KR101829508B1 - 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량 및 연료 전지 시스템의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 냉각액의 온도를 정확하게 파악할 수 없다고 하는 것이다.
제어부는, 연료 전지 탑재 차량의 기동시에는, 외기온 센서에 의해 측정된 외기온에 기초하여 라디에이터 내에 있어서의 냉각액의 온도를 추정하고, 기동시에 라디에이터에 체류하는 냉각액이 제1 온도 센서에 도달한 후에는 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 라디에이터 내에 있어서의 냉각액의 온도를 취득한다. 그리고, 제2 온도 센서에 의해 측정된 연료 전지의 출구에 있어서의 냉각액의 온도와, 추정 또는 취득한 라디에이터 내에 있어서의 냉각액의 온도와, 연료 전지의 목표 온도를 사용하여 분류비를 제어한다.

Description

연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량 및 연료 전지 시스템의 제어 방법 {FUEL CELL SYSTEM, FUEL CELL MOUNTABLE VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING FUEL CELL SYSTEM}
본원은, 2014년 11월 15일에 출원된 출원 번호 제2014-232254호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시 내용 전부가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은, 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량 및 연료 전지 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
연료 전지는, 냉각액에 의해 냉각되는 것이 보통이다. JP2006-164738A에는, 온도 센서에 의해 외기온을 검출하고, 이 외기온에 따라서 냉각액의 순환을 개시하는 기술이 개시되어 있다.
JP2006-164738A에서는, 외기온을 사용하여 냉각액의 순환의 개시를 판단하고 있지만, 외기온과, 라디에이터 내부에 체류하고 있는 냉각액의 온도와, 연료 전지에 공급되는 냉각액의 온도 사이에는 상호 차이가 있다. 이로 인해, 냉각액의 정확한 온도를 파악할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지 탑재 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템이 제공된다. 이 연료 전지 시스템은, 연료 전지와, 상기 연료 전지에 냉각액을 공급하는 냉각액 공급 유로와, 상기 냉각액을 냉각하는 라디에이터와, 상기 라디에이터의 출구에 설치되고, 상기 냉각액의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 외기온 센서와, 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 외기온 센서에 의해 측정된 외기온에 기초하여, 상기 냉각액 공급 유로를 흐르는 냉각액의 온도를 추정하고, 상기 라디에이터에 체류하는 냉각액이 상기 제1 온도 센서에 도달하였다고 추정된 후에는, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 냉각액 공급 유로에 흐르는 냉각액의 온도를 취득하고, 추정된 상기 냉각액의 온도 또는 취득된 상기 냉각액의 온도에 기초하여 상기 냉각액의 유량을 조정한다. 이 형태에 의하면, 냉각액의 정확한 온도를 파악하여 냉각액의 유량을 조정할 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 냉각액 공급 유로에 설치된 냉각액 펌프와, 상기 연료 전지로부터 배출된 냉각액을, 상기 라디에이터를 바이패스하여 상기 라디에이터의 하류측의 상기 냉각액 공급 유로로 환류하는 바이패스관과, 상기 연료 전지로부터 배출된 냉각액을 상기 라디에이터와 상기 바이패스관으로 분류하는 분류 밸브와, 상기 연료 전지의 출구에 설치되고, 상기 냉각액의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 더 구비한다. 상기 제어부는, 상기 냉각액의 유량의 조정시에, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 상기 냉각액의 온도와, 상기 추정 또는 취득한 상기 라디에이터 내에 있어서의 상기 냉각액의 온도와, 상기 연료 전지의 목표 온도를 사용하여, 상기 냉각액 펌프의 동작과, 상기 분류 밸브에 의한 상기 냉각액의 상기 라디에이터와 상기 바이패스관의 분류비를 제어해도 된다. 이 형태에 의하면, 라디에이터 내의 냉각액의 온도를 보다 정확하게 추정하여, 분류비를 제어할 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 라디에이터 중의 상기 냉각액의 체적과, 상기 라디에이터의 출구로부터 상기 제1 온도 센서가 설치된 위치까지의 사이의 상기 냉각액의 체적을 합계한 합계 체적의 냉각액을, 상기 냉각액 펌프를 사용하여 흘렸을 때, 상기 라디에이터에 체류하는 냉각액이 상기 제1 온도 센서에 도달하였다고 판정해도 된다. 이 형태에 의하면, 상기 라디에이터에 체류하는 냉각액이 상기 제1 온도 센서에 도달한 시점을 용이하게 판단할 수 있다.
(4) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부가 상기 냉각액 공급 유로 내에 있어서의 상기 냉각액의 온도를 취득할 때에 사용하는 온도 센서를 상기 외기온 센서로부터 상기 제1 온도 센서로 전환할 때, 상기 전환하기 전의 상기 냉각액의 추정 온도와, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정되는 온도의 차분이 미리 정해진 값 이상인 경우에는, 상기 제어부는, 상기 분류 밸브의 개방도의 변경 속도에 상한을 설정해도 된다. 이 형태에 의하면, 분류 밸브의 개방도가 천천히 전환되어, 분류 밸브의 개방도가 언더슈트하거나 오버슈트하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은, 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 연료 전지 시스템 외에, 연료 전지 차량, 연료 전지 시스템의 제어 방법 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 연료 전지를 탑재한 연료 전지 탑재 차량을 도시하는 설명도.
도 2는 연료 전지와 연료 전지의 냉각계를 도시하는 설명도.
도 3은 연료 전지 시스템의 냉각계의 시동시로부터의 제어 흐름도를 나타내는 설명도.
도 4는 냉각액의 온도와 냉각액의 점도 사이의 관계를 나타내는 설명도.
도 5는 분류비의 지령값의 보정 전과 보정 후의 관계를 나타내는 설명도.
도 6은 제3 실시 형태에 있어서의 제어 흐름도.
제1 실시 형태:
도 1은, 연료 전지를 탑재한 연료 전지 탑재 차량(10)(이하, 단순히 「차량(10)」이라고도 칭함)을 도시하는 설명도이다. 차량(10)은, 연료 전지(100)와, 제어부(110)[ECU(Electronic Control Unit)라고도 칭함]와, 2차 전지(130)와, 전력 분배 컨트롤러(140)와, 구동 모터(150)와, 구동 샤프트(160)와, 동력 분배 기어(170)와, 좌우의 차륜(180)과, 외기온 센서(190)를 구비한다.
연료 전지(100)는, 연료 가스와 산화제 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 전력을 취출하기 위한 발전 장치이다. 제어부(110)는, 연료 전지(100)와 2차 전지(130)와 전력 분배 컨트롤러(140)의 동작을 제어한다. 제어부(110)는, 연료 전지(100)를 차량(10)의 주된 동력원으로서 사용하지만, 차량(10)의 기동 직후 등, 연료 전지(100)의 발전력이 작은 경우에는, 차량(10)을 움직이게 하기 위한 전력원으로서 2차 전지(130)를 사용해도 된다. 2차 전지(130)로서, 예를 들어 니켈 수소 전지나, 리튬 이온 전지를 채용하는 것이 가능하다. 2차 전지(130)에의 충전은, 예를 들어 연료 전지(100)로부터 출력되는 전력을 사용하여 직접 충전하는 것이나, 차량(10)이 감속할 때에 차량(10)의 운동 에너지를 구동 모터(150)에 의해 회생하여 충전함으로써 행하는 것이 가능하다. 전력 분배 컨트롤러(140)는, 제어부(110)로부터의 명령을 받아, 연료 전지(100)로부터 구동 모터(150)로 출력하는 전력과, 2차 전지(130)로부터 구동 모터(150)로 출력하는 전력을 제어한다. 또한, 전력 분배 컨트롤러(140)는, 차량(10)의 감속시에는, 제어부(110)로부터의 명령을 받아, 구동 모터(150)에 의해 회생된 전력을 2차 전지(130)로 보낸다. 구동 모터(150)는, 차량(10)을 움직이게 하기 위한 전동기로서 기능한다. 또한, 구동 모터(150)는, 차량(10)이 감속할 때에는, 차량(10)의 운동 에너지를 전기 에너지로 회생하는 발전기로서 기능한다. 구동 샤프트(160)는, 구동 모터(150)가 발하는 구동력을 동력 분배 기어(170)에 전달한다. 동력 분배 기어(170)는, 좌우의 차륜(180)에 구동력을 분배한다. 외기온 센서(190)는, 외기의 온도를 측정한다.
도 2는, 연료 전지(100)와 연료 전지(100)의 냉각계(300)를 도시하는 설명도이다. 차량(10)에 탑재되는 연료 전지 시스템은, 냉각계(300) 외에, 산화 가스 공급 배출계와, 연료 가스 공급 배출계를 구비하고 있지만, 본 명세서에서는, 냉각계(300)에 대해서만 설명하고, 산화 가스 공급 배출계와, 연료 가스 공급 배출계에 대해서는 설명을 생략한다.
냉각계(300)는, 냉각액 공급관(310)과, 냉각액 배출관(320)과, 바이패스관(330)과, 분류 밸브(340)와, 라디에이터(350)와, 라디에이터 팬(360)[이하 단순히 「팬(360)」이라고도 칭함]과, 냉각액 펌프(370)와, 온도 센서(380, 390)를 구비한다. 본 실시 형태에서는, 냉각액으로서 물을 사용하고 있다. 따라서, 냉각액을 「냉각수」라고도 칭하고, 냉각액 펌프(370)는 「냉각수 펌프(370)」 혹은 「워터 펌프(370)(W/P)」라고도 칭한다. 본 실시 형태의 도면에서는, 냉각액 펌프(370)는 「W/P」라고 표기한다.
냉각액은, 냉각액 공급관(310)으로부터 연료 전지(100)에 공급되어, 냉각액 배출관(320)으로 배출된다. 냉각액 공급관(310)은, 청구항의 냉각액 공급 유로에 대응한다. 라디에이터(350)는, 냉각액 공급관(310)과, 냉각액 배출관(320)에 접속되어 있다. 냉각액 배출관(320)과 냉각액 공급관(310)은, 라디에이터(350)에 냉각액을 바이패스시켜 냉각액 공급관(310)으로 냉각액을 환류하는 바이패스관(330)이 접속되어 있다. 냉각액 배출관(320)과 바이패스관(330)의 접속부에는, 분류 밸브(340)가 설치되어 있다. 분류 밸브(340)는, 냉각액을, 라디에이터(350)와 바이패스관(330)으로 분류한다. 라디에이터(350)에는, 라디에이터 팬(360)이 설치되어 있어, 라디에이터(350)에 바람을 송풍하여 라디에이터(350)를 흐르는 냉각액을 냉각한다. 냉각액 펌프(370)는, 연료 전지(100)에 냉각액을 공급한다. 도 2에서는, 냉각액 펌프(370)는 라디에이터(350)의 하류측에 설치되어 있지만, 냉각액 펌프(370)를 라디에이터(350)의 상류측에 설치해도 된다. 제1 온도 센서(380)는, 라디에이터(350)의 출구에 설치되어 있고, 제2 온도 센서(390)는 연료 전지(100)의 냉각액 출구에 설치되어 있다. 제1 온도 센서(380)는 연료 전지(100)에 공급되는 냉각액의 온도를 측정한다. 제2 온도 센서(390)는 연료 전지(100)로부터 배출되는 냉각액의 온도[즉, 라디에이터(350)에 공급되는 냉각액의 온도]를 측정한다. 연료 전지(100)로부터 배출되는 냉각액의 온도는, 연료 전지(100)의 온도와 거의 동등하다. 또한, 냉각액은, 연료 전지(100)에 의해 데워져 있으므로, 차량(10)의 실내 에어컨의 난방용 열원으로서 사용되어도 된다. 또한, 냉각수는, 연료 전지(100)뿐만 아니라, 연료 가스의 인터쿨러용 냉각액으로서 사용되어도 된다. 단, 본 명세서에서는, 이들 용도에 대해서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 냉각액 펌프(370)에 의해, 냉각액 공급관(310)으로부터 연료 전지(100)에 냉각액이 공급되고, 냉각액은, 연료 전지(100)를 냉각한 후, 냉각액 배출관(320)으로 배출된다. 냉각액은, 분류 밸브(340)에 의해, 라디에이터(350)와, 바이패스관(330)으로 분류된다. 라디에이터(350)로 분류된 냉각액은 라디에이터(350)에 의해 냉각되지만, 바이패스관(330)으로 분류된 냉각액은 냉각되지 않는다. 제어부(110)는, 라디에이터(350)에 흐르는 냉각액과 바이패스관(330)에 흐르는 냉각액의 유량비(분류비)와, 라디에이터 팬(360)의 회전수와, 냉각액 펌프(370)의 유량을 조정함으로써, 냉각액의 온도 및 연료 전지(100)의 냉각을 제어한다.
도 3은, 연료 전지 시스템의 냉각계(300)의 시동시로부터의 제어 흐름도를 나타내는 설명도이다. 도 3의 처리에서는 이하의 파라미터가 사용된다.
·Tt1: 연료 전지 입구의 냉각액 온도의 제어 목표값
·Tto1, Tto2: 연료 전지 출구의 냉각액 온도의 제어 목표값
·To: 연료 전지 출구의 냉각액 온도[제2 온도 센서(390)의 측정값]
·Tm: 라디에이터 출구의 냉각액 온도[제1 온도 센서(380)의 측정값]
·Te: 라디에이터 내의 냉각액 온도의 추정값(라디에이터 내의 라디에이터 출구에 있어서의 냉각액 온도의 추정값)
·r: 분류 밸브(340)의 분류비
r＝(라디에이터의 냉각액 유량)/(라디에이터의 냉각액 유량＋바이패스관의 냉각액 유량)
또한, 라디에이터의 냉각액 유량과 바이패스관의 냉각액 유량의 합은, 냉각액 펌프(370)의 전체 유량에 상당한다.
스텝 S100에서는, 연료 전지 시스템이 기동된다. 연료 전지 시스템이 차량(10)에 탑재되는 경우, 이 기동은, 차량(10)의 스타터 스위치(도시하지 않음)를 온 함으로써 행해진다. 제어부(110)는, 라디에이터 팬(360)과, 냉각액 펌프(370)를 구동한다. 또한, 이 단계에서는, 분류 밸브(340)의 분류비 r은 0이며, 연료 전지(100)로부터 배출된 냉각액의 전량이 바이패스관(330)으로 흐르고, 라디에이터(350)로는 흐르지 않는다. 이 상태에서는, 라디에이터(350)에서 방열되지 않으므로, 순환하는 냉각액의 온도는 조금씩 상승한다. 한편, 라디에이터(350) 내의 냉각액의 온도는, 순환하는 냉각액의 온도보다도 낮은 상태로 유지된다. 또한, 분류비 r을 0으로 하였지만, 예를 들어 스타터 스위치를 오프 후, 바로 스타터 스위치가 온으로 되는 경우에는, 냉각수 온도가 높기 때문에, 분류비 r을 제로로 하지 않아도 된다.
스텝 S110에서는, 제어부(110)는, 제2 온도 센서(390)를 사용하여 연료 전지(100)의 출구의 냉각액 온도 To를 측정하고, 출구 냉각액 온도 To가 그 제어 목표값 Tto1을 초과하였는지 여부를 판단한다. To≤Tto1인 경우에는, 연료 전지(100)의 출구의 냉각액 수온 To가 충분히 낮으므로, 제어부(110)는 스텝 S110을 반복한다. 한편, Tto1＜To로 된 경우에는, 제어부(110)는, 냉각액을 라디에이터(350)에서 냉각하기 위해 스텝 S120 이후의 처리를 실행한다.
스텝 S120에서는, 제어부(110)는 분류 밸브(340)를 폐쇄하기 전의 라디에이터(350)의 출구의 냉각액 온도 Tm과, 외기온 Tot를 사용하여, 현 시점에 있어서의 라디에이터(350) 내의 냉각액 온도 Te를 추정한다. 여기서, 「분류 밸브(340)를 폐쇄한다」라 함은, 후술하는 스텝 S190에 있어서 분류비 r을 제로로 설정하는 것을 의미한다. 또한, 연료 전지 시스템의 기동 후, 도 3의 스텝 S120∼S190의 루틴을 최초로 실행할 때에는, 「분류 밸브(340)를 폐쇄하기 전의 라디에이터(350)의 출구의 냉각액 온도 Tm」은 존재하지 않으므로, 제어부(110)는 스텝 S120에 있어서, 라디에이터(350) 내의 냉각액 온도 Te를, 외기온 Tot와 동등한 것으로 간주한다. 스텝 S120∼S190의 2회째 이후의 실행시에 있어서의 처리 내용에 대해서는 후술한다.
스텝 S130에서는, 연료 전지(100)의 출구의 냉각액 온도 To와, 연료 전지(100)의 입구의 냉각액 온도의 제어 목표값 Tt1과, 라디에이터(350) 내의 냉각액 온도 Te를 사용하여 분류 밸브(340)의 개방도 r을 산출한다. 이들 사이에는, 이하의 관계가 있다.
Figure 112015106801646-pat00001
Figure 112015106801646-pat00002
스텝 S140에서는, 제어부(110)는, 라디에이터(350)에 미리 정해진 체적의 냉각액이 흘렀는지 여부를 판단한다. 이 「체적」은, 라디에이터(350)의 내부의 냉각액의 체적 Vr이어도 되고, 혹은 라디에이터(350)의 내부의 냉각액의 체적 Vr과, 라디에이터(350)의 출구로부터 제1 온도 센서(380)가 설치된 위치까지의 사이의 냉각액의 체적의 합으로 해도 된다. 혹은, 라디에이터(350)의 내부의 냉각액의 체적 Vr과, 냉각액 배출관(320)의 내부의 냉각액의 체적 Vo의 합(체적 Vr과 체적 Vo의 합계 체적)이어도 된다. 이 정도의 냉각액이 라디에이터(350)를 흐르면, 라디에이터(350) 중의 냉각액이 제1 온도 센서(380)를 초과하여 흐르므로, 라디에이터(350)에 의해 냉각된 냉각액이 제1 온도 센서(380)에 도달한다. 그로 인해, 라디에이터(350) 내부에 있어서의 냉각액 온도로서 사용하는 온도를, 추정 온도 Te로부터 실측 온도 Tm으로 전환하는 타이밍을 용이하게 판단할 수 있다. 제어부(110)는, 스텝 S140에 있어서, 라디에이터(350)에 미리 정해진 체적의 냉각액이 흐르고 있었던 경우에는, 스텝 S150으로 이행한다. 제어부(110)는, 냉각액의 유량 외에, 시간으로 판단해도 된다. 소정 시간 경과하면, 제어부(110)는 소정의 체적의 냉각액이 흘렀다고 판단 가능하다.
스텝 S150에서는, 제어부(110)는, 제1 온도 센서(380)를 사용하여, 냉각액 온도 Tm을 측정한다. 스텝 S160에서는, 제1 온도 센서(380)에 의해 측정한 냉각액 온도의 실측값 Tm과, 스텝 S120에서 추정한 냉각액 온도의 추정값 Te의 차가 미리 정해진 값 Th 이상인지 여부를 판단한다. 이 차분 |Tm-Te|가 Th 이상인 경우에는, 스텝 S165에 있어서, 분류 밸브(34)의 개방도의 전환 속도에 상한값을 정한 후에, 스텝 S170으로 이행한다. 한편, 차분 |Tm-Te|가 Th 미만인 경우에는, 스텝 S160으로부터 직접 스텝 S170으로 이행한다.
스텝 S170에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)의 출구의 냉각액 온도 To와, 연료 전지(100)의 입구의 냉각액 온도의 제어 목표값 Tt1과, 스텝 S150에서 측정한 냉각액 온도 Tm을 사용하여, 이하의 식에 의해, 분류 밸브(340)의 개방도 r을 산출하고, 개방도 r을 전환한다.
Figure 112015106801646-pat00003
또한, 스텝 S160에 있어서, 냉각액 온도의 실측값 Tm과 추정값 Te의 차가 Th 이상인 경우에는, 분류 밸브(340)의 개방도의 전환 속도의 상한값이 정해져 있으므로, 분류비 r은, 차가 Th 미만인 경우보다 천천히 전환된다. 이에 의해, 분류 밸브(340)의 개방도의 언더슈트(목표 개방도보다도 지나치게 폐쇄함)나 오버슈트(목표 개방도보다도 지나치게 개방함)를 억제할 수 있다. 단, 스텝 S160∼S170의 처리는 생략해도 된다. 또한, 냉각액 온도를 추정값 Te로부터 실측값 Tm으로 전환하는 경우에는, 시상수 처리를 행하여, 서서히 추정값 Te로부터 실측값 Tm으로 전환해도 된다. 즉, 변경 레이트에 상한을 설정하여, 천천히 전환해도 된다. 또한, 서서히 추정값 Te로부터 실측값 Tm으로 전환하는 경우, 소정 시간이 경과한 후에는 변경 속도를 증가시켜도 된다.
스텝 S180에서는, 제어부(110)는, 제2 온도 센서(390)를 사용하여 연료 전지(100)로부터 배출되는 냉각액 온도 To를 측정한다. 제어부(110)는, 냉각액 온도 To가 연료 전지(100)의 출구에 있어서의 냉각액 온도의 제어 목표값 Tto2보다 낮아졌는지 여부를 판단한다. 이 스텝 S180에 있어서의 제어 목표값 Tto2는, 스텝 S110에 있어서의 제어 목표값 Tto1과 동일한 값으로 설정해도 되지만, 헌팅을 억제하기 위해, 제어 목표값 Tto2는 제어 목표값 Tto1보다 낮은 값으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 스텝 S180은 없어도 된다. 또한, 연료 전지(100)의 출구의 냉각액 온도가 아니라, 연료 전지(100)의 입구의 냉각액 온도를 사용해도 된다. 연료 전지 출구의 냉각액 온도 To가 제어 목표값 Tto2보다 낮아진 경우에는, 냉각액을 라디에이터(350)에서 냉각하지 않아도 되므로, 제어부(110)는, 스텝 S190에서 분류 밸브(340)를 폐쇄하는(분류비 r을 제로) 것으로 한다. 이에 의해, 라디에이터(350)에는 냉각액이 흐르지 않게 되므로, 순환하는 냉각액의 온도는 상승한다. 한편, 라디에이터(350) 내에 체류하고 있는 냉각액은, 외기에 의해 냉각되므로, 냉각액의 온도는 외기온을 향해 저하된다. 또한, 차속에 따라서 실측값 Tm이 외기온에 점근하는 속도는 변화된다.
제어부(110)는, 스텝 S190 후에, 다시 처리를 반복하기 위해 스텝 S110으로 이행하고, 스텝 S110의 조건이 성립되면 스텝 S120으로 이행한다. 2회째 이후의 스텝 S120에서는, 분류 밸브(340)를 폐쇄하기 전에 있어서 제1 온도 센서(380)에 의해 측정된 라디에이터 출구의 냉각액 온도 Tm은, 외기온 Tot와 다르다. 라디에이터(350)로부터의 방열량 Q는, (Tm-Tot)×(라디에이터에 닿는 공기의 유량)에 비례한다. 따라서, 제어부(110)는, 이 방열량 Q와, 냉각액의 열용량과, 라디에이터(350) 내의 냉각액의 체적과, 분류 밸브(340)를 폐쇄하기 전의 냉각액 온도 Tm을 사용하여, 라디에이터(350) 내에 있어서의 냉각액 온도 Te의 변화를 추정할 수 있다. 통상은, 라디에이터(350) 내에 있어서의 냉각액 온도 Te는, 분류 밸브(340)를 폐쇄하기 전에 있어서 제1 온도 센서(380)에 의해 측정된 라디에이터 출구의 냉각액 온도 Tm으로부터 완만하게 저하되고, 또한 그 저하 속도는, 차속에 따라서 변화된다. 이 냉각액 온도 Te는, 상기 (2)식에 따라서 분류비 r을 설정할 때에 사용된다. 스텝 S130에서는, 이와 같이 하여 얻어진 분류비 r에 따라서 분류 밸브(340)가 다시 개방된다. 스텝 S130 이후의 처리는, 상술한 바와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 S180, S190을 실행하고 있지만, 스텝 S180은, 스텝 S110과 동일한 처리, 판정이므로, 스텝 S180, 190을 생략하고, 스텝 S170의 다음에 스텝 S110을 실행해도 된다. 또한, 스텝 S110의 처리는 없어도 된다.
상기한 설명에서는, 연료 전지 시스템의 기동시로부터의 제어를 예로 들어 설명하였다. 여기서, 스텝 S110으로 되돌아가 이후의 2루프째 이후는, 통상의 운전 상태로 되고 나서 실행되는 것이다. 따라서, 도 3에 나타내는 흐름도의 처리는, 기동시에 한정되는 처리는 아니다.
이상, 제1 실시 형태에 의하면, 제어부(110)는, 연료 전지 시스템의 기동시에 외기온 센서(190)에 기초하여 라디에이터(350) 내의 냉각액 온도 Te를 추정한다. 또한, 제어부(110)는, 연료 전지 시스템의 기동 후에, 연료 전지 시스템의 기동 전에 라디에이터(350)에 체류하고 있었던 냉각액이 제1 온도 센서(380)에 도달한 후에는, 제1 온도 센서(380)의 측정값을 사용하여 냉각액 온도 Tm을 취득하고, 연료 전지(110)의 출구에 있어서의 냉각액 온도 To와, 추정한 라디에이터 내의 냉각액 온도 Te 또는 측정한 냉각액 온도 Tm과, 연료 전지(100)의 목표 온도 Tt1을 사용하여 분류비 r을 제어한다. 그 결과, 분류 밸브(340)가 개방된 직후에 제1 온도 센서(380)가 정확한 냉각액 온도를 나타내지 않는 경우라도, 정확한 냉각액의 온도를 추정 또는 측정하여, 분류 밸브(340)를 제어할 수 있다.
제2 실시 형태:
상술한 제1 실시 형태에서는, 제어부(110)는, 상기 (2)식 또는 (3)식에 따라서 분류비 r을 조정하고 있었다. 그런데, 라디에이터(350)에 냉각액을 흘리면, 냉각액이 냉각되어 온도가 낮아져, 냉각액의 점성이 올라가고, 라디에이터(350)에 있어서의 압력 손실이 증가하여, 설정한 분류비와 실제의 분류비에 편차가 발생할 가능성이 있다. 분류비의 편차가 작은 경우에는 문제로는 되지 않지만, 분류비의 편차가 과도하게 커지면, 연료 전지(100)의 냉각량 자체가 크게 어긋날 가능성이 있다. 따라서, 제2 실시 형태에서는, 냉각액의 점성을 고려하여 분류비 r의 편차를 보정한다.
도 4는, 냉각액의 온도와, 냉각액의 점도 사이의 관계를 나타내는 설명도이다. 냉각액의 온도가 낮아지면, 냉각액의 점도가 커진다. 제어부(110)는, 이하와 같이, 분류비 r의 보정을 행하는 것이 바람직하다. 제어부(110)는, 라디에이터(350)에 있어서의 냉각액 온도에 따라서 냉각액의 점성을 추정한다. 그리고, 점성의 증가에 의한 라디에이터(350) 내의 압력 손실의 증가량을 추정하고, 이 압력 손실의 증가량에 따라서 분류비 r의 지령값의 보정을 행한다. 또한, 냉각액 펌프(370)의 압력 손실은, 냉각액의 점성 외에, 유량에 의해서도 변화되는 경우가 있다. 따라서, 온도, 점성뿐만 아니라, 또한 냉각액의 유량, 냉각액 펌프의 회전수를 사용하여 분류비 r의 지령값을 보정해도 된다.
도 5는, 분류비 r의 지령값의 보정 전과 보정 후의 관계를 나타내는 설명도이다. 제2 실시 형태에서는, 점성의 변화에 따른 압력 손실 계수비에 기초하여, 분류비 r의 지령값의 미세 조정을 행한다. 여기서, 「압력 손실 계수비」라 함은, 라디에이터(350) 내의 압력 손실 계수의 상대값을 의미하고 있다. 냉각액의 점성이 비교적 낮아 압력 손실 계수비가 비교적 작은 경우(예를 들어 압력 손실 계수비 a1이 1을 초과하고 있지만 1에 가까운 값인 경우)에는, 제어부(110)는 분류비 r의 지령값을 약간 크게 함으로써, 라디에이터(350)를 흐르는 냉각액 유량을 원하는 값으로 할 수 있다. 한편, 냉각액의 점성이 비교적 높아, 압력 손실 계수비가 비교적 큰 경우(예를 들어 압력 손실 계수 a2, a3과 같이, a1보다도 더 큰 값을 취하는 경우)에는, 압력 손실 계수비의 크기에 따라서, 분류비 r의 지령값을 보다 크게 하도록 보정하여, 라디에이터(350)를 흐르는 냉각액 유량을 원하는 값으로 할 수 있다. 또한, 분류비 r의 최대값은 1[냉각액을 전부 라디에이터(350)로 흘림]이고, 최소는 0[냉각액을 전부 바이패스관(330)으로 흘림]이다. 보정 전후의 분류비 r의 지령값의 관계를 나타내는 보정 계수는, 예를 들어 실험에 의해 구해도 된다.
제2 실시 형태에 의하면, 라디에이터(350)를 흐르는 냉각액의 점성이 온도에 따라서 변화되는 것을 고려한 후, 분류비 r의 지령값을 보정하므로, 라디에이터(350)의 냉각액 유량을 원하는 값으로 할 수 있어, 연료 전지(100)를 충분히 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉각액 펌프(370)의 압력 손실은, 냉각액의 유량에 의해서도 변화되는 경우가 있으므로, 온도, 점성뿐만 아니라, 또한 냉각액의 유량, 냉각액 펌프의 회전수를 사용하여 분류비 r의 지령값을 보정해도 된다.
제3 실시 형태:
일반적으로, 연료 전지 시스템에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)의 발전이 행해지지 않게 되면, 냉각액 펌프(370)의 회전을 정지한다. 그러나, 발전이 정지되어도, 수소가 전해질막을 투과하여, 산소와 반응함으로써, 연료 전지(100)는 발열한다. 따라서, 제3 실시 형태에서는, 이러한 크로스 누설에 의한 발열을 고려하여 연료 전지(100)의 냉각을 실행한다.
도 6은, 제3 실시 형태에 있어서의 제어 흐름도이다. 스텝 S300에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)의 발전을 정지한다. 단, 연료 전지(100)는, 발전 중에 발생한 열을 갖고 있으므로, 냉각액 펌프(370)의 구동을 계속하여, 연료 전지(100)를 냉각한다.
스텝 S310에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)의 출구의 냉각액 온도 To를 측정하고, 이 냉각액 온도 To가 미리 정해진 온도 Tb보다 낮아진 경우에는, 스텝 S320으로 이행하여, 냉각액 펌프(370)를 정지시킨다. 연료 전지(100)에서는, 발전이 정지되어도, 수소가 전해질막을 투과하여, 산소와 반응함으로써 발열한다. 스텝 S330에서는, 제어부(110)는, 수소의 크로스 누설량을 추정하여, 발열량을 산출한다. 수소의 크로스 누설량이나 발열량은, 미리 실험에 의해 구해 두는 것이 바람직하다.
스텝 S340에서는, 제어부(110)는, 발열량의 적산값이 미리 정한 열량 Qt를 초과하고 있는지 여부를 판단한다. 초과하고 있는 경우에는, 스텝 S350으로 이행하여, 냉각액 펌프(370)를 재기동하여 스텝 S310으로 이행한다. 또한, 스텝 S350으로부터 스텝 S310으로 이행하는 경우, 냉각액 펌프(370)에서, 냉각액을 소정 시간 혹은 소정의 유량 흘리고 나서 이행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 냉각액을 흘림으로써, 냉각액 온도에 분포가 있어도 냉각액 온도를 균일하게 할 수 있다. 발열량의 적산값이 미리 정한 열량 Qt를 초과하고 있지 않은 경우에는, 스텝 S360으로 이행한다. 스텝 S360에서는, 제어부(110)는, 발전 정지로부터, 소정 시간을 경과하였는지 여부를 판단한다. 소정 시간을 경과하고 있지 않으면, 스텝 S330으로 이행한다. 소정 시간을 경과하고 있으면 처리를 종료한다. 소정 시간을 하고 있으면 수소의 크로스 누설에 의한 더 이상의 발열은 발생하지 않는다고 생각되기 때문이다.
이상, 제3 실시 형태에 따르면, 제어부(110)는, 수소의 크로스 누설에 의해 연료 전지가 발열해도, 연료 전지 내의 온도를 측정하는 일 없이, 연료 전지를 충분히 냉각시킬 수 있다.
이상, 몇 가지의 실시예에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지 및 청구범위를 일탈하는 일 없이, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다.
10 : 연료 전지 탑재 차량(차량)
100 : 연료 전지
110 : 제어부
130 : 2차 전지
140 : 전력 분배 컨트롤러
150 : 구동 모터
160 : 구동 샤프트
170 : 동력 분배 기어
180 : 차륜
190 : 외기온 센서
300 : 냉각계
310 : 냉각액 공급관
320 : 냉각액 배출관
330 : 바이패스관
340 : 분류 밸브
350 : 라디에이터
360 : 라디에이터 팬(팬)
370 : 냉각액 펌프(워터 펌프)
380 : 온도 센서
390 : 온도 센서
S100 : 스텝

Claims (9)

  1. 연료 전지 탑재 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템이며,
    연료 전지와,
    상기 연료 전지에 냉각액을 공급하는 냉각액 공급 유로와,
    상기 냉각액을 냉각하는 라디에이터와,
    상기 라디에이터의 출구에 설치되고, 상기 냉각액의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와,
    외기온 센서와,
    상기 냉각액 공급 유로에 설치된 냉각액 펌프와,
    제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 연료 전지 시스템의 기동 시에 상기 외기온 센서에 의해 측정된 외기온에 기초하여, 상기 냉각액 공급 유로를 흐르는 상기 냉각액의 상기 라디에이터의 출구에 있어서의 온도를 추정해서 상기 냉각액의 온도를 취득하고,
    상기 냉각액 펌프의 시동 전에 상기 라디에이터에 체류하고 있었던 냉각액이 상기 제1 온도 센서에 도달하였다고 추정된 후에는, 상기 추정에 의해 상기 냉각액의 온도를 취득하는 대신에 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도를 상기 냉각액의 온도로서 취득하고,
    상기 취득한 상기 냉각액의 온도에 기초하여 상기 냉각액의 유량을 조정하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지로부터 배출된 상기 냉각액을, 상기 라디에이터를 바이패스하여 상기 라디에이터의 하류측의 상기 냉각액 공급 유로로 환류하는 바이패스관과,
    상기 연료 전지로부터 배출된 상기 냉각액을 상기 라디에이터와 상기 바이패스관으로 분류하는 분류 밸브와,
    상기 연료 전지의 출구에 설치되고, 상기 냉각액의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 냉각액의 유량의 조정시에, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 상기 냉각액의 온도와, 상기 취득한 상기 냉각액의 온도와, 상기 연료 전지의 목표 온도를 사용하여, 상기 냉각액 펌프의 동작과, 상기 분류 밸브에 의한 상기 냉각액의 상기 라디에이터와 상기 바이패스관의 분류비를 제어하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 라디에이터 중의 상기 냉각액의 체적과, 상기 라디에이터의 출구로부터 상기 제1 온도 센서가 설치된 위치까지의 사이의 상기 냉각액의 체적을 합계한 합계 체적의 냉각액을, 상기 냉각액 펌프를 사용하여 흘렸을 때, 상기 냉각액 펌프의 시동 전에 상기 라디에이터에 체류하고 있었던 냉각액이 상기 제1 온도 센서에 도달하였다고 판정하는, 연료 전지 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 라디에이터의 출구에 있어서의 상기 냉각액의 온도를 취득할 때에 사용하는 온도 센서를 상기 외기온 센서로부터 상기 제1 온도 센서로 전환할 때, 상기 전환하기 전의 상기 추정된 상기 냉각액의 온도와, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정되는 온도의 차분이 미리 정해진 값 이상인 경우에는, 상기 제어부는, 상기 분류 밸브의 개방도의 변경 속도에 상한을 설정하는, 연료 전지 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지 시스템을 구비하는, 연료 전지 탑재 차량.
  6. 연료 전지와, 상기 연료 전지에 냉각액을 공급하는 냉각액 공급 유로와, 상기 냉각액을 냉각하는 라디에이터와, 상기 라디에이터의 출구에 설치되고, 상기 냉각액의 온도를 측정하는 제1 온도 센서와, 외기온 센서와, 상기 냉각액 공급 유로에 설치된 냉각액 펌프를 구비하는 연료 전지 시스템이며 연료 전지 탑재 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템의 제어 방법이며,
    상기 연료 전지 시스템의 기동 시에 상기 외기온 센서에 의해 측정된 외기온에 기초하여, 상기 냉각액 공급 유로를 흐르는 상기 냉각액의 상기 라디에이터의 출구에 있어서의 온도를 추정해서 상기 냉각액의 온도를 취득하고,
    상기 냉각액 펌프의 시동 전에 상기 라디에이터에 체류하고 있었던 냉각액이 상기 제1 온도 센서에 도달하였다고 추정된 후에는, 상기 추정에 의해 상기 냉각액의 온도를 취득하는 대신에 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온도를 상기 냉각액의 온도로서 취득하고,
    상기 취득한 상기 냉각액의 온도에 기초하여 상기 냉각액의 유량을 조정하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템은, 상기 연료 전지로부터 배출된 상기 냉각액을, 상기 라디에이터를 바이패스하여 상기 라디에이터의 하류측의 상기 냉각액 공급 유로로 환류하는 바이패스관과, 상기 연료 전지로부터 배출된 상기 냉각액을 상기 라디에이터와 상기 바이패스관으로 분류하는 분류 밸브와, 상기 연료 전지의 출구에 설치되고, 상기 냉각액의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 더 구비하고 있고,
    상기 냉각액의 유량의 조정시에, 상기 제2 온도 센서에 의해 측정된 상기 연료 전지의 출구에 있어서의 상기 냉각액의 온도와, 상기 취득한 상기 라디에이터 내에 있어서의 상기 냉각액의 온도와, 상기 연료 전지의 목표 온도를 사용하여, 상기 냉각액 펌프의 동작과, 상기 분류 밸브에 의한 상기 냉각액의 상기 라디에이터와 상기 바이패스관의 분류비를 제어하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 라디에이터 중의 상기 냉각액의 체적과, 상기 라디에이터의 출구로부터 상기 제1 온도 센서가 설치된 위치까지의 사이의 상기 냉각액의 체적을 합계한 합계 체적의 냉각액을, 상기 냉각액 펌프를 사용하여 흘렸을 때, 상기 냉각액 펌프의 시동 전에 상기 라디에이터에 체류하고 있었던 냉각액이 상기 제1 온도 센서에 도달하였다고 판정하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 라디에이터의 출구에 있어서의 상기 냉각액의 온도를 취득할 때에 사용하는 온도 센서를 상기 외기온 센서로부터 상기 제1 온도 센서로 전환할 때, 상기 전환하기 전의 상기 추정된 상기 냉각액의 온도와, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정되는 온도의 차분이 미리 정해진 값 이상인 경우에는, 상기 분류 밸브의 개방도의 변경 속도에 상한을 설정하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016213078B4 (de) * 2016-07-18 2019-01-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Zustandsgröße eines Speicherelements für elektrische Energie
CN107639992B (zh) * 2016-07-21 2022-05-20 杭州三花研究院有限公司 一种热管理系统
CN107639993B (zh) * 2016-07-21 2021-12-14 杭州三花研究院有限公司 一种热管理系统
CN106828079A (zh) * 2016-12-19 2017-06-13 深圳市沃特玛电池有限公司 一种电动汽车的散热与加热系统
JP6766638B2 (ja) * 2016-12-26 2020-10-14 株式会社デンソー 燃料電池冷却システム
JP6670480B2 (ja) * 2017-02-23 2020-03-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
US10777831B2 (en) 2017-11-28 2020-09-15 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Equation based cooling system control strategy/method
US10714773B2 (en) * 2017-11-28 2020-07-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Cooling system dT/dt based control
US10720655B2 (en) 2017-11-28 2020-07-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Partial derivative based feedback controls for pid
US11094950B2 (en) 2017-11-28 2021-08-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Equation based state estimator for cooling system controller
DE102019200452A1 (de) * 2019-01-16 2020-07-16 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
CN112954944A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 中车大连电力牵引研发中心有限公司 车载变流器热管理系统、方法及车载变流器
CN111055727B (zh) * 2019-12-31 2022-06-28 奇瑞新能源汽车股份有限公司 车辆的热管理系统的控制方法、装置及车辆
CN113451613A (zh) * 2020-03-27 2021-09-28 未势能源科技有限公司 用于燃料电池系统的电子节温器控制方法及燃料电池系统
CN111933969A (zh) * 2020-09-11 2020-11-13 福州大学 一种均衡散热的燃料电池热管理系统及控制方法
CN113097529A (zh) * 2021-04-01 2021-07-09 上海恒劲动力科技有限公司 一种燃料电池及其内循环系统
KR102576221B1 (ko) 2021-05-21 2023-09-07 현대모비스 주식회사 연료전지 시스템에서 냉각수 온도를 제어하기 위한 방법
CN113246805B (zh) * 2021-07-02 2022-07-19 吉林大学 考虑汽车驾驶舱温度的燃料电池功率管理控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006172962A (ja) * 2004-12-17 2006-06-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池冷却システム

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07130388A (ja) * 1993-11-02 1995-05-19 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント
JP2004253213A (ja) * 2003-02-19 2004-09-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却制御装置
JP4940545B2 (ja) 2004-12-07 2012-05-30 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4588543B2 (ja) * 2005-06-06 2010-12-01 本田技研工業株式会社 燃料電池車両における吸気系部材の配置構造
JP5007927B2 (ja) 2006-10-27 2012-08-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4947299B2 (ja) 2007-05-29 2012-06-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその温度制御方法
JP5194827B2 (ja) 2008-01-21 2013-05-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4743455B2 (ja) 2009-05-26 2011-08-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5508625B2 (ja) * 2009-12-14 2014-06-04 トヨタ自動車株式会社 車両の制御装置及び車両の制御方法
US8389170B2 (en) * 2010-04-05 2013-03-05 GM Global Technology Operations LLC Method to detect no coolant flow in a fuel cell system
JP5646581B2 (ja) * 2012-11-30 2014-12-24 本田技研工業株式会社 車両用電源システムの停止方法
JP2014232254A (ja) 2013-05-30 2014-12-11 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006172962A (ja) * 2004-12-17 2006-06-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池冷却システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016096089A (ja) 2016-05-26
JP6229643B2 (ja) 2017-11-15
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US10476092B2 (en) 2019-11-12
CA2909874C (en) 2018-10-09
CA2909874A1 (en) 2016-05-15
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US20160141679A1 (en) 2016-05-19
KR20160058682A (ko) 2016-05-25
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