JP7400749B2 - fuel cell system - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに関する。特に、複数の燃料電池モジュールと1個の冷媒冷却装置を有する燃料電池システムに関する。 The technology disclosed herein relates to a fuel cell system. In particular, the present invention relates to a fuel cell system having a plurality of fuel cell modules and one refrigerant cooling device.

特許文献1、2の燃料電池システムは、複数の燃料電池モジュールを備えており、複数の燃料電池モジュールの出力を足し合わせることで、大きな電力を出力することができる。特許文献1、2の燃料電池システムは、複数の燃料電池モジュールの燃料電池本体を冷却するのに1個の冷媒冷却装置を用いる。冷媒冷却装置の典型はラジエータである。複数の燃料電池モジュールと1個の冷媒冷却装置は冷媒管で接続されている。冷媒管は、冷媒冷却装置にて冷却された冷媒を複数の燃料電池モジュール(燃料電池本体)へ分配する。 The fuel cell systems of Patent Documents 1 and 2 include a plurality of fuel cell modules, and can output large amounts of electric power by adding up the outputs of the plurality of fuel cell modules. The fuel cell systems of Patent Documents 1 and 2 use one refrigerant cooling device to cool the fuel cell bodies of a plurality of fuel cell modules. A typical refrigerant cooling device is a radiator. The plurality of fuel cell modules and one refrigerant cooling device are connected by refrigerant pipes. The refrigerant pipe distributes refrigerant cooled by the refrigerant cooling device to a plurality of fuel cell modules (fuel cell main bodies).

特許文献1の燃料電池システムは、1個のポンプで複数の燃料電池モジュールへ冷媒を送る。特許文献2の燃料電池システムでは、夫々の燃料電池モジュールがポンプとバルブを備えている。ポンプは、自身の燃料電池モジュールの燃料電池本体へ冷媒を供給する。バルブは、自身の燃料電池モジュールの燃料電池本体を通過する冷媒の流量を調整する。ポンプとバルブはいずれも、燃料電池本体を通過する冷媒の流量を調整する調整器である。以下では、燃料電池本体を通過する冷媒の流量を調整するポンプとバルブを単純に調整器と総称することがある。 The fuel cell system disclosed in Patent Document 1 uses one pump to send refrigerant to a plurality of fuel cell modules. In the fuel cell system of Patent Document 2, each fuel cell module is equipped with a pump and a valve. The pump supplies refrigerant to the fuel cell main body of its own fuel cell module. The valve regulates the flow rate of refrigerant passing through the fuel cell body of its own fuel cell module. Both the pump and the valve are regulators that adjust the flow rate of refrigerant passing through the fuel cell body. Hereinafter, the pump and valve that adjust the flow rate of the refrigerant passing through the fuel cell body may be simply referred to collectively as a regulator.

特許文献2の燃料電池システムでは、夫々の燃料電池モジュールのコントローラ(ローカルコントローラ)は、燃料電池本体の温度(燃料電池温度)を上位コントローラへ送る。上位コントローラは、複数の燃料電池温度の最大値あるいは平均値を、調整器制御の参照値として夫々のローカルコントローラへ送る。夫々のローカルコントローラは、上位コントローラから送られてくる参照値に基づいて調整器を制御し、燃料電池温度を適切な温度範囲に保持する。 In the fuel cell system of Patent Document 2, the controller (local controller) of each fuel cell module sends the temperature of the fuel cell main body (fuel cell temperature) to a higher-level controller. The host controller sends the maximum value or average value of the plurality of fuel cell temperatures to each local controller as a reference value for regulator control. Each local controller controls the regulator based on reference values sent from the higher-level controller to maintain the fuel cell temperature within an appropriate temperature range.

特許文献1の燃料電池システムは1個のポンプが複数の燃料電池モジュールへ冷媒を分配するため、夫々の燃料電池モジュールへ送る冷媒の流量を個別に調整することができない。一方、特許文献2の燃料電池システムでは、夫々の燃料電池モジュールが調整器を備えているため、個別に冷媒の流量を調整することができる。他方、複数の燃料電池モジュールのそれぞれが個別に調整器を制御すると、複数の燃料電池モジュールにおける冷媒の流量差が大きくなり、流量の少ない燃料電池モジュールでは冷媒の逆流が生じかねない。特許文献2の燃料電池モジュールでは、複数の燃料電池モジュールの調整器が同一の参照値に基づいて制御されるため、調整器の作動量のばらつきは小さくなる。それゆえ、複数の燃料電池モジュールで冷媒流量の差が小さくなる。なお、特許文献2の燃料電池システムでは、夫々のローカルコントローラは、参照値と調整器への制御指令値の関係を規定するマップを有している。複数の燃料電池モジュールが異なるマップを有しており、同一の参照値に基づいても、調整器への制御指令値(調整器の作動量)は個々の燃料電池モジュールで相違し得る。 In the fuel cell system of Patent Document 1, one pump distributes refrigerant to a plurality of fuel cell modules, and therefore the flow rate of refrigerant sent to each fuel cell module cannot be adjusted individually. On the other hand, in the fuel cell system of Patent Document 2, each fuel cell module is equipped with a regulator, so the flow rate of the refrigerant can be adjusted individually. On the other hand, if each of the plurality of fuel cell modules individually controls the regulator, the difference in the flow rate of the refrigerant among the plurality of fuel cell modules becomes large, and a backflow of the refrigerant may occur in the fuel cell module with a small flow rate. In the fuel cell module of Patent Document 2, since the regulators of the plurality of fuel cell modules are controlled based on the same reference value, variations in the operating amounts of the regulators are reduced. Therefore, the difference in coolant flow rate between the plurality of fuel cell modules becomes small. Note that in the fuel cell system of Patent Document 2, each local controller has a map that defines the relationship between the reference value and the control command value to the regulator. A plurality of fuel cell modules have different maps, and even if they are based on the same reference value, the control command value to the regulator (the operating amount of the regulator) may be different for each fuel cell module.

特開平09-259909号公報Japanese Patent Application Publication No. 09-259909 米国特許公開公報2020/0171976号公報US Patent Publication No. 2020/0171976

特許文献2の技術を採用する場合は複数の燃料電池モジュールのローカルコントローラの他に上位コントローラが必要となる。本明細書が開示する技術の一態様は、上位コントローラを要することなく、複数の燃料電池モジュールの調整器に対する指令値のばらつき(すなわち冷媒流量のばらつき)を小さくする技術を提供する。一方、複数の燃料電池モジュールの調整器が同一の指令値で制御されると、個々の燃料電池温度に応じた温度制御ができなくなる。本明細書が開示する技術の別の一態様は、複数の燃料電池モジュールの調整器への指令値のばらつき(すなわち流量のばらつき)が過大になることを抑えつつ、夫々の燃料電池本体の温度に応じた冷媒流量の調整を可能とする技術を提供する。 When employing the technology disclosed in Patent Document 2, a host controller is required in addition to the local controllers of the plurality of fuel cell modules. One aspect of the technology disclosed in this specification provides a technology for reducing variations in command values for regulators of multiple fuel cell modules (that is, variations in coolant flow rate) without requiring a host controller. On the other hand, if the regulators of a plurality of fuel cell modules are controlled with the same command value, it becomes impossible to perform temperature control according to the temperature of each individual fuel cell. Another aspect of the technology disclosed in this specification is to reduce the temperature of each fuel cell main body while suppressing excessive variations in command values to regulators of multiple fuel cell modules (i.e., variations in flow rate). The present invention provides technology that enables adjustment of refrigerant flow rate according to

本明細書が開示する燃料電池システムの一態様は、冷媒冷却装置と、複数の燃料電池モジュールと、冷媒管を備える。夫々の燃料電池モジュールは、燃料電池本体とローカルコントローラを備える。冷媒冷却装置は、冷媒を冷却する。冷媒管は、冷媒冷却装置と複数の燃料電池本体を接続しており、冷媒を冷媒冷却装置から複数の燃料電池本体に分配する。夫々の燃料電池モジュールは、自身の燃料電池本体を通過する冷媒の流量を調整する調整器を備える。夫々のローカルコントローラは、自身の燃料電池モジュールの調整器に対する指令値(自指令値)を決定するとともに他のローカルコントローラが決定した指令値(他指令値)を参照して自指令値を補正し、補正された自指令値(補正指令値)に基づいて調整器を制御する。本明細書が開示する燃料電池システムは、夫々の燃料電池モジュールのローカルコントローラが、上位コントローラを要することなく、他のローカルコントローラが決定した指令値(他指令値)を参照して自身の燃料電池モジュールの調整器に対する指令値(補正指令値)を決定する。それゆえ、複数の燃料電池モジュールの調整器に対する指令値のばらつきが小さくなる。その結果、複数の燃料電池本体を流れる冷媒の流量のばらつきが小さくなり、逆流を生じない。 One embodiment of the fuel cell system disclosed in this specification includes a refrigerant cooling device, a plurality of fuel cell modules, and refrigerant pipes. Each fuel cell module includes a fuel cell main body and a local controller. The refrigerant cooling device cools the refrigerant. The refrigerant pipes connect the refrigerant cooling device and the plurality of fuel cell main bodies, and distribute the refrigerant from the refrigerant cooling device to the plurality of fuel cell main bodies. Each fuel cell module includes a regulator that adjusts the flow rate of refrigerant passing through its own fuel cell body. Each local controller determines the command value (own command value) for the regulator of its own fuel cell module, and also corrects the own command value by referring to the command value (other command value) determined by other local controllers. , the regulator is controlled based on the corrected own command value (corrected command value). In the fuel cell system disclosed in this specification, the local controller of each fuel cell module controls its own fuel cell by referring to command values (other command values) determined by other local controllers without requiring a higher-level controller. Determine the command value (corrected command value) for the regulator of the module. Therefore, variations in command values for the regulators of the plurality of fuel cell modules are reduced. As a result, variations in the flow rate of the refrigerant flowing through the plurality of fuel cell bodies are reduced, and backflow does not occur.

本明細書が開示する燃料電池システムの別の態様では、夫々のローカルコントローラは、自指令値と他指令値に基づいて許容指令範囲を決定し、自指令値が許容指令範囲内の場合は自指令値を補正指令値として決定する。夫々のローカルコントローラは、自指令値が許容指令範囲を外れていた場合には、許容指令範囲内の値であって自指令値に最も近い値を補正指令値として決定する。許容指令範囲は、複数の燃料電池モジュールのローカルコントローラが許容指令範囲内の異なる値で調整器を駆動しても逆流を生じないように選定される。夫々のローカルコントローラは、同一の許容指令範囲から調整器への最終指令値(補正指令値)を決定するので、指令値のばらつきは最大でも許容指令範囲の上限と下限の差になる。この燃料電池システムは、調整器に対する指令値のばらつきを抑えつつ、かつ、個々の燃料電池本体の温度に応じて冷媒流量を調整することができる。 In another aspect of the fuel cell system disclosed in this specification, each local controller determines an allowable command range based on its own command value and other command values, and when its own command value is within the allowable command range. The command value is determined as the corrected command value. If the own command value is outside the allowable command range, each local controller determines a value within the allowable command range and closest to the own command value as the corrected command value. The allowable command range is selected such that backflow does not occur even if the local controllers of multiple fuel cell modules drive the regulators with different values within the allowable command range. Since each local controller determines the final command value (corrected command value) to the regulator from the same allowable command range, the maximum variation in command values is the difference between the upper and lower limits of the allowable command range. This fuel cell system can adjust the flow rate of refrigerant according to the temperature of each fuel cell body while suppressing variations in command values for the regulator.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be explained in the following "Detailed Description of the Invention".

実施例の燃料電池システムのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment. 夫々のローカルコントローラが実行する調整器制御のフローチャートである。5 is a flowchart of regulator control executed by each local controller. 調整器制御の第1変形例のフローチャートである。It is a flowchart of the 1st modification of regulator control. 調整器制御の第2変形例のフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd modification of regulator control.

図面を参照して実施例の燃料電池システム2を説明する。図1に、燃料電池システム2のブロック図を示す。燃料電池システム2は、電気自動車に搭載される。燃料電池システム2は、生成した電力を不図示の走行用モータに供給する。 A fuel cell system 2 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of the fuel cell system 2. As shown in FIG. The fuel cell system 2 is mounted on an electric vehicle. The fuel cell system 2 supplies the generated electric power to a running motor (not shown).

燃料電池システム2は、複数の燃料電池モジュール10a~10c、ラジエータ20、冷媒管30を備える。燃料電池システム2は、2個の燃料電池モジュールのみを備えるシステムであってもよく、4個以上の燃料電池モジュールを備えるシステムであってもよい。 The fuel cell system 2 includes a plurality of fuel cell modules 10a to 10c, a radiator 20, and a refrigerant pipe 30. The fuel cell system 2 may be a system including only two fuel cell modules, or may be a system including four or more fuel cell modules.

燃料電池モジュール10aは、燃料電池本体11a、冷媒供給ポンプ12a、流量調整バルブ13a、ローカルコントローラ14a、温度センサ16aを備える。燃料電池モジュール10b(10c)は、燃料電池モジュール10aと同様に、燃料電池本体11b(11c)、冷媒供給ポンプ12b(12c)、流量調整バルブ13b(13c)、ローカルコントローラ14b(14c)、温度センサ16b(16c)を備える。燃料電池システム2は、図1に示された部品のほか、水素タンク、気液分離器などのデバイスを備えるが、それらの図示は省略した。燃料電池モジュール10a~10cの夫々は、水素インジェクタなど、図1では図示されていないデバイスを有する。 The fuel cell module 10a includes a fuel cell main body 11a, a refrigerant supply pump 12a, a flow rate adjustment valve 13a, a local controller 14a, and a temperature sensor 16a. The fuel cell module 10b (10c), like the fuel cell module 10a, includes a fuel cell main body 11b (11c), a refrigerant supply pump 12b (12c), a flow rate adjustment valve 13b (13c), a local controller 14b (14c), and a temperature sensor. 16b (16c). In addition to the parts shown in FIG. 1, the fuel cell system 2 includes devices such as a hydrogen tank and a gas-liquid separator, but these are not shown. Each of the fuel cell modules 10a-10c has devices not shown in FIG. 1, such as a hydrogen injector.

燃料電池本体11a~11cが燃料電池スタックであり、水素と酸素から電気を生成する。燃料電池本体11a~11cが出力する電力は、電力線41を通じて不図示の電力変換器に送られる。電力変換器は、燃料電池本体11a~11cが出力する総電力を走行用のモータの駆動電力に変換し、モータに供給する。燃料電池システム2は、複数の燃料電池本体11a~11cを並列に接続し、大きな電力を得ることができる。 The fuel cell bodies 11a to 11c are a fuel cell stack and generate electricity from hydrogen and oxygen. The power output from the fuel cell bodies 11a to 11c is sent to a power converter (not shown) through a power line 41. The power converter converts the total power output by the fuel cell bodies 11a to 11c into driving power for a motor for driving, and supplies the driving power to the motor. The fuel cell system 2 connects a plurality of fuel cell main bodies 11a to 11c in parallel and can obtain large electric power.

燃料電池本体11a~11cとラジエータ20は冷媒管30で連結されている。ラジエータ20は、冷媒の熱を放出し、冷媒の温度を下げる。すなわち、ラジエータ20は、冷媒を冷却する冷媒冷却装置に相当する。図1の太矢印線が冷媒の流れの方向を示している。冷媒管30は、ラジエータ20にて冷却された冷媒を、複数の燃料電池モジュール10a~10cの燃料電池本体11a~11cに分配する。冷媒管30は、燃料電池本体11a~11cの熱を吸収した冷媒をラジエータ20に戻す。燃料電池本体11a~11cの熱を吸収した冷媒はラジエータ20にて冷却され、冷媒管30によって再び燃料電池本体11a~11cへと送られる。1個のラジエータ20(冷媒冷却装置)が、冷媒を介して、複数の燃料電池モジュール10a~10cの燃料電池本体11a~11cを冷却する。 The fuel cell bodies 11a to 11c and the radiator 20 are connected by a refrigerant pipe 30. The radiator 20 releases heat from the refrigerant and lowers the temperature of the refrigerant. That is, the radiator 20 corresponds to a refrigerant cooling device that cools refrigerant. The thick arrow line in FIG. 1 indicates the direction of flow of the refrigerant. The refrigerant pipe 30 distributes the refrigerant cooled by the radiator 20 to the fuel cell bodies 11a to 11c of the plurality of fuel cell modules 10a to 10c. The refrigerant pipe 30 returns the refrigerant that has absorbed the heat of the fuel cell bodies 11a to 11c to the radiator 20. The refrigerant that has absorbed the heat of the fuel cell bodies 11a to 11c is cooled by the radiator 20, and sent through the refrigerant pipe 30 to the fuel cell bodies 11a to 11c again. One radiator 20 (refrigerant cooling device) cools the fuel cell bodies 11a to 11c of the plurality of fuel cell modules 10a to 10c via a refrigerant.

燃料電池モジュール10aのローカルコントローラ14aは、燃料電池本体11aを制御するとともに、温度センサ16aの計測データに基づいて、冷媒供給ポンプ12aと流量調整バルブ13aを制御する。温度センサ16aは、燃料電池本体11aよりも冷媒下流側にて冷媒管30に配置されている。温度センサ16aは、燃料電池本体11aを通過した冷媒の温度を計測する。温度センサ16aから得られる冷媒の温度は、燃料電池本体11aの温度の近似値に相当する。温度センサ16aの計測データはローカルコントローラ14aに送られる。 The local controller 14a of the fuel cell module 10a controls the fuel cell main body 11a, and also controls the refrigerant supply pump 12a and the flow rate adjustment valve 13a based on the measurement data of the temperature sensor 16a. The temperature sensor 16a is arranged in the refrigerant pipe 30 on the refrigerant downstream side of the fuel cell main body 11a. The temperature sensor 16a measures the temperature of the refrigerant that has passed through the fuel cell main body 11a. The temperature of the refrigerant obtained from the temperature sensor 16a corresponds to an approximate value of the temperature of the fuel cell main body 11a. Measurement data from the temperature sensor 16a is sent to the local controller 14a.

冷媒供給ポンプ12aと流量調整バルブ13aは、ともに、燃料電池本体11aを通過する冷媒の流量を調整する。燃料電池本体11aを通過する冷媒の流量を制御することによって、冷媒の温度、すなわち、燃料電池本体11aの温度を調整することができる。ローカルコントローラ14aは、燃料電池本体11aを通過する冷媒の温度に基づいて冷媒供給ポンプ12aと流量調整バルブ13aを制御し、燃料電池本体11aの温度を適切な温度範囲に保持する。 Both the refrigerant supply pump 12a and the flow rate adjustment valve 13a adjust the flow rate of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11a. By controlling the flow rate of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11a, the temperature of the refrigerant, that is, the temperature of the fuel cell main body 11a can be adjusted. The local controller 14a controls the refrigerant supply pump 12a and the flow rate adjustment valve 13a based on the temperature of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11a, and maintains the temperature of the fuel cell main body 11a within an appropriate temperature range.

燃料電池モジュール10b(10c)は燃料電池モジュール10aと同じ構造を有している。ローカルコントローラ14b(14c)は温度センサ16b(16c)から燃料電池本体11b(11c)を通過する冷媒の温度を取得し、その温度に基づいて冷媒供給ポンプ12b(12c)と流量調整バルブ13b(13c)を制御し、燃料電池本体11b(11c)の温度を適切な温度範囲に保持する。 Fuel cell module 10b (10c) has the same structure as fuel cell module 10a. The local controller 14b (14c) acquires the temperature of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11b (11c) from the temperature sensor 16b (16c), and controls the refrigerant supply pump 12b (12c) and flow rate adjustment valve 13b (13c) based on the temperature. ) to maintain the temperature of the fuel cell body 11b (11c) within an appropriate temperature range.

以下では、説明の便宜上、複数の燃料電池モジュール10a~10cは燃料電池モジュール10と総称し、複数の燃料電池本体11a~11cは燃料電池本体11と総称する。複数のローカルコントローラ14a~14c、複数の冷媒供給ポンプ12a~12c、複数の流量調整バルブ13a~13cも同様に、夫々、ローカルコントローラ14、冷媒供給ポンプ12、流量調整バルブ13と総称する場合がある。また、冷媒供給ポンプ12と流量調整バルブ13は、いずれも、燃料電池本体11を通過する冷媒の流量を調整する調整器であるため、以下では、冷媒供給ポンプ12と流量調整バルブ13を「調整器」と総称する場合がある。 Hereinafter, for convenience of explanation, the plurality of fuel cell modules 10a to 10c will be collectively referred to as the fuel cell module 10, and the plurality of fuel cell bodies 11a to 11c will be collectively referred to as the fuel cell body 11. The plurality of local controllers 14a to 14c, the plurality of refrigerant supply pumps 12a to 12c, and the plurality of flow rate adjustment valves 13a to 13c may also be collectively referred to as the local controller 14, refrigerant supply pump 12, and flow rate adjustment valve 13, respectively. . In addition, since both the refrigerant supply pump 12 and the flow rate adjustment valve 13 are regulators that adjust the flow rate of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11, the refrigerant supply pump 12 and the flow rate adjustment valve 13 will be referred to as "adjustment" below. Sometimes referred to collectively as "vessel".

複数のローカルコントローラ14は、ネットワーク40で通信可能に連結されており、互いにデータを交換することができる。 The plurality of local controllers 14 are communicably connected via a network 40 and can exchange data with each other.

複数の燃料電池モジュール10(複数の燃料電池本体11)は、冷媒管30を通じて1個のラジエータ20から冷媒が供給される。冷媒管30は、複数の燃料電池本体11へ分岐している。燃料電池モジュール10が互いに独立に調整器(冷媒供給ポンプ12または流量調整バルブ13)を駆動する場合、複数の調整器の動作(冷媒供給ポンプ12の出力または流量調整バルブの開度)が大きく相違する場合が生じ得る。調整器の動作が大きく相違すると、出力の小さい冷媒供給ポンプ12(あるいは開度の小さい流量調整バルブ13)を有する燃料電池モジュール10で冷媒が逆流するおそれがある。冷媒の逆流は、燃料電池モジュール10にダメージを与えるおそれがあるため、防止されることが望ましい。燃料電池システム2は、複数のローカルコントローラ14が連携し、調整器の動作のばらつき(流量のばらつき)を抑えることができる。 The plurality of fuel cell modules 10 (the plurality of fuel cell main bodies 11) are supplied with refrigerant from one radiator 20 through a refrigerant pipe 30. The refrigerant pipe 30 branches into a plurality of fuel cell bodies 11 . When the fuel cell modules 10 drive regulators (refrigerant supply pump 12 or flow rate adjustment valve 13) independently of each other, the operations of the multiple regulators (the output of the refrigerant supply pump 12 or the opening degree of the flow rate adjustment valve) are largely different. There may be cases where this occurs. If the operation of the regulators is significantly different, there is a risk that the refrigerant will flow back in the fuel cell module 10 that has the refrigerant supply pump 12 with a small output (or the flow rate adjustment valve 13 with a small opening). The backflow of the refrigerant may damage the fuel cell module 10, so it is desirable to prevent it. In the fuel cell system 2, a plurality of local controllers 14 cooperate to suppress variations in the operation of the regulator (variations in flow rate).

図2に、夫々のローカルコントローラ14が実行する調整器制御のフローチャートを示す。図2を参照しつつ、夫々のローカルコントローラ14が実行する処理を説明する。以下では、燃料電池モジュール10aのローカルコントローラ14aに着目して調整器制御を説明する。 FIG. 2 shows a flowchart of regulator control executed by each local controller 14. The processing executed by each local controller 14 will be described with reference to FIG. 2. In the following, regulator control will be explained focusing on the local controller 14a of the fuel cell module 10a.

ローカルコントローラ14aは、温度センサ16aの計測値を受け取り、燃料電池本体11aを通過する冷媒の温度を取得する(ステップS11)。ローカルコントローラ14aは、取得した冷媒の温度に基づいて、自身の燃料電池モジュール10aの調整器(冷媒供給ポンプ12aあるいは流量調整バルブ13a)に対する指令値を決定する(ステップS12)。温度と指令値の間の関係は、予めローカルコントローラ14に記憶されている。温度と指令値の関係は、マップあるいは関係式で与えられる。一般に、温度が高いほど、指令値も大きくなるように設定されている。 The local controller 14a receives the measured value of the temperature sensor 16a, and obtains the temperature of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11a (step S11). The local controller 14a determines a command value for the regulator (refrigerant supply pump 12a or flow rate adjustment valve 13a) of its own fuel cell module 10a based on the obtained refrigerant temperature (step S12). The relationship between temperature and command value is stored in the local controller 14 in advance. The relationship between temperature and command value is given by a map or a relational expression. Generally, the higher the temperature, the larger the command value is set.

調整器が冷媒供給ポンプ12aの場合、指令値は、冷媒供給ポンプ12aの目標回転数で表される。冷媒の温度が高いほど、指令値、すなわち、冷媒供給ポンプ12aの目標回転数は高くなる。冷媒供給ポンプ12aの回転数が高くなるほど、燃料電池本体11aを通過する冷媒の温度が下がる。調整器が流量調整バルブ13aの場合、指令値は、流量調整バルブ13aの開度で表される。冷媒の温度が高いほど、指令値、すなわち、流量調整バルブ13aの開度も大きくなる。流量調整バルブ13aの開度が大きいほど、燃料電池本体11aを通過する冷媒の温度が下がる。指令値は、冷媒供給ポンプ12aの目標回転数と流量調整バルブ13aの開度の組み合わせであってもよい。 When the regulator is the refrigerant supply pump 12a, the command value is expressed by the target rotation speed of the refrigerant supply pump 12a. The higher the temperature of the refrigerant, the higher the command value, that is, the target rotation speed of the refrigerant supply pump 12a. The higher the rotation speed of the refrigerant supply pump 12a, the lower the temperature of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11a. When the regulator is the flow rate adjustment valve 13a, the command value is expressed by the opening degree of the flow rate adjustment valve 13a. The higher the temperature of the refrigerant, the larger the command value, that is, the opening degree of the flow rate adjustment valve 13a. The larger the opening degree of the flow rate adjustment valve 13a, the lower the temperature of the refrigerant passing through the fuel cell main body 11a. The command value may be a combination of the target rotation speed of the refrigerant supply pump 12a and the opening degree of the flow rate adjustment valve 13a.

他のローカルコントローラ14b、14cも、夫々、自身の制御下の調整器に対する指令値を決定する。 The other local controllers 14b, 14c also each determine command values for the regulators under their control.

説明の便宜上、今、着目しているローカルコントローラ14aが決定する指令値を自指令値と称し、他のローカルコントローラ14b、14cが決定する指令値を他指令値と称する。 For convenience of explanation, the command value determined by the local controller 14a of interest will be referred to as the own command value, and the command values determined by the other local controllers 14b and 14c will be referred to as other command values.

ローカルコントローラ14aは、ネットワーク40を介して自指令値を他のローカルコントローラ14b、14cへ送信する(ステップS13)。他のローカルコントローラ14b、14cも、夫々、自身の調整器に対する指令値(ローカルコントローラ14aにとっての他指令値)をローカルコントローラ14aへ送信する。ローカルコントローラ14aは、他のローカルコントローラ14b、14cから他指令値を受信する(ステップS14)。 The local controller 14a transmits its own command value to the other local controllers 14b and 14c via the network 40 (step S13). The other local controllers 14b and 14c also transmit command values for their own regulators (other command values for the local controller 14a) to the local controller 14a. The local controller 14a receives other command values from the other local controllers 14b and 14c (step S14).

ローカルコントローラ14aは、全てのローカルコントローラ14が決定した指令値(すなわち、自指令値と全ての他指令値)を取得する。ローカルコントローラ14aは、自指令値と他指令値に基づいて自指令値を補正する(ステップS15)。補正後の自指令値を補正指令値と称する。 The local controller 14a acquires the command values determined by all the local controllers 14 (that is, its own command value and all other command values). The local controller 14a corrects the own command value based on the own command value and other command values (step S15). The self-command value after correction is referred to as a corrected command value.

自指令値の補正の例を説明する。ローカルコントローラ14aは、自指令値と全ての他指令値の平均値を補正指令値として決定する。あるいは、ローカルコントローラ14aは、自指令値と全ての他指令値の中の最大値を補正指令値として決定する。最後に、ローカルコントローラ14aは、補正指令値に基づいて調整器を制御する(ステップS16)。 An example of correction of the own command value will be explained. The local controller 14a determines the average value of its own command value and all other command values as the corrected command value. Alternatively, the local controller 14a determines the maximum value of the own command value and all other command values as the corrected command value. Finally, the local controller 14a controls the regulator based on the correction command value (step S16).

ローカルコントローラ14aは、一定の周期で図2の処理を繰り返す。ローカルコントローラ14b、14cも同様の処理を実行する。 The local controller 14a repeats the process shown in FIG. 2 at regular intervals. Local controllers 14b and 14c also perform similar processing.

全てのローカルコントローラ14が同じ補正演算を行うと、全てのローカルコントローラ14が同じ補正指令値を得る。すなわち、全ての燃料電池モジュール10において、調整器への最終的な指令値(補正指令値)が同じになる。複数の燃料電池モジュール10における調整器の動作のばらつきが小さくなる。実施例の燃料電池システム2では、全ての燃料電池モジュール10で調整器の動作が同じになるので、全ての燃料電池本体11に均等に冷媒が流れる。いずれかの燃料電池本体11で冷媒が逆流することがない。 When all the local controllers 14 perform the same correction calculation, all the local controllers 14 obtain the same correction command value. That is, in all fuel cell modules 10, the final command value (correction command value) to the regulator becomes the same. Variations in the operation of regulators among the plurality of fuel cell modules 10 are reduced. In the fuel cell system 2 of the embodiment, the regulators operate in the same way in all the fuel cell modules 10, so the coolant flows equally into all the fuel cell bodies 11. Refrigerant does not flow backward in any of the fuel cell bodies 11.

燃料電池システム2では、夫々のローカルコントローラ14が他のローカルコントローラ14へ自指令値を送る。複数のローカルコントローラ14を管理し、夫々のローカルコントローラ14から自指令値を受けて補正指令値を生成する上位コントローラが必要ない。 In the fuel cell system 2, each local controller 14 sends its own command value to other local controllers 14. There is no need for a higher-level controller that manages the plurality of local controllers 14 and receives its own command value from each local controller 14 and generates a correction command value.

実施例の燃料電池システム2では、全てのローカルコントローラ14が同じ補正指令値を得る。すなわち、全ての燃料電池モジュール10の調整器(冷媒供給ポンプ12または流量調整バルブ13)が同じ動作を行う。従って夫々の燃料電池本体11の温度に応じた調整器の精緻な制御が難しい。次に説明する変形例では、複数の燃料電池モジュール10の燃料電池本体11に流れる流量のばらつきが過大となることを抑えつつ、夫々の燃料電池本体11の温度に応じた調整器の制御を実現することができる。図3を参照して調整器制御の第1変形例を示す。 In the fuel cell system 2 of the embodiment, all local controllers 14 obtain the same correction command value. That is, the regulators (refrigerant supply pumps 12 or flow rate adjustment valves 13) of all fuel cell modules 10 perform the same operation. Therefore, it is difficult to precisely control the regulator according to the temperature of each fuel cell main body 11. In the modification described below, it is possible to control the regulator according to the temperature of each fuel cell main body 11 while suppressing excessive variations in the flow rate flowing into the fuel cell main bodies 11 of a plurality of fuel cell modules 10. can do. A first variant of regulator control is shown with reference to FIG.

図3のフローチャートのステップS21からS24は、図2のフローチャートのステップS11からS14と同じであるので説明は割愛する。 Steps S21 to S24 in the flowchart in FIG. 3 are the same as steps S11 to S14 in the flowchart in FIG. 2, so a description thereof will be omitted.

他のローカルコントローラ14b、14cから他指令値を受信したローカルコントローラ14aは、自指令値と他指令値に基づいて許容指令範囲を決定する(ステップS25)。許容指令範囲は、自指令値と他指令値の平均値を含む所定の範囲である。許容指令範囲は、その範囲内で複数のローカルコントローラ14が選択した異なる指令値で調整器を制御しても逆流が生じないように選定されている。許容指令範囲は、自指令値と他指令値の平均値の関数として夫々のローカルコントローラ14に記憶されている。 The local controller 14a, which has received the other command values from the other local controllers 14b and 14c, determines an allowable command range based on the own command value and the other command values (step S25). The allowable command range is a predetermined range that includes the average value of the own command value and other command values. The allowable command range is selected so that no backflow occurs even if the regulator is controlled by different command values selected by a plurality of local controllers 14 within the range. The allowable command range is stored in each local controller 14 as a function of the average value of the own command value and other command values.

ローカルコントローラ14aは、決定した許容指令範囲を自指令値と比較する(ステップS26)。自指令値が許容範囲内の場合(ステップS26:YES)、ローカルコントローラ14aは、自指令値を補正指令値として決定する(ステップS27)。一方、自指令値が許容範囲を外れていた場合(ステップS26:NO)、ローカルコントローラ14aは、許容指令範囲の数値であって自指令値に最も近い値を補正指令値として決定する(ステップS28)。より具体的には、自指令値が許容指令範囲の下限値よりも小さい場合、ローカルコントローラ14aは、下限値を補正指令値として決定する。自指令値が許容指令範囲の上限値よりも大きい場合、ローカルコントローラ14aは、上限値を補正指令値として決定する。 The local controller 14a compares the determined allowable command range with its own command value (step S26). If the own command value is within the allowable range (step S26: YES), the local controller 14a determines the own command value as the corrected command value (step S27). On the other hand, if the self-command value is outside the allowable range (step S26: NO), the local controller 14a determines the value within the permissible command range that is closest to the self-command value as the corrected command value (step S28). ). More specifically, when the own command value is smaller than the lower limit value of the allowable command range, the local controller 14a determines the lower limit value as the corrected command value. If the own command value is larger than the upper limit of the allowable command range, the local controller 14a determines the upper limit as the corrected command value.

最後にローカルコントローラ14aは、決定した補正指令値で調整器を制御する(ステップS19)。ローカルコントローラ14b、14cも、同様の処理を実行する。 Finally, the local controller 14a controls the regulator using the determined correction command value (step S19). Local controllers 14b and 14c also perform similar processing.

第1変形例の制御によれば、複数のローカルコントローラ14の指令値は、許容指令範囲内に収まることになる。それゆえ、冷媒の流量の差が所定の範囲に抑えられ、冷媒の逆流が生じない。また、自指令値が高い場合は、補正指令値は許容指令範囲の上限値になり、自指令値が低い場合は、補正指令値は許容指令範囲の下限値になる。自指令値が許容範囲内の場合は自指令値が補正指令値となる。補正指令値は、自指令値の大きさに応じて許容指令範囲の中で変動し得る。第1変形例の調整器制御によれば、複数の燃料電池モジュール10の調整器の動作のばらつきが過大となることを抑えつつ、夫々の燃料電池本体11の温度に応じた調整器の制御を実現することができる。 According to the control of the first modification, the command values of the plurality of local controllers 14 fall within the allowable command range. Therefore, the difference in the flow rate of the refrigerant is suppressed within a predetermined range, and no backflow of the refrigerant occurs. Further, when the own command value is high, the corrected command value becomes the upper limit of the allowable command range, and when the own command value is low, the corrected command value becomes the lower limit of the allowable command range. If the self-command value is within the allowable range, the self-command value becomes the correction command value. The corrected command value can vary within the allowable command range depending on the magnitude of the own command value. According to the regulator control of the first modification, it is possible to control the regulators according to the temperature of each fuel cell main body 11 while suppressing excessive variations in the operation of the regulators of the plurality of fuel cell modules 10. It can be realized.

図4に調整器制御の第2変形例を示す。この変形例では、温度センサ16によって計測された温度(燃料電池本体11を通過した冷媒の温度)が自指令値として採用される。 FIG. 4 shows a second modification of regulator control. In this modification, the temperature measured by the temperature sensor 16 (the temperature of the refrigerant that has passed through the fuel cell main body 11) is adopted as the self-command value.

ローカルコントローラ14aは、温度センサ16aから温度を取得する(ステップS31)。ローカルコントローラ14aは、取得した温度を自指令値として他のローカルコントローラ14b、14cへ送信する(ステップS32)。他のローカルコントローラ14b(14c)も、自身の燃料電池モジュール10b(10c)が備える温度センサ16b(16c)の計測データを自指令値(ローカルコントローラ14aにとっては他指令値)として他のローカルコントローラへ送信する。すなわち、ローカルコントローラ14aは、他のローカルコントローラ14b、14cから温度(他指令値)を受信する(ステップS33)。 The local controller 14a acquires the temperature from the temperature sensor 16a (step S31). The local controller 14a transmits the acquired temperature as a self-command value to the other local controllers 14b and 14c (step S32). Other local controllers 14b (14c) also transmit the measurement data of the temperature sensor 16b (16c) included in its own fuel cell module 10b (10c) to other local controllers as its own command value (another command value for the local controller 14a). Send. That is, the local controller 14a receives the temperature (other command value) from the other local controllers 14b and 14c (step S33).

ローカルコントローラ14aは、自指令値と他指令値に基づいて許容指令範囲を決定する(ステップS34)。許容指令範囲は、図2の場合と同様に、自指令値と他指令値の平均値を含む所定の範囲であり、平均値の関数として予め各ローカルコントローラ14に記憶されている。 The local controller 14a determines an allowable command range based on the own command value and other command values (step S34). As in the case of FIG. 2, the allowable command range is a predetermined range that includes the average value of the own command value and other command values, and is stored in advance in each local controller 14 as a function of the average value.

ローカルコントローラ14aは、決定した許容指令範囲を自指令値と比較する(ステップS35)。自指令値が許容範囲内の場合(ステップS35:YES)、ローカルコントローラ14aは、自指令値を補正指令値として決定する(ステップS36)。一方、自指令値が許容範囲を外れていた場合(ステップS35:NO)、ローカルコントローラ14aは、許容指令範囲の数値であって自指令値に最も近い値を補正指令値として決定する(ステップS37)。より具体的には、自指令値が許容指令範囲の下限値よりも小さい場合、ローカルコントローラ14aは、下限値を補正指令値として決定する。自指令値が許容指令範囲の上限値よりも大きい場合、ローカルコントローラ14aは、上限値を補正指令値として決定する。 The local controller 14a compares the determined allowable command range with its own command value (step S35). If the own command value is within the allowable range (step S35: YES), the local controller 14a determines the own command value as the corrected command value (step S36). On the other hand, if the self-command value is outside the permissible range (step S35: NO), the local controller 14a determines the value within the permissible command range that is closest to the self-command value as the corrected command value (step S37). ). More specifically, when the own command value is smaller than the lower limit value of the allowable command range, the local controller 14a determines the lower limit value as the corrected command value. If the own command value is larger than the upper limit of the allowable command range, the local controller 14a determines the upper limit as the corrected command value.

補正指令値も温度で表されている。ローカルコントローラ14aには、温度と調整器指令値(最終指令値)の関係が予め記憶されている。ローカルコントローラ14aは、記憶している関係を用いて補正指令値を最終指令値に変換する(ステップS38)。調整器が冷媒供給ポンプ12aの場合、最終指令値は目標回転数で表される。調整器が流量調整バルブ13aの場合、最終指令値はバルブの目標開度で表される。最後にローカルコントローラ14aは、得られた最終指令値で調整器を制御する(ステップS39)。ローカルコントローラ14aは、所定の周期で図4の処理を繰り返す。ローカルコントローラ14b、14cも、同様の処理を実行する。 The correction command value is also expressed in temperature. The relationship between temperature and regulator command value (final command value) is stored in advance in the local controller 14a. The local controller 14a converts the correction command value into a final command value using the stored relationship (step S38). When the regulator is the refrigerant supply pump 12a, the final command value is expressed by the target rotation speed. When the regulator is the flow rate adjustment valve 13a, the final command value is expressed by the target opening degree of the valve. Finally, the local controller 14a controls the regulator using the obtained final command value (step S39). The local controller 14a repeats the process of FIG. 4 at a predetermined period. Local controllers 14b and 14c also perform similar processing.

第2変形例の制御によっても、第1変形例の場合と同様に、複数の燃料電池モジュール10の調整器の動作のばらつき(即ち流量のばらつき)が過大になることを抑えつつ、夫々の燃料電池本体11の温度に応じた調整器の制御を実現することができる。 Similarly to the case of the first modification, the control of the second modification also suppresses the variation in the operation of the regulators of the plurality of fuel cell modules 10 (that is, the variation in flow rate) from becoming excessive. Control of the regulator according to the temperature of the battery body 11 can be realized.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。燃料電池システムが有する燃料電池モジュールの数は2個以上であればよい。冷媒冷却装置はラジエータ20に限られず、冷媒を冷却できるデバイスであればよい。燃料電池システムは、複数の冷媒冷却装置を備えていてもよい。本明細書が開示する技術は、複数の燃料電池モジュールに冷媒を分配するシステムに適用することができる。 Points to note regarding the techniques described in the examples will be described. The number of fuel cell modules that the fuel cell system has may be two or more. The refrigerant cooling device is not limited to the radiator 20, and may be any device that can cool the refrigerant. The fuel cell system may include multiple refrigerant cooling devices. The technology disclosed herein can be applied to a system that distributes coolant to multiple fuel cell modules.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely illustrative and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and changes to the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. Furthermore, the techniques illustrated in this specification or the drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of the objectives has technical utility in itself.

2:燃料電池システム
10、10a~10c:燃料電池モジュール
11、11a~11c:燃料電池本体
12、12a~12c:冷媒供給ポンプ
13、13a~13c:流量調整バルブ
14、14a~14c:ローカルコントローラ
16、16a~16c:温度センサ
20:ラジエータ
30:冷媒管
40:ネットワーク
41:電力線
2: Fuel cell system 10, 10a to 10c: Fuel cell module 11, 11a to 11c: Fuel cell main body 12, 12a to 12c: Refrigerant supply pump 13, 13a to 13c: Flow rate adjustment valve 14, 14a to 14c: Local controller 16 , 16a to 16c: Temperature sensor 20: Radiator 30: Refrigerant pipe 40: Network 41: Power line

Claims (5)

冷媒を冷却する冷媒冷却装置と、
燃料電池本体とローカルコントローラを備えている複数の燃料電池モジュールと、
前記冷媒冷却装置と複数の前記燃料電池本体を接続しており、前記冷媒を前記冷媒冷却装置から複数の前記燃料電池本体に分配する冷媒管と、
を備えており、
夫々の前記燃料電池モジュールは、自身の前記燃料電池本体を通過する前記冷媒の流量を調整する調整器を備えており、
夫々の前記ローカルコントローラは、自身の前記燃料電池モジュールの前記調整器に対する指令値(自指令値)を決定するとともに他の前記ローカルコントローラが決定した前記指令値(他指令値)を参照して前記自指令値を補正し、補正された前記自指令値(補正指令値)に基づいて前記調整器を制御する、燃料電池システム。
a refrigerant cooling device that cools the refrigerant;
multiple fuel cell modules each including a fuel cell main body and a local controller;
a refrigerant pipe connecting the refrigerant cooling device and the plurality of fuel cell main bodies, and distributing the refrigerant from the refrigerant cooling device to the plurality of fuel cell main bodies;
It is equipped with
Each of the fuel cell modules is equipped with a regulator that adjusts the flow rate of the refrigerant passing through its own fuel cell main body,
Each of the local controllers determines a command value (own command value) for the regulator of its own fuel cell module, and also refers to the command value (other command value) determined by the other local controller. A fuel cell system that corrects a self-command value and controls the regulator based on the corrected self-command value (corrected command value).
夫々の前記ローカルコントローラは、前記自指令値と前記他指令値の中の最大値を前記補正指令値として決定する、請求項1に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein each of the local controllers determines the maximum value of the own command value and the other command value as the correction command value. 夫々の前記ローカルコントローラは、前記自指令値と前記他指令値の平均値を前記補正指令値として決定する、請求項1に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein each of the local controllers determines an average value of the own command value and the other command value as the correction command value. 夫々の前記ローカルコントローラは、前記自指令値と前記他指令値に基づいて許容指令範囲を決定し、前記自指令値が前記許容指令範囲内の場合は前記自指令値を前記補正指令値として決定し、前記自指令値が前記許容指令範囲を外れていた場合には、前記許容指令範囲内の値であって前記自指令値に最も近い値を前記補正指令値として決定する、請求項1に記載の燃料電池システム。 Each of the local controllers determines an allowable command range based on the own command value and the other command value, and when the own command value is within the permissible command range, determines the own command value as the corrected command value. According to claim 1, when the self-command value is outside the permissible command range, a value within the permissible command range and closest to the self-command value is determined as the corrected command value. The fuel cell system described. 前記調整器は前記冷媒を前記燃料電池本体に供給するポンプと、前記燃料電池本体を通過する前記冷媒の流量を調整するバルブの少なくとも一方である、請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 5. The regulator is at least one of a pump that supplies the refrigerant to the fuel cell main body, and a valve that adjusts the flow rate of the refrigerant passing through the fuel cell main body. fuel cell system.
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