JP4677715B2 - Fuel cell cooling system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池に冷却液を循環供給して燃料電池の温度調整を行う燃料電池冷却システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell cooling system for adjusting the temperature of a fuel cell by circulatingly supplying a coolant to the fuel cell.

近年の環境問題、特に自動車の排出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等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、水素や水素リッチな改質ガス等の燃料ガスと、酸化剤ガスである空気とが供給されることで、電気化学反応により発電するものである。このような燃料電池、特に電解質として固体高分子膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、自動車等の移動体用電源としての用途が期待されている。   Fuel cell technology that enables clean exhaust and high energy efficiency is attracting attention as a countermeasure against environmental problems in recent years, particularly air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming caused by carbon dioxide. A fuel cell generates power by an electrochemical reaction by supplying a fuel gas such as hydrogen or a hydrogen-rich reformed gas and air that is an oxidant gas. Such a fuel cell, in particular a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte, is easy to downsize at low cost and has a high power density. Use as a power source is expected.

以上のような燃料電池は、発電の際に発熱することから、耐久性を確保しながら効率の良い発電を行うためにはこれを冷却して適正な運転温度（８０℃程度）に維持する必要がある。そのため、通常は、燃料電池に冷却液を循環供給する燃料電池冷却システムを用いて、燃料電池の温度調整を行うようにしている（例えば、特許文献１参照。）。   Since the fuel cell as described above generates heat during power generation, it needs to be cooled and maintained at an appropriate operating temperature (about 80 ° C.) in order to perform efficient power generation while ensuring durability. There is. For this reason, the temperature of the fuel cell is normally adjusted using a fuel cell cooling system that circulates and supplies the coolant to the fuel cell (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載される燃料電池冷却システムは、冷却液が流れる冷却液循環流路にラジエータを設置すると共に、このラジエータを迂回するバイパス流路を設け、ラジエータを通過する冷却液の流量とバイパス流路を流れる冷却液の流量とを三方弁の開度制御により調整するようにしている。そして、暖機時にはバイパス流路へ冷却液を多く流して暖機を促進し、また、冷却時にはラジエータに多くの冷却液を流して冷却を促進するといったように、燃料電池の温度が適正な運転温度となるように、冷却液の温度を制御している。
特開２０００−３１５５１２号公報 In the fuel cell cooling system described in Patent Document 1, a radiator is installed in a coolant circulation channel through which a coolant flows, and a bypass channel that bypasses the radiator is provided, and a flow rate of coolant passing through the radiator and a bypass are provided. The flow rate of the coolant flowing through the flow path is adjusted by opening control of the three-way valve. When the engine is warmed up, a large amount of coolant flows through the bypass flow path to promote warm-up, and during cooling, a large amount of coolant flows through the radiator to promote cooling. The temperature of the coolant is controlled so as to be the temperature.
JP 2000-315512 A

ところで、前記特許文献１に記載される燃料電池冷却システムをはじめ、燃料電池に冷却液を循環供給して燃料電池の温度調整を行う従来の燃料電池冷却システムにおいては、通常、燃料電池の温度を検出しながら、この検出した燃料電池の温度と燃料電池の目標温度との偏差に基づいて、この偏差を低減させるように、ラジエータを流れる冷却液の流量（前記特許文献１に記載の燃料電池冷却システムでは三方弁の開度）や、ラジエータの冷却能力（ラジエータファンの回転）を制御するようにしている。   By the way, in the conventional fuel cell cooling system in which the coolant is circulated and supplied to the fuel cell to adjust the temperature of the fuel cell, including the fuel cell cooling system described in Patent Document 1, the temperature of the fuel cell is usually adjusted. While detecting, based on the deviation between the detected temperature of the fuel cell and the target temperature of the fuel cell, the flow rate of the coolant flowing through the radiator is reduced so as to reduce this deviation (the fuel cell cooling described in Patent Document 1). The system controls the opening of the three-way valve) and the cooling capacity of the radiator (rotation of the radiator fan).

しかしながら、燃料電池の目標温度と燃料電池の温度との偏差に基づいて三方弁やラジエータファンを操作すると、三方弁の開度やラジエータファンの回転数に対するラジエータでの放熱量の関係が非線形なので、燃料電池の発熱量に対してラジエータでの放熱量が一時的に過大あるいは過小となる場合がある。そして、燃料電池の発熱量に対してラジエータでの放熱量が一時的に過大となった場合には、燃料電池の温度が目標温度に対して低くなるので燃料電池の発電効率が低下する可能性があり、過小となった場合は燃料電池の温度が目標温度に対して高くなるので燃料電池の耐久性が悪化する可能性がある。   However, if the three-way valve or radiator fan is operated based on the deviation between the target temperature of the fuel cell and the temperature of the fuel cell, the relationship between the amount of heat released by the radiator with respect to the opening of the three-way valve and the rotation speed of the radiator fan is nonlinear. In some cases, the amount of heat dissipated by the radiator is temporarily excessive or small with respect to the heat generation amount of the fuel cell. If the amount of heat dissipated by the radiator temporarily exceeds the amount of heat generated by the fuel cell, the temperature of the fuel cell becomes lower than the target temperature, which may reduce the power generation efficiency of the fuel cell. If the temperature is too low, the temperature of the fuel cell becomes higher than the target temperature, which may deteriorate the durability of the fuel cell.

本発明は、以上のような従来技術の有する課題を解消すべく創案されたものであって、燃料電池冷却システムの制御における非線形性を考慮し、例えば、三方弁の開度やラジエータファンの回転数に対するラジエータでの放熱量の関係が非線形であっても放熱量を適切に制御して、燃料電池の温度を所望の値に制御することが可能な燃料電池冷却システムを提供することを目的としている。   The present invention was devised to solve the above-described problems of the prior art, and considers nonlinearity in the control of the fuel cell cooling system, for example, the opening of a three-way valve and the rotation of a radiator fan. An object of the present invention is to provide a fuel cell cooling system capable of appropriately controlling the heat radiation amount and controlling the temperature of the fuel cell to a desired value even if the relationship between the heat radiation amount in the radiator with respect to the number is nonlinear. Yes.

本発明に係る燃料電池冷却システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給により発電を行う燃料電池と、この燃料電池に循環供給される冷却液の流路である冷却液循環流路と、この冷却液循環流路に接続されて燃料電池から排出された冷却液を冷却する冷却液冷却手段と、この冷却液冷却手段を迂回するように冷却液循環流路に接続されたバイパス流路と、冷却液冷却手段を通過する冷却液流量とバイパス流路を通過する冷却液流量との比を変更する冷却液流量比変更手段と、当該燃料電池冷却システムの動作を制御するシステム制御手段とを備えるものである。このような燃料電池冷却システムにおいて、本発明では、前記目的を達成するために、システム制御手段が、燃料電池の温度が所定値となるように冷却液冷却手段における冷却液の放熱量の目標値を算出する目標放熱量算出手段と、この目標放熱量算出手段で算出された目標放熱量と冷却液冷却手段の目標冷却能力の非線形性を考慮して目標冷却能力を算出するとともに、目標放熱量と冷却液流量比変更手段の目標流量比との非線形性を考慮して目標流量比を算出する冷却液冷却制御手段とを有し、冷却液冷却手段は、空気を通過させて冷却液を冷却するラジエータと、ファンを回転させてラジエータを通過する空気の量を変化させることでラジエータにおける冷却能力を変化させるラジエータファンとを有し、冷却液流量比変更手段は、開度の変化によって冷却液冷却手段を通過する冷却液流量とバイパス流路を通過する冷却液流量との比を変化させる三方弁よりなり、冷却液冷却制御手段は、目標放熱量が所定値以下の場合には、ラジエータファンの目標回転数をゼロで固定して目標放熱量を実現できる三方弁開度を算出し、目標放熱量が所定値を上回る場合には、三方弁の目標開度をラジエータを通過する冷却液流量が最大となるように固定して目標放熱量を実現できるラジエータファン回転数を算出する構成とした。 A fuel cell cooling system according to the present invention includes a fuel cell that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas, a coolant circulation channel that is a coolant channel that is circulated and supplied to the fuel cell, A coolant cooling means connected to the coolant circulation passage for cooling the coolant discharged from the fuel cell; a bypass passage connected to the coolant circulation passage so as to bypass the coolant cooling means; A coolant flow rate ratio changing means for changing a ratio of a coolant flow rate passing through the coolant cooling means and a coolant flow rate passing through the bypass flow path; and a system control means for controlling the operation of the fuel cell cooling system. Is. In such a fuel cell cooling system, in the present invention, in order to achieve the above object, the system control means sets a target value of the heat radiation amount of the coolant in the coolant cooling means so that the temperature of the fuel cell becomes a predetermined value. The target heat dissipation amount is calculated in consideration of the nonlinearity of the target heat dissipation amount calculated by the target heat dissipation amount calculator and the target heat dissipation amount calculated by the target heat dissipation amount calculator and the target cooling capacity of the coolant cooling means. and in consideration of the nonlinearity of the target flow rate ratio of the cooling liquid flow rate changing means possess a coolant cooling control means for calculating a target flow rate ratio, the coolant cooling means, cooling a cooling liquid is passed through the air And a radiator fan that changes the cooling capacity of the radiator by changing the amount of air passing through the radiator by rotating the fan. This is a three-way valve that changes the ratio of the coolant flow rate that passes through the coolant cooling means and the coolant flow rate that passes through the bypass flow path, and the coolant cooling control means is used when the target heat dissipation is below a predetermined value. Calculates the three-way valve opening that can achieve the target heat dissipation by fixing the target speed of the radiator fan at zero, and if the target heat dissipation exceeds the specified value, the target opening of the three-way valve is adjusted to the radiator. It was set as the structure which calculates the radiator fan rotation speed which can implement | achieve the target heat dissipation by fixing so that the coolant flow rate to pass may be maximized .

本発明に係る燃料電池冷却システムによれば、燃料電池の温度が所定値となるように冷却液冷却手段における冷却液の放熱量の目標値が算出され、この冷却液冷却手段での目標放熱量に基づいて冷却液冷却手段の目標冷却能力と冷却液流量比変更手段の目標流量比とが算出され、それに応じて冷却液冷却手段や冷却液流量比変更手段が制御されるので、冷却液冷却手段の冷却能力や冷却液流量比変更手段の流量比に対する冷却液冷却手段での放熱量の関係が非線形であっても、燃料電池の発熱量に対して冷却液冷却手段での放熱量が一時的に過大あるいは過小となるといった事態を招くことなく、燃料電池の温度制御を適切に行うことができる。   According to the fuel cell cooling system of the present invention, the target value of the heat dissipation amount of the coolant in the coolant cooling means is calculated so that the temperature of the fuel cell becomes a predetermined value, and the target heat dissipation amount in the coolant cooling means is calculated. The target cooling capacity of the cooling liquid cooling means and the target flow ratio of the cooling liquid flow ratio changing means are calculated based on the above, and the cooling liquid cooling means and the cooling liquid flow ratio changing means are controlled accordingly. Even if the relationship between the cooling capacity of the means and the heat dissipation amount in the coolant cooling means with respect to the flow rate ratio of the coolant flow ratio changing means is non-linear, the heat dissipation amount in the coolant cooling means is temporary relative to the heat generation amount of the fuel cell. Therefore, it is possible to appropriately control the temperature of the fuel cell without incurring a situation where the temperature is excessively large or small.

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
本発明を適用した燃料電池冷却システムの一構成例を図１に示す。この燃料電池冷却システムは、燃料電池スタック１に冷却液を循環供給して燃料電池スタック１の温度調整を行うものである。 (First embodiment)
A configuration example of a fuel cell cooling system to which the present invention is applied is shown in FIG. In this fuel cell cooling system, a coolant is circulated and supplied to the fuel cell stack 1 to adjust the temperature of the fuel cell stack 1.

燃料電池スタック１は、燃料ガス（水素）が供給される燃料極と酸化剤ガス（空気）が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。各発電セルの燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子とが解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させて、空気極側にそれぞれ移動する。また、空気極では、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。   In the fuel cell stack 1, a power generation cell in which a fuel electrode supplied with a fuel gas (hydrogen) and an air electrode supplied with an oxidant gas (air) are overlapped with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween is stacked in multiple stages. In this structure, chemical energy is converted into electric energy by an electrochemical reaction. At the fuel electrode of each power generation cell, hydrogen ions and electrons are dissociated when hydrogen is supplied, hydrogen ions pass through the electrolyte, electrons generate power through an external circuit, and move to the air electrode side. To do. In the air electrode, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and electrons to generate water, which is discharged to the outside.

燃料電池スタック１の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。   For example, a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte of the fuel cell stack 1 in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is made of an ion (proton) conductive polymer film such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.

以上のような燃料電池スタック１は、発電の際に発熱することから、耐久性を確保しながら効率の良い発電を行うためにはこれを冷却して適正な運転温度（８０℃程度）に維持する必要がある。また、そのため、図１に示す燃料電池冷却システムにより、燃料電池スタック１に冷却液を循環供給して燃料電池スタック１の温度調整を行うようにしている。なお、燃料電池スタック１には、当該燃料電池スタック１に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給系や、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給系、燃料電池スタック１を加湿するための加湿系等が接続されるが、図１ではこれらの図示を省略している。   Since the fuel cell stack 1 as described above generates heat during power generation, it is cooled and maintained at an appropriate operating temperature (about 80 ° C.) in order to perform efficient power generation while ensuring durability. There is a need to. Therefore, the fuel cell cooling system shown in FIG. 1 circulates and supplies coolant to the fuel cell stack 1 to adjust the temperature of the fuel cell stack 1. The fuel cell stack 1 includes a fuel gas supply system for supplying fuel gas to the fuel cell stack 1, an oxidant gas supply system for supplying oxidant gas, and a humidifier for the fuel cell stack 1. These humidification systems are connected, but these are not shown in FIG.

この図１に示す燃料電池冷却システムにおいて、燃料電池スタック１には、この燃料電池スタック１に循環供給される冷却液の流路である冷却液循環流路２が接続されている。この冷却液循環流路２には、燃料電池スタック１によって暖められた冷却液を冷却するラジエータ３が接続されており、その近傍にはラジエータ３に送風してラジエータ３での冷却能力を変化させるラジエータファン４が設置されている。   In the fuel cell cooling system shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 is connected to a coolant circulation passage 2 which is a passage of coolant supplied to the fuel cell stack 1 in a circulating manner. A radiator 3 that cools the coolant heated by the fuel cell stack 1 is connected to the coolant circulation passage 2, and in the vicinity thereof, the air is sent to the radiator 3 to change the cooling capacity of the radiator 3. A radiator fan 4 is installed.

また、冷却液循環流路２には、ラジエータ３を迂回するようにバイパス流路５が接続されており、冷却液循環流路２とバイパス流路５との分岐位置には、開度の変化によってラジエータ３を通過する冷却液流量とバイパス流路５を通過する冷却液流量との比を変化させる三方弁６が設置されている。また、冷却液循環流路２には、冷却液を循環させるための冷却液供給ポンプ７が設置されている。   Further, a bypass flow path 5 is connected to the coolant circulation path 2 so as to bypass the radiator 3, and a change in opening degree is provided at a branch position between the coolant circulation path 2 and the bypass path 5. Is provided with a three-way valve 6 that changes the ratio of the coolant flow rate passing through the radiator 3 and the coolant flow rate passing through the bypass flow path 5. The coolant circulation channel 2 is provided with a coolant supply pump 7 for circulating the coolant.

そして、この燃料電池冷却システムにおける動作、具体的には、ラジエータファン４の回転数や三方弁６の開度、冷却液供給ポンプ７の動作等は、コントローラ１００によって制御されるようになっている。   The operation in the fuel cell cooling system, specifically, the rotational speed of the radiator fan 4, the opening of the three-way valve 6, the operation of the coolant supply pump 7, and the like are controlled by the controller 100. .

コントローラ１００は、例えば、Ｉ/Ｏインタフェース、プログラムＲＯＭ、ワークＲＡＭ、及びＣＰＵを備えたマイクロプロセッサで構成されている。このコントローラ１００には、燃料電池スタック１の電流値及び電圧値を検出する発電量センサ１１の出力や、燃料電池スタック１の入口近傍における冷却液温度を検出する入口側冷却液温度センサ１２の出力、燃料電池スタック１の出口近傍における冷却液温度を検出する出口側冷却液温度センサ１３の出力、ラジエータ３に送風される空気温度を検出するラジエータ通過空気温度センサ１４の出力がそれぞれ入力される。また、本実施形態の燃料電池冷却システムは燃料電池自動車等の移動体に搭載されるものであり、コントローラ１００には、この移動体の移動速度を検出する速度センサ１５の出力も入力される。   The controller 100 is composed of, for example, a microprocessor including an I / O interface, a program ROM, a work RAM, and a CPU. The controller 100 includes an output of a power generation amount sensor 11 that detects a current value and a voltage value of the fuel cell stack 1 and an output of an inlet side coolant temperature sensor 12 that detects a coolant temperature in the vicinity of the inlet of the fuel cell stack 1. The output of the outlet side coolant temperature sensor 13 for detecting the coolant temperature in the vicinity of the outlet of the fuel cell stack 1 and the output of the radiator passing air temperature sensor 14 for detecting the temperature of the air blown to the radiator 3 are input. Further, the fuel cell cooling system of this embodiment is mounted on a moving body such as a fuel cell automobile, and the controller 100 also receives the output of the speed sensor 15 that detects the moving speed of the moving body.

そして、コントローラ１００は、これらのセンサからのセンサ信号に基づいて各種演算処理を行い、予めラジエータファン回転数に対して決められているデューティ比となるようなＰＷＭ信号をラジエータファン４に対して出力する。同様に、コントローラ１００は、予め三方弁開度に対して決められているデューティ比となるようなＰＷＭ信号を三方弁６に対して出力し、また、予め冷却液流量に対して決められているデューティ比となるようなＰＷＭ信号を冷却液供給ポンプ７に対して出力する。   The controller 100 performs various arithmetic processes based on the sensor signals from these sensors, and outputs a PWM signal to the radiator fan 4 that has a duty ratio determined in advance with respect to the radiator fan rotation speed. To do. Similarly, the controller 100 outputs a PWM signal to the three-way valve 6 so that the duty ratio is determined in advance with respect to the three-way valve opening, and is determined in advance with respect to the coolant flow rate. A PWM signal having a duty ratio is output to the coolant supply pump 7.

図２は、本発明を適用した燃料電池冷却システムにおけるコントローラ１００の機能構成を示す制御ブロック図である。図２に示すように、このコントローラ１００は、燃料電池入口冷却液温度判定手段１０１と、燃料電池出口冷却液温度判定手段１０２と、燃料電池温度算出手段１０３と、ラジエータ通過空気温度判定手段１０４と、移動速度判定手段１０５と、目標放熱量算出手段１０６と、冷却液冷却制御手段１０７と、ラジエータファン回転数制御手段１０８と、三方弁開度制御手段１０９と、冷却液供給ポンプ制御手段１１０とを有している。そして、冷却液冷却制御手段１０７が、より詳細な機能構成として、燃料電池発電量算出手段１１１と、目標冷却液流量算出手段１１２と、対冷却液流量用補正係数算出手段１１３と、対移動速度用補正係数算出手段１１４と、ゲイン算出手段１１５と、目標放熱量補正手段１１６と、ラジエータファン目標回転数算出手段１１７と、三方弁目標開度算出手段１１８とを有している。このコントローラ１００の概略動作は、以下の通りである。   FIG. 2 is a control block diagram showing a functional configuration of the controller 100 in the fuel cell cooling system to which the present invention is applied. As shown in FIG. 2, the controller 100 includes a fuel cell inlet coolant temperature determining unit 101, a fuel cell outlet coolant temperature determining unit 102, a fuel cell temperature calculating unit 103, and a radiator passing air temperature determining unit 104. , Movement speed determination means 105, target heat release amount calculation means 106, coolant cooling control means 107, radiator fan speed control means 108, three-way valve opening degree control means 109, coolant supply pump control means 110, have. Then, the coolant cooling control means 107 includes, as a more detailed functional configuration, a fuel cell power generation amount calculating means 111, a target coolant flow rate calculating means 112, a correction coefficient calculating means 113 for coolant flow rate, and a moving speed. Correction coefficient calculation means 114, gain calculation means 115, target heat release amount correction means 116, radiator fan target rotation speed calculation means 117, and three-way valve target opening degree calculation means 118. The general operation of the controller 100 is as follows.

燃料電池出口冷却液温度判定手段１０１は、入口側冷却液温度センサ１２の検出値を読み取って、その検出値に基づき燃料電池スタック１の入口近傍における冷却液温度を判定する。   The fuel cell outlet coolant temperature determination means 101 reads the detected value of the inlet side coolant temperature sensor 12 and determines the coolant temperature in the vicinity of the inlet of the fuel cell stack 1 based on the detected value.

燃料電池出口冷却液温度判定手段１０２は、出口側冷却液温度センサ１３の検出値を読み取って、その検出値に基づき燃料電池スタック１の出口近傍における冷却液温度を判定する。   The fuel cell outlet coolant temperature determination means 102 reads the detection value of the outlet side coolant temperature sensor 13 and determines the coolant temperature in the vicinity of the outlet of the fuel cell stack 1 based on the detection value.

燃料電池温度算出手段１０３は、燃料電池入口冷却液温度判定手段１０１で判定した燃料電池スタック１の入口近傍における冷却液温度［℃］と、燃料電池出口冷却液温度判定手段１０２で判定した燃料電池スタック１の出口近傍における冷却液温度［℃］とに基づいて、燃料電池スタック１の温度［℃］を算出する。   The fuel cell temperature calculation means 103 includes a coolant temperature [° C.] near the inlet of the fuel cell stack 1 determined by the fuel cell inlet coolant temperature determination means 101 and a fuel cell determined by the fuel cell outlet coolant temperature determination means 102. Based on the coolant temperature [° C.] in the vicinity of the outlet of the stack 1, the temperature [° C.] of the fuel cell stack 1 is calculated.

ラジエータ通過空気温度判定手段１０４は、ラジエータ通過空気温度センサ１４の検出値を読み取って、その検出値に基づきラジエータ３を通過する空気の温度［℃］を判定する。   The radiator passing air temperature determination means 104 reads the detected value of the radiator passing air temperature sensor 14 and determines the temperature [° C.] of the air passing through the radiator 3 based on the detected value.

移動速度判定手段１０５は、速度センサ１５の検出値を読み取って、この検出値に基づき移動体の移動速度［ｋｍ／ｈ］を判定する。   The moving speed determination means 105 reads the detection value of the speed sensor 15 and determines the moving speed [km / h] of the moving body based on this detection value.

目標放熱量算出手段１０６は、燃料電池温度算出手段１０３で算出した燃料電池スタック１の温度［℃］と、冷却液冷却制御手段１０７のゲイン算出手段１１５で算出される対ラジエータ通過空気温度用補正ゲインと、予め設定された燃料電池スタック１の目標温度［℃］とに基づくＰＩ制御により、ラジエータ３における放熱量の補正前の目標値（補正前目標放熱量）［ｋｗ］を算出する。   The target heat release amount calculation means 106 corrects the temperature [° C.] of the fuel cell stack 1 calculated by the fuel cell temperature calculation means 103 and the correction for the radiator passing air temperature calculated by the gain calculation means 115 of the coolant cooling control means 107. A target value (pre-correction target heat dissipation amount) [kw] before correction of the heat dissipation amount in the radiator 3 is calculated by PI control based on the gain and a preset target temperature [° C.] of the fuel cell stack 1.

冷却液冷却制御手段１０７の燃料電池発熱量算出手段１１１は、発電量センサ１１の検出値（燃料電池スタック１の電流値及び電圧値）を読み取って、この検出値に基づき燃料電池スタック１の発熱量［ｋｗ］を算出する。   The fuel cell heat generation amount calculation unit 111 of the coolant cooling control unit 107 reads the detection value (the current value and voltage value of the fuel cell stack 1) of the power generation amount sensor 11, and generates heat of the fuel cell stack 1 based on this detection value. The quantity [kw] is calculated.

目標冷却液流量算出手段１１２は、燃料電池発熱量算出手段１１１で算出した燃料電池スタック１の発熱量［ｋｗ］に基づいて、燃料電池スタック１への冷却液供給流量の目標値（目標冷却液流量）［Ｌ／ｍｉｎ］を算出する。   The target coolant flow rate calculation means 112 is based on the heat generation amount [kw] of the fuel cell stack 1 calculated by the fuel cell heat generation amount calculation means 111, and the target value of the coolant supply flow rate to the fuel cell stack 1 (target cooling liquid Flow rate) [L / min] is calculated.

対冷却液流量用補正係数算出手段１１３は、目標冷却液流量算出手段１１２で算出した目標冷却液流量［Ｌ／ｍｉｎ］に基づいて、対冷却液流量用補正係数を算出する。   The coolant flow rate correction coefficient calculating unit 113 calculates a coolant flow rate correction coefficient based on the target coolant flow rate [L / min] calculated by the target coolant flow rate calculating unit 112.

対移動速度用補正係数算出手段１１４は、移動速度判定手段１０５で判定した移動体の移動速度［ｋｍ／ｈ］に基づいて、対移動速度用補正係数を算出する。   The correction coefficient for moving speed calculation unit 114 calculates a correction coefficient for moving speed based on the moving speed [km / h] of the moving body determined by the moving speed determination unit 105.

ゲイン算出手段１１５は、ラジエータ通過空気温度判定手段１０４で判定したラジエータ３を通過する空気の温度［℃］に基づいて、対ラジエータ通過空気温度用補正ゲインを算出する。   The gain calculating means 115 calculates a correction gain for radiator passing air temperature based on the temperature [° C.] of the air passing through the radiator 3 determined by the radiator passing air temperature determining means 104.

目標放熱量補正手段１１６は、目標放熱量算出手段１０６で算出された補正前目標放熱量［ｋｗ］を、対冷却液流量用補正係数算出手段１１３で算出された対冷却液流量用補正係数と、対移動速度用補正係数算出手段１１４で算出された対移動速度用補正係数とで補正して、ラジエータ３における放熱量の補正後の目標値（補正後目標放熱量）［ｋｗ］を算出する。   The target heat release amount correction means 116 uses the target heat release amount [kw] before correction calculated by the target heat release amount calculation means 106 and the correction coefficient for coolant flow rate calculated by the correction coefficient calculation means 113 for coolant flow rate. Then, correction is made with the correction coefficient for moving speed calculated by the correction coefficient calculating means 114 for moving speed, and a target value (corrected target heat dissipation) [kw] after correction of the heat dissipation amount in the radiator 3 is calculated. .

ラジエータファン目標回転数算出手段１１７は、目標放熱量補正手段１１６で算出した補正後目標放熱量［ｋｗ］に基づいて、ラジエータファン４の回転数の目標値（ラジエータファン目標回転数）［ｒｐｍ］を算出する。   The radiator fan target rotation speed calculation means 117 is based on the corrected target heat dissipation amount [kw] calculated by the target heat dissipation amount correction means 116, and the target value of the rotation speed of the radiator fan 4 (radiator fan target rotation speed) [rpm]. Is calculated.

三方弁目標開度算出手段１１８は、目標放熱量補正手段１１６で算出した補正後目標放熱量［ｋｗ］に基づいて、三方弁６の開度の目標値（三方弁目標開度）［ｄｅｇ］を算出する。   The three-way valve target opening degree calculation means 118 is based on the corrected target heat release amount [kw] calculated by the target heat release amount correction means 116, and the target value of the opening degree of the three-way valve 6 (three-way valve target opening degree) [deg]. Is calculated.

ラジエータファン回転数制御手段１０８は、ラジエータファン４の回転数がラジエータファン目標回転数算出手段１１７で算出したラジエータファン目標回転数［ｒｐｍ］となるように、ラジエータファン４に対して駆動信号を出力する。   The radiator fan rotation speed control means 108 outputs a drive signal to the radiator fan 4 so that the rotation speed of the radiator fan 4 becomes the radiator fan target rotation speed [rpm] calculated by the radiator fan target rotation speed calculation means 117. To do.

三方弁開度制御手段１０９は、三方弁６の開度が三方弁目標開度算出手段１１８で算出した三方弁目標開度［ｄｅｇ］となるように、三方弁６に対して駆動信号を出力する。   The three-way valve opening degree control means 109 outputs a drive signal to the three-way valve 6 so that the opening degree of the three-way valve 6 becomes the three-way valve target opening degree [deg] calculated by the three-way valve target opening degree calculation means 118. To do.

冷却液供給ポンプ制御手段１１０は、燃料電池スタック１に循環供給される冷却液の流量が目標冷却液流量算出手段１１２で算出した目標冷却液流量［Ｌ／ｍｉｎ］となるように、冷却液供給ポンプ７に対して駆動信号を出力する。   The coolant supply pump control means 110 supplies coolant so that the flow rate of the coolant circulated and supplied to the fuel cell stack 1 becomes the target coolant flow rate [L / min] calculated by the target coolant flow rate calculation means 112. A drive signal is output to the pump 7.

ここで、以上のようなコントローラ１００により実行される制御の詳細について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。この図３に示す制御フローは、マイクロプロセッサ等を利用したコントローラ１００の制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）毎に実行されるものである。   Here, details of the control executed by the controller 100 will be described with reference to the flowchart of FIG. The control flow shown in FIG. 3 is executed every control cycle (for example, 10 msec) of the controller 100 using a microprocessor or the like.

まず、ステップＳ１０１において、発電量センサ１１により検出される燃料電池スタック１の発電量［ｋｗ］から、燃料電池スタック１の発熱量を算出する。具体的には、水素１ｍｏｌが燃料電池反応した場合のエンタルピ変化ΔＨ［ｋＪ／ｍｏｌ］と、ファラデー定数Ｆ［Ｃ／ｍｏｌ］と、燃料電池スタック１の単セルを流れる電流Ｉ［Ａ］と、燃料電池スタック１の単セルの電圧Ｖ［Ｖ］と、燃料電池スタック１のセル数Ｎとから、下記式（１）にて燃料電池スタック１の発熱量を算出する。

Figure 0004677715
First, in step S101, the heat generation amount of the fuel cell stack 1 is calculated from the power generation amount [kw] of the fuel cell stack 1 detected by the power generation amount sensor 11. Specifically, the enthalpy change ΔH [kJ / mol] when 1 mol of hydrogen reacts with the fuel cell, the Faraday constant F [C / mol], the current I [A] flowing through the single cell of the fuel cell stack 1, The calorific value of the fuel cell stack 1 is calculated by the following formula (1) from the voltage V [V] of the single cell of the fuel cell stack 1 and the number N of cells of the fuel cell stack 1.
Figure 0004677715

次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で算出した燃料電池スタック１の発熱量に基づいて、例えば図４に示すようなテーブルを用いることで、目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］を算出する。ここで、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冷却液流量が増加するような傾向となるように定める。各値の設定は、例えば実機を用いた実験等によって定めることができる。 Next, in step S102, based on the calorific value of the fuel cell stack 1 calculated in step S101, for example, a table as shown in FIG. 4 is used, so that the target coolant flow rate Q t, n [L / min] is set. calculate. Here, the table data is determined so that the coolant flow rate tends to increase as the calorific value of the fuel cell stack 1 increases. Each value can be set by, for example, an experiment using an actual machine.

次に、ステップＳ１０３において、入口側冷却液温度センサ１２の検出値から燃料電池スタック１の入口近傍における冷却液温度Ｔｉｎ［℃］を判定すると共に、出口側冷却液温度センサ１３の検出値から燃料電池スタック１の出口近傍における冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］を判定する。 Next, in step S103, the coolant temperature T in [° C.] in the vicinity of the inlet of the fuel cell stack 1 is determined from the detected value of the inlet side coolant temperature sensor 12, and from the detected value of the outlet side coolant temperature sensor 13. The coolant temperature T out [° C.] in the vicinity of the outlet of the fuel cell stack 1 is determined.

次に、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で判定した燃料電池入口冷却液温度Ｔｉｎ［℃］と燃料電池出口冷却液温度Ｔｏｕｔ［℃］とを用いて、下記式（２）にて燃料電池スタック１の温度ＴＦＣ［℃］を算出する。 Next, in step S104, the fuel cell stack is expressed by the following equation (2) using the fuel cell inlet coolant temperature T in [° C.] and the fuel cell outlet coolant temperature T out [° C.] determined in step S103. 1 temperature T FC [° C.] is calculated.

ＴＦＣ＝（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２ ・・・（２）
次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４で算出した燃料電池温度ＴＦＣ［℃］から、燃料電池スタック１の発電効率が最も高くなる最適値として予め定められた燃料電池目標温度Ｔｔａｒｇｅｔ［℃］を減算して、燃料電池温度偏差ΔＴ［℃］を算出する。 T FC = (T in + T out ) / 2 (2)
Next, in step S105, a fuel cell target temperature T target [° C.] determined in advance as an optimum value at which the power generation efficiency of the fuel cell stack 1 is highest is calculated from the fuel cell temperature T FC [° C.] calculated in step S104. Subtraction is performed to calculate the fuel cell temperature deviation ΔT [° C.].

次に、ステップＳ１０６において、ラジエータ通過空気温度センサ１４の検出値から、ラジエータ３を通過する空気の温度Ｔａｉｒ［℃］を判定する。 Next, in step S < b > 106, the temperature T air [° C.] of the air passing through the radiator 3 is determined from the detection value of the radiator passing air temperature sensor 14.

次に、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６で判定したラジエータ通過空気温度Ｔａｉｒ［℃］に基づいて、例えば図５に示すようなテーブルを用いることで、燃料電池温度制御用ゲイン（対ラジエータ通過空気温度用補正ゲイン）ＧＦＣ［‐］を算出する。ここで、テーブルデータは、ラジエータ通過空気温度Ｔａｉｒ［℃］が基準温度Ｔｃａｉｒ［℃］と等しい場合を１として、ラジエータ通過空気温度Ｔａｉｒ［℃］が高いほどゲインＧＦＣ［‐］が大きくなる傾向となるように定める。各値の設定は、例えば実機を用いた実験等によって定めることができる。 Next, in step S107, based on the radiator passing air temperature T air [° C.] determined in step S106, a fuel cell temperature control gain (vs. radiator passing air temperature) is used by using, for example, a table as shown in FIG. Correction gain) G FC [-] is calculated. Here, table data, a case where the radiator passing air temperature T air [° C.] is equal to the reference temperature T cair [° C.] as 1, the more the radiator passing air temperature T air [° C.] higher gain G FC [-] is It is determined so that it tends to increase. Each value can be set by, for example, an experiment using an actual machine.

次に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０７で算出したゲインＧＦＣ［‐］とＰＩ制御の比例ゲインＧＰ’［‐］を乗算して、補正後比例ゲインＧＰ［‐］を算出する。ここで、比例ゲインＧＰ’［‐］は、ラジエータ通過空気温度Ｔａｉｒ［℃］が基準温度Ｔｃａｉｒ［℃］の場合のゲインを、燃料電池スタック１の温度ＴＦＣ［℃］が燃料電池目標温度Ｔｔａｒｇｅｔ［℃］となるように制御できるように、実機を用いた実験等によって定める。 Next, in step S108, the corrected proportional gain G P [-] is calculated by multiplying the gain G FC [-] calculated in step S107 by the PI control proportional gain G P '[-]. Here, the proportional gain GP ′ [−] is a gain when the radiator passing air temperature T air [° C.] is the reference temperature T carrier [° C.], and the temperature T FC [° C.] of the fuel cell stack 1 is the fuel cell. It is determined by an experiment using an actual machine so that the target temperature T target [° C.] can be controlled.

次に、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０７で算出したゲインＧＦＣ［‐］とＰＩ制御の積分ゲインＧＩ’［‐］を乗算して、補正後積分ゲインＧＩ［‐］を算出する。ここで、積分ゲインＧＩ’［‐］は、比例ゲインＧＰ’［‐］と同様に、ラジエータ通過空気温度Ｔａｉｒ［℃］が基準温度Ｔｃａｉｒ［℃］の場合のゲインを、燃料電池スタック１の温度ＴＦＣ［℃］が燃料電池目標温度Ｔｔａｒｇｅｔ［℃］となるように制御できるように、実機を用いた実験等によって定める。 Next, in step S109, the gain G FC [-] calculated in step S107 is multiplied by the PI control integral gain G I '[-] to calculate a corrected integral gain G I [-]. Here, the integral gain G I ′ [−] is the gain when the radiator passing air temperature T air [° C.] is the reference temperature T cair [° C.] as in the case of the proportional gain G P ′ [−]. It is determined by an experiment using an actual machine so that the temperature T FC [° C.] of the stack 1 can be controlled to be the fuel cell target temperature T target [° C.].

次に、ステップＳ１１０において、ステップＳ１０８で算出した補正後比例ゲインＧＰ［‐］とステップＳ１０９で算出した補正後積分ゲインＧＩ［‐］とを用いて、ステップＳ１０５で算出した燃料電池温度偏差ΔＴ［℃］を小さくするようにＰＩ制御を行い、補正前目標放熱量Ｃｔ’［ｋｗ］を算出する。 Next, in step S110, using the corrected proportional gain G P [−] calculated in step S108 and the corrected integral gain G I [−] calculated in step S109, the fuel cell temperature deviation calculated in step S105. PI control is performed so as to reduce ΔT [° C.], and a target heat release amount C t ′ [kw] before correction is calculated.

次に、ステップＳ１１１において、速度センサ１５の検出値から、移動体の移動速度ＶＦＣ［ｋｍ／ｈ］を判定する。 Next, in step S111, the moving speed V FC [km / h] of the moving body is determined from the detection value of the speed sensor 15.

次に、ステップＳ１１２において、ステップＳ１０２で算出した目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］に基づいて、例えば図６に示すようなテーブルを用いることで、対冷却液流量用補正係数ＫＱ［‐］を算出する。ここで、テーブルデータは、目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］が小さいほど対冷却液流量用補正係数ＫＱ［‐］が大きくなる傾向となるように定める。各値の設定は、例えば実機を用いた実験等によって定めることができる。 Next, in step S112, based on the target coolant flow rate Q t, n [L / min] calculated in step S102, for example, using a table as shown in FIG. Q [-] is calculated. Here, the table data is determined such that the correction coefficient K Q [−] for the coolant flow rate tends to increase as the target coolant flow rate Q t, n [L / min] decreases. Each value can be set by, for example, an experiment using an actual machine.

次に、ステップＳ１１３において、ステップＳ１１１で判定した移動体の移動速度ＶＦＣ［ｋｍ／ｈ］に基づいて、例えば図７に示すようなテーブルを用いることで、対移動速度用補正係数ＫＶ［‐］を算出する。ここで、テーブルデータは、移動体の移動速度ＶＦＣ［ｋｍ／ｈ］が小さいほど対移動速度用補正係数ＫＶ［‐］が大きくなる傾向となるように定める。各値の設定は、例えば実機を用いた実験等によって定めることができる。 Next, in step S113, based on the moving speed V FC of the moving object is determined [km / h] in step S111, for example, by using a table as shown in FIG. 7, for pairs moving speed correction coefficient K V [ -] Is calculated. Here, the table data is determined so that the moving speed correction coefficient K V [−] tends to increase as the moving speed V FC [km / h] of the moving body decreases. Each value can be set by, for example, an experiment using an actual machine.

次に、ステップＳ１１４において、ステップＳ１１０で算出した補正前目標放熱量Ｃｔ’［ｋｗ］と、ステップＳ１１２で算出した対冷却液流量用補正係数ＫＱ［‐］と、ステップＳ１１３で算出した対移動速度用補正係数ＫＶ［‐］とを乗算して、補正後目標放熱量Ｃｔ［ｋｗ］を算出する。 Next, in step S114, the pre-correction target heat release amount C t ′ [kw] calculated in step S110, the coolant flow rate correction coefficient K Q [−] calculated in step S112, and the pair calculated in step S113. The corrected target heat dissipation amount C t [kw] is calculated by multiplying by the moving speed correction coefficient K V [−].

次に、ステップＳ１１５において、ステップＳ１１４で算出した補正後目標放熱量Ｃｔ［ｋｗ］に基づいて、例えば図８に示すようなテーブルを用いることで、ラジエータファン目標回転数Ｒｔａｒｇｅｔ［ｒｐｍ］を算出する。ここで、テーブルデータは、補正後目標放熱量Ｃｔ［ｋｗ］が大きいほどラジエータファン目標回転数Ｒｔａｒｇｅｔ［ｒｐｍ］が大きくなる傾向となるように定める。各値の設定は、例えば実機を用いた実験等によって定めることができる。 Next, in step S115, based on the corrected target heat dissipation amount C t [kw] calculated in step S114, for example, a table as shown in FIG. 8 is used to set the radiator fan target rotation speed R target [rpm]. calculate. Here, the table data is determined so that the radiator fan target rotational speed R target [rpm] tends to increase as the corrected target heat dissipation amount C t [kw] increases. Each value can be set by, for example, an experiment using an actual machine.

次に、ステップＳ１１６において、ステップＳ１１４で算出した補正後目標放熱量Ｃｔ［ｋｗ］に基づいて、例えば図９に示すようなテーブルを用いることで、三方弁目標開度Ｄｔａｒｇｅｔ［ｄｅｇ］を算出する。ここで、テーブルデータは、補正後目標放熱量Ｃｔ［ｋｗ］が大きいほど三方弁目標開度Ｄｔａｒｇｅｔ［ｄｅｇ］が大きくなる傾向となるように定める。各値の設定は、例えば実機を用いた実験等によって定めることができる。 Next, in step S116, based on the corrected target heat release amount C t [kw] calculated in step S114, for example, a table as shown in FIG. 9 is used to set the three-way valve target opening degree D target [deg]. calculate. Here, the table data is determined so that the three-way valve target opening degree D target [deg] tends to increase as the corrected target heat release amount C t [kw] increases. Each value can be set by, for example, an experiment using an actual machine.

次に、ステップＳ１１７において、燃料電池スタック１への冷却液供給流量がステップＳ１０２で算出した目標冷却液流量Ｑｔ，ｎ［Ｌ／ｍｉｎ］となるようにデューティ比を算出する。そして、このデューティ比に基づいて冷却液供給ポンプ７を駆動するためのＰＷＭ信号が出力される。 Next, in step S117, the duty ratio is calculated so that the coolant supply flow rate to the fuel cell stack 1 becomes the target coolant flow rate Q t, n [L / min] calculated in step S102. Then, a PWM signal for driving the coolant supply pump 7 is output based on this duty ratio.

次に、ステップＳ１１８において、三方弁６の開度がステップＳ１１６で算出した三方弁目標開度Ｄｔａｒｇｅｔ［ｄｅｇ］となるようにデューティ比を算出する。そして、このデューティ比に基づいて三方弁６を駆動するためのＰＷＭ信号が出力される。 Next, in step S118, the duty ratio is calculated so that the opening degree of the three-way valve 6 becomes the three-way valve target opening degree D target [deg] calculated in step S116. Then, a PWM signal for driving the three-way valve 6 is output based on this duty ratio.

次に、ステップＳ１１９において、ラジエータファン４の回転数がステップＳ１１５で算出したラジエータファン目標回転数Ｒｔａｒｇｅｔ［ｒｐｍ］となるようにデューティ比を算出する。そして、このデューティ比に基づいてラジエータファン４を駆動するためのＰＷＭ信号が出力される。 Next, in step S119, the duty ratio is calculated so that the rotational speed of the radiator fan 4 becomes the radiator fan target rotational speed R target [rpm] calculated in step S115. A PWM signal for driving the radiator fan 4 is output based on this duty ratio.

本発明を適用した燃料電池冷却システムでは、コントローラ１００により以上の処理が実行されることによって、燃料電池スタック１の温度制御を適切に行って燃料電池スタック１を適正な運転温度に維持することができる。これにより、燃料電池スタック１は、効率の良い発電を継続的に行うことが可能となる。   In the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, by performing the above processing by the controller 100, the temperature control of the fuel cell stack 1 can be appropriately performed to maintain the fuel cell stack 1 at an appropriate operating temperature. it can. As a result, the fuel cell stack 1 can continuously perform efficient power generation.

ここで、図１０乃至図１２を参照して、本発明を適用した場合の燃料電池スタック１の温度制御の様子を、従来のもの（単純に温度でフィードバック制御した場合）と比較しながら説明する。なお、図１０及び図１１において、実線で示すグラフが本発明を適用した場合（実施例）のグラフであり、破線で示すグラフが従来技術を適用した場合（比較例）のグラフである。   Here, with reference to FIG. 10 to FIG. 12, the state of temperature control of the fuel cell stack 1 when the present invention is applied will be described in comparison with the conventional one (in the case of simply performing feedback control with temperature). . 10 and 11, the graphs indicated by solid lines are graphs when the present invention is applied (Example), and the graphs indicated by broken lines are graphs when the conventional technique is applied (Comparative Example).

比較例では、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、時刻ｔ０で燃料電池スタック１での発熱量がステップ的に増加して冷却液の温度が上昇した場合、図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）の破線グラフで示すように、燃料電池スタック１の目標温度と燃料電池スタック１の温度との偏差が大きくなるので、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）の破線グラフで示すように、ラジエータ３での放熱量の大きさが増加するように三方弁６の開度が変化する。   In the comparative example, as shown in FIGS. 10A and 11A, when the amount of heat generated in the fuel cell stack 1 increases stepwise at time t0 and the temperature of the coolant rises, As shown in the broken line graphs of c) and FIG. 11 (c), the deviation between the target temperature of the fuel cell stack 1 and the temperature of the fuel cell stack 1 becomes large, and therefore, in FIG. 10 (b) and FIG. As shown by the broken line graph, the opening degree of the three-way valve 6 is changed so that the amount of heat radiation in the radiator 3 increases.

ここで、一般的にラジエータ３を通過する冷却液流量とラジエータ３での単位時間当たりの放熱量との関係は、図１２に示すような非線形の関係となるが、今、ラジエータ３を通過する冷却液流量が図１２中のａで示す流量であるとすると、冷却液流量の変化量に対してラジエータ３での放熱量の増加率が大きいので、上記三方弁６の開度変化によって、図１０（ａ）の破線グラフで示すように、燃料電池スタック１での発熱量に対してラジエータ３での放熱量が一時的に過大となり、図１０（ｃ）の破線グラフで示すように、燃料電池スタック１の目標温度に対して燃料電池スタック１の温度が低下してしまい、燃料電池スタック１の発電効率が低下するという問題が生じる。   Here, in general, the relationship between the flow rate of the coolant passing through the radiator 3 and the amount of heat released per unit time in the radiator 3 is a non-linear relationship as shown in FIG. 12, but now passes through the radiator 3. If the coolant flow rate is the flow rate indicated by a in FIG. 12, the rate of increase in the amount of heat released by the radiator 3 is larger than the amount of change in the coolant flow rate. As shown by the broken line graph in FIG. 10 (a), the heat dissipation amount in the radiator 3 temporarily becomes larger than the heat generation amount in the fuel cell stack 1, and as shown in the broken line graph in FIG. The temperature of the fuel cell stack 1 decreases with respect to the target temperature of the battery stack 1, and there arises a problem that the power generation efficiency of the fuel cell stack 1 decreases.

また、ラジエータ３を通過する冷却液流量が図１２中のｂで示す流量であるとすると、冷却液流量の変化量に対してラジエータ３での放熱量の増加率が小さいので、上記三方弁６の開度変化によって、図１１（ａ）の破線グラフで示すように、燃料電池スタック１での発熱量に対してラジエータ３での放熱量が一時的に過小となり、図１１（ｃ）の破線グラフで示すように、燃料電池スタック１の目標温度に対して燃料電池スタック１の温度が上昇してしまい、燃料電池スタック１の耐久性が悪化するという問題が生じる。   If the flow rate of coolant passing through the radiator 3 is the flow rate indicated by b in FIG. 12, the rate of increase in the amount of heat released by the radiator 3 is small relative to the amount of change in the coolant flow rate. 11 (a), the amount of heat released from the radiator 3 temporarily becomes smaller than the amount of heat generated in the fuel cell stack 1, and the broken line in FIG. As shown in the graph, the temperature of the fuel cell stack 1 rises with respect to the target temperature of the fuel cell stack 1, resulting in a problem that the durability of the fuel cell stack 1 deteriorates.

また、同様に、ラジエータファン４の回転数を変化させた場合についても、ラジエータファン４の回転数とラジエータ３での単位時間当たりの放熱量との関係が非線形であり、燃料電池スタック１での発熱量に対してラジエータ３での放熱量が一時的に過大あるいは過小となるので、三方弁６の開度を変化させた場合と同様の問題が生じることになる。   Similarly, when the rotational speed of the radiator fan 4 is changed, the relationship between the rotational speed of the radiator fan 4 and the heat radiation amount per unit time in the radiator 3 is non-linear. Since the amount of heat released by the radiator 3 is temporarily excessive or small with respect to the amount of heat generated, the same problem as when the opening degree of the three-way valve 6 is changed occurs.

また、ラジエータ３での放熱量を変化させる手法として、ラジエータファン４の回転数を変化させる手法と三方弁６の開度を変化させる手法との２つの手法があるが、これら２つの手法を同時に行ってラジエータ３での放熱量を所望の放熱量に制御しようとすると、一方の手法によるラジエータ３での放熱量の変化が他方に干渉してしまうので、ラジエータファン３の回転数と三方弁６の開度の双方が振動的に変化する状態となる。その結果、燃料電池スタック１の温度を目標温度に制御することが極めて困難となり、燃料電池スタック１の発電効率の低下や、燃料電池スタック１の耐久性の悪化を招くことになる。   In addition, there are two methods for changing the amount of heat released by the radiator 3, a method for changing the rotational speed of the radiator fan 4 and a method for changing the opening of the three-way valve 6. These two methods are simultaneously used. If an attempt is made to control the heat radiation amount at the radiator 3 to a desired heat radiation amount, the change in the heat radiation amount at the radiator 3 by one method interferes with the other, so the rotational speed of the radiator fan 3 and the three-way valve 6 Both of the opening degrees are changed in vibration. As a result, it becomes extremely difficult to control the temperature of the fuel cell stack 1 to the target temperature, leading to a decrease in power generation efficiency of the fuel cell stack 1 and a deterioration in durability of the fuel cell stack 1.

これに対して、本発明を適用した場合（実施例）では、以上のような比較例での問題が解消されることになる。すなわち、実施例では、時刻ｔ０で燃料電池スタック１での発熱量がステップ的に増加して冷却液の温度が上昇した場合、図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）の実線グラフで示すように、燃料電池スタック１の目標温度と燃料電池スタック１の温度との偏差が大きくなるので、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）の実線グラフで示すように、ラジエータ３での放熱量の大きさが増加するように三方弁６の開度が変化する。   On the other hand, when the present invention is applied (example), the above-described problems in the comparative example are solved. That is, in the embodiment, when the amount of heat generated in the fuel cell stack 1 increases stepwise at time t0 and the temperature of the coolant rises, as shown in the solid line graphs of FIGS. 10 (c) and 11 (c). Further, since the deviation between the target temperature of the fuel cell stack 1 and the temperature of the fuel cell stack 1 becomes large, the amount of heat radiation in the radiator 3 is shown in the solid line graphs of FIGS. 10 (b) and 11 (b). The opening degree of the three-way valve 6 changes so that the size increases.

ここで、ラジエータ３を通過する冷却液流量が図１２中のａで示す流量であるとすると、冷却液流量の変化量に対してラジエータ３での放熱量の増加率が大きいが、実施例では目標放熱量に基づいて三方弁６の開度を制御しているので、上記三方弁６の開度変化によって、図１０（ａ）の実線グラフで示すように、燃料電池スタック１での発熱量に対してラジエータ３での放熱量が応答よく追従することになり、図１０（ｃ）の実線グラフで示すように、燃料電池スタック１の温度を迅速に目標温度に近付けることができ、比較例で懸念されるような燃料電池スタック１の発電効率低下という問題を解消できる。   Here, if the flow rate of the coolant passing through the radiator 3 is the flow rate indicated by a in FIG. 12, the rate of increase in the heat dissipation amount in the radiator 3 is large with respect to the amount of change in the coolant flow rate. Since the opening degree of the three-way valve 6 is controlled based on the target heat release amount, the amount of heat generated in the fuel cell stack 1 as shown by the solid line graph in FIG. As shown in the solid line graph of FIG. 10 (c), the heat radiation amount in the radiator 3 can be responsively responded, and the temperature of the fuel cell stack 1 can be quickly brought close to the target temperature. As a result, it is possible to solve the problem that the power generation efficiency of the fuel cell stack 1 is lowered.

また、ラジエータ３を通過する冷却液流量が図１２中のｂで示す流量であるとすると、冷却液流量の変化量に対してラジエータ３での放熱量の増加率が小さいが、この場合も、実施例では目標放熱量に基づいて三方弁６の開度を制御しているので、上記三方弁６の開度変化によって、図１１（ａ）の実線グラフで示すように、燃料電池スタック１での発熱量に対してラジエータ３での放熱量が応答よく追従することになり、図１１（ｃ）の実線グラフで示すように、燃料電池スタック１の温度を迅速に目標温度に近付けることができ、比較例で懸念されるような燃料電池スタック１の耐久性悪化という問題を解消できる。   Further, if the flow rate of the coolant passing through the radiator 3 is the flow rate indicated by b in FIG. 12, the rate of increase in the heat dissipation amount in the radiator 3 is small with respect to the amount of change in the coolant flow rate. In the embodiment, since the opening degree of the three-way valve 6 is controlled based on the target heat radiation amount, the change in the opening degree of the three-way valve 6 causes the fuel cell stack 1 to change as shown in the solid line graph of FIG. The amount of heat released by the radiator 3 follows the heat generation amount with good response, and the temperature of the fuel cell stack 1 can be quickly brought close to the target temperature as shown by the solid line graph in FIG. The problem of deterioration in the durability of the fuel cell stack 1 which is a concern in the comparative example can be solved.

また、同様に、ラジエータファン４の回転数を変化させた場合についても、ラジエータファン４の回転数とラジエータ３での単位時間当たりの放熱量の関係が非線形であるが、本実施例では目標放熱量に基づいてラジエータファン４の回転数を制御しているので、三方弁６の開度を変化させた場合と同様に、燃料電池スタック１での発熱量に対してラジエータ３での放熱量を応答よく追従させて、比較例で懸念されるような問題を解消することができる。   Similarly, when the rotational speed of the radiator fan 4 is changed, the relationship between the rotational speed of the radiator fan 4 and the amount of heat released per unit time in the radiator 3 is non-linear. Since the number of revolutions of the radiator fan 4 is controlled based on the amount of heat, the amount of heat released by the radiator 3 with respect to the amount of heat generated by the fuel cell stack 1 is changed in the same manner as when the opening degree of the three-way valve 6 is changed. It is possible to follow up with good response, and to solve the problem which is a concern in the comparative example.

また、ラジエータ３での放熱量を変化させる手法として、ラジエータファン４の回転数を変化させる手法と三方弁６の開度を変化させる手法との２つの手法があるが、ラジエータファン４の回転数と三方弁６の開度との何れか一方は固定とし、他方をラジエータ３での目標放熱量に基づいて制御するようにすれば、一方の手法によるラジエータ３での放熱量の変化が他方に干渉してラジエータファン４の回転数と三方弁６の開度の双方が振動的に変化するといった不都合を防止できる。その結果、燃料電池スタック１の温度制御を更に高精度に行うことができ、燃料電池スタック１の発電効率の低下や、燃料電池スタック１の耐久性の悪化といった問題を、より有効に抑制することができる。   Further, there are two methods for changing the amount of heat released by the radiator 3, a method for changing the rotation speed of the radiator fan 4 and a method for changing the opening degree of the three-way valve 6. If the opening degree of the three-way valve 6 is fixed and the other is controlled based on the target heat dissipation amount in the radiator 3, the change in the heat dissipation amount in the radiator 3 by one method is changed to the other. It is possible to prevent the inconvenience that both the rotational speed of the radiator fan 4 and the opening degree of the three-way valve 6 change in vibration due to interference. As a result, the temperature control of the fuel cell stack 1 can be performed with higher accuracy, and problems such as a decrease in power generation efficiency of the fuel cell stack 1 and a deterioration in durability of the fuel cell stack 1 can be more effectively suppressed. Can do.

以上説明したように、本発明を適用した燃料電池冷却システムによれば、コントローラ１００での処理によって、まず、燃料電池スタック１の温度が目標温度となるようにラジエータ３における放熱量の目標値が算出され、この目標放熱量に基づいてラジエータファン４の目標回転数や三方弁６の目標開度が算出されて、それに応じてラジエータファン４の回転数や三方弁６の開度が制御されるので、ラジエータファン４の回転数や三方弁６の開度に対するラジエータ３での放熱量の関係が非線形であっても、燃料電池スタック１の発熱量に対してラジエータ３での放熱量が一時的に過大あるいは過小となるといった事態を招くことなく、燃料電池スタック１の温度制御を適切に行うことができる。   As described above, according to the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, by the processing in the controller 100, first, the target value of the heat radiation amount in the radiator 3 is set so that the temperature of the fuel cell stack 1 becomes the target temperature. The target rotational speed of the radiator fan 4 and the target opening degree of the three-way valve 6 are calculated based on the target heat radiation amount, and the rotational speed of the radiator fan 4 and the opening degree of the three-way valve 6 are controlled accordingly. Therefore, even if the relationship between the amount of heat released by the radiator 3 with respect to the rotational speed of the radiator fan 4 and the opening of the three-way valve 6 is non-linear, the amount of heat released by the radiator 3 with respect to the amount of heat generated by the fuel cell stack 1 is temporary. Therefore, it is possible to appropriately control the temperature of the fuel cell stack 1 without incurring a situation in which the fuel cell stack is excessively large or small.

また、本発明を適用した燃料電池冷却システムでは、コントローラ１００での処理によって、ラジエータファン４の目標回転数と三方弁６の目標開度との何れか一方を固定値として算出することにより、ラジエータファン４の回転数と三方弁６の開度とを同時に変化させた場合に、一方の変化によるラジエータ３での放熱量の変化が他方の目標値に影響を与えるといった不都合を抑制することができるので、ラジエータファン４の回転数と三方弁６の開度が振動的に変化することを有効に防止して、燃料電池スタック１の温度制御を更に高精度に行うことができる。   Further, in the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, by the processing in the controller 100, one of the target rotational speed of the radiator fan 4 and the target opening degree of the three-way valve 6 is calculated as a fixed value, whereby the radiator When the rotational speed of the fan 4 and the opening degree of the three-way valve 6 are changed at the same time, it is possible to suppress the inconvenience that the change in the heat radiation amount in the radiator 3 due to one change affects the other target value. Therefore, it is possible to effectively prevent the rotational speed of the radiator fan 4 and the opening of the three-way valve 6 from changing in vibration, and to control the temperature of the fuel cell stack 1 with higher accuracy.

また、本発明を適用した燃料電池冷却システムでは、ラジエータ３やラジエータファン４、三方弁６を用いて冷却液の温度を調整し、この冷却液を燃料電池スタック１に供給することで燃料電池スタック１の温度制御を行うようにしているので、当該燃料電池冷却システムを燃料電池車両に搭載することを想定した場合に、車両としては一般的なラジエータ及びラジエータファンを用いることで量産効果によるコスト低減を図ることができ、また、僅かな電力で動作する三方弁を用いることで消費電力の低減を実現できる。   In the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, the temperature of the coolant is adjusted using the radiator 3, the radiator fan 4, and the three-way valve 6, and the coolant is supplied to the fuel cell stack 1. Therefore, when it is assumed that the fuel cell cooling system is mounted on a fuel cell vehicle, the vehicle uses a general radiator and a radiator fan to reduce costs due to mass production effects. In addition, it is possible to reduce power consumption by using a three-way valve that operates with little electric power.

また、本発明を適用した燃料電池システムでは、ラジエータ３での目標放熱量が所定値以下の場合には、ラジエータファン４の回転数をゼロで固定して目標放熱量を実現できる三方弁６の開度を算出し、目標放熱量が所定値を上回る場合には、三方弁６の開度をラジエータ３を通過する冷却液流量が最大となるように固定して目標放熱量を実現できるラジエータファン４の回転数を算出することにより、ラジエータ３での目標放熱量が所定値以下の場合には、消費電力の大きいラジエータファン４を用いず、消費電力の小さい三方弁６の開度変化のみで目標放熱量を達成できるので、当該燃料電池冷却システムで消費する電力を抑えることができる。   Further, in the fuel cell system to which the present invention is applied, when the target heat dissipation amount in the radiator 3 is less than or equal to a predetermined value, the three-way valve 6 that can achieve the target heat dissipation amount by fixing the rotational speed of the radiator fan 4 to zero. When the opening degree is calculated and the target heat dissipation amount exceeds a predetermined value, the radiator fan capable of realizing the target heat dissipation amount by fixing the opening degree of the three-way valve 6 so that the coolant flow rate passing through the radiator 3 is maximized. By calculating the rotational speed of 4, when the target heat dissipation amount in the radiator 3 is less than a predetermined value, the radiator fan 4 with high power consumption is not used and only the opening change of the three-way valve 6 with low power consumption is used. Since the target heat dissipation amount can be achieved, the power consumed by the fuel cell cooling system can be suppressed.

また、本発明を適用した燃料電池冷却システムでは、燃料電池スタック１の発電量に基づいて冷却液供給ポンプ７の動作を制御して、燃料電池スタック１に供給する冷却液の流量を変化させるようにしているので、燃料電池スタック１における冷却液入口側の温度と冷却液出口側の温度との差を所定範囲内に抑えて、燃料電池スタック１全体の温度ばらつきを抑制することができる。   In the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, the flow rate of the coolant supplied to the fuel cell stack 1 is changed by controlling the operation of the coolant supply pump 7 based on the power generation amount of the fuel cell stack 1. Accordingly, the difference between the temperature at the coolant inlet side and the temperature at the coolant outlet side in the fuel cell stack 1 can be suppressed within a predetermined range, and the temperature variation of the entire fuel cell stack 1 can be suppressed.

また、本発明を適用した燃料電池冷却システムでは、燃料電池スタック１に供給される冷却液流量が小さいほどラジエータ３での目標放熱量が大きくなるように、目標放熱量を補正するようにしているので、冷却液流量が変化した場合でも、ラジエータ３での実際の放熱量が所定の値（補正前の目標放熱量）となるように、三方弁６の開度やラジエータファン４の回転数を適切に制御でき、燃料電池スタック１の温度制御をより高精度に行うことができる。   Further, in the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, the target heat dissipation amount is corrected so that the target heat dissipation amount in the radiator 3 increases as the coolant flow rate supplied to the fuel cell stack 1 decreases. Therefore, even when the coolant flow rate changes, the opening degree of the three-way valve 6 and the rotation speed of the radiator fan 4 are set so that the actual heat radiation amount in the radiator 3 becomes a predetermined value (target heat radiation amount before correction). Therefore, the temperature of the fuel cell stack 1 can be controlled with higher accuracy.

また、本発明を適用した燃料電池冷却システムでは、当該燃料電池冷却システムが移動体に搭載されている場合には、移動体の移動速度が遅いほどラジエータ３での目標放熱量が大きくなるように、目標放熱量を補正するようにしているので、移動体の移動速度が変化した場合でも、ラジエータ３での実際の放熱量が所定の値（補正前の目標放熱量）となるように、三方弁６の開度やラジエータファン４の回転数を適切に制御でき、燃料電池スタック１の温度制御をより高精度に行うことができる。   Further, in the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, when the fuel cell cooling system is mounted on the moving body, the target heat dissipation amount in the radiator 3 increases as the moving speed of the moving body decreases. Since the target heat dissipation amount is corrected, even when the moving speed of the moving body changes, the three-way so that the actual heat dissipation amount in the radiator 3 becomes a predetermined value (target heat dissipation amount before correction). The opening degree of the valve 6 and the rotation speed of the radiator fan 4 can be appropriately controlled, and the temperature control of the fuel cell stack 1 can be performed with higher accuracy.

また、本発明を適用した燃料電池冷却システムでは、燃料電池スタック１の目標温度と実際の温度との偏差に基づいてフィードバック制御により目標放熱量を算出するようにしており、ラジエータ３を通過する空気温度が高いほど前記フィードバック制御のフィードバックゲインを大きくしているので、ラジエータ３を通過する空気温度が変化した場合でも、簡便な手法で燃料電池スタック１の温度制御を精度良く行うことができる。すなわち、ラジエータ３を通過する空気温度が高い場合には、三方弁６の開度やラジエータファン４の回転数の変化量に対するラジエータ３での放熱量の変化量が小さくなるが、フィードバックゲインを大きくすることで目標放熱量の変化量を大きくできるので、三方弁６の開度やラジエータファン４の回転数を応答性良く制御することが可能となる。   In the fuel cell cooling system to which the present invention is applied, the target heat dissipation amount is calculated by feedback control based on the deviation between the target temperature of the fuel cell stack 1 and the actual temperature, and the air passing through the radiator 3 is calculated. Since the feedback gain of the feedback control is increased as the temperature is higher, the temperature of the fuel cell stack 1 can be accurately controlled by a simple method even when the temperature of the air passing through the radiator 3 changes. That is, when the temperature of the air passing through the radiator 3 is high, the amount of change in the heat dissipation amount in the radiator 3 with respect to the amount of change in the opening degree of the three-way valve 6 and the rotational speed of the radiator fan 4 is small, but the feedback gain is increased By doing so, the amount of change in the target heat dissipation amount can be increased, so that the opening degree of the three-way valve 6 and the rotational speed of the radiator fan 4 can be controlled with good responsiveness.

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池冷却システムは、基本構成を上述した第１の実施形態と同様とし、コントローラ１００による制御内容が、第１の実施形態とは若干異なるものである。すなわち、上述した第１の実施形態では、コントローラ１００が、ラジエータ３を通過する空気の温度に基づいてＰＩ制御の補正ゲインを求め、これを用いてラジエータ３での目標放熱量を算出するようにしていたが、本実施形態では、ラジエータ３を通過する空気の温度に基づいてラジエータ３での目標放熱量を補正するための補正係数を求め、これを用いて目標放熱量を補正するようにしている。その他の構成及びコントローラ１００の制御内容は第１の実施形態と同様であるので、以下、本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明し、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell cooling system of the present embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment described above, and the control content by the controller 100 is slightly different from that of the first embodiment. In other words, in the first embodiment described above, the controller 100 obtains the PI control correction gain based on the temperature of the air passing through the radiator 3, and uses this to calculate the target heat dissipation amount in the radiator 3. However, in the present embodiment, a correction coefficient for correcting the target heat dissipation amount in the radiator 3 is obtained based on the temperature of the air passing through the radiator 3, and the target heat dissipation amount is corrected using this. Yes. Since the other configuration and the control contents of the controller 100 are the same as those of the first embodiment, only the characteristic features of the present embodiment will be described below, and the description of the same parts as the first embodiment will be omitted. To do.

図１３は、本実施形態の燃料電池冷却システムにおけるコントローラ１００の機能構成を示す制御ブロック図である。図１３に示すように、本実施形態では、コントローラ１００の冷却液冷却制御手段１０７が、第１の実施形態のゲイン算出手段１１５に代えて対空気温度用補正係数算出手段１１９を有している。この対空気温度用補正係数算出手段１１９は、ラジエータ通過空気温度判定手段１０４で判定したラジエータ３を通過する空気の温度［℃］に基づいて、対ラジエータ通過空気温度用補正係数を算出する。   FIG. 13 is a control block diagram showing a functional configuration of the controller 100 in the fuel cell cooling system of the present embodiment. As shown in FIG. 13, in the present embodiment, the coolant cooling control means 107 of the controller 100 has an air temperature correction coefficient calculation means 119 instead of the gain calculation means 115 of the first embodiment. . The air temperature correction coefficient calculation means 119 calculates a correction coefficient for the radiator passing air temperature based on the temperature [° C.] of the air passing through the radiator 3 determined by the radiator passing air temperature determination means 104.

また、本実施形態では、目標放熱量算出手段１０６が、燃料電池温度算出手段１０３で算出した燃料電池スタック１の温度［℃］と、予め設定された燃料電池スタック１の目標温度［℃］とに基づくＰＩ制御により、ラジエータ３における放熱量の補正前の目標値（補正前目標放熱量）［ｋｗ］を算出する。   Further, in the present embodiment, the target heat release amount calculation unit 106 calculates the temperature [° C.] of the fuel cell stack 1 calculated by the fuel cell temperature calculation unit 103 and the target temperature [° C.] of the fuel cell stack 1 set in advance. The target value before correction of the heat dissipation amount in the radiator 3 (target heat dissipation amount before correction) [kw] is calculated by the PI control based on the above.

また、本実施形態では、冷却液冷却制御手段１０７の目標放熱量補正手段１１６が、目標放熱量算出手段１０６で算出された補正前目標放熱量［ｋｗ］を、対冷却液流量用補正係数算出手段１１３で算出された対冷却液流量用補正係数と、対移動速度用補正係数算出手段１１４で算出された対移動速度用補正係数と、対空気温度用補正係数算出手段１１９で算出された対ラジエータ通過空気温度用補正係数とで補正して、ラジエータ３における放熱量の補正後の目標値（補正後目標放熱量）［ｋｗ］を算出する。そして、この補正後目標放熱量［ｋｗ］に基づいて、ラジエータファン目標回転数算出手段１１７がラジエータファン４の目標回転数［ｒｐｍ］を算出し、三方弁目標開度算出手段１１８が三方弁６の目標開度［ｄｅｇ］を算出する。   Further, in the present embodiment, the target heat release amount correction means 116 of the coolant cooling control means 107 calculates the pre-correction target heat release amount [kw] calculated by the target heat release amount calculation means 106 and calculates the correction coefficient for the coolant flow rate. The correction coefficient for the coolant flow rate calculated by the means 113, the correction coefficient for the movement speed calculated by the correction coefficient calculation means 114 for the movement speed, and the correction coefficient calculation means 119 calculated by the correction coefficient calculation means 119 for the air temperature. The target value after correction of the heat dissipation amount in the radiator 3 (corrected target heat dissipation amount) [kw] is calculated by correcting with the correction coefficient for the radiator passing air temperature. Based on the corrected target heat dissipation amount [kw], the radiator fan target rotational speed calculation means 117 calculates the target rotational speed [rpm] of the radiator fan 4 and the three-way valve target opening degree calculation means 118 calculates the three-way valve 6. The target opening [deg] is calculated.

図１４は、以上のようなコントローラ１００により実行される制御の詳細を示すフローチャートである。この図１４に示す制御フローは、マイクロプロセッサ等を利用したコントローラ１００の制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）毎に実行されるものである。   FIG. 14 is a flowchart showing details of the control executed by the controller 100 as described above. The control flow shown in FIG. 14 is executed every control cycle (for example, 10 msec) of the controller 100 using a microprocessor or the like.

この図１４に示す制御フローにおいて、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０６までの処理は、図３に示した第１の実施形態の制御フローにおけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０６までの処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。   In the control flow shown in FIG. 14, the processing from step S201 to step S206 is the same as the processing from step S101 to step S106 in the control flow of the first embodiment shown in FIG. Is omitted.

ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６で判定したラジエータ通過空気温度Ｔａｉｒ［℃］に基づいて、例えば図１５に示すようなテーブルを用いることで、対ラジエータ通過空気温度用補正係数Ｋｔ［‐］を算出する。ここで、テーブルデータは、ラジエータ通過空気温度Ｔａｉｒ［℃］が高いほど対ラジエータ通過空気温度用補正係数Ｋｔ［‐］が大きくなる傾向となるように定める。各値の設定は、例えば実機を用いた実験等によって定めることができる。 In step S207, based on the radiator passing air temperature T air [° C.] determined in step S206, for example, a correction coefficient K t [−] for the radiator passing air temperature is calculated by using a table as shown in FIG. To do. Here, the table data is determined so that the higher the radiator passing air temperature T air [° C.], the higher the correction coefficient K t [−] for the radiator passing air temperature. Each value can be set by, for example, an experiment using an actual machine.

次に、ステップＳ２０８では、ステップＳ２０５で算出した燃料電池温度偏差ΔＴ［℃］を小さくするようにＰＩ制御を行い、補正前目標放熱量Ｃｔ’［ｋｗ］を算出する。 Next, in step S208, PI control is performed so as to reduce the fuel cell temperature deviation ΔT [° C.] calculated in step S205, and a pre-correction target heat release amount C t ′ [kw] is calculated.

ステップＳ２０９〜ステップＳ２１１までの処理は、図３に示した第１の実施形態の制御フローにおけるステップＳ１１１〜ステップＳ１１３までの処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。   Since the process from step S209 to step S211 is the same as the process from step S111 to step S113 in the control flow of the first embodiment shown in FIG. 3, the description thereof is omitted here.

ステップＳ２１２では、ステップＳ２０８で算出した補正前目標放熱量Ｃｔ’［ｋｗ］と、ステップＳ２０７で算出した対ラジエータ通過空気温度用補正係数Ｋｔ［‐］と、ステップＳ２１０で算出した対冷却液流量用補正係数ＫＱ［‐］と、ステップＳ２１１で算出した対移動速度用補正係数ＫＶ［‐］とを乗算して、補正後目標放熱量Ｃｔ［ｋｗ］を算出する。 In step S212, the target heat dissipation amount C t ′ [kw] before correction calculated in step S208, the correction coefficient K t [−] for the radiator passing air temperature calculated in step S207, and the anti-cooling liquid calculated in step S210. The corrected target heat dissipation amount C t [kw] is calculated by multiplying the correction coefficient for flow rate K Q [−] by the correction coefficient for moving speed K V [−] calculated in step S211.

ステップＳ２１３〜ステップＳ２１７までの処理は、図３に示した第１の実施形態の制御フローにおけるステップＳ１１５〜ステップＳ１１９までの処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。   Since the processing from step S213 to step S217 is the same as the processing from step S115 to step S119 in the control flow of the first embodiment shown in FIG. 3, the description thereof is omitted here.

以上のように、本実施形態の燃料電池冷却システムでは、ラジエータ３を通過する空気の温度に基づいてラジエータ３での目標放熱量を補正するための補正係数を求め、この補正係数を用いて、ラジエータ３を通過する空気温度が高いほどラジエータ３での目標放熱量が大きくなるように、目標放熱量を補正するようにしているので、第１の実施形態で説明した効果に加えて、ラジエータ３を通過する空気の温度が変化した場合でも、ラジエータ３での実際の放熱量が所定の値（補正前の目標放熱量）となるように、三方弁６の開度やラジエータファン４の回転数を適切に制御でき、燃料電池スタック１の温度制御をより高精度に行うことができるといった効果を得ることができる。   As described above, in the fuel cell cooling system of the present embodiment, the correction coefficient for correcting the target heat dissipation amount in the radiator 3 is obtained based on the temperature of the air passing through the radiator 3, and this correction coefficient is used. Since the target heat dissipation amount is corrected so that the target heat dissipation amount in the radiator 3 increases as the temperature of the air passing through the radiator 3 increases, in addition to the effects described in the first embodiment, the radiator 3 Even when the temperature of the air passing through the radiator 3 changes, the opening degree of the three-way valve 6 and the rotation speed of the radiator fan 4 are set so that the actual heat radiation amount in the radiator 3 becomes a predetermined value (target heat radiation amount before correction). Can be appropriately controlled, and the temperature control of the fuel cell stack 1 can be performed with higher accuracy.

本発明を適用した燃料電池冷却システムの一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the fuel cell cooling system to which this invention is applied. 前記燃料電池冷却システムが備えるコントローラの機能構成を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the function structure of the controller with which the said fuel cell cooling system is provided. 前記コントローラにより実行される制御の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the control performed by the said controller. 燃料電池スタックの発熱量に基づいて目標冷却液流量を算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating a target coolant flow volume based on the emitted-heat amount of a fuel cell stack. ラジエータ通過空気温度に基づいて燃料電池温度制御用ゲインを算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating the gain for fuel cell temperature control based on a radiator passage air temperature. 目標冷却液流量に基づいて対冷却液流量用補正係数を算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating the correction coefficient for coolant flow volume based on a target coolant flow volume. 移動体の移動速度に基づいて対移動速度用補正係数を算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating the correction coefficient for anti-moving speed based on the moving speed of a moving body. 補正後目標放熱量に基づいてラジエータファン目標回転数を算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating a radiator fan target rotational speed based on the target heat radiation amount after correction | amendment. 補正後目標放熱量に基づいて三方弁目標開度を算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating a three-way valve target opening based on the corrected target heat dissipation. 三方弁開度に対する放熱量感度が高い場合における燃料電池スタックの温度制御の様子を、本発明を適用した場合と従来技術を適用した場合とを比較しながら説明する図であり、（ａ）はラジエータにおける放熱量の変化の様子を示し、（ｂ）は三方弁開度の変化の様子を示し、（ｃ）は燃料電池スタックの温度変化の様子を示す。It is a figure explaining the mode of the temperature control of the fuel cell stack when the heat radiation amount sensitivity with respect to the three-way valve opening is high, comparing the case where the present invention is applied and the case where the conventional technique is applied, (a) The state of change in the amount of heat release in the radiator is shown, (b) shows the state of change in the three-way valve opening degree, and (c) shows the state of change in temperature of the fuel cell stack. 三方弁開度に対する放熱量感度が低い場合における燃料電池スタックの温度制御の様子を、本発明を適用した場合と従来技術を適用した場合とを比較しながら説明する図であり、（ａ）はラジエータにおける放熱量の変化の様子を示し、（ｂ）は三方弁開度の変化の様子を示し、（ｃ）は燃料電池スタックの温度変化の様子を示す。It is a figure explaining the mode of the temperature control of the fuel cell stack when the heat radiation amount sensitivity with respect to the three-way valve opening is low, comparing the case where the present invention is applied and the case where the conventional technology is applied, (a) The state of change in the amount of heat release in the radiator is shown, (b) shows the state of change in the three-way valve opening degree, and (c) shows the state of change in temperature of the fuel cell stack. ラジエータを通過する冷却液流量とラジエータでの放熱量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the coolant flow rate which passes a radiator, and the thermal radiation amount in a radiator. 第２の実施形態の燃料電池冷却システムが備えるコントローラの機能構成を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the function structure of the controller with which the fuel cell cooling system of 2nd Embodiment is provided. 第２の実施形態のコントローラにより実行される制御の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the control performed by the controller of 2nd Embodiment. ラジエータ通過空気温度に基づいて対ラジエータ通過空気温度用補正係数を算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating the correction coefficient for radiator passing air temperature based on a radiator passing air temperature.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池スタック
２ 冷却液循環流路
３ ラジエータ
４ ラジエータファン
５ バイパス流路
６ 三方弁
７ 冷却液供給ポンプ
１００ コントローラ
１０３ 燃料電池温度算出手段
１０４ ラジエータ通過空気温度判定手段
１０５ 移動速度判定手段
１０６ 目標放熱量算出手段
１０７ 冷却液冷却制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Coolant circulation path 3 Radiator 4 Radiator fan 5 Bypass path 6 Three-way valve 7 Coolant supply pump 100 Controller 103 Fuel cell temperature calculation means 104 Radiator passage air temperature judgment means 105 Movement speed judgment means 106 Target release Calorie calculation means 107 Coolant cooling control means

Claims (6)

燃料ガスと酸化剤ガスとの供給により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に循環供給される冷却液の流路である冷却液循環流路と、
前記冷却液循環流路に接続され、前記燃料電池から排出された冷却液を冷却する冷却液冷却手段と、
前記冷却液冷却手段を迂回するように前記冷却液循環流路に接続されたバイパス流路と、
前記冷却液冷却手段を通過する冷却液流量と前記バイパス流路を通過する冷却液流量との比を変更する冷却液流量比変更手段と、
当該燃料電池冷却システムの動作を制御するシステム制御手段とを備える燃料電池冷却システムであって、
前記システム制御手段が、
前記燃料電池の温度が所定値となるように、前記冷却液冷却手段における冷却液の放熱量の目標値を算出する目標放熱量算出手段と、
前記目標放熱量算出手段で算出された目標放熱量と前記冷却液冷却手段の目標冷却能力の非線形性を考慮して目標冷却能力を算出するとともに、当該目標放熱量と前記冷却液流量比変更手段の目標流量比との非線形性を考慮して目標流量比を算出する冷却液冷却制御手段とを有し、
前記冷却液冷却手段は、空気を通過させて冷却液を冷却するラジエータと、ファンを回転させて前記ラジエータを通過する空気の量を変化させることで前記ラジエータにおける冷却能力を変化させるラジエータファンとを有し、
前記冷却液流量比変更手段は、開度の変化によって前記冷却液冷却手段を通過する冷却液流量と前記バイパス流路を通過する冷却液流量との比を変化させる三方弁よりなり、
前記冷却液冷却制御手段は、前記目標放熱量が所定値以下の場合には、前記ラジエータファンの目標回転数をゼロで固定して前記目標放熱量を実現できる三方弁開度を算出し、前記目標放熱量が所定値を上回る場合には、前記三方弁の目標開度を前記ラジエータを通過する冷却液流量が最大となるように固定して前記目標放熱量を実現できる前記ラジエータファン回転数を算出することを特徴とする燃料電池冷却システム。 A fuel cell that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas;
A coolant circulation channel that is a coolant channel that is circulated and supplied to the fuel cell;
A coolant cooling means connected to the coolant circulation passage for cooling the coolant discharged from the fuel cell;
A bypass passage connected to the coolant circulation passage so as to bypass the coolant cooling means;
A coolant flow ratio changing means for changing a ratio of a coolant flow rate passing through the coolant cooling means and a coolant flow rate passing through the bypass channel;
A fuel cell cooling system comprising system control means for controlling the operation of the fuel cell cooling system,
The system control means is
Target heat dissipation amount calculating means for calculating a target value of the heat dissipation amount of the coolant in the coolant cooling means so that the temperature of the fuel cell becomes a predetermined value;
While calculating the target cooling capacity in consideration of the nonlinearity of the target heat dissipation amount calculated by the target heat dissipation amount calculation means and the target cooling capacity of the coolant cooling means, the target heat dissipation amount and the coolant flow rate ratio changing means It possesses a coolant cooling control means for calculating a target flow rate ratio in consideration of the nonlinearity of the target flow rate ratio,
The cooling liquid cooling means includes: a radiator that cools the cooling liquid by passing air; and a radiator fan that changes the cooling capacity of the radiator by changing the amount of air passing through the radiator by rotating the fan. Have
The coolant flow ratio changing means is a three-way valve that changes the ratio of the coolant flow rate that passes through the coolant coolant means and the coolant flow rate that passes through the bypass flow path according to a change in opening degree.
The coolant cooling control means calculates a three-way valve opening degree that can achieve the target heat dissipation amount by fixing the target rotational speed of the radiator fan to zero when the target heat dissipation amount is a predetermined value or less, When the target heat dissipation amount exceeds a predetermined value, the radiator fan rotational speed capable of realizing the target heat dissipation amount by fixing the target opening of the three-way valve so that the coolant flow rate passing through the radiator is maximized. A fuel cell cooling system characterized by calculating . 前記冷却液冷却制御手段は、前記燃料電池の発電量に基づいて、前記燃料電池への冷却液供給流量の目標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。 2. The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein the coolant cooling control unit calculates a target value of a coolant supply flow rate to the fuel cell based on a power generation amount of the fuel cell. 前記冷却液冷却制御手段は、前記燃料電池への目標冷却液供給流量が小さいほど前記目標放熱量が大きくなるように、前記目標放熱量算出手段で算出された目標放熱量を補正することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池冷却システム。 The cooling fluid cooling control unit, the so said target heat discharge as the target coolant supply flow rate is small to the fuel cell increases, that you correct the target heat radiation amount calculated by the target heat radiation amount calculating means The fuel cell cooling system according to claim 2 , wherein: 当該燃料電池冷却システムは移動体に搭載されており、
前記システム制御手段が、前記移動体の移動速度を判定する移動速度判定手段を更に有し、
前記冷却液冷却制御手段は、前記移動速度判定手段により判定される前記移動体の移動速度が遅いほど前記目標放熱量が大きくなるように、前記目標放熱量算出手段で算出された目標放熱量を補正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料電池冷却システム。 The fuel cell cooling system is mounted on a moving body,
The system control means further includes a moving speed determining means for determining a moving speed of the moving body,
The coolant cooling control means sets the target heat release amount calculated by the target heat release amount calculation means so that the target heat release amount increases as the moving speed of the moving body determined by the movement speed determination means decreases. the fuel cell cooling system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to correct. 前記システム制御手段が、前記ラジエータを通過する空気の温度を判定するラジエータ通過空気温度判定手段を更に有し、
前記冷却液冷却制御手段は、前記ラジエータ通過空気温度判定手段により判定される温度が高いほど前記目標放熱量が大きくなるように、前記目標放熱量算出手段で算出された目標放熱量を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料電池冷却システム。 The system control means further includes a radiator passing air temperature determining means for determining a temperature of air passing through the radiator,
The coolant cooling control means corrects the target heat dissipation amount calculated by the target heat dissipation amount calculation means so that the target heat dissipation amount increases as the temperature determined by the radiator passing air temperature determination means increases. the fuel cell cooling system according to any one of claims 1 to 4, characterized in. 前記システム制御手段が、
ラジエータを通過する空気の温度を判定するラジエータ通過空気温度判定手段と、
前記燃料電池の温度を判定する燃料電池温度判定手段とを更に有し、
前記目標放熱量算出手段は、前記燃料電池の目標温度と前記燃料電池温度判定手段により判定される温度との偏差に基づいてフィードバック制御により前記目標放熱量を算出すると共に、前記ラジエータ通過空気温度判定手段により判定される温度が高いほど前記フィードバック制御のフィードバックゲインを大きくすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料電池冷却システム。 The system control means is
Radiator passing air temperature determining means for determining the temperature of air passing through the radiator;
Fuel cell temperature determining means for determining the temperature of the fuel cell;
The target heat dissipation amount calculation means calculates the target heat dissipation amount by feedback control based on a deviation between the target temperature of the fuel cell and the temperature determined by the fuel cell temperature determination means, and determines the radiator passing air temperature. The fuel cell cooling system according to any one of claims 1 to 4, wherein a feedback gain of the feedback control is increased as a temperature determined by the means is higher .
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