JP2006140005A - Fuel cell cooling system and protection method for fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池冷却システム及び燃料電池システムの保護方法に関し、特に、燃料電池スタックを冷却する冷媒が流通する液体循環系に発生する異常を検知する技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell cooling system and a method for protecting the fuel cell system, and more particularly to a technique for detecting an abnormality occurring in a liquid circulation system in which a refrigerant for cooling a fuel cell stack flows.
近年の環境問題、特に、自動車の排気ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に対して、クリーンな排気及び高いエネルギー効率を可能とする電力源、あるいは動力源として、燃料電池技術が注目されている。 Fuel cell technology is a power source or power source that enables clean exhaust and high energy efficiency against recent environmental problems, especially air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming caused by carbon dioxide. Attention has been paid.
燃料電池システムは、その燃料となる水素あるいは、水素濃度の高いガス、および酸化剤となる酸素、あるいは酸素を含んだ空気を電解質と電極触媒との複合体である燃料電池スタックに供給し、電気化学反応を起こして、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるエネルギー変換システムである。燃料電池システムの中でも特に高い出力密度を有する固体高分子電解質型燃料電池は、燃料電池スタックの温度が85℃以下になるよう制御されるのが一般的なため、冷媒には水を用いることが多い。 The fuel cell system supplies hydrogen as a fuel or a gas having a high hydrogen concentration, oxygen as an oxidant, or air containing oxygen to a fuel cell stack, which is a composite of an electrolyte and an electrode catalyst. It is an energy conversion system that causes chemical reactions and converts chemical energy into electrical energy. Since a solid polymer electrolyte fuel cell having a particularly high power density among fuel cell systems is generally controlled so that the temperature of the fuel cell stack is 85 ° C. or lower, water is used as the refrigerant. Many.
例えば、従来から図6に示すような燃料電池システムの保護装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。燃料電池スタック51の内部冷媒通路とラジエータ52との間は冷媒配管63により接続され、冷媒ポンプ53が冷媒を循環させる。冷媒配管63には、冷媒ポンプ53の流量を検出する流量検出器54と、冷媒ポンプ53の吐出圧力を検出する圧力検出器57と、冷媒温度を計測する温度センサ56a、56bとが設けられている。制御装置58は、冷媒流量または冷媒圧力が正しい範囲から外れた時、冷却系の異常を検出し、燃料電池システムの出力制限または停止を行い、燃料電池スタック51の内部温度上昇による寿命低下を回避する。
特許文献1に開示された燃料電池システムの保護装置は、冷媒漏れ、エアロック、冷媒ポンプ53の瞬時停止等の突然の故障に対して、寿命低下限界温度を超える前に異常制御を行い、突発的な異常発生に基づく寿命低下を回避することができる。
The protection device of the fuel cell system disclosed in
しかし、そのような突発的な異常発生でなくても、冷媒配管63内に気体が混入し、温度センサ56a、56bが測定する温度よりも燃料電池スタック51内のセルの温度の方が高い場合がある。この状態が続く場合にも、必要とする冷却量を燃料電池スタック51が十分に得られず、燃料電池スタック51の劣化を早めるおそれがある。特許文献1の保護装置は、このような場合を考慮しておらず、燃料電池の寿命低下を避けることができない。
However, even if such a sudden abnormality does not occur, gas enters the refrigerant pipe 63 and the temperature of the cells in the
本発明の第1の特徴は、燃料電池スタックとラジエータの間に冷媒を循環させる冷媒ポンプと、冷媒を貯蔵するタンクと、冷媒の量を検知または推定する冷媒量検出手段と、冷媒の温度を検知または推定する温度検出手段と、冷媒の圧力を検知または推定する圧力検出手段と、圧力検出手段が検出した冷媒の圧力、温度検出手段が検出した冷媒の温度及び冷媒量検出手段が検出した冷媒の量から、冷媒の量が正常か異常かを判定する判定手段とを備える燃料電池冷却システムであることを要旨とする。 A first feature of the present invention is that a refrigerant pump that circulates a refrigerant between the fuel cell stack and the radiator, a tank that stores the refrigerant, a refrigerant amount detecting means that detects or estimates the amount of the refrigerant, and a temperature of the refrigerant. Temperature detecting means for detecting or estimating, pressure detecting means for detecting or estimating refrigerant pressure, refrigerant pressure detected by the pressure detecting means, refrigerant temperature detected by the temperature detecting means, and refrigerant detected by the refrigerant amount detecting means The gist of the present invention is that it is a fuel cell cooling system provided with determination means for determining whether the amount of refrigerant is normal or abnormal from the amount of the above.
本発明の第2の特徴は、冷媒量検出手段が燃料電池スタックとラジエータの間を循環する冷媒の量を検出し、温度検出手段が冷媒の温度を検出し、圧力検出手段が冷媒の圧力を検出し、燃料電池スタックが運転を開始する前の冷媒の量に対して温度検出手段及び圧力検出手段が検出した冷媒の温度及び圧力に基づいて補正を加えることで燃料電池スタックが運転を開始した後の冷媒の量を推定し、推定した運転開始後の冷媒の量と冷媒量検出手段が検出した燃料電池運転後の冷媒の量とを比較し、冷媒量検出手段が検出した燃料電池運転後の冷媒の量が推定した運転後の冷媒量よりも多い場合、燃料電池冷却システム内に気体が混入していると判定する燃料電池システムの保護方法であることを要旨とする。 The second feature of the present invention is that the refrigerant amount detection means detects the amount of refrigerant circulating between the fuel cell stack and the radiator, the temperature detection means detects the refrigerant temperature, and the pressure detection means detects the refrigerant pressure. The fuel cell stack starts operation by detecting and adding correction based on the temperature and pressure of the refrigerant detected by the temperature detection means and the pressure detection means to the amount of refrigerant before the fuel cell stack starts operation. After the fuel cell operation detected by the refrigerant amount detection means, the amount of the refrigerant after the start of operation is compared with the amount of refrigerant after the fuel cell operation detected by the refrigerant amount detection means. If the amount of the refrigerant is larger than the estimated amount of refrigerant after operation, the gist of the present invention is a method for protecting the fuel cell system that determines that gas is mixed in the fuel cell cooling system.
本発明によれば、燃料電池システムの液体循環系に気体が混入した後も燃料電池スタックの冷熱性能を維持する燃料電池冷却システム及び燃料電池システムの保護方法を提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell cooling system and a fuel cell system protection method that maintain the cooling performance of the fuel cell stack even after gas is mixed into the liquid circulation system of the fuel cell system.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
図1に示すように、本発明の実施の形態に係わる燃料電池冷却システムは、燃料電池スタック1内部に配置された冷媒通路に接続された冷媒配管13と、冷媒配管13内を循環する冷媒を冷却するラジエータ2と、燃料電池スタック1とラジエータ2の間に冷媒を循環させる冷媒ポンプ3と、冷媒を貯蔵するタンク4と、冷媒の量を検知または推定する冷媒量検出手段の一例としての水位検出器5と、冷媒の温度を検知または推定する温度検出手段の一例としての第1の温度センサ6a及び第2の温度センサ6bと、冷媒の圧力を検知または推定する圧力検出手段としての圧力検出器7と、燃料電池冷却システム全体を制御する制御装置8と、制御装置8が冷媒の量が異常であることを検知した場合に使用者に対して異常を告知する告知手段としての告知部11とを備える。
As shown in FIG. 1, the fuel cell cooling system according to the embodiment of the present invention includes a refrigerant pipe 13 connected to a refrigerant passage disposed inside the
冷媒配管13上には、燃料電池1及びラジエータ2の他に、冷媒ポンプ3、タンク4、圧力検出器7、第1の温度センサ6a、第2の温度センサ6b及び水位検出器5が設けられている。燃料電池スタック1の内部の冷媒通路と冷媒配管13とラジエータ2とタンク4の内部には冷媒が充填されている。
In addition to the
燃料電池スタック1は、燃料ガス中の水素と例えば空気などの酸化剤ガス中の酸素とを電気化学的に反応させて直接発電し、発電に伴い発熱をする。冷媒は燃料電池スタック1から熱を吸収し、ラジエータ2を通過する際、ラジエータファン12が回転することにより冷却される。結果的に、燃料電池スタック1からの熱は、冷媒、ラジエータ2を介して装置外部に放出される。
The
タンク4は冷媒を貯留あるいは気液分離する。圧力検出器7は冷媒ポンプ3の吐出圧力を検出する。第1の温度センサ6aは燃料電池スタック1入り口付近の冷媒温度を計測する。第2の温度センサ6bは燃料電池スタック1出口付近の冷媒温度を計測する。水位検出器5はタンク4内の冷媒の水位を検出する。
The tank 4 stores refrigerant or separates gas and liquid. The pressure detector 7 detects the discharge pressure of the refrigerant pump 3. The first temperature sensor 6 a measures the refrigerant temperature near the entrance of the
制御装置8は、圧力検出器7が検出した冷媒の圧力、第1及び第2の温度センサ6a、6bが検出した冷媒の温度及び水位検出器5が検出した冷媒の量から、冷媒の量が正常か異常かを判定する判定手段としての判定部9と、判定部9が燃料電池冷却システム内に気体が混入していると判定した場合、冷媒の流量又は冷却能力を増加させる異常制御手段としての異常制御部10とを備える。告知部11は、判定部9が燃料電池冷却システム内に気体が混入していると判定した場合、使用者に対して異常を告知する。
The
判定部9は、水位検出器5が検出した燃料電池運転前の冷媒の量に対して第1及び第2の温度センサ6a、6b及び圧力検出器7が検出した冷媒の温度及び圧力に基づいて補正を加えることで運転後の冷媒の量を推定する。その後、「推定した運転後の冷媒の量」と「水位検出器5が検出した燃料電池運転後の冷媒の量」とを比較する。そして、「水位検出器5が検出した燃料電池運転後の冷媒の量」が「推定した運転後の冷媒量」よりも多い場合、燃料電池冷却システム内に気体が混入していると判定する。
The
具体的には、圧力検出器7、第1及び第2の温度センサ6a、6b及び水位検出器5からの計測信号が、それぞれ制御装置8へ入力される。制御装置8は、「タンク水位による全冷媒体積データ」、「温度変化による冷媒体積膨張率データ」、「タンクの各水位における体積データ」、「ポンプ吐出圧によるタンク水位変化量データ」及び「正常水位しきい値」を記憶する内部データ記憶部を内蔵する。そして、制御装置8内の判定部9は、これらセンサ類からの計測信号を元に、温度変化によるタンク4内の第1の水位変化量及び冷媒ポンプ3の吐出圧力によるタンク4内の第2の水位変化量を算出する。そして、運転前のタンク内の水位に対して第1の水位変化量及び第2の水位変化量を加算することにより補正を加えて、運転後の冷媒推定量を求める。そして、運転後の冷媒推定量が、水位の正常範囲データに基づく正常水位範囲と照合して、正常範囲内であるか否かを判断する。
Specifically, measurement signals from the pressure detector 7, the first and second temperature sensors 6 a and 6 b, and the
上記の「タンク水位による全冷媒体積データ」は、水位検出器5が検出したタンク4内の水位から導き出される全冷媒の体積を示すデータであり、あらかじめ、実験もしくは、燃料電池冷却システム内の経路体積の計算により算出される。タンク水位による全冷媒体積の変化を定性的に表すと図2のような関係になる。
The above-mentioned “total refrigerant volume data based on tank water level” is data indicating the volume of all refrigerants derived from the water level in the tank 4 detected by the
上記の「温度変化による冷媒体積膨張率データ」は、第1及び第2の温度センサ6a、6bが検出する冷媒の温度が変化することによる冷媒の体積膨張率を示すデータである。一般に冷媒として用いられることの多い水の場合では、図3のような関係となる。ここで冷媒の「基準温度T」を6.85℃としてこのときの補正係数を1とする。 The “refrigerant volume expansion coefficient data due to temperature change” is data indicating the volume expansion coefficient of the refrigerant due to the change in the temperature of the refrigerant detected by the first and second temperature sensors 6a and 6b. In the case of water that is often used as a refrigerant in general, the relationship is as shown in FIG. Here, the “reference temperature T” of the refrigerant is 6.85 ° C., and the correction coefficient at this time is 1.
上記の「タンクの各水位における体積データ」は、あらかじめ実験で求められた各水位までのタンク体積を示すデータである。各水位におけるタンク体積データを定性的に表すと図4のような関係になる。 The above “volume data at each water level of the tank” is data indicating the tank volume up to each water level obtained in advance by experiments. When the tank volume data at each water level is qualitatively expressed, the relationship is as shown in FIG.
上記の「ポンプ吐出圧によるタンク水位変化量データ」は、圧力検出器7が検出する冷媒の吐出圧力の変化によるタンク4内の水位変化量を示すデータであり、あらかじめ実験あるいは、計算で求められる。 The above “tank water level change amount data due to pump discharge pressure” is data indicating the amount of water level change in the tank 4 due to the change in the discharge pressure of the refrigerant detected by the pressure detector 7 and is obtained in advance through experiments or calculations. .
上記の「正常水位しきい値」は、タンク4内の水位の正常範囲を示すデータであり、あらかじめ、実験もしくは計算により、燃料電池スタック1の内部温度を温度センサ値以上にしてしまう気体混入量を算出し、その算出量にセンサ誤差を差し引いた値とする。
The “normal water level threshold value” is data indicating the normal range of the water level in the tank 4, and the amount of gas mixed that causes the internal temperature of the
制御装置8は、冷媒ポンプ3とラジエータファン12とに対して制御信号を転送し、それぞれ冷媒流量、ラジエータ2の通風量を制御する。通常運転時において、制御装置8は、第1及び第2の温度センサ6a、6bが検出する温度が所定の範囲内となるように、冷媒ポンプ3及びラジエータファン12を制御する。これにより、燃料電池スタック1の動作温度が所定温度に維持される。
The
一方、水位検出器5が検出する水位が所定の正常範囲から外れた場合、判定部9により、気体の混入が検知されて冷却系異常の判定がなされ、異常制御部10は、冷媒ポンプ3及びラジエータファン12の制御を異常時の制御に変更する。具体的には、異常制御部10は、「水位検出器5が検出した燃料電池運転後の冷媒の量」から「推定した運転後の冷媒量」を減じた量を「気体混入量」とし、「気体混入量」から、冷却性能不足量を算出し、冷却性能を維持する為に冷媒ポンプ3のポンプ回転数を所定量増加させ、ラジエータファン12の回転数を増加させて、冷媒の流量又は冷却能力を増加させる。また、同時に制御装置8から、告知部11へ告知指令を与え、運転者に異常であることを告知する。
On the other hand, when the water level detected by the
なお、異常制御部10は、冷媒の流量又は冷却能力を増加させる代わりに、或いは同時に、燃料電池冷却システムに出力制限をかける、もしくは、発電を停止するなどの処置を行い、燃料電池スタック1の内部温度上昇による寿命低下を回避してもよい。
The
次に、図5を参照して、図1の燃料電池冷却システムの制御装置8による異常検出動作、即ち、燃料電池システムの保護方法を説明する。
Next, an abnormality detection operation by the
なお、制御装置8はこの異常検出以外に、燃料電池スタック1の出力や冷媒温度に応じた冷媒ポンプ3の駆動制御及びラジエータファン12の制御等の主制御動作を行っているが、本発明の実施の形態の要旨とは直接関係がないので説明を省略する。また、図5のフローチャートによる動作は、特に限定されないが、例えば、主制御動作の中から一定時間(例えば、0.05秒)毎に呼び出されるサブルーチンとして構成されている。
In addition to the abnormality detection, the
(イ)先ず、S5段階において、t1の値に1を加算してS10段階に進む。S10段階において、t1がt100より小さいか否かを判断する。t1がt100未満である場合(S10段階においてYES)S20段階に進み、t1がt100以上である場合(S10段階においてNO)S120段階に進む。ここで、t100は制御装置8が作動を始めてから所定時間が経過するまでの時間を制御周期で割った所定の定数である。所定時間は、燃料電池冷却システムの作動前までの時間とする。また、ここでは時間管理にしているが、状態遷移で管理してもよい。
(A) First, in step S5, 1 is added to the value of t1, and the process proceeds to step S10. In step S10, it is determined whether t1 is smaller than t100. When t1 is less than t100 (YES in step S10), the process proceeds to step S20, and when t1 is t100 or more (NO in step S10), the process proceeds to step S120. Here, t100 is a predetermined constant obtained by dividing the time from when the
(ロ)S20段階において、水位検出器5及び第1或いは第2の温度センサ6a、6bを用いてタンク4内の冷媒水位L100と冷媒温度T100を検出し、制御装置400内の記憶装置に、燃料電池冷却システムの作動前の冷媒水位L100と冷媒温度T100を記憶する。S30段階において、制御装置8内に記憶されている「タンク水位による全冷媒体積データ」を参照して、運転前の冷媒水位L100における燃料電池冷却システム内の冷媒体積V100を算出し、メインルーチンへリターンする。なお、推定された運転前の冷媒体積V100は内部データとして制御装置8内に記憶される。
(B) In step S20, the coolant level L100 and the coolant temperature T100 in the tank 4 are detected using the
(ハ)一方、S120段階において、燃料電池冷却システムの運転を開始した後に、第1及び第2の温度センサ6a、6bを用いて冷媒温度T150を検出する。S130段階において、制御装置8内に記憶されている「温度変化による冷媒体積膨張率データ」を参照して、制御装置8は、運転前の冷媒温度T100から運転開始後の冷媒温度T150へ変化した際の冷媒の体積膨張率を算出し、体積膨張率に冷媒体積V100にかけることで、運転開始後の膨張冷媒体積V150を算出する。運転開始後の膨張冷媒体積V150は内部データとして制御装置8内に記憶される。
(C) On the other hand, in step S120, after starting the operation of the fuel cell cooling system, the refrigerant temperature T150 is detected using the first and second temperature sensors 6a and 6b. In step S130, with reference to “refrigerant volume expansion coefficient data due to temperature change” stored in the
(ニ)S140段階において、膨張冷媒体積V150と運転前の冷媒体積V100との差から純粋な膨張体積を算出し、この膨張体積と制御装置8内の記憶装置に記憶されている水位L100と、制御装置8内の記憶装置に記憶されている「タンクの各水位における体積データ」を参照することで、温度変化による水位増減量△L150を算出する。温度変化による水位増減量△L150は内部データとして制御装置8内に記憶される。
(D) In step S140, a pure expansion volume is calculated from the difference between the expansion refrigerant volume V150 and the refrigerant volume V100 before operation, and the expansion volume and the water level L100 stored in the storage device in the
(ホ)S150段階において、圧力検出器7を用いて冷媒圧力P100を検出する。S160段階において、冷媒圧力P100と、制御装置8内の記憶装置に記憶されている「ポンプ吐出圧によるタンク水位変化量データ」とを参照して、ポンプ吐出圧による水位増減量△L200を算出する。ポンプ吐出圧による水位増減量△L200は内部データとして制御装置8内に記憶される。
(E) In step S150, the pressure detector 7 is used to detect the refrigerant pressure P100. In step S160, referring to the refrigerant pressure P100 and “tank water level change amount data by pump discharge pressure” stored in the storage device in the
(ヘ)S170段階において、制御装置8内の記憶装置に記憶されている初期水位L100と温度変化による水位増減量△L150とポンプ吐出圧による水位増減量△L200とを加算して、推定水位L250を算出する。このように、燃料電池システムの運転に伴い、冷却水の温度が上昇した場合、その温度上昇によって増加した冷却水量を初期水位に足す。更に、冷媒ポンプ3の回転によって、減少する水位を初期水位から引くことで運転時の水位を把握する。またこれと同時に、水位検出器5を用いて実際の水位(実水位)L300を求める。
(F) In step S170, the initial water level L100 stored in the storage device in the
(ト)S180段階において、あらかじめ定められた水位しきい値△L350と推定水位L250を加算した水位と、実水位L300とを比較し、実水位L300の方が高いか否かを判断する。実水位L300の方が高い場合(S180段階においてYES)燃料電池冷却システム内に気体が混入したと判断して、S190段階に進み、両者が同じであるか又は実水位L300の方が低い場合(S180段階においてNO)燃料電池冷却システム内に気体が混入していないと判断して、S210段階に進む。 (G) In step S180, the water level obtained by adding the predetermined water level threshold value ΔL350 and the estimated water level L250 is compared with the actual water level L300 to determine whether or not the actual water level L300 is higher. When the actual water level L300 is higher (YES in step S180), it is determined that gas has entered the fuel cell cooling system, and the process proceeds to step S190, where both are the same or the actual water level L300 is lower ( In step S180, NO) it is determined that no gas is mixed in the fuel cell cooling system, and the process proceeds to step S210.
(チ)S190段階において、t2の値に1を加算してS195段階に進む。S195段階において、t2がt200より大きいか否かを判断する。t2がt200より大きい場合(S195段階においてYES)S200段階に進み、t2がt200以下である場合(S195段階においてNO)S210段階に進む。ここで、t200は気体が燃料電池冷却システム内に混入していることを判断するまでの時間を制御周期で割った所定の定数である。 (H) In step S190, 1 is added to the value of t2, and the flow proceeds to step S195. In step S195, it is determined whether t2 is greater than t200. When t2 is larger than t200 (YES in step S195), the process proceeds to step S200, and when t2 is t200 or less (NO in step S195), the process proceeds to step S210. Here, t200 is a predetermined constant obtained by dividing the time until it is determined that gas is mixed in the fuel cell cooling system by the control period.
(リ)S200段階において、燃料電池システム内の冷却系に気体が混入したことが検知された場合、異常処置及び告知を行う。例えば、制御装置8の異常制御部10は、第1及び第2の温度センサ6a、6bが検出する温度に関係なく、冷媒ポンプ3を最大回転数で回すように制御し、ラジエータファン12も最大回転数で回るように制御する。或いは、推定した冷媒体積と実際の冷媒体積との差分から不足冷媒量を算出し、不足冷媒量を補う分だけ冷媒ポンプ3の回転数を増加させ又はラジエータファン12の回転数を増加させるように制御しても構わない。冷媒ポンプ3及びラジエータファン12の回転数を操作して燃料電池スタック1の動作温度を所定温度内に維持するように制御する。他の手段として、燃料電池スタック1の出力を制限するか、もしくは燃料電池システム全体の運転を停止する。これらの手段によっても、燃料電池スタック1の内部温度の上昇を抑え、寿命低下を回避することができる。異常制御部10によるこれらの処置と同時に組み合わせて実施しても構わない。また、告知部11は、警告ランプの点灯または点滅、警報ブザーの鳴動等により、運転者に異常発生を告知する。その後、メインルーチンへリターンする。一方、S210段階においてもtt2を0としてメインルーチンへリターンする。
(I) In step S200, when it is detected that gas has entered the cooling system in the fuel cell system, an abnormality treatment and notification are performed. For example, the
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、圧力検出器7が検出した燃料電池冷却システム内の冷媒圧力と第1及び第2の温度センサ6a、6bが検出した燃料電池冷却システム内の冷媒温度から、判定部9が冷媒量が正常か異常かを判断することにより、冷媒量の正常/異常を正確に判断することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the refrigerant pressure in the fuel cell cooling system detected by the pressure detector 7 and the fuel cell cooling system detected by the first and second temperature sensors 6a and 6b. By determining whether the refrigerant amount is normal or abnormal from the refrigerant temperature inside, the normality / abnormality of the refrigerant amount can be accurately determined.
推定した運転開始後の冷媒の量(推定水位L250)と水位検出器5が検出した燃料電池運転後の冷媒の量(実水位L300)とを比較し、この比較結果から、燃料電池冷却システム内に気体が混入しているか否かと判定することにより、燃料電池冷却システム内への気体の混入をより確実に検知することができる。 The estimated amount of refrigerant after the start of operation (estimated water level L250) and the amount of refrigerant after operation of the fuel cell detected by the water level detector 5 (actual water level L300) are compared. By determining whether or not gas is mixed into the fuel cell, it is possible to more reliably detect gas mixing into the fuel cell cooling system.
推定した運転開始後の冷媒の量(推定水位L250)と水位検出器5が検出した燃料電池運転後の冷媒の量(実水位L300)との差分を取ることで、燃料電池冷却システム内への気体混入量を算出し、不足冷媒量と同等の冷媒流量又は冷却能力を増加することで、必要以上に電力を消費することなく、必要冷却性能を満たし、かつ燃料電池の寿命低下を回避することができる。 By taking the difference between the estimated amount of refrigerant after the start of operation (estimated water level L250) and the amount of refrigerant after operation of the fuel cell detected by the water level detector 5 (actual water level L300), By calculating the gas mixing amount and increasing the refrigerant flow rate or cooling capacity equivalent to the insufficient refrigerant amount, the required cooling performance can be satisfied and the life of the fuel cell can be avoided without consuming more power than necessary. Can do.
燃料電池冷却システム内に気体が混入した場合、異常制御部10が冷媒流量又は冷却能力を増加させることで、不足冷却性能を補い、燃料電池の寿命低下を抑制し、気体混入後も燃料電池の運転を続けることが出来る。
When gas is mixed in the fuel cell cooling system, the
燃料電池冷却システム内に気体が混入した場合、異常制御部10が燃料電池スタック1の出力を制限することで、燃料電池の劣化を抑制し、気体混入後も燃料電池の運転を続けることが出来る。
When gas is mixed in the fuel cell cooling system, the
燃料電池冷却システム内に気体が混入した場合、異常制御部10が燃料電池システムの運転を停止することで、燃料電池の寿命低下を回避することができる。
When gas is mixed in the fuel cell cooling system, the
燃料電池冷却システム内に気体が混入した場合、告知部11が運転者に異常を告知することで、早期に運転者が気体混入を把握でき、除去作業を行うことできる。
When gas is mixed in the fuel cell cooling system, the
上記のように、本発明は、1つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。 As described above, the present invention has been described by way of one embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it should be understood that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.
1、51…燃料電池スタック
2、52…ラジエータ
3、53…冷媒ポンプ
4…タンク
5…水位検出器(冷媒量検出手段)
6a…第1の温度センサ(温度検出手段)
6b…第2の温度センサ(温度検出手段)
7、57…圧力検出器(圧力検出手段)
8、58…制御装置
9…判定部(判定手段)
10…異常制御部(異常制御手段)
11…告知部(告知手段)
12…ラジエータファン
13、63…冷媒配管
54…流量検出器
56a、56b…温度センサ
DESCRIPTION OF
6a ... 1st temperature sensor (temperature detection means)
6b ... Second temperature sensor (temperature detection means)
7, 57 ... Pressure detector (pressure detecting means)
8, 58...
10: Abnormal control unit (abnormal control means)
11… Notification Department (notification means)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記冷媒を貯蔵するタンクと、
前記冷媒の量を検知または推定する冷媒量検出手段と、
前記冷媒の温度を検知または推定する温度検出手段と、
前記冷媒の圧力を検知または推定する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段が検出した前記冷媒の圧力、前記温度検出手段が検出した前記冷媒の温度及び前記冷媒量検出手段が検出した前記冷媒の量から、前記冷媒の量が正常か異常かを判定する判定手段
とを備えることを特徴とする燃料電池冷却システム。 A refrigerant pump for circulating refrigerant between the fuel cell stack and the radiator;
A tank for storing the refrigerant;
Refrigerant amount detection means for detecting or estimating the amount of the refrigerant;
Temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the refrigerant;
Pressure detecting means for detecting or estimating the pressure of the refrigerant;
Whether the amount of the refrigerant is normal or abnormal is determined from the pressure of the refrigerant detected by the pressure detection unit, the temperature of the refrigerant detected by the temperature detection unit, and the amount of the refrigerant detected by the refrigerant amount detection unit. A fuel cell cooling system comprising: a determination unit.
温度検出手段が前記冷媒の温度を検出し、
圧力検出手段が前記冷媒の圧力を検出し、
前記燃料電池スタックが運転を開始する前の前記冷媒の量に対して前記温度検出手段及び前記圧力検出手段が検出した前記冷媒の温度及び圧力に基づいて補正を加えることで前記燃料電池スタックが運転を開始した後の前記冷媒の量を推定し、
推定した運転開始後の前記冷媒の量と前記冷媒量検出手段が検出した燃料電池運転後の前記冷媒の量とを比較し、
前記冷媒量検出手段が検出した燃料電池運転後の前記冷媒の量が前記推定した運転後の冷媒量よりも多い場合、前記燃料電池冷却システム内に気体が混入していると判定する
ことを特徴とする燃料電池システムの保護方法。 The refrigerant amount detection means detects the amount of refrigerant circulating between the fuel cell stack and the radiator,
Temperature detecting means detects the temperature of the refrigerant;
Pressure detecting means detects the pressure of the refrigerant;
The fuel cell stack operates by correcting the amount of the refrigerant before the fuel cell stack starts operation based on the temperature and pressure of the refrigerant detected by the temperature detection unit and the pressure detection unit. Estimating the amount of the refrigerant after starting
Comparing the estimated amount of refrigerant after the start of operation with the amount of refrigerant after operation of the fuel cell detected by the refrigerant amount detection means;
When the amount of the refrigerant after the fuel cell operation detected by the refrigerant amount detection means is larger than the estimated refrigerant amount after the operation, it is determined that gas is mixed in the fuel cell cooling system. A method for protecting a fuel cell system.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US9926835B2 (en) | 2016-05-24 | 2018-03-27 | Hyundai Motor Company | Cooling system and control method of vehicle |
CN112838295A (en) * | 2020-12-30 | 2021-05-25 | 广州橙行智动汽车科技有限公司 | Battery heating system detection method and device, vehicle and storage medium |
-
2004
- 2004-11-11 JP JP2004328068A patent/JP2006140005A/en active Pending
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