JP7780487B2 - 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.
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保するために、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池に関する研究開発が行われている。 In recent years, research and development into fuel cells has been conducted to contribute to energy efficiency, ensuring more people have access to affordable, reliable, sustainable and advanced energy.
燃料電池に関し、発電セルを含む燃料電池スタックと、発電セルから発生する電力を蓄積するバッテリとを備えた燃料電池システムがある。燃料電池システムは、車両等の移動体に搭載され得る。移動体に搭載された燃料電池システムでは、移動体の停止中に発電が行われる場合がある。 Regarding fuel cells, there is a fuel cell system that includes a fuel cell stack containing power-generating cells and a battery that stores the electricity generated by the power-generating cells. Fuel cell systems can be mounted on mobile objects such as vehicles. In fuel cell systems mounted on mobile objects, electricity may be generated even when the mobile object is stopped.
特許文献1には、発電セルの膜電極構造体(MEA)の乾燥を促進するために、イグニッションスイッチがオフにされると、乾燥発電処理を実行した後に、排水発電処理を実行する燃料電池システムの停止方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for shutting down a fuel cell system in which, when the ignition switch is turned off, a dry power generation process is performed, followed by a wastewater power generation process, in order to promote drying of the membrane electrode assembly (MEA) of the power generation cell.
燃料電池システムに備えられるバッテリの残容量が比較的高い状態である場合、発電セルから発生する電力を当該バッテリに供給できない。そのため、発電セルから発生する電力の消費を良好に行う技術が望まれる。 When the remaining capacity of the battery provided in a fuel cell system is relatively high, the power generated by the power generation cell cannot be supplied to the battery. Therefore, technology that efficiently consumes the power generated by the power generation cell is desired.
本発明は上述した課題を解決することを目的とする。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems.
本発明の態様は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを含む燃料電池スタックと、前記発電セルから発生する電力を蓄積可能なバッテリと、前記燃料電池スタックの冷却に用いられる放熱器と、前記燃料電池スタックと前記放熱器との間で冷媒を循環させる第1の冷媒流路と、前記第1の冷媒流路とは異なる第2の冷媒流路との間で、接続と遮断とを切り替え可能な弁体と、前記第2の冷媒流路を流れる前記冷媒を加熱する加熱器と、前記発電セルの発電制御を行う制御装置と、を有する燃料電池システムであって、前記制御装置は、第1発電制御と、前記燃料電池システムを停止するためのシステム停止指令に基づいて行われる第2発電制御とを実行可能であり、前記第2発電制御は、前記第1発電制御における発電効率よりも低い前記発電効率で前記発電セルを発電させる低効率発電制御を含み、前記バッテリの残容量が所定の残容量閾値以上の状態で前記第2発電制御を行う場合、前記制御装置は、前記第1の冷媒流路と前記第2の冷媒流路とが互いに接続された状態で、前記発電セルから発生する前記電力を前記加熱器に消費させる。 One aspect of the present invention is a fuel cell system comprising: a fuel cell stack including a power generation cell that generates electricity through an electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas; a battery capable of storing the power generated by the power generation cell; a radiator used to cool the fuel cell stack; a first refrigerant flow path that circulates a refrigerant between the fuel cell stack and the radiator; a valve element that can switch between connection and disconnection between a first refrigerant flow path and a second refrigerant flow path different from the first refrigerant flow path; a heater that heats the refrigerant flowing through the second refrigerant flow path; and a control device that controls power generation of the power generation cell. The control device is capable of executing first power generation control and second power generation control that is performed based on a system shutdown command to shut down the fuel cell system. The second power generation control includes low-efficiency power generation control that causes the power generation cell to generate electricity at a power generation efficiency lower than the power generation efficiency in the first power generation control. When the second power generation control is performed when the remaining capacity of the battery is equal to or greater than a predetermined remaining capacity threshold, the control device causes the heater to consume the power generated by the power generation cell while the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path are connected to each other.
本発明によれば、第1の冷媒流路と第2の冷媒流路とが接続されていない場合に比べて、加熱器によって加熱される冷媒の温度上昇が緩やかになる。そのため、第1の冷媒流路と第2の冷媒流路とが接続されていない場合に比べて、発電セルから発生する電力が加熱器によって消費される時間を長くすることができる。したがって、バッテリの残容量が多い場合であっても第2発電制御を比較的長く継続させることができる。その結果、発電セルから発生する電力の消費を良好に行うことができる。 According to the present invention, the temperature of the refrigerant heated by the heater rises more slowly than when the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path are not connected. Therefore, the time during which the power generated by the power generation cell is consumed by the heater can be extended compared to when the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path are not connected. Therefore, even when the remaining battery capacity is high, the second power generation control can be continued for a relatively long period of time. As a result, the power generated by the power generation cell can be consumed efficiently.
[1 燃料電池システム10の構成]
図1は、燃料電池システム10の概略構成図である。燃料電池システム10は、例えば車両(燃料電池車両)に搭載される。燃料電池システム10は、船舶、航空機、ロボット等の移動体にも搭載可能である。また、燃料電池システム10は、設備、家庭等での定置用の電源としても使用可能である。
[1. Configuration of fuel cell system 10]
FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system 10. The fuel cell system 10 is mounted on, for example, a vehicle (fuel cell vehicle). The fuel cell system 10 can also be mounted on moving objects such as ships, aircraft, and robots. The fuel cell system 10 can also be used as a stationary power source for facilities, homes, and the like.
燃料電池システム10においては、反応ガスとして、燃料ガスと酸化剤ガスとが使用される。燃料ガスは、水素含有ガスである。酸化剤ガスは、エア等の酸素含有ガスである。燃料ガスと酸化剤ガスの各々は、燃料電池スタック12に供給され電気化学反応に供される。なお、本明細書では、電気化学反応に供されずに燃料電池スタック12から排出される燃料ガスを、燃料オフガスとも称する。また、本明細書では、電気化学反応に供されずに燃料電池スタック12から排出される酸化剤ガスを、酸化剤オフガスとも称する。 In the fuel cell system 10, fuel gas and oxidant gas are used as reactant gases. The fuel gas is a hydrogen-containing gas. The oxidant gas is an oxygen-containing gas such as air. Each of the fuel gas and oxidant gas is supplied to the fuel cell stack 12 and subjected to an electrochemical reaction. Note that, in this specification, fuel gas discharged from the fuel cell stack 12 without being subjected to an electrochemical reaction is also referred to as fuel off-gas. Also, in this specification, oxidant gas discharged from the fuel cell stack 12 without being subjected to an electrochemical reaction is also referred to as oxidant off-gas.
燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、タンク14と、アノードシステム16と、カソードシステム18と、冷却システム20と、空調システム22とを備える。また、燃料電池システム10は、制御装置24を備える。燃料電池スタック12により生成された電力は、負荷26に供給される。負荷26は、燃料電池スタック12から発生する電力を蓄積するバッテリ26Aと、車両の駆動モータ26Bと、ヒータ144とを含む。 タンク14には、高圧の燃料ガスが充填される。 The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, a tank 14, an anode system 16, a cathode system 18, a cooling system 20, and an air conditioning system 22. The fuel cell system 10 also includes a control device 24. Electric power generated by the fuel cell stack 12 is supplied to a load 26. The load 26 includes a battery 26A that stores the power generated by the fuel cell stack 12, a vehicle drive motor 26B, and a heater 144. The tank 14 is filled with high-pressure fuel gas.
燃料電池スタック12は、燃料電池スタック12の内部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ポート12aと、燃料電池スタック12の内部から燃料オフガスを排出する燃料ガス排出ポート12bとを備える。燃料電池スタック12は、燃料電池スタック12の内部に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給ポート12cと、燃料電池スタック12の内部から酸化剤オフガスを排出する酸化剤ガス排出ポート12dとを備える。燃料電池スタック12は、燃料電池スタック12の内部に冷媒を供給する冷媒供給ポート12eと、燃料電池スタック12の内部から冷媒を排出する冷媒排出ポート12fとを備える。 The fuel cell stack 12 has a fuel gas supply port 12a that supplies fuel gas to the interior of the fuel cell stack 12 and a fuel gas discharge port 12b that discharges fuel off-gas from the interior of the fuel cell stack 12. The fuel cell stack 12 has an oxidant gas supply port 12c that supplies oxidant gas to the interior of the fuel cell stack 12 and an oxidant gas discharge port 12d that discharges oxidant off-gas from the interior of the fuel cell stack 12. The fuel cell stack 12 has a refrigerant supply port 12e that supplies refrigerant to the interior of the fuel cell stack 12 and a refrigerant discharge port 12f that discharges refrigerant from the interior of the fuel cell stack 12.
燃料電池スタック12は、複数の発電セル28を有する。複数の発電セル28は、それぞれ同等の構成を有する。発電セル28は、電解質膜・電極構造体30と、第1セパレータ32と、第2セパレータ34とを備える。電解質膜・電極構造体30は、第1セパレータ32と第2セパレータ34とにより挟まれる。複数の発電セル28のうちの1つの発電セル28が、図1には図示されている。 The fuel cell stack 12 has a plurality of power generating cells 28. Each of the power generating cells 28 has the same configuration. Each power generating cell 28 includes a membrane electrode assembly 30, a first separator 32, and a second separator 34. The membrane electrode assembly 30 is sandwiched between the first separator 32 and the second separator 34. Only one of the power generating cells 28 is shown in Figure 1.
第1セパレータ32及び第2セパレータ34は、例えば、断面が波型の金属薄板により形成される。互いに隣接する2つの発電セル28において、一方の発電セル28の第1セパレータ32と他方の発電セル28の第2セパレータ34とは、互いに接合される。第1セパレータ32と第2セパレータ34との間には、セル冷却流路(図示せず)が形成される。セル冷却流路は、冷媒供給ポート12eと冷媒排出ポート12fとに連通する。 The first separator 32 and the second separator 34 are formed, for example, from a metal sheet having a corrugated cross section. In two adjacent power generation cells 28, the first separator 32 of one power generation cell 28 and the second separator 34 of the other power generation cell 28 are joined to each other. A cell cooling channel (not shown) is formed between the first separator 32 and the second separator 34. The cell cooling channel is connected to the refrigerant supply port 12e and the refrigerant discharge port 12f.
電解質膜・電極構造体30は、電解質膜36と、アノード電極38と、カソード電極40とを備える。電解質膜36は、アノード電極38とカソード電極40との間に位置する。第1セパレータ32とアノード電極38との間にはアノード流路42が形成される。アノード流路42は、燃料ガス供給ポート12aと燃料ガス排出ポート12bとに連通する。第2セパレータ34とカソード電極40との間にはカソード流路44が形成される。カソード流路44は、酸化剤ガス供給ポート12cと酸化剤ガス排出ポート12dとに連通する。 The membrane electrode assembly 30 includes an electrolyte membrane 36, an anode electrode 38, and a cathode electrode 40. The electrolyte membrane 36 is located between the anode electrode 38 and the cathode electrode 40. An anode flow path 42 is formed between the first separator 32 and the anode electrode 38. The anode flow path 42 is connected to the fuel gas supply port 12a and the fuel gas discharge port 12b. A cathode flow path 44 is formed between the second separator 34 and the cathode electrode 40. The cathode flow path 44 is connected to the oxidant gas supply port 12c and the oxidant gas discharge port 12d.
アノードシステム16は、燃料ガス供給路84と、燃料ガス排出路86と、循環路88と、排水路90とを備える。また、アノードシステム16は、インジェクタ94と、エジェクタ96と、気液分離器98と、排水弁100とを備える。 The anode system 16 includes a fuel gas supply channel 84, a fuel gas discharge channel 86, a circulation channel 88, and a drain channel 90. The anode system 16 also includes an injector 94, an ejector 96, a gas-liquid separator 98, and a drain valve 100.
燃料ガス供給路84は、タンク14の排出口と、燃料電池スタック12の燃料ガス供給ポート12aとを接続する。燃料ガス供給路84には、インジェクタ94と、エジェクタ96とが備えられる。エジェクタ96は、インジェクタ94と燃料電池スタック12との間に配される。 The fuel gas supply path 84 connects the outlet of the tank 14 to the fuel gas supply port 12a of the fuel cell stack 12. The fuel gas supply path 84 is equipped with an injector 94 and an ejector 96. The ejector 96 is disposed between the injector 94 and the fuel cell stack 12.
燃料ガス排出路86は、燃料電池スタック12の燃料ガス排出ポート12bと、気液分離器98の供給口とを接続する。循環路88は、気液分離器98の排出口と、エジェクタ96とを接続する。 The fuel gas discharge path 86 connects the fuel gas discharge port 12b of the fuel cell stack 12 to the supply port of the gas-liquid separator 98. The circulation path 88 connects the discharge port of the gas-liquid separator 98 to the ejector 96.
排水路90は、気液分離器98の排水口と、希釈器121の入口とを接続する。希釈器121の出口は、車両に備えられた排出口に接続される。排水路90には、排水弁100が備えられる。 The drain channel 90 connects the drain outlet of the gas-liquid separator 98 to the inlet of the diluter 121. The outlet of the diluter 121 is connected to an exhaust port provided on the vehicle. The drain channel 90 is equipped with a drain valve 100.
カソードシステム18は、酸化剤ガス供給路106と、酸化剤ガス排出路108(排出路)と、バイパス路110とを備える。また、カソードシステム18は、コンプレッサ112(酸化剤ガス供給器)と、加湿器114(HUM)と、第1封止弁116と、第2封止弁118と、バイパス弁119とを備える。 The cathode system 18 includes an oxidant gas supply channel 106, an oxidant gas discharge channel 108 (discharge channel), and a bypass channel 110. The cathode system 18 also includes a compressor 112 (oxidant gas supplier), a humidifier 114 (HUM), a first shut-off valve 116, a second shut-off valve 118, and a bypass valve 119.
酸化剤ガス供給路106は、車両に備えられたエアの吸気口(図示せず)と、燃料電池スタック12の酸化剤ガス供給ポート12cとを接続する。酸化剤ガス供給路106には、コンプレッサ112と、第1封止弁116と、加湿器114の加湿器供給路114Aとが備えられる。酸化剤ガス供給路106のうち、加湿器114よりも上流に配される部分を、酸化剤ガス供給路106Aと称する。酸化剤ガス供給路106のうち、加湿器114よりも下流に配される部分を、酸化剤ガス供給路106Bと称する。酸化剤ガス供給路106Aには、コンプレッサ112と、第1封止弁116とが備えられる。第1封止弁116は、コンプレッサ112と加湿器114との間に配される。 The oxidant gas supply channel 106 connects an air intake port (not shown) provided in the vehicle to the oxidant gas supply port 12c of the fuel cell stack 12. The oxidant gas supply channel 106 is equipped with a compressor 112, a first shut-off valve 116, and a humidifier supply channel 114A for the humidifier 114. The portion of the oxidant gas supply channel 106 located upstream of the humidifier 114 is referred to as the oxidant gas supply channel 106A. The portion of the oxidant gas supply channel 106 located downstream of the humidifier 114 is referred to as the oxidant gas supply channel 106B. The oxidant gas supply channel 106A is equipped with the compressor 112 and the first shut-off valve 116. The first shut-off valve 116 is disposed between the compressor 112 and the humidifier 114.
酸化剤ガス排出路108は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス排出ポート12dと、希釈器121の入口とを接続する。酸化剤ガス排出路108には、加湿器114の加湿器排出路114Bと、第2封止弁118とが備えられる。酸化剤ガス排出路108のうち、加湿器114よりも上流に配される部分を酸化剤ガス排出路108Aと称する。酸化剤ガス排出路108のうち、加湿器114よりも下流に配される部分を酸化剤ガス排出路108Bと称する。酸化剤ガス排出路108Bには、第2封止弁118が備えられる。 The oxidant gas discharge channel 108 connects the oxidant gas discharge port 12d of the fuel cell stack 12 with the inlet of the diluter 121. The oxidant gas discharge channel 108 is equipped with a humidifier discharge channel 114B of the humidifier 114 and a second shut-off valve 118. The portion of the oxidant gas discharge channel 108 that is located upstream of the humidifier 114 is referred to as the oxidant gas discharge channel 108A. The portion of the oxidant gas discharge channel 108 that is located downstream of the humidifier 114 is referred to as the oxidant gas discharge channel 108B. The oxidant gas discharge channel 108B is equipped with a second shut-off valve 118.
バイパス路110は、コンプレッサ112と第1封止弁116との間の酸化剤ガス供給路106Aと、第2封止弁118よりも下流の酸化剤ガス排出路108Bとに接続される。バイパス路110には、バイパス弁119が備えられる。 The bypass path 110 is connected to the oxidant gas supply path 106A between the compressor 112 and the first shut-off valve 116, and to the oxidant gas discharge path 108B downstream of the second shut-off valve 118. The bypass path 110 is equipped with a bypass valve 119.
冷却システム20は、冷媒流路120を備える。また、冷却システム20は、ポンプ126と、ラジエータ128と、第1温度センサ130と、分流弁132とを備える。 The cooling system 20 includes a refrigerant flow path 120. The cooling system 20 also includes a pump 126, a radiator 128, a first temperature sensor 130, and a flow shunt valve 132.
冷媒流路120は、燃料電池スタック12とラジエータ128との間で冷媒を循環させる。冷媒は、例えば、エチレングリコールを含有する水である。冷媒流路120は、冷媒供給路122と、冷媒排出路124と、分流路125とを含む。冷媒供給路122は、ラジエータ128の流体排出口と、燃料電池スタック12の冷媒供給ポート12eとを接続する。冷媒排出路124は、燃料電池スタック12の冷媒排出ポート12fと、ラジエータ128の流体供給口とを接続する。分流路125は、冷媒排出路124から分岐し、冷媒供給路122に合流する。 The coolant flow path 120 circulates a coolant between the fuel cell stack 12 and the radiator 128. The coolant is, for example, water containing ethylene glycol. The coolant flow path 120 includes a coolant supply path 122, a coolant discharge path 124, and a branch path 125. The coolant supply path 122 connects the fluid discharge port of the radiator 128 to the coolant supply port 12e of the fuel cell stack 12. The coolant discharge path 124 connects the coolant discharge port 12f of the fuel cell stack 12 to the fluid supply port of the radiator 128. The branch path 125 branches off from the coolant discharge path 124 and merges with the coolant supply path 122.
ポンプ126は、冷媒供給路122に備えられる。ポンプ126は、例えば、後述する部分流路148Bと冷媒供給路122とが接続された部分と、後述する部分流路148Aと冷媒供給路122とが接続された部分との間に備えられる。なお、ポンプ126は、冷媒排出路124に備えられてもよい。ラジエータ128は、冷媒流路120内の冷媒を放熱する放熱器である。ラジエータ128は、ファン128Fを備えてもよい。 The pump 126 is provided in the refrigerant supply path 122. The pump 126 is provided, for example, between the portion where the partial flow path 148B (described later) and the refrigerant supply path 122 are connected and the portion where the partial flow path 148A (described later) and the refrigerant supply path 122 are connected. The pump 126 may also be provided in the refrigerant discharge path 124. The radiator 128 is a heat sink that dissipates heat from the refrigerant in the refrigerant flow path 120. The radiator 128 may also be provided with a fan 128F.
第1温度センサ130は、冷媒流路120内の冷媒の温度(冷媒温度)を検出する第1温度検出装置である。第1温度センサ130は、冷媒排出路124に備えられる。第1温度センサ130は、冷媒供給路122に備えられてもよい。第1温度センサ130は、反応ガスの出口温度を検出してもよい。この場合、第1温度センサ130は、例えば、燃料ガス排出ポート12bに備えられる。上記の冷媒温度又は上記の出口温度は、燃料電池スタック12の内部の温度(スタック温度)に相当する。 The first temperature sensor 130 is a first temperature detection device that detects the temperature of the refrigerant (refrigerant temperature) in the refrigerant flow path 120. The first temperature sensor 130 is provided in the refrigerant discharge path 124. The first temperature sensor 130 may also be provided in the refrigerant supply path 122. The first temperature sensor 130 may also detect the outlet temperature of the reactant gas. In this case, the first temperature sensor 130 is provided, for example, in the fuel gas discharge port 12b. The above refrigerant temperature or the above outlet temperature corresponds to the internal temperature of the fuel cell stack 12 (stack temperature).
分流弁132は、分流路125が冷媒供給路122に合流する合流部分に設けられる。なお、分流弁132は、分流路125が冷媒排出路124から分岐する分岐部分に設けられてもよい。分流弁132は、開度を調整可能である。分流弁132の開度に応じて、ラジエータ128に供給される冷媒の量が調整される。分流弁132の開度は、制御装置24に制御される。 The flow dividing valve 132 is provided at the junction where the branch path 125 joins the refrigerant supply path 122. The flow dividing valve 132 may also be provided at the branch point where the branch path 125 branches off from the refrigerant discharge path 124. The opening of the flow dividing valve 132 is adjustable. The amount of refrigerant supplied to the radiator 128 is adjusted according to the opening of the flow dividing valve 132. The opening of the flow dividing valve 132 is controlled by the control device 24.
空調システム22は、冷媒流路140を備える。また、空調システム22は、ポンプ142と、ヒータ144と、弁体146と、第2温度センサ160とを備える。 The air conditioning system 22 includes a refrigerant flow path 140. The air conditioning system 22 also includes a pump 142, a heater 144, a valve body 146, and a second temperature sensor 160.
冷媒流路140は、冷却システム20の冷媒流路120とは別個に備えられている。即ち、冷媒流路140は、冷媒流路120とは異なる。空調システム22の冷媒流路140と、冷却システム20の冷媒流路120とは、連通路148を介して接続され得る。連通路148は、部分流路148Aと部分流路148Bとを有する。 The refrigerant flow path 140 is provided separately from the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20. That is, the refrigerant flow path 140 is different from the refrigerant flow path 120. The refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 and the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 can be connected via a communication path 148. The communication path 148 has a partial flow path 148A and a partial flow path 148B.
空調システム22の冷媒流路140を流れる冷媒の材料と、冷却システム20の冷媒流路120を流れる冷媒の材料とは同じである。冷媒流路140を流れる冷媒は、例えば車室内から取り込まれる空気と熱交換する。熱交換された空気は、例えば車室内に供給される。 The refrigerant material flowing through the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 is the same as the refrigerant material flowing through the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20. The refrigerant flowing through the refrigerant flow path 140 exchanges heat with air taken in from, for example, the vehicle cabin. The air that has undergone heat exchange is supplied, for example, to the vehicle cabin.
ポンプ142は、空調システム22の冷媒流路140に備えられる。ヒータ144は、空調システム22の冷媒流路140内の冷媒を加熱する加熱器である。ヒータ144による冷媒の加熱は、例えば制御装置24によって制御される。 The pump 142 is provided in the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22. The heater 144 is a heater that heats the refrigerant in the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22. The heating of the refrigerant by the heater 144 is controlled by, for example, the control device 24.
弁体146は、冷却システム20の冷媒流路120と、空調システム22の冷媒流路140との接続と遮断とを切り替え可能である。この切り替えは、制御装置24によって実行される。弁体146は、三方弁であってもよい。この場合、弁体146は、冷媒流路140と部分流路148Aとの接続部分、及び、冷媒流路140と部分流路148Bとの接続部分にそれぞれ備えられる。 The valve element 146 can switch between connection and disconnection between the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22. This switching is performed by the control device 24. The valve element 146 may be a three-way valve. In this case, the valve element 146 is provided at the connection between the refrigerant flow path 140 and partial flow path 148A, and at the connection between the refrigerant flow path 140 and partial flow path 148B.
第2温度センサ160は、冷媒流路140内の冷媒の温度(冷媒温度)を検出する第2温度検出装置である。本実施形態ではヒータ144の下流側の冷媒の温度を検出しているが、ヒータ144の温度を、冷媒流路140内の冷媒の温度として検出してもよい。 The second temperature sensor 160 is a second temperature detection device that detects the temperature of the refrigerant (refrigerant temperature) in the refrigerant flow path 140. In this embodiment, the temperature of the refrigerant downstream of the heater 144 is detected, but the temperature of the heater 144 may also be detected as the temperature of the refrigerant in the refrigerant flow path 140.
制御装置24は、ECU(Electronic Control Unit)により構成され得る。制御装置24は、演算部136と、記憶部138とを備える。演算部136は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサである。即ち、演算部136は、処理回路(processing circuitry)によって構成され得る。演算部136は、取得部150と、発電制御部152と、熱制御部154とを備える。取得部150と、発電制御部152と、熱制御部154とは、記憶部138に記憶されているプログラムが演算部136によって実行されることによって実現され得る。 The control device 24 may be configured with an ECU (Electronic Control Unit). The control device 24 includes a calculation unit 136 and a memory unit 138. The calculation unit 136 is, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit). In other words, the calculation unit 136 may be configured with processing circuitry. The calculation unit 136 includes an acquisition unit 150, a power generation control unit 152, and a thermal control unit 154. The acquisition unit 150, the power generation control unit 152, and the thermal control unit 154 may be realized by the calculation unit 136 executing a program stored in the memory unit 138.
取得部150と、発電制御部152と、熱制御部154との少なくとも1つが、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路によって実現されてもよい。取得部150と、発電制御部152と、熱制御部154との少なくとも1つが、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって実現されてもよい。 At least one of the acquisition unit 150, power generation control unit 152, and thermal control unit 154 may be implemented by an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field-Programmable Gate Array). At least one of the acquisition unit 150, power generation control unit 152, and thermal control unit 154 may be implemented by an electronic circuit including discrete devices.
取得部150は、制御装置24以外の電子部品(センサ、ECU等)から情報を取得する。発電制御部152は、インジェクタ94、コンプレッサ112、ポンプ126、各バルブ等の動作を制御する。熱制御部154は、分流弁132、ヒータ144、弁体146等の動作を制御する。 The acquisition unit 150 acquires information from electronic components (sensors, ECUs, etc.) other than the control device 24. The power generation control unit 152 controls the operation of the injector 94, compressor 112, pump 126, various valves, etc. The thermal control unit 154 controls the operation of the flow divider valve 132, heater 144, valve element 146, etc.
記憶部138は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。記憶媒体は、不図示の揮発性メモリ及び不図示の不揮発性メモリにより構成される。揮発性メモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)等である。不揮発性メモリは、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等である。データ等が、例えば、揮発性メモリに記憶される。プログラム、テーブル、マップ等が、例えば、不揮発性メモリに記憶される。記憶部138の少なくとも一部が、上述したプロセッサ、集積回路等に備えられてもよい。 The memory unit 138 is a computer-readable storage medium. The storage medium is composed of volatile memory (not shown) and non-volatile memory (not shown). Volatile memory is, for example, RAM (Random Access Memory). Non-volatile memory is, for example, ROM (Read Only Memory) or flash memory. Data, etc., is stored in, for example, the volatile memory. Programs, tables, maps, etc., are stored in, for example, the non-volatile memory. At least a portion of the memory unit 138 may be provided in the processor, integrated circuit, etc. described above.
[2 燃料電池システム10における流体の流れ]
[2-1 アノードシステム16における流体の流れ]
インジェクタ94は、タンク14から供給される燃料ガスを、燃料ガス供給路84の下流に噴射する。インジェクタ94から噴射された燃料ガスは、燃料ガス供給路84を介して、燃料電池スタック12の燃料ガス供給ポート12aに供給される。燃料電池スタック12の内部で反応しなかった燃料ガスは、燃料オフガスとして、燃料電池スタック12の燃料ガス排出ポート12bから排出される。燃料オフガスは、酸素と反応しなかった水素と、電解質膜36を透過した酸化剤ガス中の窒素と、酸素と水素との反応によって生成された水分とを含む。
[2. Fluid Flow in Fuel Cell System 10]
2-1 Fluid Flow in the Anode System 16
The injector 94 injects fuel gas supplied from the tank 14 downstream of the fuel gas supply path 84. The fuel gas injected from the injector 94 is supplied to the fuel gas supply port 12a of the fuel cell stack 12 via the fuel gas supply path 84. The fuel gas that does not react inside the fuel cell stack 12 is discharged as fuel off-gas from the fuel gas discharge port 12b of the fuel cell stack 12. The fuel off-gas contains hydrogen that did not react with oxygen, nitrogen in the oxidant gas that has permeated the electrolyte membrane 36, and moisture produced by the reaction of oxygen and hydrogen.
燃料オフガスは、燃料ガス排出路86を介して気液分離器98に供給される。気液分離器98は、燃料オフガスをガス成分(燃料オフガス)と液体成分(水)とに分離する。気液分離器98から排出される燃料オフガスは、循環路88を介してエジェクタ96に供給される。気液分離器98から吸引された燃料オフガスと、インジェクタ94から噴射された燃料ガスとが、エジェクタ96において合流する。 The fuel off-gas is supplied to the gas-liquid separator 98 via the fuel gas discharge path 86. The gas-liquid separator 98 separates the fuel off-gas into a gas component (fuel off-gas) and a liquid component (water). The fuel off-gas discharged from the gas-liquid separator 98 is supplied to the ejector 96 via the circulation path 88. The fuel off-gas sucked from the gas-liquid separator 98 and the fuel gas injected from the injector 94 merge in the ejector 96.
[2-2 カソードシステム18における流体の流れ]
コンプレッサ112は、車両の外部から吸入した酸化剤ガス(エア)を、酸化剤ガス供給路106の下流に吐出する。コンプレッサ112から吐出された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給路106を介して、燃料電池スタック12の酸化剤ガス供給ポート12cに供給される。燃料電池スタック12の内部で反応しなかった酸化剤ガスは、酸化剤オフガスとして、燃料電池スタック12の酸化剤ガス排出ポート12dから排出される。酸化剤オフガスは、酸化剤ガスに含まれる各成分と、酸素と水素との反応によって生成された水分とを含む。
2-2 Fluid Flow in the Cathode System 18
The compressor 112 discharges oxidant gas (air) taken in from outside the vehicle downstream of the oxidant gas supply channel 106. The oxidant gas discharged from the compressor 112 is supplied to the oxidant gas supply port 12c of the fuel cell stack 12 via the oxidant gas supply channel 106. The oxidant gas that has not reacted inside the fuel cell stack 12 is discharged as oxidant off-gas from the oxidant gas discharge port 12d of the fuel cell stack 12. The oxidant off-gas contains each component contained in the oxidant gas and moisture produced by the reaction of oxygen and hydrogen.
酸化剤オフガスは、酸化剤ガス排出路108を介して希釈器121に排出される。酸化剤オフガスは、水分を含む。加湿器114において、酸化剤オフガスに含まれる水分の一部は、加湿器供給路114Aを流通する酸化剤ガスを加湿するために使用される。 The oxidant off-gas is discharged to the diluter 121 via the oxidant gas discharge path 108. The oxidant off-gas contains moisture. In the humidifier 114, some of the moisture contained in the oxidant off-gas is used to humidify the oxidant gas flowing through the humidifier supply path 114A.
[2-3 冷却システム20における流体の流れ]
ポンプ126は、冷媒を、燃料電池スタック12の冷媒供給ポート12eに向けて吐出する。ポンプ126から吐出された冷媒は、冷媒供給路122を介して燃料電池スタック12の冷媒供給ポート12eに供給される。燃料電池スタック12の内部を流通した冷媒は、燃料電池スタック12の冷媒排出ポート12fから排出される。冷媒排出ポート12fから排出された冷媒は、冷媒排出路124を介してラジエータ128に供給される。ラジエータ128で放熱した冷媒は、ポンプ126に達する。
2-3 Fluid Flow in Cooling System 20
The pump 126 discharges the coolant toward the coolant supply port 12e of the fuel cell stack 12. The coolant discharged from the pump 126 is supplied to the coolant supply port 12e of the fuel cell stack 12 via the coolant supply path 122. The coolant that has circulated inside the fuel cell stack 12 is discharged from the coolant discharge port 12f of the fuel cell stack 12. The coolant discharged from the coolant discharge port 12f is supplied to the radiator 128 via the coolant discharge path 124. The coolant that has dissipated heat in the radiator 128 reaches the pump 126.
なお、冷媒排出ポート12fから排出された冷媒の一部は、ラジエータ128を介することなく、分流路125を介して、冷媒供給路122に流入する。この流入量は、分流弁132の開度に応じて調整される。 Note that a portion of the refrigerant discharged from the refrigerant discharge port 12f flows into the refrigerant supply path 122 via the shunt path 125, without passing through the radiator 128. The amount of this flow-in is adjusted according to the opening of the shunt valve 132.
[2-4 空調システム22における流体の流れ]
ヒータ144は、冷媒流路140内の冷媒を加熱する。冷却システム20の冷媒流路120と空調システム22の冷媒流路140とが遮断されている状態(第1の状態)においては、ヒータ144によって加熱された冷媒は、ポンプ142によって冷媒流路140内を循環する。
2-4 Fluid Flow in Air Conditioning System 22
The heater 144 heats the refrigerant in the refrigerant flow path 140. In a state (first state) in which the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 are blocked, the refrigerant heated by the heater 144 is circulated through the refrigerant flow path 140 by the pump 142.
冷却システム20の冷媒流路120と空調システム22の冷媒流路140とが接続された状態(第2の状態)においては、ヒータ144によって加熱された冷媒は、冷媒流路120内に流入する。即ち、第2の状態では、ヒータ144によって加熱された冷媒は、弁体146を介して連通路148の部分流路148Aに流入する。部分流路148Aに流入した冷媒は、冷却システム20の冷媒流路120に流入し、当該冷媒流路120内の冷媒と合流する。 When the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 are connected (second state), the refrigerant heated by the heater 144 flows into the refrigerant flow path 120. That is, in the second state, the refrigerant heated by the heater 144 flows into the partial flow path 148A of the communication path 148 via the valve body 146. The refrigerant that flows into the partial flow path 148A flows into the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and merges with the refrigerant in the refrigerant flow path 120.
その後、冷媒は、冷媒供給路122を介して燃料電池スタック12に流入し、燃料電池スタック12の内部を流通し、冷媒排出路124又は分流路125を介して冷媒供給路122に流入する。冷媒供給路122に流入する冷媒の一部は、連通路148の部分流路148Bを介して空調システム22の冷媒流路140に流入する。冷媒流路140に流入した冷媒は、ポンプ142に達する。 The refrigerant then flows into the fuel cell stack 12 via the refrigerant supply path 122, circulates through the interior of the fuel cell stack 12, and flows back into the refrigerant supply path 122 via the refrigerant discharge path 124 or the branch path 125. A portion of the refrigerant flowing into the refrigerant supply path 122 flows into the refrigerant path 140 of the air conditioning system 22 via the partial path 148B of the communication path 148. The refrigerant that flows into the refrigerant path 140 reaches the pump 142.
このように第2の状態では、冷媒は、空調システム22の冷媒流路140と、冷却システム20の冷媒流路120と、燃料電池スタック12の内部とを循環する。 In this second state, the refrigerant circulates through the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22, the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20, and the interior of the fuel cell stack 12.
[3 発電制御]
発電制御部152は、要求に応じた電力を負荷26に供給するための第1発電制御と、発電セル28に備えられた電解質膜36を乾燥させるための第2発電制御とを実行可能である。
[3 Power generation control]
The power generation control unit 152 is capable of executing a first power generation control for supplying power according to demand to the load 26 and a second power generation control for drying the electrolyte membrane 36 provided in the power generation cell 28.
図2は、発電制御処理の手順を示すフローチャートである。発電制御部152は、燃料電池システム10を起動するための指令であるシステム起動指令を受けていない状態では、発電制御処理を実行しない。発電制御部152がシステム起動指令を受けると、発電制御処理はステップS1に移行する。 Figure 2 is a flowchart showing the steps of the power generation control process. The power generation control unit 152 does not execute the power generation control process unless it receives a system startup command, which is a command to start up the fuel cell system 10. When the power generation control unit 152 receives a system startup command, the power generation control process proceeds to step S1.
ステップS1において、発電制御部152は、要求に応じた電力を負荷26に供給するための第1発電制御を実行する。発電制御部152は、燃料電池システム10を停止するための指令であるシステム停止指令を受けるまでは第1発電制御を継続する。発電制御部152は、システム停止指令を受けると、第1発電制御を終了する。第1発電制御が終了すると、発電制御処理はステップS2に移行する。 In step S1, the power generation control unit 152 executes first power generation control to supply the load 26 with power according to the request. The power generation control unit 152 continues the first power generation control until it receives a system stop command, which is a command to stop the fuel cell system 10. When it receives the system stop command, the power generation control unit 152 ends the first power generation control. When the first power generation control ends, the power generation control process proceeds to step S2.
ステップS2において、発電制御部152は、第1温度センサ130によって検出される温度(スタック温度)と、所定の温度閾値とを比較する。この温度閾値は、例えば、0℃~5℃の範囲から選択される。スタック温度が温度閾値以上である場合(ステップS2においてNO)、発電制御部152は、所定時間が経過した後に再びスタック温度と温度閾値とを比較する。スタック温度が温度閾値未満である場合(ステップS2においてYES)、発電制御処理はステップS3に移行する。 In step S2, the power generation control unit 152 compares the temperature (stack temperature) detected by the first temperature sensor 130 with a predetermined temperature threshold. This temperature threshold is selected, for example, from a range of 0°C to 5°C. If the stack temperature is equal to or higher than the temperature threshold (NO in step S2), the power generation control unit 152 compares the stack temperature with the temperature threshold again after a predetermined time has elapsed. If the stack temperature is less than the temperature threshold (YES in step S2), the power generation control process proceeds to step S3.
ステップS3において、発電制御部152は、第2発電制御を実行する。第2発電制御が開始されてから所定時間が経過した場合、或いは、燃料電池スタック12のインピーダンスが目標インピーダンスに達した場合、或いは、燃料電池スタック12の温度が所定温度に達した場合、発電制御部152は、発電セル28が乾燥したと判定する。この場合、発電制御部152は、第2発電制御を終了する。第2発電制御が終了すると、発電制御処理は終了する。発電制御部152は、第2発電制御を終了すると、システム起動指令を再び受けるまで、発電制御処理を実行しない。 In step S3, the power generation control unit 152 executes second power generation control. If a predetermined time has elapsed since the start of the second power generation control, or if the impedance of the fuel cell stack 12 reaches the target impedance, or if the temperature of the fuel cell stack 12 reaches a predetermined temperature, the power generation control unit 152 determines that the power generation cells 28 have dried. In this case, the power generation control unit 152 ends the second power generation control. When the second power generation control ends, the power generation control process ends. When the power generation control unit 152 ends the second power generation control, it does not execute the power generation control process until it receives a system startup command again.
システム起動指令は、燃料電池システム10のスイッチ(起動スイッチ)がオンになった場合に供給される。システム停止指令は、燃料電池システム10のスイッチがオフになった場合に供給される。燃料電池システム10のスイッチは、例えば、車両のイグニッションスイッチに相当する。 A system start command is issued when the switch (start switch) of the fuel cell system 10 is turned on. A system stop command is issued when the switch of the fuel cell system 10 is turned off. The switch of the fuel cell system 10 corresponds to, for example, the ignition switch of a vehicle.
第1発電制御では、発電制御部152は、インジェクタ94、コンプレッサ112、ポンプ126、各バルブ等の動作を制御し、発電セル28に通常発電を実施させる。第1発電制御の実行中、発電制御部152は、発電セル28の発電電力が要求発電電力になるように、要求発電電力に基づいてインジェクタ94、コンプレッサ112を制御する。要求発電電力は、例えば、アクセル開度、車速、道路勾配等に基づいて発電制御部152で算出される。 In the first power generation control, the power generation control unit 152 controls the operation of the injector 94, compressor 112, pump 126, various valves, etc., and causes the power generation cell 28 to perform normal power generation. During execution of the first power generation control, the power generation control unit 152 controls the injector 94 and compressor 112 based on the required power generation so that the power generated by the power generation cell 28 becomes the required power generation. The required power generation is calculated by the power generation control unit 152 based on, for example, the accelerator position, vehicle speed, road gradient, etc.
第2発電制御は、第1発電制御における発電効率よりも低い発電効率で発電セル28を発電させる低効率発電制御と、発電セル28に備えられた電解質膜36を乾燥させるために燃料電池スタック12を昇温及び乾燥させる乾燥発電制御とを含む。 The second power generation control includes low-efficiency power generation control, which causes the power generation cells 28 to generate power at a power generation efficiency lower than that of the first power generation control, and dry power generation control, which heats and dries the fuel cell stack 12 in order to dry the electrolyte membrane 36 provided in the power generation cells 28.
低効率発電制御では、第1発電制御での通常運転動作点よりも発電損失の大きな低効率運転動作点にて発電が行われる。低効率発電制御の実行中、発電制御部152は、燃料電池スタック12に供給される酸化剤ガスのストイキ比が比較的小さくなるように、インジェクタ94、コンプレッサ112を制御する。より具体的には、発電制御部152は、第2発電制御の際における酸化剤ガスのストイキ比を、第1発電制御の際における酸化剤ガスのストイキ比より小さく設定する。即ち、第2発電制御の実行中における燃料ガスに対する酸化剤ガスの比を、第1発電制御の実行中における燃料ガスに対する酸化剤ガスの比よりも小さくする。 During low-efficiency power generation control, power is generated at a low-efficiency operating point that results in greater power generation losses than the normal operating point during first power generation control. During low-efficiency power generation control, the power generation control unit 152 controls the injector 94 and compressor 112 so that the stoichiometric ratio of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack 12 is relatively small. More specifically, the power generation control unit 152 sets the stoichiometric ratio of the oxidant gas during second power generation control to a value lower than the stoichiometric ratio of the oxidant gas during first power generation control. In other words, the ratio of oxidant gas to fuel gas during second power generation control is set to a value lower than the ratio of oxidant gas to fuel gas during first power generation control.
これにより、第2発電制御の際に燃料電池スタック12に供給される酸化剤ガスの供給量は、第1発電制御の際に燃料電池スタック12に供給される酸化剤ガスの供給量よりも少なくなる。その結果、第2発電制御においては、通常発電に比べて発電効率が低下する低効率発電が発電セル28で実施される。低効率発電が実施されるため、第2発電制御においては、発電セル28の発熱量が大きくなる。即ち、第2発電制御における発電セル28の発熱量は、第1発電制御における発電セル28の発熱量よりも大きい。 As a result, the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell stack 12 during second power generation control is less than the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell stack 12 during first power generation control. As a result, during second power generation control, low-efficiency power generation is performed in the power generation cells 28, with power generation efficiency reduced compared to normal power generation. Because low-efficiency power generation is performed, the amount of heat generated by the power generation cells 28 increases during second power generation control. In other words, the amount of heat generated by the power generation cells 28 during second power generation control is greater than the amount of heat generated by the power generation cells 28 during first power generation control.
乾燥発電制御は、低効率発電制御の終了後に開始される。例えば、第1温度センサ130で検出される温度が目標温度に達すると、低効率発電制御から乾燥発電制御に切り替えられる。乾燥発電制御では、第1発電制御での通常運転動作点、当該通常運転動作点よりも発電損失の小さい運転動作点、もしくは、当該通常運転動作点と同等の運転動作点にて発電が行われる。即ち、発電制御部152は、インジェクタ94、コンプレッサ112を制御し、第1発電制御と同様の通常運転動作点での定常運転、又は、燃料電池スタック12に供給する燃料ガスに対する酸化剤ガスの比を高めた高ストイキ状態で発電を発電セル28に実施させる。 Dry power generation control is initiated after low-efficiency power generation control ends. For example, when the temperature detected by the first temperature sensor 130 reaches the target temperature, low-efficiency power generation control is switched to dry power generation control. In dry power generation control, power generation is performed at the normal operating point in first power generation control, an operating point with smaller power generation losses than the normal operating point, or an operating point equivalent to the normal operating point. That is, the power generation control unit 152 controls the injector 94 and compressor 112 to cause the power generation cell 28 to perform steady operation at the same normal operating point as in first power generation control, or to generate power in a highly stoichiometric state in which the ratio of oxidant gas to fuel gas supplied to the fuel cell stack 12 is increased.
[4 熱制御]
熱制御部154は、第1発電制御の実施中においては、冷媒流路120に設けられたポンプ126を駆動する。また、第1発電制御の実施中、燃料電池スタック12から冷媒排出路124に排出される冷媒が分流路125を介して冷媒供給路122に供給されることなく、ラジエータ128に供給されるように、熱制御部154は、分流弁132の開度を設定する。なお、熱制御部154は、分流弁132の開度を調整してもよい。
[4. Thermal Control]
During the first power generation control, the thermal control unit 154 drives the pump 126 provided in the coolant flow path 120. Furthermore, during the first power generation control, the thermal control unit 154 sets the opening degree of the shunt valve 132 so that the coolant discharged from the fuel cell stack 12 to the coolant discharge path 124 is supplied to the radiator 128 without being supplied to the coolant supply path 122 via the shunt path 125. Note that the thermal control unit 154 may adjust the opening degree of the shunt valve 132.
また、第1発電制御の実施中、冷却システム20の冷媒流路120と、空調システム22の冷媒流路140とが遮断するように、熱制御部154は、弁体146を制御する。したがって、第1発電制御の実施中には、空調システム22の冷媒流路140内の冷媒は、燃料電池スタック12に供給されない。第1発電制御の実施中には、冷却システム20の冷媒流路120内の冷媒だけが、燃料電池スタック12に供給される。なお、第1発電制御の実施中、冷却システム20の冷媒流路120と、空調システム22の冷媒流路140とが任意の期間だけ接続するように、熱制御部154は弁体146を制御してもよい。 Furthermore, while the first power generation control is being performed, the thermal control unit 154 controls the valve element 146 so that the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 are blocked. Therefore, while the first power generation control is being performed, the refrigerant in the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 is not supplied to the fuel cell stack 12. While the first power generation control is being performed, only the refrigerant in the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 is supplied to the fuel cell stack 12. Note that while the first power generation control is being performed, the thermal control unit 154 may also control the valve element 146 so that the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 are connected for a desired period of time.
図3は、第2発電制御の実施中における熱制御処理の手順を示すフローチャートである。熱制御部154は、第2発電制御の実施中においては、予め定められた熱制御処理を実行する。熱制御処理は、第2発電制御が開始されるとステップS11に移行する。 Figure 3 is a flowchart showing the steps of the heat control process during the second power generation control. The heat control unit 154 executes a predetermined heat control process during the second power generation control. The heat control process proceeds to step S11 when the second power generation control is started.
ステップS11において、熱制御部154は、冷媒流路120に設けられたポンプ126と、冷媒流路140に設けられたポンプ142とを駆動する。ポンプ126及びポンプ142の駆動には、バッテリ26Aから供給される電力が用いられてもよいし、第2発電制御によって発電セル28から発生する電力が用いられてもよい。また、熱制御部154は、燃料電池スタック12から冷媒排出路124に排出される冷媒がラジエータ128に供給されることなく冷媒供給路122に供給されるように、分流弁132の開度を設定する。ポンプ126及びポンプ142が駆動されるとともに分流弁132の開度が設定されると、熱制御処理はステップS12に移行する。 In step S11, the thermal control unit 154 drives the pump 126 provided in the refrigerant flow path 120 and the pump 142 provided in the refrigerant flow path 140. The pump 126 and the pump 142 may be driven using power supplied from the battery 26A, or may be driven using power generated from the power generating cell 28 by second power generation control. The thermal control unit 154 also sets the aperture of the diverter valve 132 so that the refrigerant discharged from the fuel cell stack 12 to the refrigerant discharge path 124 is supplied to the refrigerant supply path 122 without being supplied to the radiator 128. Once the pumps 126 and 142 are driven and the aperture of the diverter valve 132 is set, the thermal control process proceeds to step S12.
ステップS12において、熱制御部154は、弁体146を制御して、冷却システム20の冷媒流路120と空調システム22の冷媒流路140とを接続する。冷却システム20の冷媒流路120と空調システム22の冷媒流路140とを接続するタイミングは、第2発電制御が開始されてから所定時間が経過したタイミングであってもよい。 In step S12, the thermal control unit 154 controls the valve element 146 to connect the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 to the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22. The timing for connecting the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 to the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 may be when a predetermined time has elapsed since the second power generation control was started.
冷却システム20の冷媒流路120と空調システム22の冷媒流路140とが接続されると、発電セル28の発電により生じる熱と、ヒータ144によって加熱される冷媒の熱とによって発電セル28を暖めることが可能となる。したがって、発電セル28の発電により生じる熱だけで発電セル28を暖める場合に比べて、発電セル28を迅速かつ十分に暖めることができる。冷却システム20の冷媒流路120と空調システム22の冷媒流路140とが接続された後、熱制御処理はステップS13に移行する。 When the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 are connected, the power generating cells 28 can be heated using the heat generated by the power generation of the power generating cells 28 and the heat of the refrigerant heated by the heater 144. Therefore, the power generating cells 28 can be heated more quickly and sufficiently than when the power generating cells 28 are heated using only the heat generated by the power generation of the power generating cells 28. After the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 are connected, the heat control process proceeds to step S13.
ステップS13において、熱制御部154は、バッテリ26Aの残容量が所定の残容量閾値以上であるか否かを判定する。バッテリ26Aの残容量は、例えば、バッテリ26Aに設けられる容量センサ等から取得される。バッテリ26Aの残容量が所定の残容量閾値未満である場合(ステップS13においてNO)、熱制御処理はステップS14に移行する。一方、バッテリ26Aの残容量が所定の残容量閾値以上である場合(ステップS13においてYES)、熱制御処理はステップS15に移行する。 In step S13, the thermal control unit 154 determines whether the remaining capacity of battery 26A is equal to or greater than a predetermined remaining capacity threshold. The remaining capacity of battery 26A is obtained, for example, from a capacity sensor provided in battery 26A. If the remaining capacity of battery 26A is less than the predetermined remaining capacity threshold (NO in step S13), the thermal control process proceeds to step S14. On the other hand, if the remaining capacity of battery 26A is equal to or greater than the predetermined remaining capacity threshold (YES in step S13), the thermal control process proceeds to step S15.
ステップS14において、熱制御部154は、バッテリ26Aに対して充電を行うとともに、当該バッテリ26Aから供給される電力を用いてヒータ144を駆動する。即ち、熱制御部154は、第2発電制御によって発電セル28から発生する電力がバッテリ26Aに供給されるように電力供給経路を設定する。また、熱制御部154は、バッテリ26Aからヒータ144に電力が供給されるように電力供給経路を設定する。これにより、バッテリ26Aの消費電力を抑えながら、ヒータ144を駆動することができる。バッテリ26Aから供給される電力を用いたヒータ144の駆動が開始されると、熱制御処理はステップS16に移行する。 In step S14, the thermal control unit 154 charges the battery 26A and drives the heater 144 using the power supplied from the battery 26A. That is, the thermal control unit 154 sets a power supply path so that the power generated from the power generation cell 28 by the second power generation control is supplied to the battery 26A. The thermal control unit 154 also sets a power supply path so that power is supplied from the battery 26A to the heater 144. This makes it possible to drive the heater 144 while suppressing the power consumption of the battery 26A. When driving of the heater 144 using the power supplied from the battery 26A begins, the thermal control process proceeds to step S16.
ステップS15において、熱制御部154は、第2発電制御によって発電セル28から発生する電力を用いてヒータ144を駆動する。即ち、熱制御部154は、発電セル28から発生する電力がヒータ144に供給されるように電力供給経路を設定し、当該電力をヒータ144に消費させる。これにより、バッテリ26Aへの過度の電力の蓄積を抑制しながら、ヒータ144を駆動することができる。発電セル28から発生する電力を用いたヒータ144の駆動が開始されると、熱制御処理はステップS16に移行する。 In step S15, the thermal control unit 154 drives the heater 144 using the power generated from the power generation cell 28 through the second power generation control. That is, the thermal control unit 154 sets a power supply path so that the power generated from the power generation cell 28 is supplied to the heater 144, and causes the heater 144 to consume that power. This makes it possible to drive the heater 144 while suppressing excessive power accumulation in the battery 26A. When driving of the heater 144 using the power generated by the power generation cell 28 begins, the thermal control process proceeds to step S16.
ステップS16において、熱制御部154は、第1温度センサ130によって検出される冷媒温度を、目標温度と比較する。冷媒温度が目標温度以上である場合(ステップS16においてYES)、熱制御処理はステップS17に移行する。一方、冷媒温度が目標温度未満である場合(ステップS16においてNO)、熱制御処理はステップS18に移行する。 In step S16, the heat control unit 154 compares the refrigerant temperature detected by the first temperature sensor 130 with the target temperature. If the refrigerant temperature is equal to or higher than the target temperature (YES in step S16), the heat control process proceeds to step S17. On the other hand, if the refrigerant temperature is lower than the target temperature (NO in step S16), the heat control process proceeds to step S18.
ステップS17において、熱制御部154は、第1温度センサ130によって検出される冷媒温度に応じて、分流弁132の開度を調整する。分流弁132の開度は、第1温度センサ130によって検出される温度が大きいほど、ラジエータ128に供給される冷媒の量が多くなるように調整される。これにより、燃料電池スタック12の温度を目標温度に維持させることができる。分流弁132の開度が調整されると、熱制御処理はステップS18に移行する。 In step S17, the thermal control unit 154 adjusts the opening of the diverter valve 132 according to the refrigerant temperature detected by the first temperature sensor 130. The opening of the diverter valve 132 is adjusted so that the amount of refrigerant supplied to the radiator 128 increases as the temperature detected by the first temperature sensor 130 increases. This allows the temperature of the fuel cell stack 12 to be maintained at the target temperature. Once the opening of the diverter valve 132 has been adjusted, the thermal control process proceeds to step S18.
ステップS18において、熱制御部154は、第2温度センサ160によって検出される冷媒温度を、所定の温度閾値と比較する。温度閾値は、上記の目標温度よりも高く設定される。冷媒流路140を流通する冷媒温度が温度閾値以上の場合(ステップS18においてYES)、熱制御処理はステップS19に移行する。一方、冷媒流路140を流通する冷媒温度が温度閾値未満である場合(ステップS18においてNO)、熱制御処理はステップS17に戻る。 In step S18, the heat control unit 154 compares the refrigerant temperature detected by the second temperature sensor 160 with a predetermined temperature threshold. The temperature threshold is set higher than the target temperature. If the temperature of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 140 is equal to or higher than the temperature threshold (YES in step S18), the heat control process proceeds to step S19. On the other hand, if the temperature of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 140 is lower than the temperature threshold (NO in step S18), the heat control process returns to step S17.
ステップS19において、熱制御部154は、ヒータ144への電力の供給を遮断してヒータ144を停止する。ヒータ144が停止されると、熱制御処理はステップS17に戻る。 In step S19, the heat control unit 154 cuts off the supply of power to the heater 144 to stop the heater 144. Once the heater 144 has been stopped, the heat control process returns to step S17.
以上の熱制御処理が第2発電制御の実施中に実行される。なお、第2発電制御が終了すると、熱制御部154は、ポンプ126及びポンプ142を停止する。また、上述のステップS19においてヒータ144が停止されていない場合、第2発電制御が終了すると、熱制御部154は、ヒータ144を停止する。 The above heat control process is performed while the second power generation control is being performed. When the second power generation control ends, the heat control unit 154 stops the pump 126 and the pump 142. Furthermore, if the heater 144 was not stopped in step S19 described above, the heat control unit 154 stops the heater 144 when the second power generation control ends.
[5 上記実施形態の作用効果]
上記の実施形態において、システム停止指令に基づいて第1発電制御が終了した後、スタック温度が温度閾値未満である場合に、制御装置24は、第2発電制御を開始する。まず、制御装置24は、第1発電制御における酸化剤ガスのストイキ比よりも第2発電制御における酸化剤ガスのストイキ比を小さく設定して低効率発電制御を実行する。その後、制御装置24は、第1発電制御における酸化剤ガスのストイキ比以上に酸化剤ガスのストイキ比を設定して乾燥発電制御を実行する。これにより、電解質膜36を良好に乾燥させることができる。その結果、低温時における発電セル28の起動を良好に実施することが可能となる。また、水分が凍ることに起因する電解質膜36の劣化が抑制される。
[5. Effects of the above embodiment]
In the above embodiment, after the first power generation control ends based on a system stop command, if the stack temperature is below the temperature threshold, the control device 24 starts the second power generation control. First, the control device 24 executes low-efficiency power generation control by setting the stoichiometric ratio of the oxidant gas in the second power generation control to be lower than the stoichiometric ratio of the oxidant gas in the first power generation control. Then, the control device 24 executes dry power generation control by setting the stoichiometric ratio of the oxidant gas to be equal to or higher than the stoichiometric ratio of the oxidant gas in the first power generation control. This allows the electrolyte membrane 36 to be satisfactorily dried. As a result, the power generation cell 28 can be started up satisfactorily at low temperatures. Furthermore, deterioration of the electrolyte membrane 36 due to freezing of water is suppressed.
バッテリ26Aの残容量が所定の残容量閾値以上の状態で第2発電制御を行う場合、制御装置24は、冷却システム20の冷媒流路120と、空調システム22の冷媒流路140とが互いに接続された状態で、発電セル28から発生する電力をヒータ144に消費させる。 When the second power generation control is performed when the remaining capacity of the battery 26A is equal to or greater than a predetermined remaining capacity threshold, the control device 24 causes the heater 144 to consume the power generated by the power generation cell 28 while the refrigerant flow path 120 of the cooling system 20 and the refrigerant flow path 140 of the air conditioning system 22 are connected to each other.
これにより、冷媒流路120と冷媒流路140とが接続されていない場合に比べて、ヒータ144によって加熱される冷媒の温度上昇が緩やかになる。そのため、冷媒流路120と冷媒流路140とが接続されていない場合に比べて、発電セル28から発生する電力がヒータ144によって消費される時間を長くすることができる。したがって、バッテリ26Aの残容量が多い場合であっても第2発電制御を比較的長く継続させることができる。このように実施形態によれば、発電セル28から発生する電力の消費を良好に行うことができる。 As a result, the temperature of the refrigerant heated by the heater 144 rises more slowly than when the refrigerant flow path 120 and the refrigerant flow path 140 are not connected. Therefore, the time during which the power generated by the power generating cell 28 is consumed by the heater 144 can be extended compared to when the refrigerant flow path 120 and the refrigerant flow path 140 are not connected. Therefore, even when the remaining capacity of the battery 26A is high, the second power generation control can be continued for a relatively long period of time. In this way, according to this embodiment, the power generated by the power generating cell 28 can be consumed efficiently.
また、制御装置24は、第1温度センサ130により検出される冷媒温度に応じて、冷媒流路120に設けられた分流弁132を制御し、ラジエータ128によって放熱される冷媒の流量を調整する。これにより、燃料電池スタック12の温度を目標温度に維持させながら、発電セル28から発生する電力をヒータ144に消費させることができる。 The control device 24 also controls the diverter valve 132 provided in the refrigerant flow path 120 in accordance with the refrigerant temperature detected by the first temperature sensor 130, adjusting the flow rate of the refrigerant whose heat is dissipated by the radiator 128. This allows the heater 144 to consume the power generated by the power generating cell 28 while maintaining the temperature of the fuel cell stack 12 at a target temperature.
より具体的には、燃料電池スタックの温度が目標温度未満である場合、制御装置24は、分流弁132を閉弁状態とする。これにより、冷媒流路140及び冷媒流路120の温度が上がりにくくなることを抑制することができる。また、燃料電池スタックの温度が目標温度以上である場合、制御装置24は、分流弁132を開弁状態とする。これにより、ラジエータ128によってヒータ144に流入する冷媒温度を低下させることができ、その結果、発電セル28から発生する電力がヒータ144で消費される時間を更に延長することが可能となる。 More specifically, when the temperature of the fuel cell stack is below the target temperature, the control device 24 closes the diverter valve 132. This prevents the temperatures of the refrigerant flow path 140 and the refrigerant flow path 120 from rising too easily. Furthermore, when the temperature of the fuel cell stack is equal to or higher than the target temperature, the control device 24 opens the diverter valve 132. This allows the radiator 128 to lower the temperature of the refrigerant flowing into the heater 144, thereby further extending the time during which the power generated by the power generating cell 28 is consumed by the heater 144.
また、冷媒流路140を流通する冷媒温度が所定の温度閾値以上になった場合、制御装置24は、ヒータ144による電力の消費を停止させる。これにより、冷媒が過度に暖まることを抑制することができる。特にヒータ144が故障した場合においても冷媒が過度に暖まることを抑制することができる。 Furthermore, if the temperature of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 140 exceeds a predetermined temperature threshold, the control device 24 stops the heater 144 from consuming power. This prevents the refrigerant from heating excessively. In particular, even if the heater 144 fails, the refrigerant can be prevented from heating excessively.
[6 上記実施形態の変形例]
上記実施形態は、下記のように変形されてもよい。
[6. Modifications of the above embodiment]
The above embodiment may be modified as follows.
(変形例1)
熱制御部154は、バッテリ26Aの残容量が所定の残容量閾値未満である場合に、バッテリ26Aから供給される電力と、第2発電制御によって発電セル28から発生する電力との双方を用いてヒータ144を駆動してもよい。なお、本変形例では、熱制御部154は、バッテリ26Aの残容量が所定の残容量閾値以上である場合、第2発電制御によって発電セル28から発生する電力のみを用いてヒータ144を駆動する。
(Variation 1)
When the remaining capacity of the battery 26A is less than a predetermined remaining capacity threshold, the thermal control unit 154 may drive the heater 144 using both the power supplied from the battery 26A and the power generated by the power generating cell 28 through the second power generation control. In this modification, when the remaining capacity of the battery 26A is equal to or greater than the predetermined remaining capacity threshold, the thermal control unit 154 drives the heater 144 using only the power generated by the power generating cell 28 through the second power generation control.
(変形例2)
ラジエータ128がファン128Fを有する場合、制御装置24は、次のようにファン制御を実行してもよい。
(Variation 2)
If the radiator 128 has a fan 128F, the control device 24 may perform fan control as follows.
即ち、第1発電制御を行う場合、制御装置24は、ファン128Fを駆動する。ファン128Fの駆動には、バッテリ26Aから供給される電力が用いられてもよいし、第1発電制御によって発電セル28から発生する電力が用いられてもよい。また、第1発電制御の実行中、制御装置24は、第1温度センサ130によって検出される温度に応じて、ファン128Fの回転数を調整してもよい。 That is, when performing first power generation control, the control device 24 drives the fan 128F. The fan 128F may be driven using power supplied from the battery 26A, or may be driven using power generated by the power generation cell 28 through the first power generation control. Furthermore, while the first power generation control is being performed, the control device 24 may adjust the rotation speed of the fan 128F depending on the temperature detected by the first temperature sensor 130.
一方、バッテリ26Aの残容量が残容量閾値以上の状態で第2発電制御を行う場合、制御装置24は、ファン128Fを停止する。これにより、ファン128Fを停止しない場合に比べて燃料電池スタック12の温度を高めることができ、その結果、電解質膜36を効率よく乾燥させることができる。また、起動スイッチがオフの際に実行される第2発電制御中に、ノイズレベルを低減することができる。 On the other hand, when the second power generation control is performed when the remaining capacity of the battery 26A is equal to or greater than the remaining capacity threshold, the control device 24 stops the fan 128F. This allows the temperature of the fuel cell stack 12 to be increased compared to when the fan 128F is not stopped, and as a result, the electrolyte membrane 36 can be dried more efficiently. Furthermore, the noise level can be reduced during the second power generation control, which is performed when the start switch is off.
[7 付記]
上述した開示に関し、更に以下の付記を開示する。
[7. Supplementary Note]
In addition to the above disclosure, the following additional notes are also disclosed.
(付記1)
本開示は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セル(28)を含む燃料電池スタック(12)と、前記発電セルから発生する電力を蓄積可能なバッテリ(26A)と、前記燃料電池スタックの冷却に用いられる放熱器(128)と、前記燃料電池スタックと前記放熱器との間で冷媒を循環させる第1の冷媒流路(120)と、前記第1の冷媒流路とは異なる第2の冷媒流路(140)との間で、接続と遮断とを切り替え可能な弁体(146)と、前記第2の冷媒流路を流れる前記冷媒を加熱する加熱器(144)と、前記発電セルの発電制御を行う制御装置(24)と、を有する燃料電池システム(10)であって、前記制御装置は、第1発電制御と、前記燃料電池システムを停止するためのシステム停止指令に基づいて行われる第2発電制御とを実行可能であり、前記第2発電制御は、前記第1発電制御における発電効率よりも低い前記発電効率で前記発電セルを発電させる低効率発電制御を含み、前記バッテリの残容量が所定の残容量閾値以上の状態で前記第2発電制御を行う場合、前記制御装置は、前記第1の冷媒流路と前記第2の冷媒流路とが互いに接続された状態で、前記発電セルから発生する前記電力を前記加熱器に消費させる。
(Appendix 1)
The present disclosure relates to a fuel cell stack (12) including a power generation cell (28) that generates power through an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a battery (26A) capable of storing the power generated by the power generation cell, a radiator (128) used to cool the fuel cell stack, a first refrigerant flow path (120) that circulates a refrigerant between the fuel cell stack and the radiator, and a second refrigerant flow path (140) different from the first refrigerant flow path, a valve body (146) that can switch between connection and disconnection between the first refrigerant flow path and a second refrigerant flow path (140), a heater (144) that heats the refrigerant flowing through the second refrigerant flow path, and a control device ( 24), wherein the control device is capable of executing first power generation control and second power generation control that is performed based on a system stop command for stopping the fuel cell system, and the second power generation control includes low-efficiency power generation control that causes the power generation cell to generate power at a power generation efficiency that is lower than the power generation efficiency in the first power generation control, and when the second power generation control is performed in a state where the remaining capacity of the battery is equal to or greater than a predetermined remaining capacity threshold, the control device causes the heater to consume the power generated from the power generation cell in a state where the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path are connected to each other.
上記によれば、第1の冷媒流路と第2の冷媒流路とが接続されていない場合に比べて、加熱器によって加熱される冷媒の温度上昇が緩やかになる。そのため、第1の冷媒流路と第2の冷媒流路とが接続されていない場合に比べて、発電セルから発生する電力が加熱器によって消費される時間を長くすることができる。したがって、バッテリの残容量が多い場合であっても第2発電制御を比較的長く継続させることができる。その結果、発電セルから発生する電力の消費を良好に行うことができる。 As a result of the above, the temperature of the refrigerant heated by the heater rises more slowly than when the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path are not connected. Therefore, the time during which the power generated by the power generation cell is consumed by the heater can be extended compared to when the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path are not connected. Therefore, even when the remaining battery capacity is high, the second power generation control can be continued for a relatively long period of time. As a result, the power generated by the power generation cell can be consumed efficiently.
(付記2)
付記1に記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックの温度を検出可能な第1温度検出装置(130)を備え、前記第1の冷媒流路は、前記燃料電池スタックの冷媒供給ポート(12e)と前記放熱器の流体排出口とを接続する冷媒供給路(122)と、前記燃料電池スタックの冷媒排出ポート(12f)と前記放熱器の流体供給口とを接続する冷媒排出路(124)と、前記冷媒供給路と前記冷媒排出路とを接続する分流路(125)とを有し、前記分流路と前記冷媒供給路との接続部分、又は、前記分流路と前記冷媒排出路との接続部分には、開度を調整可能な分流弁(132)が設けられ、前記制御装置は、前記燃料電池スタックの温度に応じて前記分流弁を制御し、前記放熱器によって放熱される前記冷媒の流量を調整してもよい。
(Appendix 2)
The fuel cell system described in Appendix 1 includes a first temperature detection device (130) capable of detecting the temperature of the fuel cell stack, and the first refrigerant flow path has a refrigerant supply path (122) connecting a refrigerant supply port (12e) of the fuel cell stack and a fluid discharge port of the radiator, a refrigerant discharge path (124) connecting a refrigerant discharge port (12f) of the fuel cell stack and a fluid supply port of the radiator, and a branch path (125) connecting the refrigerant supply path and the refrigerant discharge path, and a branch valve (132) whose opening degree can be adjusted is provided at the connection between the branch path and the refrigerant supply path or at the connection between the branch path and the refrigerant discharge path, and the control device controls the branch valve in accordance with the temperature of the fuel cell stack to adjust the flow rate of the refrigerant radiated by the radiator.
上記によれば、燃料電池スタックの温度を目標温度に維持させながら、発電セルから発生する電力を加熱器に消費させることができる。なお、燃料電池スタックの温度が目標温度未満である場合に分流弁が閉弁状態になると、第1の冷媒流路と第2の冷媒流路の温度が上がりにくくなることを抑制することができる。また、燃料電池スタックの温度が目標温度以上である場合に分流弁が開弁状態になると、放熱器によって加熱器に流入する冷媒温度が低下することで発電セルから発生する電力が加熱器によって消費される時間を更に延長することが可能となる。 As described above, the temperature of the fuel cell stack can be maintained at a target temperature while the heater consumes the power generated by the power generation cells. Furthermore, if the diverter valve is closed when the temperature of the fuel cell stack is below the target temperature, it is possible to prevent the temperatures of the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path from becoming difficult to increase. Furthermore, if the diverter valve is open when the temperature of the fuel cell stack is above the target temperature, the radiator reduces the temperature of the refrigerant flowing into the heater, thereby further extending the time during which the heater consumes the power generated by the power generation cells.
(付記3)
付記1に記載の燃料電池システムであって、前記放熱器は、ファン(128F)を備え、前記バッテリの残容量が前記残容量閾値以上の状態で前記第2発電制御を行う場合、前記制御装置は、前記ファンを停止させた状態で、前記発電セルから発生する前記電力を前記加熱器に消費させてもよい。
(Appendix 3)
In the fuel cell system described in Appendix 1, the radiator is equipped with a fan (128F), and when the second power generation control is performed when the remaining capacity of the battery is equal to or greater than the remaining capacity threshold, the control device may stop the fan and have the heater consume the power generated from the power generation cell.
上記によれば、ファンを停止しない場合に比べて発電セルの発熱量を高めることができ、その結果、電解質膜を効率よく乾燥させることができる。また、第2発電制御の実行中に、ファンを駆動させた場合と比較してノイズレベルを低減することができる。 As a result of the above, the amount of heat generated by the power generation cell can be increased compared to when the fan is not stopped, and as a result, the electrolyte membrane can be dried more efficiently. Furthermore, the noise level can be reduced compared to when the fan is driven during execution of the second power generation control.
(付記4)
付記1に記載の燃料電池システムであって、前記第2の冷媒流路の温度を検出可能な第2温度検出装置(160)を備え、前記第2の冷媒流路の温度が所定の温度閾値以上になった場合に、前記制御装置は、前記加熱器による前記電力の消費を停止させてもよい。
(Appendix 4)
The fuel cell system described in Appendix 1 may be provided with a second temperature detection device (160) capable of detecting the temperature of the second refrigerant flow path, and when the temperature of the second refrigerant flow path becomes equal to or higher than a predetermined temperature threshold, the control device may stop the consumption of power by the heater.
上記によれば、冷媒が過度に暖まることを抑制することができる。特に加熱器が故障した場合においても冷媒が過度に暖まることを抑制することができる。 The above prevents the refrigerant from heating excessively. In particular, it prevents the refrigerant from heating excessively even if the heater fails.
(付記5)
付記1に記載の燃料電池システムであって、前記低効率発電制御における前記酸化剤ガスのストイキ比は、前記第1発電制御における前記酸化剤ガスの前記ストイキ比よりも小さくてもよい。
(Appendix 5)
In the fuel cell system according to Supplementary Note 1, the stoichiometric ratio of the oxidant gas in the low-efficiency power generation control may be lower than the stoichiometric ratio of the oxidant gas in the first power generation control.
上記によれば、第1発電制御に比べて発電セルの発熱量が増加するため、電解質膜を良好に乾燥させることができる。その結果、水分が凍ることに起因する電解質膜の劣化が抑制される。 As a result of the above, the amount of heat generated by the power generation cell increases compared to the first power generation control, allowing the electrolyte membrane to be dried effectively. As a result, deterioration of the electrolyte membrane due to freezing of water is suppressed.
なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。 The present invention is not limited to the above disclosure, and various configurations may be adopted without departing from the spirit of the present invention.
10…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
20…冷却システム 22…空調システム
24…制御装置 28…発電セル
36…電解質膜 120、140…冷媒流路
128…ラジエータ 144…ヒータ
REFERENCE SIGNS LIST 10 fuel cell system 12 fuel cell stack 20 cooling system 22 air conditioning system 24 control device 28 power generation cell 36 electrolyte membrane 120, 140 refrigerant flow path 128 radiator 144 heater
Claims (4)
前記発電セルから発生する電力を蓄積可能なバッテリと、
前記燃料電池スタックの冷却に用いられる放熱器と、
前記燃料電池スタックと前記放熱器との間で冷媒を循環させる第1の冷媒流路と、前記第1の冷媒流路とは異なる第2の冷媒流路との間で、接続と遮断とを切り替え可能な弁体と、
前記第2の冷媒流路を流れる前記冷媒を加熱する加熱器と、
前記発電セルの発電制御を行う制御装置と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御装置は、第1発電制御と、前記燃料電池システムを停止するためのシステム停止指令に基づいて行われる第2発電制御とを実行可能であり、
前記第2発電制御は、前記第1発電制御における発電効率よりも低い前記発電効率で前記発電セルを発電させる低効率発電制御を含み、
前記バッテリの残容量が所定の残容量閾値以上の状態で前記第2発電制御を行う場合、前記制御装置は、前記第1の冷媒流路と前記第2の冷媒流路とが互いに接続された状態で、前記発電セルから発生する前記電力を前記加熱器に消費させ、
前記燃料電池スタックの温度を検出可能な第1温度検出装置と、
前記加熱器の温度を検出可能な第2温度検出装置と、
を備え、
前記第1の冷媒流路は、前記燃料電池スタックの冷媒供給ポートと前記放熱器の流体排出口とを接続する冷媒供給路と、前記燃料電池スタックの冷媒排出ポートと前記放熱器の流体供給口とを接続する冷媒排出路と、前記冷媒供給路と前記冷媒排出路とを接続する分流路とを有し、
前記分流路と前記冷媒供給路との接続部分、又は、前記分流路と前記冷媒排出路との接続部分には、開度を調整可能な分流弁が設けられ、
前記制御装置は、前記燃料電池スタックの温度に応じて前記分流弁を制御し、前記放熱器によって放熱される前記冷媒の流量を調整し、かつ前記第2温度検出装置で検出された温度が所定の温度閾値以上になった場合に前記加熱器による前記電力の消費を停止させる、燃料電池システム。 a fuel cell stack including a power generation cell that generates electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
a battery capable of storing the power generated by the power generation cell;
a radiator used to cool the fuel cell stack;
a valve body that can switch between connection and disconnection between a first refrigerant flow path that circulates a refrigerant between the fuel cell stack and the radiator and a second refrigerant flow path that is different from the first refrigerant flow path;
a heater that heats the refrigerant flowing through the second refrigerant flow path;
a control device that controls power generation of the power generating cell;
A fuel cell system having:
the control device is capable of executing a first power generation control and a second power generation control that is performed based on a system stop command for stopping the fuel cell system,
the second power generation control includes low-efficiency power generation control in which the power generation cell is caused to generate power at a power generation efficiency lower than the power generation efficiency in the first power generation control,
When the second power generation control is performed in a state where the remaining capacity of the battery is equal to or greater than a predetermined remaining capacity threshold, the control device causes the heater to consume the electric power generated from the power generation cell in a state where the first refrigerant flow path and the second refrigerant flow path are connected to each other ,
a first temperature detection device capable of detecting the temperature of the fuel cell stack;
a second temperature detection device capable of detecting the temperature of the heater;
Equipped with
the first coolant flow path includes a coolant supply path connecting a coolant supply port of the fuel cell stack and a fluid discharge port of the radiator, a coolant discharge path connecting a coolant discharge port of the fuel cell stack and a fluid supply port of the radiator, and a branch path connecting the coolant supply path and the coolant discharge path;
a branch valve whose opening degree is adjustable is provided at a connection portion between the branch flow path and the refrigerant supply path or at a connection portion between the branch flow path and the refrigerant discharge path,
The control device controls the diverter valve in accordance with the temperature of the fuel cell stack, adjusts the flow rate of the refrigerant whose heat is dissipated by the radiator, and stops the consumption of power by the heater when the temperature detected by the second temperature detection device becomes equal to or higher than a predetermined temperature threshold .
前記温度閾値は、前記第1温度検出装置で検出される温度の目標温度よりも高く設定されている、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
A fuel cell system , wherein the temperature threshold is set higher than a target temperature detected by the first temperature detection device .
前記放熱器は、ファンを備え、
前記バッテリの残容量が前記残容量閾値以上の状態で前記第2発電制御を行う場合、前記制御装置は、前記ファンを停止させた状態で、前記発電セルから発生する前記電力を前記加熱器に消費させる、燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
the heat sink comprises a fan;
When the second power generation control is performed while the remaining capacity of the battery is equal to or greater than the remaining capacity threshold, the control device stops the fan and causes the heater to consume the power generated from the power generation cell.
前記低効率発電制御における前記酸化剤ガスのストイキ比は、前記第1発電制御における前記酸化剤ガスの前記ストイキ比よりも小さい、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 ,
A fuel cell system, wherein the stoichiometric ratio of the oxidant gas in the low-efficiency power generation control is lower than the stoichiometric ratio of the oxidant gas in the first power generation control.
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