JP6455408B2 - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents
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Description
分流制御バルブの作動を制御するバルブ制御部(183)と、
燃料電池スタックの発熱量(Wst)が予め定められた発熱量閾値(W1)以下であるか否かを判定する発熱量判定部(184、S101)と、
燃料電池スタックの発熱量が発熱量閾値以下であることを肯定する肯定判定が発熱量判定部により為された場合には、放熱器で冷媒から放熱される放熱量を肯定判定が為される前に比して抑制すると共に、分流制御バルブの作動を禁止するバルブ作動許否部(185、S102、S103、S104、S105)とを備え、
バルブ制御部は、バルブ作動許否部によって分流制御バルブの作動が禁止された場合には、分流制御バルブに流量比率を保持させる。
図1に示す本実施形態の燃料電池システム10は、バスまたはトラック等の大型車両である燃料電池車両90に搭載される。この燃料電池システム10は、燃料電池車両90(以下、単に車両90とも呼ぶ)の走行用駆動源としての走行用モータへ電力を供給する電源である。その車両90は例えば図3に図示されている。
詳細には、分流制御バルブ30は、その分流比RTdを決める弁開度を全開から全閉までの間で連続的に変化させることができる。その分流制御バルブ30の全開とは、第2出口ポート302を塞ぐと共に入口ポート303から流入した冷媒の全量を車両用ラジエータ24へ流す弁開度である。この全開時には分流比RTdは100%である。一方で、分流制御バルブ30の全閉とは、第1出口ポート301を塞ぐと共に入口ポート303から流入した冷媒の全量をバイパス流路28へ流す弁開度である。この全閉時には分流比RTdは0%である。
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の第3実施形態以降でも同様である。
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
上記式F2において現在の放熱量Wrnとは、車両用ラジエータ24で冷媒から放熱される現在の放熱量であり、その単位は例えば「W」である。この現在の放熱量Wrnすなわち現在放熱量Wrnは、車両用ラジエータ24で熱交換を行う外気の温度と、現在の冷媒温度Tnと、冷媒循環ポンプ22のポンプ回転数Npと、分流制御バルブ30の弁開度と、ラジエータファン26のファン回転数とに基づき、予め実験的に設定されたマップから算出される。
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
(1)上述の各実施形態において、冷媒温度センサ16は、燃料電池スタック12の冷媒出口122に配置されているが、その冷媒出口122ではなく例えば、燃料電池スタック12の冷媒入口121に配置されていても差し支えない。要するに、冷媒温度センサ16の温度検出場所が定まっていればよい。
12 燃料電池スタック
20 冷媒循環回路
22 冷媒循環ポンプ
24 車両用ラジエータ(放熱器)
28 バイパス流路
30 分流制御バルブ
183 バルブ制御部
184 発熱量判定部
185 バルブ作動許否部
Claims (8)
- 燃料電池スタック(12)と、該燃料電池スタック内を流れる冷媒が循環する冷媒循環回路(20)と、前記冷媒循環回路に設けられ該冷媒循環回路において冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ(22)と、前記冷媒循環回路に設けられ該冷媒循環回路を流れる冷媒から放熱させる放熱器(24)と、前記冷媒循環回路に接続され前記放熱器をバイパスさせて冷媒を流すバイパス流路(28)と、前記冷媒循環回路において前記放熱器へ流入する冷媒流量と前記バイパス流路へ流入する冷媒流量との流量比率を調節する分流制御バルブ(30)とを備えた燃料電池システムの制御装置であって、
前記分流制御バルブの作動を制御するバルブ制御部(183)と、
前記燃料電池スタックの発熱量(Wst)が予め定められた発熱量閾値(W1)以下であるか否かを判定する発熱量判定部(184、S101)と、
前記燃料電池スタックの発熱量が前記発熱量閾値以下であることを肯定する肯定判定が前記発熱量判定部により為された場合には、前記放熱器で冷媒から放熱される放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制すると共に、前記分流制御バルブの作動を禁止するバルブ作動許否部(185、S102、S103、S104、S105)とを備え、
前記バルブ制御部は、前記バルブ作動許否部によって前記分流制御バルブの作動が禁止された場合には、前記分流制御バルブに前記流量比率を保持させる燃料電池システムの制御装置。 - 前記放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制することとは、前記放熱器において冷媒からの放熱を停止することである請求項1に記載の燃料電池システムの制御装置。
- 前記放熱器は、空気が流入する空気流入面(243)を有し該空気流入面が車両(90)の進行方向とは一致しない向きを向くように該車両に搭載される車両用ラジエータであり、
前記車両は、前記放熱器の空気流入面へ空気が流入するように送風を行うラジエータファン(26)を有し、
前記バルブ作動許否部(185、S102、S103、S104)は、前記ラジエータファンの送風を停止させることにより、前記放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制する請求項1または2に記載の燃料電池システムの制御装置。 - 前記放熱器は、車両(90)に搭載される車両用ラジエータであり、
前記車両は、前記放熱器へ空気が流れるように送風を行うラジエータファン(26)と、前記車両の走行に伴って前記放熱器へ流入する空気が該流入前に通過する車速風取入れ口(901)を開閉する開閉装置(32)とを有し、
前記バルブ作動許否部(185、S103、S104、S105)は、前記車速風取入れ口を前記開閉装置に塞がせると共に前記ラジエータファンの送風を停止させることにより、前記放熱量を前記肯定判定が為される前に比して抑制する請求項1または2に記載の燃料電池システムの制御装置。 - 前記発熱量閾値を決定する発熱量閾値決定部(186、S106)を備え、
前記冷媒循環回路、前記冷媒循環ポンプ、前記放熱器、前記バイパス流路、および前記分流制御バルブは、前記燃料電池スタックを冷却する燃料電池冷却装置(14)を構成し、
前記発熱量閾値決定部は、前記発熱量閾値をW1とし、前記放熱器で冷媒から放熱される現在の放熱量をWrnとし、前記燃料電池冷却装置のうち前記燃料電池スタックから直接に吸熱し又は冷媒を介して吸熱し冷媒を含んで構成される冷却系の熱容量をCHcとし、前記燃料電池スタックにおいて許容される予め定められた許容最大温度をTpとし、現在の冷媒温度をTnとし、前記現在の冷媒温度から前記許容最大温度に到達するまで冷媒を温度上昇させるために要する所要時間の許容最大値として予め定められた許容時間をTMpとしたときに、
W1=Wrn+(CHc×(Tp−Tn))/TMp
から前記発熱量閾値を決定する請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池システムの制御装置。 - 冷媒の温度が予め定められた許容温度範囲(RGtp)内に入っているか否かを判定する冷媒温度判定部(187、S107)を備え、
前記バルブ作動許否部は、前記冷媒の温度が前記許容温度範囲から外れていると前記冷媒温度判定部により判定された場合には、前記発熱量判定部の判定に関わらず、前記放熱量の抑制を行わないと共に、前記分流制御バルブの作動を禁止せずに許可する請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料電池システムの制御装置。 - 冷媒の温度が予め定められた許容上限値(T1p)を超えているか否かを判定する第1冷媒温度判定部(188、S108)と、
前記冷媒の温度が、前記許容上限値よりも低い予め定められた許容下限値(T2p)未満であるか否かを判定する第2冷媒温度判定部(189、S110)と、
前記燃料電池スタックが有する電解質膜の湿潤状態が予め定められた乾燥基準に対し乾き側にあるか否かを判定する第1湿潤状態判定部(190、S109)と、
前記電解質膜の湿潤状態が予め定められた湿り基準に対し湿り側にあるか否かを判定する第2湿潤状態判定部(191、S111)とを備え、
前記バルブ作動許否部は、前記冷媒の温度が前記許容上限値を超えていると前記第1冷媒温度判定部により判定され且つ前記湿潤状態が前記乾燥基準に対し前記乾き側にあると前記第1湿潤状態判定部により判定された場合、および、前記冷媒の温度が前記許容下限値未満であると前記第2冷媒温度判定部により判定され且つ前記湿潤状態が前記湿り基準に対し前記湿り側にあると前記第2湿潤状態判定部により判定された場合には、前記発熱量判定部の判定に関わらず、前記放熱量の抑制を行わないと共に、前記分流制御バルブの作動を禁止せずに許可する請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料電池システムの制御装置。 - 前記冷媒循環ポンプは、前記燃料電池スタックが発熱していなくても作動することがある請求項6または7に記載の燃料電池システムの制御装置。
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