JP4433731B2 - Control device for fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池を発電させるに際して、当該燃料電池の温度を調整するために冷却液を燃料電池に循環させる燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a fuel cell system that controls a fuel cell system that circulates a coolant through the fuel cell in order to adjust the temperature of the fuel cell when generating power.
従来より、燃料電池を電源とし、当該燃料電池により発電した電力を駆動モータに供給して走行トルクを発生させる電気自動車の開発が行われている。このような電気自動車に搭載される燃料電池には、発電効率が高くなる所定温度範囲があり、発電時の発熱に対して燃料電池を所定温度範囲に保つことにより、発電効率を高くすることができることが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been developed an electric vehicle that uses a fuel cell as a power source and supplies electric power generated by the fuel cell to a drive motor to generate running torque. A fuel cell mounted on such an electric vehicle has a predetermined temperature range in which the power generation efficiency is high. By keeping the fuel cell in a predetermined temperature range against heat generated during power generation, the power generation efficiency can be increased. It is known that it can be done.
例えば、下記の特許文献1では、燃料電池の発電量を監視し、当該燃料電池の発電量に応じて冷却液流量を制御することが記載されている。
しかしながら、燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電量に応じて冷却液流量を制御しても冷却液の温度変化に遅れがあり、燃料電池の発電量が短時間で変化する場合には冷却液流量の制御に無駄が発生するという問題点がある。 However, in the fuel cell system, even if the coolant flow rate is controlled in accordance with the amount of power generated by the fuel cell, there is a delay in the temperature change of the coolant, and if the amount of power generated by the fuel cell changes in a short time, the coolant There is a problem that waste occurs in the control of the flow rate.
例えば、燃料電池の発電量に基づいて目標冷却液流量を決める場合、燃料電池の発電量の減少に従って冷却液流量を急に減少させると、燃料電池の保持熱によって一時的に燃料電池から出る冷却液の温度が大きく上がり、冷却装置の放熱によって冷却装置から燃料電池に送られる冷却液の温度が大きく下がる。このため、燃料電池内に入る冷却液温度と燃料電池から出る冷却液温度との差が所定温度差を上回る可能性がある。 For example, when the target coolant flow rate is determined based on the power generation amount of the fuel cell, if the coolant flow rate is suddenly decreased according to the decrease in the fuel cell power generation amount, the cooling that temporarily leaves the fuel cell due to the retained heat of the fuel cell The temperature of the liquid is greatly increased, and the temperature of the coolant sent from the cooling device to the fuel cell is greatly decreased by the heat radiation of the cooling device. For this reason, the difference between the coolant temperature entering the fuel cell and the coolant temperature exiting the fuel cell may exceed a predetermined temperature difference.
このように、燃料電池に入る冷却液温度と燃料電池から出る冷却液温度との温度差が大きくなると、燃料電池内において発電効率が高い所定温度範囲から外れた部分が発生する可能性があり、燃料電池全体としての発電効率が低下してしまう。 Thus, when the temperature difference between the coolant temperature entering the fuel cell and the coolant temperature exiting from the fuel cell becomes large, a portion outside the predetermined temperature range where the power generation efficiency is high may occur in the fuel cell. The power generation efficiency of the fuel cell as a whole is reduced.
これに対し、燃料電池に入る冷却液温度と燃料電池から出る冷却液温度との温度差が所定温度差を上回った場合に、冷却液流量を増加させて所定温度差以下にしても、消費電力との関係で再度冷却液流量を低下させる必要がある。したがって、従来では、冷却液流量の増減を繰り返すことにより、冷却液循環ポンプの動作頻度が高くなって当該ポンプ動作による音や振動が発生したり、消費電力が大きくなるという問題点があった。 In contrast, when the temperature difference between the coolant temperature entering the fuel cell and the coolant temperature exiting the fuel cell exceeds a predetermined temperature difference, the power consumption can be reduced even if the coolant flow rate is increased to be less than the predetermined temperature difference. Therefore, it is necessary to decrease the coolant flow rate again. Therefore, conventionally, by repeatedly increasing and decreasing the coolant flow rate, the operation frequency of the coolant circulation pump increases, and noise and vibration due to the pump operation occur, and power consumption increases.
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、冷却液流量を減少させる場合に、燃料電池の冷却液入口と冷却液出口との温度差を抑制して燃料電池の発電効率を高く保持することができる燃料電池システムの制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described situation, and when reducing the coolant flow rate, the temperature difference between the coolant inlet and the coolant outlet of the fuel cell is suppressed to generate power in the fuel cell. An object of the present invention is to provide a control device for a fuel cell system capable of maintaining high efficiency.
本発明では、燃料電池に供給する冷却液流量を減少させる場合に、燃料電池の冷却液入口における冷却液温度と前記燃料電池の冷却液出口における冷却液温度との温度差を所定値以下とするように、燃料電池の発電量が大きくなるほど冷却液流量制御手段を制御して冷却液循環手段の冷却液流量を増加させ前記冷却液流量の減少変化を制限するように冷却液流量制御手段を制御することにより、上述の課題を解決する。
In the present invention, when the flow rate of the coolant supplied to the fuel cell is decreased, the temperature difference between the coolant temperature at the coolant inlet of the fuel cell and the coolant temperature at the coolant outlet of the fuel cell is set to a predetermined value or less. As described above, the coolant flow rate control means is controlled to increase the coolant flow rate of the coolant circulation means and limit the decrease in the coolant flow rate as the power generation amount of the fuel cell increases. By doing so, the above-mentioned problems are solved.
本発明に係る燃料電池システムの制御装置によれば、冷却液流量を減少させる場合に、冷却液流量を減少させる変化に制限を与えるので、燃料電池の発熱量が低下する期間において冷却液流量を減少させすぎることなく、燃料電池の冷却液入口と冷却液出口とでの温度差を抑制して、燃料電池の発電効率を高く保持することができる。 According to the control device for the fuel cell system of the present invention, when the coolant flow rate is decreased, the change in the coolant flow rate is limited, so that the coolant flow rate is reduced during the period when the heat generation amount of the fuel cell decreases. Without excessively reducing the temperature difference between the coolant inlet and the coolant outlet of the fuel cell, the power generation efficiency of the fuel cell can be kept high.
以下、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a first embodiment and a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
本発明は、例えば図1に示すように構成された第1実施形態に係る燃料電池システムに適用される。
[First Embodiment]
The present invention is applied to the fuel cell system according to the first embodiment configured as shown in FIG. 1, for example.
[燃料電池システムの構成]
本発明を適用した燃料電池システムは、当該燃料電池システムを構成する補機等に供給する電力を発電する燃料電池スタック1を備える。この燃料電池スタック1は、発電反応を発生させるための水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとが供給されることによって発電する。この燃料電池スタック1は、例えば、固体高分子電解質膜を挟んで、酸化剤ガスとして空気が供給される空気極と燃料ガスとして水素が供給される水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層することによって構成されている。すなわち、この燃料電池スタック1による発電は、水素極にて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン(H+)が高分子電解質膜を通過してカソード極に到達し、この水素イオンが空気極にて酸素と結合して水(H2O)を生成することによって行われる。このような発電を行うための電気化学反応は、発熱反応であって、燃料電池スタック1では、発電をするに際して、その発電量に応じた発熱を行う。
[Configuration of fuel cell system]
A fuel cell system to which the present invention is applied includes a
なお、図1では、燃料電池スタック1に水素及び酸素の原料を供給する原料供給系や、燃料電池スタック1を加湿させるための加湿系等を省略し、本発明に係る燃料電池システムの制御装置を適用した冷却液循環系のみを示している。
In FIG. 1, a raw material supply system for supplying hydrogen and oxygen raw materials to the
この冷却液循環系は、冷却液循環流路Lに、冷却液供給ポンプ2、燃料電池スタック1、ラジエータ3が接続されて構成されている。また、この冷却液循環系は、ラジエータ3に送風するラジエータファン4が配設されている。
This coolant circulation system is configured by connecting a coolant supply pump 2, a
このような冷却液循環系では、冷却液供給ポンプ2が駆動することにより冷却液を燃料電池スタック1の冷却液入口に導き、燃料電池スタック1の冷却液出口から排出された冷却液をラジエータ3に導入する。このラジエータ3に導入される冷却液は、燃料電池スタック1の発熱によって暖められた状態となっている。そして、ラジエータ3では、ラジエータファン4から送られる送風によって冷却液を放熱させて、再度冷却液供給ポンプ2に冷却液を循環させる。
In such a coolant circulation system, the coolant supply pump 2 is driven to guide the coolant to the coolant inlet of the
このとき、冷却液供給ポンプ2は、図示しないポンプモータの駆動量がコントローラ5により制御されることにより吐出量が制御されて、ラジエータファン4は、駆動量がコントローラ5により制御されることにより送風量が制御され、ラジエータ3の冷却液の冷却能力を制御する。
At this time, the coolant supply pump 2 controls the discharge amount by controlling the driving amount of a pump motor (not shown) by the
更にこの燃料電池システムは、燃料電池スタック1の冷却液入口付近の冷却液循環流路Lに設けられ、冷却水温度を検出するスタック入口冷却液温度センサ6、燃料電池スタック1の冷却液出口付近の冷却液循環流路Lに設けられ、冷却水温度を検出するスタック出口冷却液温度センサ7を備える。スタック入口冷却液温度センサ6により検出された冷却液温度はコントローラ5により読み込まれ、スタック出口冷却液温度センサ7により検出された冷却液温度はコントローラ5により読み込まれる。
Further, this fuel cell system is provided in the coolant circulation passage L near the coolant inlet of the
更にまた、この燃料電池システムは、燃料電池スタック1での発電電圧を検出する電圧センサ8、燃料電池スタック1での発電電流を検出する電流センサ9を備える。電圧センサ8により検出された発電電圧値はコントローラ5により読み込まれ、電流センサ9により検出された発電電流値はコントローラ5により読み込まれる。
Furthermore, this fuel cell system includes a voltage sensor 8 that detects a generated voltage in the
コントローラ5は、上述の各種センサや冷却液供給ポンプ2やラジエータファン4の補機との間で信号の入出力を行うインターフェース回路、後述する処理をするプログラムを記憶したROM(Read Only Memory)、当該ROMに記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)を備えて構成されている。このコントローラ5では、燃料電池スタック1を発電させている時に、電圧センサ8及び電流センサ9からのセンサ信号を読み込み、当該各センサ信号に基づいて冷却液供給ポンプ2のポンプモータ及びラジエータファン4の駆動量を制御して、燃料電池スタック1に供給する冷却液温度及び冷却液流量を制御する。
The
このとき、コントローラ5では、冷却液供給ポンプ2を駆動するポンプモータの駆動量に応じたデューティ比のPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、ラジエータファン4の駆動量に応じたデューティ比のPWM信号を生成する。このコントローラ5により決定される各デューティ比は、目標とする駆動量に応じて予め設定されている。
At this time, the
更に、コントローラ5は、燃料電池スタック1に供給する冷却液流量を増加させる場合にはポンプモータの駆動量を短時間にて増加させることにより、燃料電池スタック1の全体を燃料電池スタック1にとっての発電効率が高い所定温度とし、燃料電池スタック1に供給する冷却液流量を減少させる場合には、燃料電池スタック1の発電効率を低下させないように、冷却液流量の変化率又は変化量を制限する冷却液流量制御処理を実行する。
Further, when the flow rate of the coolant supplied to the
このような冷却液流量制御処理を行うコントローラ5では、ROMに記憶されたプログラムを実行することにより、図2に機能的な構成を示すように、燃料電池発電量検出部11、冷却液流量算出部12、冷却液流量変化量制限部13、冷却液流量制御部14を備える。
In the
燃料電池発電量検出部11では、電圧センサ8及び電流センサ9からのセンサ信号を読み込んで燃料電池スタック1の単位時間当たりの発電量を検出して、冷却液流量算出部12に送る。
The fuel cell power generation
冷却液流量算出部12では、燃料電池発電量検出部11からの燃料電池スタック1の発電量に基づいて、燃料電池スタック1に供給する単位時間当たりの冷却液流量の目標値(目標冷却液流量)を算出して、冷却液流量変化量制限部13に送る。
In the coolant flow
冷却液流量変化量制限部13では、冷却液流量算出部12にて算出された目標冷却液流量の変化量に基づいて、冷却液流量の変化量を制限して、当該制限した目標冷却液流量を冷却液流量制御部14に送る。
The coolant flow rate change
冷却液流量制御部14は、冷却液流量変化量制限部13からの目標冷却液流量を燃料電池スタック1に供給するようにPWM信号を生成して冷却液供給ポンプ2に供給することにより、目標冷却液流量を燃料電池スタック1に供給する。
The coolant flow
[冷却液流量制御処理]
このように構成されたコントローラ5では、図3に示すような処理手順を実行することにより、冷却液流量制御処理を行う。なお、この冷却液流量制御処理は、燃料電池スタック1を発電させている時において、例えば10msec毎の所定期間ごとに実行される。
[Cooling liquid flow control processing]
The
図3によれば、先ず、ステップS1においては、燃料電池発電量検出部11により、電圧センサ8及び電流センサ9からのセンサ信号を読み込み、燃料電池スタック1の発電量を算出して、ステップS2に処理を進める。
According to FIG. 3, first, in step S1, the fuel cell power
ステップS2においては、冷却液流量算出部12により、ステップS1にて算出された燃料電池スタック1の発電量から、燃料電池スタック1の発熱量を演算する。このとき、冷却液流量算出部12では、1mol分の水素が発電反応した場合のエンタルピ変化ΔH、ファラデー定数F、燃料電池単セルを流れる電流I、燃料電池単セルの電圧V及び燃料電池スタック1のセル数Nを用いて、下記の式1に示すように、
{(−ΔH/2F)−V}・I・N (式1)
なる演算を行うことにより、燃料電池スタック1の発熱量を求める。
In step S <b> 2, the coolant flow
{(−ΔH / 2F) −V} · I · N (Formula 1)
The amount of heat generated by the
そして、冷却液流量算出部12では、算出した燃料電池スタック1の発熱量に基づいて、図4に示すようなテーブルデータを参照して、目標冷却液流量Qt,nを算出する。ここで、図4に示すテーブルデータは、燃料電池スタック1の発熱量が大きいほど、単位時間当たりの目標冷却液流量を増加させるデータである。なお、このテーブルデータは、予め燃料電池システムの設計時に実験等により求めておいて、図示しないコントローラ5内のROM等に記憶しておく。
Then, the coolant flow
次のステップS3においては、冷却液流量変化量制限部13により、ステップS2にて算出した目標冷却液流量が現在の冷却液流量よりも少なく、現在の冷却液流量から減少させると判定した場合に、冷却液流量の変化率を制限する変化率制限値ΔQlimitを求める。
In the next step S3, when it is determined by the coolant flow rate
この変化率制限値ΔQlimitを求める処理は、その処理手順を図5に示すように、先ず、ステップS11において、冷却液流量変化量制限部13により、ステップS2にて求めた目標冷却液流量Qt,nと前回の目標冷却液流量Qt,n−1とを比較して、前回の目標冷却液流量Qt,n−1の方が大きいと判定した場合にはステップS12に処理を進め、そうでないと判定した場合にはステップS13に処理を進める。
As shown in FIG. 5, the process for obtaining the change rate limit value ΔQ limit is as shown in FIG. 5. First, in
ステップS12においては、冷却液流量変化量制限部13により、前回の冷却液流量の変化率制限を行った後の目標冷却液流量Ql,n−1から、ステップS2にて求めた目標冷却液流量Qt,nを減算し、流量変化率ΔQを算出して、ステップS14に処理を進める。
In step S12, the target coolant calculated in step S2 from the target coolant flow rate Q1 , n-1 after the previous coolant rate change rate restriction is performed by the coolant flow rate
ステップS14においては、冷却液流量変化量制限部13により、ステップS13にて算出した流量変化率ΔQに基づいて、図6に示すテーブルデータを参照して、変化率制限値ΔQlimitを求めて、ステップS4に処理を進める。ここで、図6に示すテーブルデータは、流量変化率ΔQが大きいほど、変化率制限値ΔQlimitを小さくするデータであって、燃料電池システムの設計時に実験等により求めておいて、図示しないコントローラ5内のROM等に記憶しておく。
In step S14, the change rate limit value ΔQ limit is obtained by the coolant flow rate
一方、ステップS11にて前回の目標冷却液流量Qt,n−1の方が大きくないと判定された後のステップS13においては、冷却液流量変化量制限部13により、前回の流量変化率制限後の目標冷却液流量Ql,n−1から目標冷却液流量Qt,nを減算し、変化率制限値ΔQlimitに設定して、ステップS4に処理を進める。
On the other hand, in step S13 after it is determined in step S11 that the previous target coolant flow rate Qt, n-1 is not larger, the coolant flow rate change
ステップS4においては、冷却液流量変化量制限部13により、ステップS3にて求めた変化率制限値ΔQlimitを用いて、冷却液流量を制限した結果としての目標冷却液流量Ql,nを求める。このとき、冷却液流量制御部14では、ステップS3にて求めた変化率制限値ΔQlimitを、前回の冷却液流量制御処理のステップS4において求められた流量変化率制限後の目標冷却液流量Ql,n−1から減算し、今回の流量変化率制限後の目標冷却液流量Ql,nを算出する。
In step S4, the coolant flow rate
次のステップS5においては、冷却液流量制御部14により、ステップS4にて算出されたの流量変化率制限後の目標冷却液流量Ql,nの冷却液を、冷却液供給ポンプ2から燃料電池スタック1に供給するようにPWM信号を生成して、処理を終了する。
In the next step S5, the coolant of the target coolant flow rate Q1 , n after the flow rate change rate restriction calculated in step S4 is supplied from the coolant supply pump 2 to the fuel cell by the coolant
[冷却液流量制御処理を行うことによる作用]
上述した燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック1の発電効率が高くなる所定温度に燃料電池スタック1を保持するために、燃料電池スタック1での発熱量、ラジエータ3での放熱量とを同じ熱量にして、燃料電池スタック1の全体を略同じ温度に保持する必要がある。
[Operation by performing coolant flow rate control processing]
In the fuel cell system described above, in order to keep the
そして、燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック1の発電量が減少した場合には、冷却液供給ポンプ2の回転数を低下させて冷却液流量を減少させると、燃料電池スタック1に残存している熱量によって燃料電池スタック1の冷却液入口における冷却液温度と燃料電池スタック1の冷却液出口における冷却液温度との温度差が大きくなる。また、燃料電池システムでは、燃料電池スタック1の発電量が減少した場合には、燃料電池スタック1の温度低下を抑制するためにラジエータファン4の回転数を低下させてラジエータ3の放熱量を低下させると、燃料電池スタック1の残存熱量によって燃料電池スタック1の温度が高くなる。
In the fuel cell system, when the power generation amount of the
これに対し、冷却液流量制御処理では、冷却液流量の変化率又は変化量に制限を与えて、急激に冷却液流量を減少させたことによって燃料電池スタック1の冷却液入口における冷却液温度と燃料電池スタック1の冷却液出口における冷却液温度との温度差が大きくなることを抑制する。
On the other hand, in the coolant flow rate control process, the coolant flow rate at the coolant inlet of the
すなわち、燃料電池システムでは、燃料電池スタック1の発電量が減少した場合でも、急激に冷却液流量を減少させることなく、徐々に燃料電池スタック1の発熱量が減少したことを待って、燃料電池スタック1の発電量に応じた冷却液流量の制御に移行することになる。
That is, in the fuel cell system, even when the power generation amount of the
したがって、この燃料電池システムでは、図7に燃料電池スタック1の冷却液入口における冷却液温度を示し、図8に燃料電池スタック1の冷却液出口における冷却液温度を示したように、時刻T1にて燃料電池スタック1の発電量が低下して冷却液流量を減少させる制御をした場合、冷却液による冷却能力が燃料電池スタック1の発熱量よりも高いので、燃料電池スタック1の冷却液入口及び冷却液出口における冷却液温度が共に上がることを無くす。これにより、燃料電池システムでは、図9に示すように、時刻T1における燃料電池スタック1の冷却液入口と冷却液出口とでの冷却液温度差を小さく保持する。
Therefore, in this fuel cell system, the coolant temperature at the coolant inlet of the
これに対し、燃料電池スタック1の発電量が低下した時に冷却液流量の変化率又は変化量に制限を与えなかった場合には、図10に示す燃料電池スタック1の冷却液入口における冷却液温度は低下している一方、図11に示す燃料電池スタック1の冷却液出口における冷却液温度は、燃料電池スタック1の発熱量が低下する前に冷却液流量を減少させているので、上昇する。したがって、図12に示す燃料電池スタック1の冷却液入口と冷却液出口とでの冷却液温度差は、大きくなってしまう。
On the other hand, when the change rate or the change amount of the coolant flow rate is not limited when the power generation amount of the
[第1実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第1実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池スタック1の発電量が低下したことに応じて冷却液流量を減少させる場合に、冷却液流量を減少させる変化率又は変化量に制限を与えるので、燃料電池スタック1の発熱量が低下する期間において冷却液流量を減少させすぎることなく、燃料電池スタック1の冷却液入口と冷却液出口とでの温度差を小さく保持することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、冷却液入口付近の燃料電池単セルと冷却液出口付近の燃料電池単セルとで温度差を小さい状態で保持して、燃料電池スタック1全体を発電効率が高い温度に保持することができる。
[Effect of the first embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system according to the first embodiment to which the present invention is applied, cooling is performed when the coolant flow rate is decreased in response to a decrease in the power generation amount of the
また、この燃料電池システムによれば、図6に示すテーブルデータを参照して、目標冷却液流量の変化率又は変化量が大きいほど冷却液流量の変化率の大きさを小さくするように冷却液流量の変化率を制限するので、急激に燃料電池スタック1の発電量が低下した場合に急激に冷却液流量を減少させることを無くすことができ、燃料電池スタック1の冷却液入口と冷却液出口とでの温度差が一時的に大きくなることを抑制することができる。
Further, according to this fuel cell system, referring to the table data shown in FIG. 6, the larger the change rate or change amount of the target coolant flow rate, the smaller the change rate of the coolant flow rate. Since the rate of change of the flow rate is limited, it is possible to eliminate a sudden decrease in the coolant flow rate when the power generation amount of the
[第2実施形態]
つぎに、第2実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の第1実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。また、第2実施形態に係る燃料電池システムは、その構成が第1実施形態と同様なので説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a fuel cell system according to a second embodiment will be described. In addition, about the part similar to the above-mentioned 1st Embodiment, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol. Moreover, since the structure of the fuel cell system according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
第2実施形態に係る燃料電池システムは、冷却液流量制御処理のステップS3において、図13に示すような処理を行う点で、第1実施形態に係る燃料電池システムとは異なる。 The fuel cell system according to the second embodiment differs from the fuel cell system according to the first embodiment in that a process as shown in FIG. 13 is performed in step S3 of the coolant flow rate control process.
すなわち、第2実施形態においては、冷却液流量変化量制限部13により、前回の目標冷却液流量Qt,n−1の方が大きく(ステップS11)、流量変化率ΔQを算出した後の(ステップS12)、ステップS21において、ステップS12にて算出した流量変化率ΔQに基づいて図14に示すテーブルデータを参照して、冷却液流量を減少させる時定数τを求める。この図14に示すテーブルデータは、流量変化率ΔQが大きいほど時定数τを大きくして、目標冷却液流量に達するまでの時間を長くするデータであって、燃料電池システムの設計時に実験等により求めておいて、図示しないコントローラ5内のROM等に記憶しておく。 That is, in the second embodiment, the previous target coolant flow rate Q t, n-1 is larger by the coolant flow rate variation limiting unit 13 (step S11), and the flow rate change rate ΔQ is calculated ( In step S12) and step S21, a time constant τ for decreasing the coolant flow rate is obtained by referring to the table data shown in FIG. 14 based on the flow rate change rate ΔQ calculated in step S12. The table data shown in FIG. 14 is data in which the time constant τ is increased as the flow rate change rate ΔQ is increased, and the time required to reach the target coolant flow rate is increased. It is obtained and stored in a ROM or the like in the controller 5 (not shown).
次のステップS22においては、冷却液流量変化量制限部13により、ステップS21にて求めた時定数τを用いて一次遅れ処理を行って次第に冷却液流量を減少させる時の目標冷却液流量Qτを求め、当該目標冷却液流量Qτから目標冷却液流量Qt,nを減算して、流量変化量を算出する。
In the next step S22, the target coolant flow rate Qτ when the coolant flow rate is gradually decreased by performing the first-order lag processing using the time constant τ obtained in step S21 by the coolant flow rate
そして、この冷却液流量制御処理では、ステップS4において、ステップS22にて求めた流量変化量を、前回の冷却液流量制御処理のステップS4において求められた流量変化率制限後の目標冷却液流量Ql,n−1から減算し、今回の流量変化率制限後の目標冷却液流量Ql,nを算出することになる。 In this coolant flow rate control process, in step S4, the flow rate change amount obtained in step S22 is replaced with the target coolant flow rate Q after the flow rate change rate restriction obtained in step S4 of the previous coolant flow rate control process. The target coolant flow rate Q l, n after the current flow rate change rate restriction is calculated by subtracting from l, n−1 .
このような冷却液流量制御処理を行うことにより、燃料電池システムでは、図15に示すように、冷却液流量を減少させる時刻T1から次第に冷却液流量を減少させて目標とする冷却液流量とする。 By performing such a coolant flow rate control process, in the fuel cell system, as shown in FIG. 15, the coolant flow rate is gradually decreased from the time T1 when the coolant flow rate is decreased to obtain a target coolant flow rate. .
したがって、この第2実施形態に係る燃料電池システムによれば、急激に冷却液流量を減少させて燃料電池スタック1の冷却水入口と冷却液出口との間での冷却液温度差を少なくすることができ、第1実施形態と比較して更に確実に冷却水入口と冷却液出口との間での冷却液温度差を所定温度以下とすることができる。すなわち、この燃料電池システムによれば、図16に示すように冷却液流量を減少させる時刻T1にて段階的に冷却液流量を減少させることがない。
Therefore, according to the fuel cell system according to the second embodiment, the coolant flow rate is rapidly decreased to reduce the coolant temperature difference between the coolant inlet and the coolant outlet of the
また、この第2実施形態に係る燃料電池システムによれば、目標冷却液流量の変化率が大きいほど一次遅れ処理の時定数τを大きくするので、燃料電池スタック1の発熱量の減少時間が冷却液流量の減少時間よりも長いために冷却液流量を急激に減少させたときに冷却液温度差が大きくなることを防止して、更に確実に冷却水入口と冷却液出口との間での冷却液温度差を所定温度以下とすることができる。
Further, according to the fuel cell system according to the second embodiment, the time constant τ of the first-order lag processing is increased as the change rate of the target coolant flow rate is increased, so that the decrease in the amount of heat generated in the
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
1 燃料電池スタック
2 冷却液供給ポンプ
3 ラジエータ
4 ラジエータファン
5 コントローラ
6 スタック入口冷却液温度センサ
7 スタック出口冷却液温度センサ
8 電圧センサ
9 電流センサ
11 燃料電池発電量検出部
12 冷却液流量算出部
13 冷却液流量変化量制限部
14 冷却液流量制御部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記燃料電池に冷却液を循環させる冷却液循環手段と、
前記冷却液循環手段により循環されている冷却液の温度を調整する冷却液温度調整手段と、
前記冷却液循環手段による前記冷却液の流量を制御する冷却液流量制御手段とを備える燃料電池システムの制御装置であって、
前記燃料電池に循環させる冷却液流量を減少させる場合に、前記燃料電池の冷却液入口における冷却液温度と前記燃料電池の冷却液出口における冷却液温度との温度差を所定値以下とするように、前記燃料電池の発電量が大きくなるほど前記冷却液流量制御手段を制御して前記冷却液循環手段の冷却液流量を増加させ前記冷却液流量の減少変化を制限する冷却液流量変化制限手段を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。 A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power;
A coolant circulating means for circulating coolant in the fuel cell;
A coolant temperature adjusting means for adjusting the temperature of the coolant circulated by the coolant circulating means;
A control device for a fuel cell system, comprising a coolant flow rate control means for controlling a flow rate of the coolant by the coolant circulation means,
When the flow rate of the coolant to be circulated through the fuel cell is decreased, the temperature difference between the coolant temperature at the coolant inlet of the fuel cell and the coolant temperature at the coolant outlet of the fuel cell is set to a predetermined value or less. , a cooling liquid flow rate change limiting means for limiting the decrease change of the cooling fluid flow rate to increase the coolant flow rate of power generation is larger the the cooling fluid by controlling the flow control means the cooling fluid circulating means of the fuel cell A control apparatus for a fuel cell system.
前記冷却液流量変化制限手段は、前記燃料電池に循環させる冷却液流量を減少させる場合に、前記目標冷却液流量算出手段により算出された目標冷却液流量の変化率が大きいほど、冷却液流量の減少変化を小さくするように、前記冷却液流量の変化を制限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制御装置。 Based on the power generation amount of the fuel cell, comprising a target coolant flow rate calculation means for calculating a target flow rate for increasing the coolant to be circulated to the fuel cell as the power generation amount increases,
The coolant flow rate change restriction unit, when reducing the coolant flow circulating in the fuel cell, the larger the calculated target coolant flow rate of change by the target coolant flow rate calculating means, the cooling liquid 2. The control device for a fuel cell system according to claim 1 , wherein the change in the coolant flow rate is limited so as to reduce the decrease in the flow rate.
前記冷却液流量変化制限手段は、前記燃料電池に循環させる冷却液流量を減少させる場合に、前記目標冷却液流量算出手段により算出された目標冷却液流量の変化率が大きいほど、時定数を大きくし、冷却液流量の減少変化に時定数を持たせて冷却液流量を減少させるように前記冷却液流量制御手段を制御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制御装置。 Based on the power generation amount of the fuel cell, further comprising a target coolant flow rate calculation means for calculating a target flow rate for increasing the coolant to be circulated to the fuel cell as the power generation amount increases.
The coolant flow rate change restriction means, wherein when reducing the coolant flow circulating in the fuel cell, as the target coolant flow rate calculated by the calculation means target coolant flow rate of change is large, the time constant 2. The control of the fuel cell system according to claim 1, wherein the cooling liquid flow rate control means is controlled so as to decrease the cooling liquid flow rate by increasing the value of the cooling liquid flow rate so as to give a time constant to the decreasing change of the cooling liquid flow rate. apparatus.
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