当たりの循環量を増加する。すなわち、始めは熱媒体の循環量を少なくし、徐々に循環量を増加させる。これにより、冷えた熱媒体が大量に燃料電池に導入されることによって燃料電池の温度が大きく低下し、ひいては電圧も大きく低下するのを防止できる。 (3) In the present invention, as the internal temperature of the fuel cell becomes higher, the circulation amount of the heat medium per unit time is increased. That is, at first, the circulation amount of the heat medium is decreased and the circulation amount is gradually increased. As a result, it is possible to prevent the temperature of the fuel cell from greatly decreasing due to a large amount of the cooled heat medium being introduced into the fuel cell, and thus the voltage from being greatly decreased.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る燃料電池システム1の構成を示す図である。
燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2に反応ガスとしての水素を供給するアノード系3と、燃料電池スタック2に反応ガスとしての酸素を含んだエアを供給するカソード系4と、燃料電池スタック2を冷却する冷却装置5と、燃料電池スタック2で発電した電力を蓄えるバッテリBと、燃料電池スタック2及びバッテリBからの電力の供給によってタイヤ(図示せず)を駆動する走行モータMと、これらの電子制御ユニットであるECU6と、を備える。なお、この燃料電池システム1は、上記タイヤを駆動輪とした燃料電池車両(図示せず)に搭載される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
The
燃料電池スタック(以下、単に「スタック」という)2は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極(陰極)及びカソード電極(陽極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック2は、アノード電極側に形成されたアノード流路21に水素が供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路22に酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
The fuel cell stack (hereinafter simply referred to as “stack”) 2 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells are stacked. Each fuel cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. In the
発電中のスタック2から取り出される出力電流は、電流制御器29を介してバッテリBや負荷(走行モータM及びエアコンプレッサ41等)に入力される。ECU6は、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサからの出力信号に基づいて、スタック2の出力電流に対する目標値に相当する目標電流値を算出する(図示せず)。電流制御器29は、ECU6によって算出されたこれら目標電流値を用いて、これが実現されるように発電中のスタック2の出力電流を制御する。
The output current taken out from the
バッテリBは、スタック2で発電した電力や、走行モータMによって回生制動力として回収した電気エネルギーを蓄える。また、例えば燃料電池システム1の起動時において、スタック2の出力電流が制限されているときや車両の高負荷運転時等には、バッテリBに蓄えられた電力はスタック2の出力を補うようにして負荷に供給される。
The battery B stores electric power generated by the
アノード系3は、水素ガスを高圧で貯蔵する水素タンク31と、水素タンク31からスタック2のアノード流路21の導入部に至る水素供給管32と、アノード流路21の排出部からカソード系4に設けられた希釈器(図示せず)に至る水素排出管33と、水素排出管33から分岐し水素供給管32に至る水素還流管34と、を含んで構成される。水素を含んだガスの水素循環流路は、水素供給管32、アノード流路21、水素排出管33及び水素還流管34によって構成される。
The
水素供給管32には、水素タンク31側からスタック2側へ向かって順に、遮断弁321と、遮断弁321を介して供給された新たな水素ガスをスタック2へ向けて噴射するインジェクタ322と、水素還流管34から還流されたガスをスタック2へ循環させるイジェクタ323と、が設けられている。遮断弁321は、ECU6からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。インジェクタ322からの水素ガスの噴射量は、ECU6によるPWM制御によって制御される。
In the
水素排出管33には、スタック2側からカソード系4側へ向かって順に、アノード流路21からガスと共に排出された水を貯留するキャッチタンク331と、水素循環流路内のガスをカソード系4側へ排出するパージ弁332と、が設けられている。パージ弁332は、ECU6からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。
In the
またキャッチタンク331には、溜まった水を排出するためのドレイン管35が設けられている。このドレイン管35は、キャッチタンク331から水素排出管33のうちパージ弁332の下流側に至る。ドレイン管35にはドレイン弁351が設けられている。このドレイン弁351を開くと、キャッチタンク331内に溜まった水は、水素排出管33を介してカソード系4の図示しない希釈器へ排出される。ドレイン弁351は、ECU6からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。
The
カソード系4は、エアコンプレッサ41と、エアコンプレッサ41からカソード流路22の導入部に至る空気供給管42と、カソード流路22の排出部から図示しない希釈器に至る空気排出管43と、空気排出管43から分岐し空気供給管42に至る空気還流管45と、空気排出管43と空気供給管42とを接続する加湿器46と、を含んで構成される。酸素を含んだガスの酸素循環流路は、空気供給管42、カソード流路22、空気排出管43及び空気還流管45によって構成される。
The cathode system 4 includes an
エアコンプレッサ41は、空気供給管42を介してスタック2のカソード流路22に外気を供給する。エアコンプレッサ41は、ECU6からの指令信号に応じて作動する。エアコンプレッサ41の回転数は、ECU6によって制御される。
The
加湿器46は、カソード流路22から排出されたガスに含まれる水を回収し、回収した水を用いてエアコンプレッサ41から供給される空気を加湿する。この加湿器46の機能により、発電中のスタック2のMEAは発電に適した程度に湿潤な状態に維持される。
The
空気供給管42には、加湿器46をバイパスするバイパス管47が設けられている。このバイパス管47には、バイパス弁471が設けられている。バイパス弁471を開くと、エアコンプレッサ41から供給される空気の多くはバイパス管47を介して、すなわち加湿器46を迂回してスタック2に供給される。バイパス弁471は、ECU6からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。
The
また、空気供給管42及び空気排出管43には、それぞれ入口封止弁421及び出口封止弁431が設けられている。これら封止弁421,431を閉じると、スタック2のカソード流路22の内部は、外気から遮断される。これら封止弁421,431は、ECU6からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。
The
冷却装置5は、スタック2の内部を流路の一部として含む冷媒循環路51と、冷媒循環路51に設けられこの循環路51内で冷媒を循環させるウォータポンプ52と、冷媒循環路51の一部となるラジエタ53と、を備える。冷却装置5は、ウォータポンプ52によって冷媒を循環しスタック2と冷媒との熱交換を促進するとともに、ラジエタ53によって冷媒を冷却することにより、スタック2を保護するために定められた上限温度を上回らないようにする。
The cooling device 5 includes a
冷媒循環路51を循環する冷媒の単位時間当たりの循環量は、ウォータポンプ52の回転数によって制御される。また、ウォータポンプ52のオン/オフ又はその回転数は、バッテリBからウォータポンプ52に供給される駆動電流のデューティ比をECU6によって制御することによって調整される。ECU6は、後述の図3に示す手順に従ってウォータポンプ52のオン/オフを決定するとともに、ウォータポンプ52をオンにする場合には、後述の手順に従ってスタック2の内部温度を推定し、このスタック内部温度に基づいて図2に示すようなマップを検索することによって、ウォータポンプ52のデューティ比を決定する。図2に示すマップによれば、スタック2の内部温度が高くなるほど冷媒の単位時間当たりの循環量は増加する。
The circulation amount of the refrigerant circulating in the
ECU6には、冷媒温度センサ24、スタックエア温度センサ25、電流センサ26等の燃料電池システム1の状態を把握するための複数のセンサが接続されている。
A plurality of sensors for grasping the state of the
冷媒温度センサ24は、冷媒循環路51に設けられ、その内部を流れる冷媒の温度に略比例した信号をECU6に送信する。ECU6は、この冷媒温度センサ24の出力に基づいて冷媒の温度を取得する。
The
電流センサ26は、スタック2の出力電流を検出し、検出値に略比例した信号をECU6に送信する。スタックエア温度センサ25は、カソード流路22の出口側に設けられ、カソード流路22から排出されるガスの温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU6に送信する。ECU6は、これら電流センサ26やスタックエア温度センサ25の検出値を用いることによって、スタック2の内部温度を推定する。スタック2の内部温度は、その発電状態によって変化する。ECU6では、電流センサ26を用いてスタック2の出力電流の履歴を参照したり、スタックエア温度センサ25を用いてスタック2の内部から排出されるガスの温度を参照したりすることによって、精度良くスタック2の内部温度を推定できる。
The
図示しない車両の運転席には、燃料電池システム1を起動したり停止したりするために運転者が操作可能なイグニッションスイッチIGが設けられている。イグニッションスイッチIGは、運転者によってオフからオンにされると、燃料電池システム1の起動指令信号をECU6に出力する。ECU6は、この起動指令信号を受信したことを契機として、スタックへの水素及び空気の供給を開始するシステム起動処理(図示せず)や冷媒循環を開始又は停止するタイミングを決定する処理(後述の図3参照)等を開始する。イグニッションスイッチIGは、運転者によってオンからオフにされると燃料電池システム1の停止指令信号をECU6に出力する。ECU6は、この停止指令信号を受信したことを契機として、システム停止処理(図示せず)を開始する。
A driver's seat of a vehicle (not shown) is provided with an ignition switch IG that can be operated by the driver to start and stop the
図3は、冷媒の循環を開始又は停止するタイミング、すなわちウォータポンプをオン/オフするタイミングを決定する手順を示すフローチャートである。なお、上述のようにウォータポンプのデューティ比は、上述のように図2に示すようなマップを参照してスタックの内部温度に応じて適切な値に制御される。図3に示す処理は、運転者によってイグニッションスイッチがオフからオンにされてから所定のシステム暖機時間が経過するまでの間にわたり、所定の周期で繰り返し実行される。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for determining the timing for starting or stopping the circulation of the refrigerant, that is, the timing for turning on / off the water pump. As described above, the duty ratio of the water pump is controlled to an appropriate value according to the internal temperature of the stack with reference to the map as shown in FIG. The process shown in FIG. 3 is repeatedly executed at a predetermined cycle from when the ignition switch is turned on by the driver until the predetermined system warm-up time elapses.
始めにS1では、ECUは、今回のシステム起動が氷点下起動であるか否かを判定する。より具体的には、ECUは、冷媒温度センサの出力に基づいて冷媒温度を取得し、冷媒温度が所定温度(例えば、0℃)以下である場合には氷点下起動であると判定し、S2に移り、冷媒温度が上記所定温度より高い場合には氷点下起動でないと判定し、S8に移る。S8では、ECUは、ウォータポンプをオンにし、冷媒を循環させる。 First, in S1, the ECU determines whether or not the current system activation is below freezing. More specifically, the ECU acquires the refrigerant temperature based on the output of the refrigerant temperature sensor, and when the refrigerant temperature is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 0 ° C.), determines that the engine is operating below freezing point, and proceeds to S2. If the refrigerant temperature is higher than the predetermined temperature, it is determined that the operation is not below freezing, and the process proceeds to S8. In S8, the ECU turns on the water pump and circulates the refrigerant.
S2では、ECUは、スタックの目標電流値を取得し、S3に移る。S3では、ECUは、現在のスタックがアイドル状態であるか否かを判定する。より具体的には、ECUは、先のステップで取得したスタックの目標電流値が所定値以下である場合にはアイドル状態であると判定し、S8に移り、ウォータポンプをオンにし、冷媒を循環させる。また、目標電流値が上記所定値より大きい場合にはアイドル状態でないと判定し(すなわち、加速状態であると判定し)、S4に移る。 In S2, the ECU acquires the target current value of the stack, and proceeds to S3. In S3, the ECU determines whether or not the current stack is in an idle state. More specifically, the ECU determines that the stack is in an idle state when the target current value of the stack acquired in the previous step is equal to or less than a predetermined value, and proceeds to S8 to turn on the water pump and circulate the refrigerant. Let If the target current value is larger than the predetermined value, it is determined that the engine is not in the idle state (that is, it is determined that the vehicle is in the accelerated state), and the process proceeds to S4.
ここで、氷点下起動時であってもアイドル状態である場合には、冷媒を循環させることの効果について説明する。氷点下起動時に冷媒を循環させると、発電中のスタックには冷えた冷媒が導入されるため、その温度上昇速度は低下する。しかしながらアイドル状態では、そもそもスタックに対して大きな出力が要求されないため、速やかにスタックの温度を上昇させることの必要性は低い。それよりも、氷点下起動時において冷媒の循環を開始するタイミングを遅らせてしまい、スタックと冷媒の温度差が大きくなった状態で冷えた冷媒を導入することによって大きくスタックの温度が低下してしまい、ひいては電圧も大きく低下することの弊害の方が大きい。図3の処理では、このような弊害を防止するため、アイドル状態である場合には直ちに冷媒の循環を開始する。 Here, the effect of circulating the refrigerant will be described when the engine is in the idle state even at the time of starting below freezing. When the refrigerant is circulated at the time of starting below the freezing point, since the cooled refrigerant is introduced into the stack during power generation, the temperature increase rate decreases. However, in the idle state, since a large output is not required for the stack in the first place, it is not necessary to quickly raise the stack temperature. Instead, it delays the timing of starting the circulation of the refrigerant at the time of starting below freezing point, and the temperature of the stack is greatly reduced by introducing the cooled refrigerant in a state where the temperature difference between the stack and the refrigerant is large, As a result, the negative effect of a large drop in voltage is greater. In the process of FIG. 3, in order to prevent such an adverse effect, the refrigerant immediately starts to circulate in the idle state.
フローチャートの説明に戻り、S4では、ECUは、電流センサ及びスタックエア温度センサの出力を用いることによってスタックの内部温度を推定し、S5に移る。S5では、ECUは、冷媒温度センサの出力に基づいて冷媒温度を取得し、S6に移る。S6では、ECUは、取得したスタック内部温度から冷媒温度を減算することによって内外温度差を算出し、S7に移る。S7では、ECUは、内外温度差が所定の導入判定温度差より高いか否かを判定する。S7の判定がNOである場合(すなわち、内外温度差が導入判定温度差以下である場合)には、ECUは、ウォータポンプをオフにし、冷媒の循環を停止する(S9)。またS7の判定がYESである場合(すなわち、内外温度差が導入判定温度差より高い場合)には、ECUは、ウォータポンプをオンにし、冷媒の循環を開始する(S8)。図3の処理では、氷点下起動時にはこのように内外温度差が導入判定温度差を超えたことに応じて冷媒の循環を開始することにより、冷えた冷媒がスタックに導入されることによって、その温度が大きく低下してしまい、ひいてはスタックの発電が不安定になるのを防止できる。 Returning to the description of the flowchart, in S4, the ECU estimates the internal temperature of the stack by using the outputs of the current sensor and the stack air temperature sensor, and proceeds to S5. In S5, the ECU acquires the refrigerant temperature based on the output of the refrigerant temperature sensor, and proceeds to S6. In S6, the ECU calculates the internal / external temperature difference by subtracting the refrigerant temperature from the acquired stack internal temperature, and proceeds to S7. In S7, the ECU determines whether the internal / external temperature difference is higher than a predetermined introduction determination temperature difference. When the determination in S7 is NO (that is, when the internal / external temperature difference is equal to or smaller than the introduction determination temperature difference), the ECU turns off the water pump and stops the circulation of the refrigerant (S9). When the determination in S7 is YES (that is, when the internal / external temperature difference is higher than the introduction determination temperature difference), the ECU turns on the water pump and starts circulating the refrigerant (S8). In the process of FIG. 3, at the time of starting below freezing point, the refrigerant is started to circulate in response to the difference between the internal and external temperatures exceeding the introduction determination temperature difference, so that the cooled refrigerant is introduced into the stack, and thus the temperature is increased. Can be prevented from deteriorating and the power generation of the stack becomes unstable.
図4は、図3のフローチャートに従ってウォータポンプをオン/オフした場合における冷媒循環量の変化を示すタイムチャートである。図4には、時刻0において氷点下起動(IG−ON)を開始し、その後、スタックから所定値の電流を引き続けた場合における、スタックの出力電流値、冷媒循環量、内外温度差の変化を示す。また図4には、スタックへの負荷を3段階に変化させた場合を、線種を変えて示す。より具体的には、実線は高負荷とした場合、破線は中負荷とした場合、一点鎖線は低負荷(アイドル状態)とした場合を示す。
FIG. 4 is a time chart showing changes in the refrigerant circulation rate when the water pump is turned on / off according to the flowchart of FIG. FIG. 4 shows changes in stack output current value, refrigerant circulation rate, and internal / external temperature difference when starting below freezing (IG-ON) at
図4において実線及び破線で示すように、氷点下起動を行った場合、内外温度差が導入判定温度差を超えるまでは冷媒の循環は停止され、内外温度差が導入判定温度差を超えると冷媒の循環は開始される。この際、スタックから大きな電流を引き続けた場合(高負荷の場合)、スタックの内部温度は速やかに上昇するため、内外温度差も急激に大きくなる。したがって、中負荷よりも高負荷の方が、冷媒の循環を開始するタイミングは早くなる。 As shown by a solid line and a broken line in FIG. 4, when starting below freezing, the refrigerant circulation is stopped until the internal / external temperature difference exceeds the introduction determination temperature difference, and when the internal / external temperature difference exceeds the introduction determination temperature difference, Circulation begins. At this time, if a large current is continuously drawn from the stack (in the case of a high load), the internal temperature of the stack rises quickly, and the internal / external temperature difference also increases rapidly. Therefore, the timing at which the refrigerant starts to be circulated is earlier at a higher load than at a middle load.
また図4において一点鎖線で示すように、氷点下起動を行ってから常に低負荷とした場合、内外温度差が導入判定温度差以下であるにも関わらず、高負荷又は中負荷とした場合よりも速やかに冷媒の循環が開始される。これは、図3を参照して説明したように、アイドル状態ではそもそも大きな電流が引きだされることも無いため、スタックの内部温度を速やかに上昇させる必要がないからである。 In addition, as shown by the one-dot chain line in FIG. 4, when the load is always low after starting below freezing, the difference between the internal and external temperature is less than the introduction determination temperature difference, compared to the case of high load or medium load. The circulation of the refrigerant is started immediately. This is because, as described with reference to FIG. 3, since no large current is drawn in the idle state, it is not necessary to quickly raise the internal temperature of the stack.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. Within the scope of the gist of the present invention, the detailed configuration may be changed as appropriate.
1…燃料電池システム
2…燃料電池スタック
51…冷媒循環路(熱媒体回路)
52…ウォータポンプ(温度調整装置)
6…ECU
DESCRIPTION OF
52 ... Water pump (temperature control device)
6 ... ECU
Claims (8)
前記燃料電池が氷点下で起動されたか否かを判定する起動判定工程と、
氷点下で起動されたと判定された後、前記燃料電池がアイドル状態であるか否かを判定するアイドル判定工程と、を備え、
前記アイドル判定工程において前記燃料電池がアイドル状態であると判定された場合には、前記ポンプをオフからオンにし、前記熱媒体の循環を開始することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 A fuel cell system start-up method comprising: a fuel cell that generates power when a reaction gas is supplied; and a pump that circulates the heat medium in a heat medium circuit including the fuel cell.
An activation determination step of determining whether or not the fuel cell has been activated below freezing ;
An idle determination step for determining whether or not the fuel cell is in an idle state after it is determined that the fuel cell has been activated below freezing ;
A method for starting a fuel cell system , comprising: turning off the pump from off and starting circulation of the heat medium when it is determined in the idle determination step that the fuel cell is in an idle state.
前記アイドル判定工程において前記燃料電池がアイドル状態でないと判定された場合には、その後前記開始条件判定工程において前記開始条件が成立したと判定されるまで、前記ポンプをオフにし続け、前記熱媒体の循環を開始せず、その後前記開始条件判定工程において前記開始条件が成立したと判定された場合には、前記ポンプをオフからオンにし、前記熱媒体の循環を開始することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムの起動方法。 A start condition determining step for determining whether or not a predetermined start condition regarding the internal temperature of the fuel cell and the internal temperature of the heat medium circuit is satisfied after it is determined that the fuel cell has been activated below freezing ;
If it is determined in the idle determination step that the fuel cell is not in an idle state, the pump is kept off until the start condition is determined to be satisfied in the start condition determination step. The circulation is not started , and after that, when it is determined in the start condition determination step that the start condition is satisfied, the pump is turned from OFF to ON and circulation of the heat medium is started. 2. A method for starting a fuel cell system according to 1.
前記燃料電池がアイドル状態であるか否かを判定するアイドル判定工程と、
前記燃料電池の内部温度及び前記熱媒体回路の内部温度に関する所定の開始条件が成立しているか否かを判定する開始条件判定工程と、
前記燃料電池が氷点下で起動された後、前記アイドル判定工程の判定結果又は前記アイドル判定工程の判定結果及び前記開始条件判定工程の判定結果の組み合わせに応じて前記ポンプをオフからオンにし、前記熱媒体の循環を開始する熱媒体循環工程と、を備えることを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 A fuel cell system start-up method comprising: a fuel cell that generates power when a reaction gas is supplied; and a pump that circulates the heat medium in a heat medium circuit including the fuel cell.
An idle determination step of determining whether or not the fuel cell is in an idle state;
A start condition determining step for determining whether or not a predetermined start condition regarding the internal temperature of the fuel cell and the internal temperature of the heat medium circuit is satisfied;
After the fuel cell is started below freezing point, the pump is turned from off to on according to the determination result of the idle determination step or the combination of the determination result of the idle determination step and the determination result of the start condition determination step , and the heat And a heat medium circulation step for starting the circulation of the medium.
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