JP7091708B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
特許文献1には、燃料電池スタックの過度の発熱を抑制するために、燃料電池スタックの冷却水入口の冷却水温度に応じて燃料電池スタックの取り出し電流を制限する燃料電池システムが開示されている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell system that limits the take-out current of the fuel cell stack according to the cooling water temperature of the cooling water inlet of the fuel cell stack in order to suppress excessive heat generation of the fuel cell stack. ..
しかしながら、燃料電池スタックの冷却水入口の冷却水温度を測定する温度センサに異常が生じることによって、温度センサの測定値と実際の冷却水温度にズレが生じた場合に、燃料電池スタックの取り出し電流に対して過剰な制限がかかり、若しくは制限が不足することがある。この結果、燃料電池スタックの発熱量が所望の範囲を超えてしまうという問題があった。また、燃料電池スタックの冷却水出口の冷却水温度に応じて燃料電池スタックの取り出し電流を制限する場合においても同様な問題が生じる。 However, when an abnormality occurs in the temperature sensor that measures the cooling water temperature at the cooling water inlet of the fuel cell stack, and the measured value of the temperature sensor and the actual cooling water temperature deviate from each other, the withdrawal current of the fuel cell stack May be over-restricted or under-restricted. As a result, there is a problem that the calorific value of the fuel cell stack exceeds a desired range. Further, the same problem occurs when the extraction current of the fuel cell stack is limited according to the cooling water temperature of the cooling water outlet of the fuel cell stack.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却媒体が循環する冷却流路と、前記冷却流路に設けられたラジエータと、前記冷却媒体を前記燃料電池に圧送するポンプと、を有する冷却系と、前記冷却流路から前記冷却媒体が供給される前記燃料電池の冷却媒体入口、又は、前記冷却流路に前記冷却媒体が排出される前記燃料電池の冷却媒体出口における前記冷却媒体の温度を測定する温度センサと、前記温度センサに異常がある場合に、外気の外気温と前記冷却媒体の上限温度とを用いて求めた前記燃料電池の発熱放熱同値曲線と、前記上限温度に応じた前記燃料電池の電流-電圧特性曲線とを用いて、前記燃料電池の発電電圧の下限値を算出し、前記下限値を下回らないように前記燃料電池の前記発電電圧を制御する制御部と、を備える。前記発熱放熱同値曲線には、前記外気の温度が前記外気温であり、かつ、前記冷却媒体の温度が前記上限温度であるという条件下で前記燃料電池の発電電力を用いて前記冷却系を駆動させた場合の、前記ラジエータを介した前記燃料電池から前記外気への放熱量の最大量と前記燃料電池の発熱量とが等しくなるときの前記燃料電池の発電電流と前記発電電圧との関係が表されており、前記電流-電圧特性曲線には、前記冷却媒体の温度が前記上限温度のときの前記燃料電池の前記発電電流と前記発電電圧との関係が表されており、前記制御部は、前記発熱放熱同値曲線と前記電流-電圧特性曲線との交点における前記燃料電池の前記発電電圧を前記下限値として算出する。
なお、本発明は以下の形態としても実現できる。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.
According to one embodiment of the present invention, a fuel cell system is provided. This fuel cell system includes a fuel cell, a cooling flow path in which a cooling medium for cooling the fuel cell circulates, a radiator provided in the cooling flow path, and a pump for pumping the cooling medium to the fuel cell. At the cooling medium inlet of the fuel cell to which the cooling medium is supplied from the cooling flow path, or at the cooling medium outlet of the fuel cell from which the cooling medium is discharged to the cooling flow path. The temperature sensor for measuring the temperature of the cooling medium, the heat dissipation equal value curve of the fuel cell obtained by using the outside temperature of the outside air and the upper limit temperature of the cooling medium when the temperature sensor is abnormal, and the said. The lower limit of the generated voltage of the fuel cell is calculated by using the current-voltage characteristic curve of the fuel cell according to the upper limit temperature, and the generated voltage of the fuel cell is controlled so as not to fall below the lower limit. It is equipped with a control unit. In the heat generation and heat dissipation equal value curve, the cooling system is driven by using the generated power of the fuel cell under the condition that the temperature of the outside air is the outside temperature and the temperature of the cooling medium is the upper limit temperature. The relationship between the generated current of the fuel cell and the generated voltage when the maximum amount of heat radiated from the fuel cell to the outside air via the radiator and the calorific value of the fuel cell become equal to each other is The current-voltage characteristic curve represents the relationship between the generated current of the fuel cell and the generated voltage when the temperature of the cooling medium is the upper limit temperature, and the control unit is used. , The generated voltage of the fuel cell at the intersection of the heat generation / heat dissipation equal value curve and the current-voltage characteristic curve is calculated as the lower limit value.
The present invention can also be realized in the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却媒体が循環する冷却流路と、前記冷却媒体が供給される前記燃料電池の冷却媒体入口、又は、前記冷却媒体が排出される前記燃料電池の冷却媒体出口における前記冷却媒体の温度を測定する温度センサと、前記温度センサに異常がある場合に、外気温と前記冷却媒体の上限温度とを用いて求めた前記燃料電池の発熱放熱同値曲線と、前記上限温度に応じた前記燃料電池の電流-電圧特性曲線とを用いて、前記燃料電池の発電電圧の下限値を算出し、前記下限値を用いて前記燃料電池の前記発電電圧を制御する制御部と、を備える。
この形態の燃料電池システムによれば、制御部は発電電圧の下限値を利用して燃料電池の発電電圧を制御するので、燃料電池の発熱量を所望の範囲に収めることができ、温度センサに異常が生じることによる燃料電池の発熱量が所望の範囲を超えてしまうことを抑制できる。
(1) According to one embodiment of the present invention, a fuel cell system is provided. In this fuel cell system, a fuel cell, a cooling flow path in which a cooling medium for cooling the fuel cell circulates, a cooling medium inlet of the fuel cell to which the cooling medium is supplied, or the cooling medium is discharged. The fuel cell obtained by using a temperature sensor for measuring the temperature of the cooling medium at the outlet of the cooling medium of the fuel battery and the outside temperature and the upper limit temperature of the cooling medium when the temperature sensor has an abnormality. The lower limit of the generated voltage of the fuel cell is calculated by using the heat generation and heat dissipation equal value curve of the above and the current-voltage characteristic curve of the fuel battery according to the upper limit temperature, and the lower limit value of the fuel cell is used. A control unit for controlling the generated voltage is provided.
According to this form of the fuel cell system, the control unit controls the generated voltage of the fuel cell by using the lower limit of the generated voltage, so that the calorific value of the fuel cell can be kept within a desired range, and the temperature sensor can be used. It is possible to prevent the calorific value of the fuel cell from exceeding a desired range due to the occurrence of an abnormality.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池車両等の形態で実現することができる。 The present invention can also be realized in various forms other than the above. For example, it can be realized in the form of a fuel cell vehicle or the like.
・第1実施形態:
図1は、第1実施形態における燃料電池システム10を模式的に示す図である。燃料電池システム10は、例えば、動力源としてバス等の車両に搭載される。燃料電池システム10は、燃料電池100と、電力回路200と、冷却流路300と、制御部700と、図示しないアノードガス供給流路や、カソードガス供給排出流路等を備える。
-First embodiment:
FIG. 1 is a diagram schematically showing a
燃料電池100は、図示しない複数の単セルが積層されることによって構成されている。燃料電池100としては、例えば固体高分子形燃料電池を採用可能である。燃料電池100は、アノードガスとカソードガスとを利用して、電気化学反応により発電する。アノードガスとしては、例えば水素を採用可能であり、カソードガスとしては、例えば空気を採用可能である。
The
電力回路200は、燃料電池100からの電力を利用する回路である。電力回路200は、FC昇圧コンバータ230と、インバータ240と、駆動モータ250と、電流センサ260と、電圧センサ270と、を備える。なお、電力回路200は、蓄電池やバッテリコンバータ等を備えてもよい。
The
電流センサ260は、燃料電池100の発電電流を検出する。電圧センサ270は、燃料電池100の発電電圧を検出する。FC昇圧コンバータ230は、燃料電池100の出力電圧を調整するDC/DCコンバータである。FC昇圧コンバータ230は、制御部700からの制御信号に応じて燃料電池100の出力電圧を駆動モータ250で利用可能な高電圧に昇圧する。インバータ240は、FC昇圧コンバータ230によって昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するものであり、制御部700からの制御信号に応じて交流電圧の周波数と電圧を調整して駆動モータ250に供給し、駆動モータ250を制御する。駆動モータ250は、燃料電池100からの電力によって回転動力を発生し、車両の車輪を駆動することが可能である。
The
冷却流路300は、燃料電池100を冷却するための冷却媒体が循環する流路である。冷却媒体としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水等を採用可能である。冷却流路300は、供給流路310と、ラジエータ450と、排出流路320と、バイパス流路330とを有する。供給流路310の一端は、燃料電池100の冷却媒体が供給される冷却媒体入口110と接続しおり、他端は、ラジエータ450と接続している。供給流路310には、冷却媒体ポンプ340が設けられている。冷却媒体ポンプ340は、冷却媒体を圧送して循環させる。ラジエータ450は、ファン440の送風により、ラジエータ450を流れる冷却媒体の熱量を外部に放出する。排出流路320の一端は、ラジエータ450と接続しており、他端は、燃料電池100の冷却媒体が排出される冷却媒体出口120と接続している。バイパス流路330の一端は、三方弁350を介して排出流路320と接続しており、他端は、供給流路310の冷却媒体ポンプ340の上流側に接続している。三方弁350は、制御部700からの制御信号に応じて、排出流路320内の冷却媒体をバイパス流路330とラジエータ450に分流する。冷却流路300内の冷却媒体は、冷却媒体ポンプ340によって駆動され、供給流路310を介して燃料電池100の内部に流れて、燃料電池100を冷却した後、排出流路320に流れ込む。排出流路320内の冷却媒体の一部は、三方弁350を介して、ラジエータ450を流れて冷却されて再度に供給流路310に還流する。排出流路320内の冷却媒体の他の部分は、三方弁350を介して、バイパス流路330を流れて再度に供給流路310に還流する。
The
排出流路320において、燃料電池100の冷却媒体出口120の近傍には、第1温度センサ370が設置されている。第1温度センサ370は、冷却媒体出口120における冷却媒体の温度を測定する。第1温度センサ370の測定値は、燃料電池100の温度値とほぼ同一である。なお、第1温度センサ370を設置する代わりに、供給流路310の燃料電池100の冷却媒体入口110の近傍に、冷却媒体入口110における冷却媒体の温度を測定する温度センサを設置してもよい。供給流路310において、ラジエータ450のラジエータ出口420の近傍には、第2温度センサ380が設置されている。第2温度センサ380は、ラジエータ出口420における冷却媒体の温度を測定する。なお、燃料電池システム10には、燃料電池システム10がおかれる環境の温度を測定する外気温センサ20が設置されている。
In the
制御部700は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されており、具体的にはECU(Electronic Control Unit)である。制御部700は、利用者の要求や、燃料電池システム10内の各センサの測定値等に応じて、燃料電池システム10内の各部の動作を制御する。制御部700は、燃料電池100の過度の発熱を抑制するために、第1温度センサ370の測定値を用いて、燃料電池100の発電電流を制御する。一方、制御部700は、第1温度センサ370に異常がある場合、すなわち、第1温度センサ370の測定値が冷却媒体出口120における冷却媒体の実際の温度との温度差が予め定められた許容範囲、例えば第1温度センサ370の誤差範囲以上の場合には、燃料電池100の発電電圧の下限値(後述)を用いて燃料電池100の発電電圧を制御する。
The
図2は、制御部700(図1)が燃料電池100(図1)に対して電圧制限又は電流制限を実行する処理の詳細を例示するフローチャートである。図2に示す処理は、燃料電池システム10(図1)の運転中に繰り返して実行される。ステップS110において、制御部700は、第1温度センサ370から、燃料電池100の冷却媒体出口120における冷却媒体の測定温度(以降、「出口冷却媒体測定温度」と称する)を取得する。ステップS120において、制御部700は、冷却媒体出口120における冷却媒体の推定温度(以降、「出口冷却媒体推定温度」と称する)を算出する。算出された出口冷却媒体推定温度は、冷却媒体出口120における冷却媒体の実際の温度と見なされる。出口冷却媒体推定温度は、例えば、燃料電池100の冷却媒体入口110における冷却媒体の推定温度(以降、「入口冷却媒体推定温度」と称する)と、燃料電池100の発熱量と、冷却媒体ポンプ340における冷却媒体の流量とを用いて算出できる。入口冷却媒体推定温度は、例えば、第2温度センサ380から取得するラジエータ出口420における冷却媒体の測定温度と、三方弁350の分流比とを用いて算出できる。燃料電池100の発熱量は、例えば、燃料電池100の発電電流等を用いて算出できる。
FIG. 2 is a flowchart illustrating the details of the process in which the control unit 700 (FIG. 1) executes the voltage limitation or the current limitation with respect to the fuel cell 100 (FIG. 1). The process shown in FIG. 2 is repeatedly executed during the operation of the fuel cell system 10 (FIG. 1). In step S110, the
ステップS130において、制御部700は、ステップS110,S120によって得られた出口冷却媒体測定温度と出口冷却媒体推定温度とを比較することによって、第1温度センサ370に異常があるか否かを判定する。制御部700は、出口冷却媒体測定温度と出口冷却媒体推定温度との温度差が前述した許容範囲以上の場合には、第1温度センサ370に異常があると判定し(ステップS130、Yes)、ステップS140に移行する。ステップS140において、制御部700は、燃料電池100の発熱放熱同値曲線と電流-電圧特性曲線とを用いて燃料電池100の発電電圧の下限値を算出する。ここで、図3と図4を用いて、燃料電池100の発電電圧の下限値の算出方法を説明する。
In step S130, the
図3は、燃料電池100の発熱放熱同値曲線Q1及び電流-電圧特性曲線G3を例示する説明図である。図4は、燃料電池100の発熱放熱同値曲線Q2及び電流-電圧特性曲線G3を例示する説明図である。発熱放熱同値曲線Q1,Q2は、燃料電池100の発熱量と、燃料電池100から外気への最大放熱量とが等しくなる時の燃料電池100の動作点をプロットした仮想電流-電圧特性曲線である。図3の例で言うと、発熱放熱同値曲線Q1の左側の領域R1は、燃料電池100の発熱量が最大放熱量よりも小さい領域であり、発熱放熱同値曲線Q1の右側の領域R2は、燃料電池100の発熱量が最大放熱量よりも大きい領域である。「最大放熱量」とは、冷却媒体出口120における冷却媒体の温度が上限温度となる場合に燃料電池100から外気へ熱を放出できる量である。「上限温度」とは、燃料電池システム10の構成に応じて冷却媒体が許容される最高温度である。発熱放熱同値曲線Q1,Q2は、外気温と冷却媒体の上限温度とを用いて求められる。外気温は、想定最大外気温を利用してもよく、外気温センサ20から取得する外気温の測定値を利用してもよい。想定最大外気温は、例えば30℃~40℃を採用可能である。図3の例では、発熱放熱同値曲線Q1は、想定最大外気温を利用して求められた曲線である。図4の例では、発熱放熱同値曲線Q2は、想定最大外気温よりも低い外気温の測定値を利用して求められた曲線である。燃料電池100の電流-電圧特性曲線G3は、冷却媒体の上限温度に応じた予め定められた電流-電圧特性曲線である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the heat generation and heat dissipation equivalence curve Q1 and the current-voltage characteristic curve G3 of the
図3の例では、制御部700は、発熱放熱同値曲線Q1と電流-電圧特性曲線G3とを用いて、燃料電池100の発電電圧の下限値を算出する。具体的には、制御部700は、発熱放熱同値曲線Q1と電流-電圧特性曲線G3との交差点P1と対応する電圧Vmin1を燃料電池100の発電電圧の下限値とする。交差点P1は、燃料電池100の発熱量が最大放熱量と等しくなる時の燃料電池100の実際に採り得る動作点である。燃料電池100の発電電圧を下限値Vmin1以上に制限すれば、燃料電池100の動作点を発熱量が最大放熱量を超えない領域R1内に制限できるので、燃料電池100の過度の発熱を抑制できる。
In the example of FIG. 3, the
図4の例においても同様に、制御部700は、発熱放熱同値曲線Q2と電流-電圧特性曲線G3とを用いて、燃料電池100の発電電圧の下限値を算出する。具体的には、制御部700は、発熱放熱同値曲線Q2と電流-電圧特性曲線G3との交差点P2と対応する電圧Vmin2を燃料電池100の発電電圧の下限値とする。図4の発熱放熱同値曲線Q2は、図3の発熱放熱同値曲線Q1を求めるのに用いられた想定最大外気温よりも低い外気温の測定値を利用して求められるので、燃料電池100の発熱量が最大放熱量よりも小さい領域R3が図3の対応する領域R1よりも大きく、燃料電池100の発熱量が最大放熱量よりも大きい領域R4が図3の対応する領域R2よりも小さい。すなわち、図4の場合の燃料電池100の最大放熱量は、図3の場合の燃料電池100最大放熱量よりも大きい。従って、図4の燃料電池100の発電電圧の下限値Vmin2は、図3の燃料電池100の発電電圧の下限値Vmin1よりも小さく、図4における燃料電池100が採り得る動作点の範囲は、図3における燃料電池100が採り得る動作点の範囲よりも大きい。
Similarly, in the example of FIG. 4, the
図2に戻り、ステップS160において、制御部700は、燃料電池100の発電電圧の下限値を用いて燃料電池100の発電電圧を制御する。具体的には、制御部700は、燃料電池100の発電電圧が下限値Vmin1(Vmin2)以上となるように燃料電池100の発電電圧を制限する。制御部700は、ステップS160を実行した後、処理を終了する。
Returning to FIG. 2, in step S160, the
ステップS130に戻り、制御部700は、出口冷却媒体測定温度と出口冷却媒体推定温度との温度差が前述した許容範囲よりも小さい場合には、第1温度センサ370に異常がないと判定し(ステップS130、No)、ステップS150に移行する。ステップS150において、制御部700は、第1温度センサ370から取得する出口冷却媒体測定温度を用いて、燃料電池100の発電電流を制御する。ここで、図5を用いて、燃料電池100の発電電流の制限方法を説明する。
Returning to step S130, the
図5は、燃料電池100の電流-電圧特性曲線G1,G2,G3を示す説明図である。電流-電圧特性曲線G1,G2,G3は、冷却媒体出口120における冷却媒体の第1温度T1、第2温度T2、第3温度(上限温度)T3のそれぞれに応じた予め定められた電流-電圧特性曲線である。電流-電圧特性曲線G3は、図3と図4に示す電流-電圧特性曲線G3と同一である。温度T1~T3は、第1温度T1<第2温度T2<第3温度T3を満足する。図5の例では、制御部700は、出口冷却媒体測定温度が第1温度T1以上である場合には、燃料電池100の発電電流を電流I1以下に制限することによって、燃料電池100の動作点を点N1の左側の電流-電圧特性曲線G1上の動作点に制限する。制御部700は、出口冷却媒体測定温度が第2温度T2以上である場合には、燃料電池100の発電電流を電流I2以下に制限することによって、燃料電池100の動作点を点N2の左側の電流-電圧特性曲線G2上の動作点に制限する。制御部700は、出口冷却媒体測定温度が第3温度T3以上である場合には、燃料電池100の発電電流を電流I3以下に制限することによって、燃料電池100の動作点を点N3の左側の電流-電圧特性曲線G3上の動作点に制限する。制御部700は、ステップS150を実行した後、処理を終了する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing current-voltage characteristic curves G1, G2, and G3 of the
以上説明したように、第1実施形態では、制御部700は、発熱放熱同値曲線Q1(Q2)と冷却媒体出口120における冷却媒体の上限温度に応じた電流-電圧特性曲線G3とを用いて、燃料電池100の発電電圧の下限値Vmin1(Vmin2)を算出し、発電電圧の下限値Vmin1(Vmin2)を用いて燃料電池100の発電電圧を制御する。こうすれば、第1温度センサ370による出口冷却媒体測定温度を利用せずに燃料電池100の発熱量を所望の範囲に収めることができるので、第1温度センサ370に異常が生じることによる燃料電池100の発熱量が所望の範囲を超えてしまうことを抑制できる。
As described above, in the first embodiment, the
・第2実施形態:
図6は、第2実施形態における制御部700(図1)が燃料電池100(図1)に対して電圧制限又は電流制限を実行する処理の詳細を例示するフローチャートである。図6において、図2に示す第1実施形態との違いは、第1温度センサ370に異常があるか否かを判定する点である。
-Second embodiment:
FIG. 6 is a flowchart illustrating the details of the process in which the control unit 700 (FIG. 1) in the second embodiment executes the voltage limitation or the current limitation with respect to the fuel cell 100 (FIG. 1). In FIG. 6, the difference from the first embodiment shown in FIG. 2 is that it is determined whether or not the
図6では、ステップS210において、制御部700は、燃料電池100の発熱放熱同値曲線と電流-電圧特性曲線とを用いて燃料電池100の発電電圧の下限値を算出する。ステップS210は、図2に示すステップS140と同様である。ステップS220において、制御部700は、推定電流範囲を算出する。「推定電流範囲」とは、燃料電池100の出口冷却媒体測定温度に応じた電流-電圧特性曲線上において、発電電圧の下限値と対応する動作点における電流値を含む電流範囲である。推定電流範囲は、電圧センサ270や電流センサ260の誤差を考慮して算出される。ここで、図7を用いて、ステップS220以降のステップを説明する。
In FIG. 6, in step S210, the
図7は、第1実施形態の図3と対応する図であり、図5に示す第1温度T1に応じた電流-電圧特性曲線G1を追加した図である。図7では、出口冷却媒体測定温度を第3温度T3(上限温度)と仮定し、出口冷却媒体推定温度(冷却媒体出口120における冷却媒体の実際の温度)を第1温度T1と仮定する。すなわち、図7の例では、出口冷却媒体測定温度に応じた電流-電圧特性曲線は電流-電圧特性曲線G3であるが、実際の燃料電池100の電流-電圧特性曲線は電流-電圧特性曲線G1である。また、図7では、第1温度T1と第3温度T3との温度差が前述した許容範囲以上である。すなわち、図7の例では、第1温度センサ370に異常がある。推定電流範囲Iesは、ステップS210で算出された燃料電池100の発電電圧の下限値Vmin1と対応する動作点P1における電流値Imax1を含む電流-電圧特性曲線G3上の電流範囲である。ここで、第1温度センサ370に異常がある場合には、電圧センサ270の測定値が発電電圧の下限値Vmin1となると、電流センサ260の測定値が電流値Imsとなり、推定電流範囲Iesから乖離する値となる。従って、制御部700は、推定電流範囲及び電圧センサ270と電流センサ260の測定値を用いて、第1温度センサ370に異常があるか否かを判定できる。
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 3 of the first embodiment, and is a diagram in which a current-voltage characteristic curve G1 corresponding to the first temperature T1 shown in FIG. 5 is added. In FIG. 7, the outlet cooling medium measurement temperature is assumed to be the third temperature T3 (upper limit temperature), and the outlet cooling medium estimated temperature (the actual temperature of the cooling medium at the cooling medium outlet 120) is assumed to be the first temperature T1. That is, in the example of FIG. 7, the current-voltage characteristic curve according to the outlet cooling medium measurement temperature is the current-voltage characteristic curve G3, but the current-voltage characteristic curve of the
ステップS230において、制御部700は、電圧センサ270から取得する燃料電池100の発電電圧がステップS210で算出された発電電圧の下限値以下であるか否かを判定する。制御部700は、燃料電池100の発電電圧が発電電圧の下限値以下である場合(ステップS230、Yes)には、ステップS240に移行する。ステップS240において、制御部700は、電圧センサ270の測定値がステップS210で算出された発電電圧の下限値となる時に電流センサ260から取得する燃料電池100の発電電流が推定電流範囲から乖離したか否かを判定する。制御部700は、燃料電池100の発電電流が推定電流範囲から乖離した場合(ステップS240、Yes)には、ステップS250に移行し、第1温度センサ370に異常があると判定する。ステップS260において、制御部700は、燃料電池100の発電電圧の下限値を用いて燃料電池100の発電電圧を制御する。ステップS260は、図2に示すステップS160と同様である。制御部700は、ステップS160を実行した後、処理を終了する。
In step S230, the
ステップS230に戻り、制御部700は、燃料電池100の発電電圧が発電電圧の下限値よりも大きい場合(ステップS230、No)には、ステップS270に移行する。この場合には、燃料電池100の発熱量が最大放熱量よりも小さいので、発電電圧の下限値を用いて燃料電池100の発電電圧を制限しなくてもよい。ステップS270において、制御部700は、第1温度センサ370から取得する出口冷却媒体測定温度を用いて、燃料電池100の発電電流を制御する。ステップS270は、図2に示すステップS150と同様である。
Returning to step S230, the
ステップS240に戻り、制御部700は、燃料電池100の発電電流が推定電流範囲から乖離しなかった場合(ステップS240、No)には、第1温度センサ370に異常がないと判定し、ステップS270に移行する。制御部700は、ステップS270を実行した後、処理を終了する。
Returning to step S240, the
なお、図7において、燃料電池100のカソードガス欠如により、燃料電池100の電流-電圧特性曲線は電流-電圧特性曲線G1から電流-電圧特性曲線G3に変化する場合がある。この場合には、制御部700は、ステップS240を実行する前に、燃料電池100に供給されるカソードガスの量を増加させてもよい。こうすれば、制御部700は、カソードガス欠如による電流-電圧特性曲線の変化を抑制でき、第1温度センサ370に異常があるか否かを確実に判定できる。
In FIG. 7, the current-voltage characteristic curve of the
第2実施形態においても、制御部700は、発熱放熱同値曲線Q1と冷却媒体出口120における冷却媒体の上限温度に応じた電流-電圧特性曲線G3とを用いて、燃料電池100の発電電圧の下限値Vmin1を算出し、発電電圧の下限値Vmin1を用いて燃料電池100の発電電圧を制御する。こうすれば、第1温度センサ370による出口冷却媒体測定温度を利用せずに燃料電池100の発熱量を所望の範囲に収めることができるので、第1温度センサ370に異常が生じることによる燃料電池100の発熱量が所望の範囲を超えてしまうことを抑制できる。
Also in the second embodiment, the
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention are for solving a part or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve the part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.
10…燃料電池システム
20…外気温センサ
100…燃料電池
110…冷却媒体入口
120…冷却媒体出口
200…電力回路
230…FC昇圧コンバータ
240…インバータ
250…駆動モータ
260…電流センサ
270…電圧センサ
300…冷却流路
310…供給流路
320…排出流路
330…バイパス流路
340…冷却媒体ポンプ
350…三方弁
370…第1温度センサ
380…第2温度センサ
420…ラジエータ出口
440…ファン
450…ラジエータ
700…制御部
10 ... Fuel cell system 20 ...
Claims (1)
燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷却媒体が循環する冷却流路と、前記冷却流路に設けられたラジエータと、前記冷却媒体を前記燃料電池に圧送するポンプと、を有する冷却系と、
前記冷却流路から前記冷却媒体が供給される前記燃料電池の冷却媒体入口、又は、前記冷却流路に前記冷却媒体が排出される前記燃料電池の冷却媒体出口における前記冷却媒体の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサに異常がある場合に、外気の外気温と前記冷却媒体の上限温度とを用いて求めた前記燃料電池の発熱放熱同値曲線と、前記上限温度に応じた前記燃料電池の電流-電圧特性曲線とを用いて、前記燃料電池の発電電圧の下限値を算出し、前記下限値を下回らないように前記燃料電池の前記発電電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記発熱放熱同値曲線には、前記外気の温度が前記外気温であり、かつ、前記冷却媒体の温度が前記上限温度であるという条件下で前記燃料電池の発電電力を用いて前記冷却系を駆動させた場合の、前記ラジエータを介した前記燃料電池から前記外気への放熱量の最大量と前記燃料電池の発熱量とが等しくなるときの前記燃料電池の発電電流と前記発電電圧との関係が表されており、
前記電流-電圧特性曲線には、前記冷却媒体の温度が前記上限温度のときの前記燃料電池の前記発電電流と前記発電電圧との関係が表されており、
前記制御部は、前記発熱放熱同値曲線と前記電流-電圧特性曲線との交点における前記燃料電池の前記発電電圧を前記下限値として算出する、
燃料電池システム。 It ’s a fuel cell system.
With a fuel cell
A cooling system having a cooling flow path in which a cooling medium for cooling the fuel cell circulates, a radiator provided in the cooling flow path, and a pump for pumping the cooling medium to the fuel cell.
The temperature of the cooling medium at the cooling medium inlet of the fuel cell to which the cooling medium is supplied from the cooling flow path or the cooling medium outlet of the fuel cell from which the cooling medium is discharged to the cooling flow path is measured. With the temperature sensor
When there is an abnormality in the temperature sensor, the heat generation and heat dissipation equivalence curve of the fuel cell obtained by using the outside temperature of the outside air and the upper limit temperature of the cooling medium, and the current-voltage of the fuel cell according to the upper limit temperature. A control unit that calculates the lower limit of the generated voltage of the fuel cell using the characteristic curve and controls the generated voltage of the fuel cell so as not to fall below the lower limit.
Equipped with
In the heat generation and heat dissipation equal value curve, the cooling system is driven by using the generated power of the fuel cell under the condition that the temperature of the outside air is the outside temperature and the temperature of the cooling medium is the upper limit temperature. The relationship between the generated current of the fuel cell and the generated voltage when the maximum amount of heat radiated from the fuel cell to the outside air via the radiator and the calorific value of the fuel cell become equal to each other is Represented and
The current-voltage characteristic curve shows the relationship between the generated current of the fuel cell and the generated voltage when the temperature of the cooling medium is the upper limit temperature.
The control unit calculates the generated voltage of the fuel cell at the intersection of the heat generation and heat dissipation equality curve and the current-voltage characteristic curve as the lower limit value.
Fuel cell system.
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