JP6229643B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 - Google Patents
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Description
図1は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両10(以下、単に「車両10」とも呼ぶ。)を示す説明図である。車両10は、燃料電池100と、制御部110(ECU(Electronic Control Unit)とも呼ぶ。)と、二次電池130と、電力分配コントローラ140と、駆動モータ150と、ドライブシャフト160と、動力分配ギア170と、車輪180と、外気温センサ190と、を備える。
・Tt1:燃料電池入口の冷却液温度の制御目標値
・Tt01、Tt02:燃料電池出口の冷却液温度の制御目標値
・To:燃料電池出口の冷却液温度(第2の温度センサ390の測定値)
・Tm:ラジエータ出口の冷却液温度(第1の温度センサ380の測定値)
・Te:ラジエータ内の冷却液温度の推定値(ラジエータ内のラジエータ出口における冷却液温度の推定値)
・r:分流弁340の分流比
r=(ラジエータの冷却液流量)/(ラジエータの冷却液流量+バイパス管の冷却液流量)
ラジエータの冷却液流量とバイパス管の冷却液流量の和は、冷却液ポンプ370の全流量に相当する。
Tt1=(1−r)×To+r×Te …(1)
r=(Tt1−To)/(Te−To) …(2)
r=(Tt1−To)/(Tm−To) …(3)
なお、ステップS160において、冷却液温度の実測値Tmと、推定値Teとの差がTh以上の場合には、分流弁340の開度の切り替え速度の上限値を定めたので、分流比rは、よりゆっくりと切り替えられる。これにより、分流弁340の開度のアンダーシュート(目標開度よりも閉めすぎる)やオーバーシュート(目標開度よりも開きすぎる)を抑制できる。但し、ステップS160〜S170の処理は省略してもよい。なお、冷却液温度を推定値Teからの実測値Tmに切り替える場合には、時定数処理を行い、徐々に推定値Teから実測値Tmに切り替えても良い。すなわち、変更レートを設けて、ゆっくりと切り替えてもよい。また、徐々に推定値Teから実測値Tmに切り替える場合、所定時間が経過した後は、変更速度を増加しても良い。
上述した第1の実施形態では、制御部110は、上記(2)式又は(3)式に従って分流比rを調整していた。ところで、ラジエータ350に冷却液を流すと、冷却液が冷却されて温度が下がり、冷却液の粘性が上がり、ラジエータ350における圧力損失が増加し、設定した分流比rと実際の分流比とにずれが生じる可能性がある。分流比のずれが小さい場合には問題とはならないが、分流比のずれが過度に大きくなると、燃料電池100の冷却量自体が大きくずれる可能性がある。そこで、第2の実施形態では、冷却液の粘性を考慮して分流比のズレを補正する。
一般に、燃料電池100では、制御部110は、発電が行われなくなると、冷却液ポンプ370の回転を停止する。しかし、発電が停止しても、水素が電解質膜を透過し、酸素と反応することで、発熱する。そこで、第3の実施形態では、クロスリークによる発熱を考慮して燃料電池100の冷却を実行する。
100…燃料電池
110…制御部
130…二次電池
140…電力分配コントローラ
150…駆動モータ
160…ドライブシャフト
170…動力分配ギア
180…車輪
190…外気温センサ
300…冷却系
310…冷却液供給管
320…冷却液排出管
330…バイパス管
340…分流弁
350…ラジエータ
360…ラジエータファン(ファン)
370…冷却液ポンプ(ウォーターポンプ)
380…温度センサ
390…温度センサ
S100…ステップ
Claims (5)
- 燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給流路と、
前記冷却液を冷却するラジエータと、
前記ラジエータの出口に設けられ、前記冷却液の温度を測定する第1の温度センサと、
外気温センサと、
前記冷却液供給流路に設けられた冷却液ポンプと、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池システムの起動時に前記外気温センサで測定された外気温に基づいて、前記冷却液供給流路を流れる前記冷却液の前記ラジエータの出口における温度を推定して前記冷却液の温度を取得し、
前記冷却液ポンプの始動前に前記ラジエータに滞留していた冷却液が前記第1の温度センサに到達したと推定された後は、前記推定により前記冷却液の温度を取得する代わりに前記第1の温度センサで測定された温度を前記冷却液の温度として取得し、
前記取得した前記冷却液の温度に基づいて前記冷却液の流量を調整する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記燃料電池から排出された前記冷却液を、前記ラジエータをバイパスして前記ラジエータの下流側の前記冷却液供給流路に還流するバイパス管と、
前記燃料電池から排出された前記冷却液を前記ラジエータと前記バイパス管とに分流する分流弁と、
前記燃料電池の出口に設けられ、前記冷却液の温度を測定する第2の温度センサと、
を備え、
前記制御部は、前記冷却液の流量の調整の際に、
前記第2の温度センサで測定された前記冷却液の温度と、前記取得した前記冷却液の温度と、前記燃料電池の目標温度と、を用いて、前記冷却液ポンプの動作と、前記分流弁による前記冷却液の前記ラジエータと前記バイパス管との分流比と、を制御する、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記ラジエータの中の前記冷却液の体積と、前記ラジエータの出口から前記第1の温度センサが設けられた位置までの間の前記冷却液の体積とを合計した合計体積の冷却液を、前記冷却液ポンプを用いて流したときに、前記冷却液ポンプの起動前に前記ラジエータに滞留していた冷却液が前記第1の温度センサに到達したと判定する、燃料電池システム。 - 請求項2または3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部が前記ラジエータの出口における前記冷却液の温度を取得するときに用いる温度センサを前記外気温センサから前記第1の温度センサに切り替えるときに、前記切り替える前の前記推定された前記冷却液の温度と、前記第1の温度センサにより測定される温度との差分が予め定められた値以上の場合には、前記制御部は、前記分流弁の開度の変更速度に上限を設ける、燃料電池システム。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池システムを備える燃料電池搭載車両。
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