JP2010277816A - Cooling system for fuel-cell loading vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池搭載車輌の冷却システムに係り、特に、システムを簡素化する技術に関する。 The present invention relates to a cooling system for a vehicle equipped with a fuel cell, and more particularly to a technique for simplifying the system.
燃料電池を搭載した車輌における燃料電池の冷却に関する技術としては、例えば特許文献1や特許文献2に記載された技術が公知である。燃料電池は、発電に際して発熱するが、その温度は管理する必要がある。また、電動駆動系の冷却もモータの過熱やモータを駆動する駆動回路の半導体デバイスの熱破壊を避けるために必要となる。 As a technique related to cooling of a fuel cell in a vehicle equipped with a fuel cell, techniques described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. A fuel cell generates heat during power generation, but its temperature needs to be controlled. Also, cooling of the electric drive system is necessary to avoid overheating of the motor and thermal destruction of the semiconductor device of the drive circuit that drives the motor.
燃料電池と電動駆動系の適切な冷却温度は、異なっている。例えばある種の固体高分子型燃料電池は、95℃程度の温度に保つことが、発電効率の観点から適切となる。一方、半導体デバイスは、熱破壊や熱暴走を防ぐために70℃程度以下に保つ必要がある。このため、従来の車載型の冷却システムでは、燃料電池の冷却系と、電動駆動系の冷却系とは、別系統とされ、2系統の冷却系を備えていた。 The appropriate cooling temperatures for the fuel cell and the electric drive system are different. For example, it is appropriate for a certain polymer electrolyte fuel cell to maintain a temperature of about 95 ° C. from the viewpoint of power generation efficiency. On the other hand, the semiconductor device needs to be kept at about 70 ° C. or lower in order to prevent thermal destruction and thermal runaway. For this reason, in the conventional in-vehicle cooling system, the cooling system for the fuel cell and the cooling system for the electric drive system are separate systems and have two cooling systems.
図6は、従来技術における燃料電池を搭載した車輌の冷却系の概要を示すブロック図である。図6には、車輌に搭載された冷却系500が示されている。図6において、図の上方が車輌の前方となる。冷却系500は、燃料電池用ラジエータ501を備えている。燃料電池用ラジエータ501は、冷却水を空冷する。空冷された冷却水は、ポンプ502によって循環経路503内を流され、燃料電池504に供給される。燃料電池504から熱(反応熱)を奪った冷却水は、燃料電池用ラジエータ501に戻され、そこで再び冷却される。
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a cooling system for a vehicle equipped with a fuel cell according to the prior art. FIG. 6 shows a
燃料電池508の冷却系では、燃料電池504から排出された部分における冷却水の温度が、例えば95℃となるように、ポンプ502の出力が調整される。
In the cooling system of the
他方において、冷却系500は、電動駆動系用ラジエータ505を備えている。電動駆動系用ラジエータ505は、冷却水を空冷し、空冷された冷却水は、ポンプ506によって循環経路507内を流され、電動駆動系508に供給される。電動駆動系508には、例えば駆動力を発生するモータや、このモータを駆動する駆動回路の半導体デバイス等が含まれ、それらが冷却水によって冷却される。電動駆動系を冷却した冷却水は、電動駆動系用ラジエータ505に戻され、そこで再び冷却される。
On the other hand, the
電動駆動系508の冷却系では、電動駆動系508から排出された部分における冷却水の温度が、例えば70℃となるように、ポンプ506の出力が調整される。
In the cooling system of the
図6に示す冷却システムは、燃料電池と電動駆動系とにそれぞれポンプ(502、506)が必要となり構成が複雑となる。また、ポンプ2台分の電源電力が必要となる。このことは、乗用車のように小形化、軽量化、低消費エネルギー化、低コスト化が要求されるシステムに適用する場合に障害となる。 The cooling system shown in FIG. 6 requires a pump (502, 506) for the fuel cell and the electric drive system, and the configuration becomes complicated. In addition, power for two pumps is required. This becomes an obstacle when it is applied to a system that requires miniaturization, weight reduction, low energy consumption, and low cost like a passenger car.
そこで本発明は、燃料電池の冷却系と電動駆動系の冷却系とを統合し、同一のポンプで両冷却系に冷却媒体を循環させる技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for integrating a cooling system of a fuel cell and a cooling system of an electric drive system and circulating a cooling medium through both cooling systems using the same pump.
請求項1に記載の発明は、燃料電池を搭載し電動により走行可能な車輌にあって、車輌の幅方向に延在する複数のラジエータと、前記複数のラジエータからの冷媒の流れの下流側に配置された冷却対象となる電動駆動系の要素と、前記電動駆動系の要素を冷却した後の冷媒により冷却される燃料電池と、前記冷媒に流れを与える冷媒ポンプとを備えることを特徴とする燃料電池搭載車輌の冷却システムである。 The invention according to claim 1 is a vehicle equipped with a fuel cell and capable of traveling by electric drive, and a plurality of radiators extending in a width direction of the vehicle, and a downstream side of a flow of refrigerant from the plurality of radiators. An electric drive system element to be cooled, a fuel cell cooled by a refrigerant after cooling the electric drive system element, and a refrigerant pump for supplying a flow to the refrigerant are provided. This is a cooling system for a fuel cell vehicle.
請求項1に記載の発明によれば、維持温度を相対的に低くする必要のある冷却対象である電動駆動系を冷却した後の冷媒により、維持温度を相対的に高くしてもよい燃料電池の冷却が行われるので、冷媒ポンプが一つであっても冷却バランスを確保することができる。言い替えると、冷却温度が異なる2系統の冷却系を一つの冷媒用ポンプにより動作させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the maintenance temperature may be relatively increased by the refrigerant after cooling the electric drive system that is the cooling target that needs to have a relatively low maintenance temperature. Therefore, even if there is only one refrigerant pump, a cooling balance can be ensured. In other words, two cooling systems having different cooling temperatures can be operated by a single refrigerant pump.
なお、電動駆動系の要素というのは、電動による駆動を行う系を構成する要素のことであり、具体的には、車輌を動かすためのモータ、このモータを駆動するための駆動回路、この駆動回路を構成する電子デバイス、この駆動回路に電力を供給するための電源回路、この電源回路を構成する電子デバイスといったものが挙げられる。この要素は、一つであってもよいし、複数であってもよい。 The elements of the electric drive system are elements that constitute a system that performs electric drive. Specifically, the motor for moving the vehicle, the drive circuit for driving the motor, the drive Examples thereof include an electronic device constituting the circuit, a power supply circuit for supplying power to the drive circuit, and an electronic device constituting the power supply circuit. This element may be one or plural.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記複数のラジエータは、車輌の前進による空気の流れ方向に沿って多段に配置されていることを特徴とする。請求項2に記載の発明によれば、制限された車輌の内部空間を有効に利用した冷媒の冷却を行うことができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the plurality of radiators are arranged in multiple stages along the direction of air flow as the vehicle moves forward. According to the second aspect of the present invention, it is possible to cool the refrigerant by effectively using the limited internal space of the vehicle.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記電動駆動系の要素の上流側に配置され、冷媒の流れを分けるための分岐と、前記分岐から分かれた冷媒を前記電動駆動系の要素をバイパスさせ、その下流側において前記電動駆動系の要素を冷却した冷媒と合流させる冷媒バイパス流路と、前記分岐から分かれた2つの流路の流量比を調整する流量比調整手段とを更に備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a branch for dividing the flow of the refrigerant disposed on the upstream side of the element of the electric drive system and a refrigerant separated from the branch are arranged. A flow rate ratio for adjusting a flow rate ratio between a refrigerant bypass flow path that bypasses the elements of the electric drive system and merges with the refrigerant that has cooled the elements of the electric drive system on the downstream side, and two flow paths separated from the branch And adjusting means.
請求項3に記載の発明によれば、流量比調整手段である、例えば流量分配調整弁の開度を調整することで、燃料電池の温度調整を精密に行える。これにより、燃料電池の発電効率を高く維持できる。また、冷媒ポンプが一つであっても、電動駆動系と燃料電池の温度制御が適切に行える。すなわち、冷媒ポンプが一つであっても、流量分配調整弁の開度を調整することで、分岐から分かれる2系統の流路の流量比が調整され、異なる冷却能力が要求される2系統の冷却系の冷却機能のバランスをとることができる。 According to the third aspect of the present invention, the temperature of the fuel cell can be precisely adjusted by adjusting, for example, the opening degree of the flow rate adjusting valve, which is the flow rate adjusting means. Thereby, the power generation efficiency of the fuel cell can be maintained high. Even if there is only one refrigerant pump, the temperature control of the electric drive system and the fuel cell can be performed appropriately. That is, even if there is only one refrigerant pump, by adjusting the opening of the flow distribution adjusting valve, the flow rate ratio of the two channels separated from the branch is adjusted, and the two systems that require different cooling capacities The cooling function of the cooling system can be balanced.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記電動駆動系の要素を冷却した冷媒の温度を検出する第1の温度センサと、前記燃料電池を冷却した冷媒の温度を検出する第2の温度センサと、前記第1の温度センサおよび前記第2の温度センサの出力に基づいて前流流量比調整手段の制御を行う制御手段とを更に備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the first temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant that has cooled the elements of the electric drive system, and the temperature of the refrigerant that has cooled the fuel cell. The apparatus further includes a second temperature sensor to be detected, and a control unit that controls the upstream flow rate ratio adjusting unit based on outputs of the first temperature sensor and the second temperature sensor.
請求項4に記載の発明によれば、2つの温度センサの出力に基づいて、電動駆動系の要素に供給される冷媒の流量と、電動駆動系をバイパスする冷媒の流量との比率が調整される。この構成では、電動駆動系の要素の温度が上昇し、その更なる冷却の必要があれば、前者の流量が増加される。また、燃料電池の温度が上昇し、その更なる冷却が必要であれば、後者の流量が増加される制御が行われる。これにより、冷媒用ポンプが一つであっても、2系統の冷却機能の管理が適切に行われる。 According to the invention described in claim 4, the ratio between the flow rate of the refrigerant supplied to the elements of the electric drive system and the flow rate of the refrigerant bypassing the electric drive system is adjusted based on the outputs of the two temperature sensors. The In this configuration, the temperature of the element of the electric drive system rises, and if the further cooling is necessary, the former flow rate is increased. If the temperature of the fuel cell rises and further cooling is required, the latter control is performed to increase the flow rate. Thereby, even if there is one refrigerant pump, management of the cooling function of the two systems is appropriately performed.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発明において、燃料電池から排出された冷媒を前記複数のラジエータを通さずに前記電動駆動系の要素に供給する供給手段を更に備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the refrigerant discharged from the fuel cell is supplied to the elements of the electric drive system without passing through the plurality of radiators. The apparatus further comprises supply means.
請求項5に記載の発明によれば、燃料電池の温度が、発電効率が低下する低い温度にある場合、電動駆動系の要素にラジエータを通さない冷媒を供給し、さらに電動駆動系の要素で昇温した冷媒が燃料電池に供給される。これにより燃料電池に熱量が供給され、上述した燃料電池の低温状態の解消が計られる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the temperature of the fuel cell is at a low temperature at which the power generation efficiency is lowered, the refrigerant that does not pass the radiator is supplied to the element of the electric drive system, and further, the element of the electric drive system. The refrigerant whose temperature has been increased is supplied to the fuel cell. As a result, the amount of heat is supplied to the fuel cell, and the low temperature state of the fuel cell described above is eliminated.
本発明によれば、燃料電池の冷却系と電動駆動系の冷却系とを統合し、同一のポンプで両冷却系に冷却媒体を循環させる技術が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling system of a fuel cell and the cooling system of an electric drive system are integrated, and the technique which circulates a cooling medium to both cooling systems with the same pump is provided.
1.第1の実施形態
(冷却システムの構成)
以下、図1を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、車輌に搭載された冷却システムの概要が示されている。図1において、図の上方が車輌の進行方向前方となる。図1には、冷却システムの冷却系の構成が主に示されている。図1には、冷却システム100が示されている。なお、車輌は、電動により走行する機構を備えたものであれば、特に構造が限定されるものではないので、車輌の構造についての説明は省略する。
1. First Embodiment (Configuration of Cooling System)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an outline of a cooling system mounted on a vehicle. In FIG. 1, the upper side of the figure is the front in the traveling direction of the vehicle. FIG. 1 mainly shows the configuration of the cooling system of the cooling system. In FIG. 1, a
冷却システム100は、第1のラジエータ101と第2のラジエータ102を備えている。第1のラジエータ101は、車輌の進行方向前方から見て前側に配置され、その後側に第22のラジエータ102が配置されている。これら2つのラジエータは、車輌の幅方向に延在した構造を有している。冷却水は、冷媒経路103からまず第2のラジエータに供給され、そこで空冷された後、第1のラジエータ101に送られ、そこで更に空冷される。
The
第1のラジエータ101で冷却された冷却水は、サーモ弁104(供給手段)に送られる。サーモ弁104は、冷却水を冷媒流路103から第2のラジエータ102に送らず、バイパス経路105を介して分岐点106にバイパスすることが可能なバイパス弁の機能を有している。サーモ弁104を上述のバイパス状態としない場合、バイパス経路105は閉鎖され、冷媒流路103を流れる冷却水は、第2のラジエータ102に供給される。
The cooling water cooled by the
サーモ弁104の下流側には、流路を2分割する分岐点106が配置されている。分岐点106から分岐される一方の流路は、電動駆動系107に冷却水を導く。分岐点106から分岐される他方の流路は、電動駆動系107をバイパスするバイパス流路であり、流量分配制御弁108(流量比調整手段)に冷却水を導く。
A
電動駆動系107は、冷却水により冷却される要素(被冷却物)となる車輌駆動用のモータ、およびこのモータを駆動する駆動回路の半導体デバイスが含まれている。流量分配制御弁108は、開け閉めが可能な構造を有し、通過する流量を調整する機能を有する。
The
電動駆動系107の下流側に温度センサ1(109)が配置されている。電動駆動系107を冷却し、そこから熱を奪った冷却水の温度が、温度センサ1(109)によって検出される。温度センサ1(109)で温度が検出された冷却水は、流量分配制御弁108からの冷却水と合流し、ポンプ110に送られる。ポンプ110は、冷却水に流れを与えるための装置であり、図示省略したモータにより駆動され、電動駆動系107および流量分配制御弁108から排出される冷却水を燃料電池111に向かって送り出し、冷却システム100内において冷却水を循環させる。
A temperature sensor 1 (109) is disposed downstream of the
燃料電池111は、複数のセルを積層した構造を有し、内部に冷却水を流す冷媒流路を備えている。燃料電池111を冷却した冷却水は、冷媒流路103に排出される。冷媒流路103の燃料電池111の近くには、温度センサ2(112)が配置されている。温度センサ2(112)は、燃料電池111から排出される冷却水の温度を検出する。
The
(冷却水の流れの概要)
まず、サーモ弁104をバイパス状態とせず、冷媒流路103→第2のラジエータ102→第1のラジエータ101→サーモ弁104と流路が設定されている場合における冷却水の流れの概要を簡単に説明する。この場合、冷媒流路103を流れる冷却水は、第2のラジエータ102において冷却された後に、第1のラジエータ101に送られてそこで更に冷却され、サーモ弁104に向かって排出される。
(Outline of cooling water flow)
First, the outline of the flow of the cooling water in the case where the
サーモ弁104を通過した冷却水は、分岐点106で2経路に分岐され、一方は、電動駆動系107を冷却した後に、ポンプ110に送られる。また分岐された他方は、流量分配制御弁108を通った後に、電動駆動系107を冷却した冷却水と合流し、ポンプ110に送られる。ポンプ110でポンピングされた冷却水は、燃料電池111に送られ、燃料電池111を冷却した後に冷媒流路103に送り出される。
The cooling water that has passed through the
サーモ弁104をバイパス状態とした場合、冷媒流路103を流れる冷却水は、バイパス経路105にバイパスされ、第2のラジエータ102および第1のラジエータ101を通らず、サーモ弁104から分岐点106に供給される。その後の冷却水の流れは、サーモ弁104をバイパス状態としない場合と同じである。
When the
上記の冷却水の流れにおいて、流量分配制御弁108の開度(弁の開きの程度)を調整すると、分岐点106で分岐される冷却水の流量比が変化する。例えば、流量分配制御弁108の開度を大きくすると(弁の開き加減を大きくすると)、流量分配制御弁108を流れる冷却水の流量が増加し、電動駆動系107を流れる冷却水の流量が減少する。電動駆動系107を通過した後の冷却水は、流量分配制御弁108を通過した後の冷却水よりも温度が高いので、この場合、燃料電池111に供給される冷却水の温度は低下する。
If the opening degree of the flow distribution control valve 108 (the degree of opening of the valve) is adjusted in the flow of the cooling water, the flow rate ratio of the cooling water branched at the
逆に、流量分配制御弁111の開度を小さくすると(弁の開き加減を小さくすると)、流量分配制御弁108を流れる冷却水の流量が減少し、電動駆動系107を流れる冷却水の流量が増加する。この場合、電動駆動系107を冷却する能力は高まるが、燃料電池111に供給される冷却水の温度は上昇する。
On the contrary, when the opening degree of the flow
(制御系の構成)
図2は、図1に示すシステムの制御系を示すブロック図である。図1に示す制御系は、コントローラ201(制御手段)を備えている。コントローラ201は、コンピュータとしての機能を有し、CPU、メモリ、インタフェース回路を備えている。コントローラ201は、後述する制御手順を実行し、冷却システム100における冷却制御を行う。
(Control system configuration)
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the system shown in FIG. The control system shown in FIG. 1 includes a controller 201 (control means). The
図2には、図1にも示したサーモ弁104、ポンプ110、流量分配制御弁108、温度センサ1(109)および温度センサ2(112)を備えている。コントローラ201は、温度センサ1(109)および温度センサ2(112)の検出信号に基づき、サーモ弁104、ポンプ110および流量分配制御弁108の制御を行う。この制御の具体例について後述する。
2 includes the
(制御の一例)
図3は、図2の制御系において行われる制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図3に示す制御は、図2のコントローラ201内のメモリに記憶された制御プログラムに基づいて、コントローラ201によって実行される。
(Example of control)
FIG. 3 is a flowchart showing an example of an execution procedure of control performed in the control system of FIG. The control shown in FIG. 3 is executed by the
例えば、冷却システム100を搭載した車輌のスタートキーが回された(ONにされた)状態で、ブレーキを解除し、アクセルを踏めば走行が可能な状態とされた場合に、図3の処理が開始される。処理が開始されると(ステップS301)、ポンプ110が始動され(ステップS302)、冷却水の循環が開始される。なお、初期状態において、流量分配制御弁108は、予め実験的に求められた開度に設定されているものとする。
For example, when the vehicle equipped with the
次に、温度センサ2(112)の検出温度が参照され、燃料電池111から排出される冷却水の温度が、予め決められた低温範囲(この例では、10℃以下の範囲)にあるか否かの判定が行われる(ステップS303)。燃料電池111からの冷却水の温度が予め決められた低温範囲であれば、冷媒流路103を流れる冷却水が、第2のラジエータ102および第1のラジエータ101を通らず、サーモ弁104から分岐点106に流れるように、サーモ弁104を切り換える(ステップS304)。こうして、冷媒流路103からの冷却水が、ラジエータで冷却されない状態とされる。
Next, the temperature detected by the temperature sensor 2 (112) is referred to, and the temperature of the cooling water discharged from the
ステップS303において、燃料電池107から排出される冷却水の温度が10℃以下の範囲でなければ、ステップS305に進み、冷媒流路103→第2のラジエータ102→第1のラジエータ101→サーモ弁104と流路が繋がるように、サーモ弁104を切り換える。この際、バイパス経路105は閉鎖される。
In step S303, if the temperature of the cooling water discharged from the
ステップS304またはステップS305の後に、温度センサ1(109)が検出した温度が予め決められた上限値(この例では、70℃)を超えたか否かの判定が行われる(ステップS306)。温度センサ1(109)が検出する温度が70℃を超えていれば、流量分配制御弁108を閉じる方向(開度小)に制御し、電動駆動系107に供給される冷却水が増大するように調整が行われる(ステップS307)。この閉じる方向への制御は、予め決められた変化幅で行われる。またこの際、ポンプ110の出力を増加させる制御を併用してもよい。ステップS307の処理を行った後、ステップS303以下の処理を繰り返す。
After step S304 or step S305, it is determined whether or not the temperature detected by the temperature sensor 1 (109) exceeds a predetermined upper limit (70 ° C. in this example) (step S306). If the temperature detected by the temperature sensor 1 (109) exceeds 70 ° C., the flow
ステップS306において、温度センサ1(109)の検出温度が70℃以下であれば、ステップS308に進み、温度センサ2(112)の検出温度が予め決められた上限値(この場合は95℃)を超えているか否かの判定が行われる。温度センサ2(112)の検出温度が95℃を超えている場合、流量分配制御弁108を流れる冷却水の流量が増加するように、流量分配制御弁111を開放する方向(開度大)に調整する(ステップS309)。
In step S306, if the detected temperature of temperature sensor 1 (109) is 70 ° C. or lower, the process proceeds to step S308, and the detected temperature of temperature sensor 2 (112) is set to a predetermined upper limit value (in this case, 95 ° C.). A determination is made as to whether it has exceeded. When the detected temperature of the temperature sensor 2 (112) exceeds 95 ° C., the flow
この場合、電動駆動系107を流れる冷却水の流量が減少し、他方においてラジエータで冷却され、流量分配制御弁108を通過した冷却水の流量が増大するので、ポンプ110に流れ込む電動駆動系107からの熱量が減少し、燃料電池111に供給される冷却水の温度が低下する。このため、燃料電池111の冷却効率が高くなる。
In this case, the flow rate of the cooling water flowing through the
なお、ステップS309における流量分配制御弁108の開放する方向への制御は、予め決められた変化幅で行われる。またこの際、ポンプ110の出力を増加させる制御を併用してもよい。
Note that the control in the opening direction of the flow rate
ステップS309の後、あるいはステップS308において、温度センサ2(112)の検出温度が95℃を超えていない場合、ステップS310に進み、処理を終了するか否かの判定が行われる。例えば、スタートキーが抜かれた(OFFにされた)場合にステップS310の判定はYESとなり、制御は終了する(ステップS311)。制御を継続するのであれば、ステップS303の前段階に戻り、ステップS303以下の処理が繰り返される。 After step S309 or in step S308, if the detected temperature of the temperature sensor 2 (112) does not exceed 95 ° C., the process proceeds to step S310, and it is determined whether or not to end the process. For example, when the start key is removed (turned off), the determination in step S310 is YES, and the control ends (step S311). If the control is to be continued, the process returns to the previous stage of step S303, and the processes after step S303 are repeated.
(機能)
燃料電池111の温度が低い場合、発電のための反応が低効率となり、燃料電池111の出力が規定の値より低くなる。このような場合、燃料電池を冷却することは適切でない。図3に示す制御では、ステップS303において、この低温の状態が検出された場合にステップS304に進み、ラジエータへの冷却水の供給を遮断する。これにより、電動駆動系104に供給される冷却水のラジエータによる冷却作用が停止され、電動駆動系107から排出される冷却水の温度が上昇し、ポンプ110から燃料電池111に送り出される冷却水の温度が上昇する。この結果、燃料電池111は、電動駆動系107の排熱によって加熱され、反応効率が高められる。この作用は、冬季や寒冷地における車輌の始動時に特に有効になる。
(function)
When the temperature of the
電動駆動系107の特に半導体デバイスは、高温に弱く、その温度を設定した上限以下とすることが重要となる。図3に例示する制御では、温度センサ1(109)により、電動駆動系107の温度を監視し、その温度が予め決められた温度を超えた場合にステップS306からステップS307に進み、電動駆動系107の冷却のための冷却水の流量が増加され、その冷却機能が強められる。このため、電動駆動系107の過熱が防止される。
In particular, the semiconductor device of the
燃料電池107は、適切な温度範囲よりも温度が高いと、電解質膜の乾燥等に起因する発電効率の低下が生じる。このため、燃料電池107は、規定の発電能力を発揮させるために、ある温度を超えないようにすることが重要となる。
When the temperature of the
図3に示す制御では、温度センサ2(112)が、燃料電池111から排出される冷却水の温度を監視し、燃料電池111の温度が予め決められた温度を超えた場合にステップS308からステップS309に進み、燃料電池107を冷却する冷却水の温度を下げる。これにより、燃料電池111の冷却効率が高められ、燃料電池111の過熱による発電効率の低下が抑えられる。
In the control shown in FIG. 3, the temperature sensor 2 (112) monitors the temperature of the cooling water discharged from the
(優位性)
以上述べたように、本実施形態では、冷却水の流れで考えて、第2のラジエータ102および第1のラジエータ101の下流側で流路を分岐し、一方を電動駆動系107に供給し、他方を流量分配制御弁108に供給する。そして、電動駆動系107から熱を奪った冷却水と流量分配制御弁108を通過した冷却水を、ポンプ110の手前で合流させ、ポンプ110でポンピングして燃料電池111に供給する。
(Superiority)
As described above, in the present embodiment, in consideration of the flow of cooling water, the flow path is branched downstream of the
この構成では、電動駆動系107には、ラジエータで冷却された冷却水がそのまま供給され、燃料電池には、ラジエータで冷却された冷却水と、ラジエータで冷却された後に、電動駆動系107から熱を奪った冷却水とが混合されて供給される。このため、相対的に低温に維持する必要がある電動駆動系107の冷却と、相対的に高温に維持する必要のある燃料電池111との冷却に必要な冷却水の循環を一つのポンプ110で賄うことができる。また、分岐されたものを再び混交する際の混合の比率を、流量分配制御弁108により調整することで、ポンプ110から燃料電池111に供給される冷却水の温度が調整される。この調整は精密に行うことができるので、燃料電池の温度を発電に適した温度に維持する制御を容易に行える。
In this configuration, the cooling water cooled by the radiator is supplied as it is to the
本実施形態では、流量分配制御弁108を用いることで、上述した機能を実現するのに必要なポンプは、ポンプ110一つでよい。すなわち、一つポンプにより循環させられる冷却水を分配し、その分配比率を変えることで、電動駆動系107に供給される冷却水の流量と、燃料電池111に供給される冷却水の温度とを制御し、それぞれが適切な冷却機能となるように調整される。このため、ポンプ系の構成が簡素化され、冷却システムの小形化、低コスト化、低重量化といった優位性が得られる。
In the present embodiment, by using the flow
また、車輌の進行方向の前から順に、第1のラジエータ101、第2のラジエータ102と配置することで、限られた車輌内部のスペースを利用した効果的な空冷構造を得ることができる。
Further, by arranging the
(具体例)
図4は、車輌の状態と各パラメータの関係を概念的に示したグラフである。なおグラフの軸の単位は、相対値である。図4(A)には、横軸に時間軸が示され、縦軸に走行している車輌の車速(破線)と車輌の傾斜の状態(実線)が示されている。図4(A)には、最初坂を上り、ついて坂を登り切ったところで平坦となり、直ぐに下り坂となり、下り坂を下りきった段階で水平に走行する状態が示されている。そして、この場合の車速の変化が示されている。
(Concrete example)
FIG. 4 is a graph conceptually showing the relationship between the vehicle state and each parameter. The unit of the graph axis is a relative value. In FIG. 4A, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the vehicle speed (dashed line) and the state of vehicle inclination (solid line). FIG. 4 (A) shows a state in which the vehicle first goes up the hill, then flattenes when the hill is fully climbed, immediately goes downhill, and travels horizontally when the downhill has been completed. And the change of the vehicle speed in this case is shown.
図4(B)は、図4(A)と時間軸(横軸)を共有するもので、縦軸に温度がとられている。ここで、電動駆動系107におけるモータを駆動する駆動回路の半導体デバイスの温度が実線により示され、燃料電池111内部の温度が破線により示されている。
FIG. 4B shares a time axis (horizontal axis) with FIG. 4A, and the vertical axis indicates temperature. Here, the temperature of the semiconductor device of the drive circuit that drives the motor in the
図4(C)は、図4(A)と時間軸(横軸)を共有するもので、縦軸に流量分配制御弁111の開度が示されている。
FIG. 4C shares the time axis (horizontal axis) with FIG. 4A, and the vertical axis indicates the opening of the flow
この例では、最初に坂を上っている段階で、図4(C)に示すように、燃料分配制御弁108の開度はさほど大きくない開度に設定されており、燃料電池111の冷却は電動駆動系の半導体デバイスの冷却に比べ、さほどではなく、燃料電池111の温度が登坂時の発電増加とともに上昇していく。一方、電動駆動系107の半導体デバイスの温度は充分冷却されてたいへん緩やかに上昇していく。
In this example, as shown in FIG. 4C, when the hill is first climbed, the opening of the fuel
坂を図4(A)の上り切った段階では、電動モータに加わる負荷が急に低下するので、図4(B)に示すように、半導体デバイスの温度は上昇しなくなる。一方、燃料電池111は、電流の取り出しが少なくなることで、反応熱の発生がいくぶん収まるものの熱の発生が続き、内部温度が上昇してゆるやかながら温度が高くなっていく。
Since the load applied to the electric motor is suddenly reduced at the stage where the hill goes up in FIG. 4 (A), the temperature of the semiconductor device does not increase as shown in FIG. 4 (B). On the other hand, in the
この例では、燃料電池111内部の温度があるレベルに上昇した段階(時刻t1)で、燃料分配制御弁108の開度が大きくされ、燃料電池111に供給される冷却水の流量が増加する制御が行われる。このため、図4(B)に示すとおり、燃料電池111内部の熱は増加した冷却水で確実に奪われ、その内部温度は上昇から下降に転じる。
In this example, when the temperature inside the
また、燃料電池111への冷却水の供給比率は高くされた影響で、電動駆動系107の半導体デバイスの温度が徐々に上昇していく様子が図4(B)に示されている。そして図4(A)の通り、下り坂となり、車速が上っていくにしたがい、電動駆動系107の負荷が大きくなり、その半導体デバイスの温度は所定の管理水温上限に近づいていく。
Further, FIG. 4B shows a state in which the temperature of the semiconductor device of the
このとき、図4(C)の時刻t2で流量分配制御弁108の開度が絞られる。これにより、電動駆動系107への冷却水の供給量が増え、その半導体デバイスの温度上昇が抑制されて温度が下がっていく。一方で、燃料電池111ではゆるやかな温度上昇から、やや急な温度上昇へと転じる。
At this time, the opening degree of the flow
ここで図4(A)に示すように、車輌は水平走行となりその車速も一定となった状態で、図4(C)の時刻t3を迎える。時刻t3では、電動駆動系107の半導体デバイスの温度は、所定の管理水温上限から相当量低下しており、ここで燃料分配制御弁108の開度は絞り過ぎない位置で固定される。こうすることにより、電動駆動系104の半導体デバイスの温度は一定値に安定する。
Here, as shown in FIG. 4 (A), the vehicle reaches a time t3 in FIG. 4 (C) in a state where the vehicle is running horizontally and the vehicle speed is constant. At the time t3, the temperature of the semiconductor device of the
なお、時刻t3において、燃料電池111の温度上昇が抑制されて一定の値となる様子が図4(B)に示されている。これは、車速が一定となるなか図1には図示されていないバッテリーへの燃料電池111からの充電量が増加し、バッテリーから電動駆動系107への電力供給の割合が高まり、それに伴って燃料電池111の負荷量が低下し、反応熱の発生が抑えられるためである。
FIG. 4B shows a state in which the temperature rise of the
2.第2の実施形態
図5は、実施形態の他の態様を示すブロック図である。図5には、冷却システム600が示されている。冷却システム600は、流量分配制御弁の位置が図1の冷却システム100と異なっている。この例では、電動駆動系107の下流側で、且つ、分岐点106からの分岐経路が合流する上流側に流量分配制御弁113が配置されている。
2. Second Embodiment FIG. 5 is a block diagram illustrating another aspect of the embodiment. In FIG. 5, a
この構成では、流量分配制御弁113の開度を大きくすると、電動駆動系107への冷却水の流量が増加し、電動駆動系107の冷却効果が大きくなる。また、流量分配制御弁113の開度を小さくすると、電動駆動系107への冷却水の流量が減少し、燃料電池111に送られる冷却水の温度が低下し、燃料電池111の冷却効果が高くなる。
In this configuration, when the opening degree of the flow
3.その他
分岐点106から分岐される2系統の流路の両方に流量調整制御弁を配置してもよい。この場合、この2つの流量調整制御弁の少なくとも一方の開度が調整されることで、図3のステップS307およびステップ309の処理が実行される。
3. Others A flow rate adjustment control valve may be arranged in both of the two systems of flow paths branched from the
図1に示す構成において、流量分配制御弁108を備えない構成も考えられる。この場合、電動駆動系107と流量分配制御弁108への冷却水の分配比は、固定となる。この場合、分配比は、各流路を流れる冷却水の流れのコンダクタンスを調整することで設定される。この調整は、配管の内径の設定や冷媒流路途中に配置した図示省略したバルブの調整により行うことができる。
In the configuration shown in FIG. 1, a configuration without the flow
温度センサ1および2が検出し、管理がされる温度の閾値は、燃料電池の規模や種類、電動駆動系の規模や回路構成等に応じて、変更が可能である。車輌は、乗用車、トラック、バス、その他人や荷物を運搬する目的で電動により走行するものであれば、特に限定されない。冷媒は、冷却を行う流体であればよく、水に限定されない。また、ラジエータは、2つに限定されず3つ以上であってもよい。ポンプの位置は、冷媒流路103やサーモ弁104と分岐点106との間であってもよい。
The temperature threshold value detected and managed by the temperature sensors 1 and 2 can be changed according to the scale and type of the fuel cell, the scale of the electric drive system, the circuit configuration, and the like. The vehicle is not particularly limited as long as it travels by electric vehicle for the purpose of transporting passenger cars, trucks, buses, and other people and luggage. The refrigerant is not limited to water as long as it is a fluid for cooling. Further, the number of radiators is not limited to two and may be three or more. The position of the pump may be between the
本発明は、車載用冷却システムに適用することができる。 The present invention can be applied to an in-vehicle cooling system.
100…冷却システム、101…第1のラジエータ、102…第2のラジエータ、103…冷媒流路、104…サーモ弁、105…バイパス経路、106…分岐点、107…電動駆動系、108…流量分配制御弁、109…温度センサ1、110…ポンプ、111…燃料電池、112…温度センサ2、201…コントロータ、600…冷却システム。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
車輌の幅方向に延在する複数のラジエータと、
前記複数のラジエータからの冷媒の流れの下流側に配置された冷却対象となる電動駆動系の要素と、
前記電動駆動系の要素を冷却した後の冷媒により冷却される燃料電池と、
前記冷媒に流れを与える冷媒ポンプと
を備えることを特徴とする燃料電池搭載車輌の冷却システム。 In a vehicle equipped with a fuel cell that can be driven by electricity,
A plurality of radiators extending in the width direction of the vehicle,
An element of an electric drive system to be cooled, which is disposed downstream of the flow of refrigerant from the plurality of radiators;
A fuel cell cooled by a refrigerant after cooling elements of the electric drive system;
A cooling system for a vehicle equipped with a fuel cell, comprising: a refrigerant pump for supplying a flow to the refrigerant.
前記分岐から分かれた冷媒を前記電動駆動系の要素をバイパスさせ、その下流側において前記電動駆動系の要素を冷却した冷媒と合流させる冷媒バイパス流路と、
前記分岐から分かれた2つの流路の流量比を調整する流量比調整手段と
を更に備えることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池搭載車輌の冷却システム。 A branch arranged upstream of the element of the electric drive system and for dividing the flow of the refrigerant;
A refrigerant bypass flow path for bypassing the element of the electric drive system with the refrigerant separated from the branch and joining the refrigerant that has cooled the element of the electric drive system on the downstream side;
The fuel cell-equipped vehicle cooling system according to claim 1, further comprising: a flow rate ratio adjusting unit that adjusts a flow rate ratio of the two flow paths separated from the branch.
前記燃料電池を冷却した冷媒の温度を検出する第2の温度センサと、
前記第1の温度センサおよび前記第2の温度センサの出力に基づいて前流流量比調整手段の制御を行う制御手段と
を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池搭載車輌の冷却システム。 A first temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant that has cooled the elements of the electric drive system;
A second temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant that has cooled the fuel cell;
The fuel cell-equipped vehicle according to claim 3, further comprising: a control unit that controls the upstream flow rate ratio adjusting unit based on outputs of the first temperature sensor and the second temperature sensor. Cooling system.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, further comprising supply means for supplying the refrigerant discharged from the fuel cell to the elements of the electric drive system without passing through the plurality of radiators. Onboard vehicle cooling system.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015107728A (en) * | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 本田技研工業株式会社 | Electric vehicle |
CN112928867A (en) * | 2019-12-05 | 2021-06-08 | 丰田自动车株式会社 | Cooling device for power transmission system |
JP2022148927A (en) * | 2021-03-24 | 2022-10-06 | トヨタ自動車株式会社 | vehicle |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000315513A (en) * | 1999-05-06 | 2000-11-14 | Nissan Motor Co Ltd | Radiator system for fuel cell/automobile |
JP2001028805A (en) * | 1999-07-12 | 2001-01-30 | Toyota Motor Corp | Driver for movable body |
JP2002233004A (en) * | 2000-11-09 | 2002-08-16 | Valeo Thermique Moteur | Cooling device for vehicle |
JP2004320967A (en) * | 2003-04-21 | 2004-11-11 | Nissan Motor Co Ltd | Controller for fuel cell vehicle |
JP2007202244A (en) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Toyota Motor Corp | Cooling device |
JP2008223931A (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Toyota Motor Corp | Gas storage system |
US20090095016A1 (en) * | 2006-04-28 | 2009-04-16 | Eberhard Schmidt-Ihn | Hydrogen-consuming system and method for the operation thereof |
-
2009
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000315513A (en) * | 1999-05-06 | 2000-11-14 | Nissan Motor Co Ltd | Radiator system for fuel cell/automobile |
JP2001028805A (en) * | 1999-07-12 | 2001-01-30 | Toyota Motor Corp | Driver for movable body |
JP2002233004A (en) * | 2000-11-09 | 2002-08-16 | Valeo Thermique Moteur | Cooling device for vehicle |
JP2004320967A (en) * | 2003-04-21 | 2004-11-11 | Nissan Motor Co Ltd | Controller for fuel cell vehicle |
JP2007202244A (en) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Toyota Motor Corp | Cooling device |
US20090095016A1 (en) * | 2006-04-28 | 2009-04-16 | Eberhard Schmidt-Ihn | Hydrogen-consuming system and method for the operation thereof |
JP2009535572A (en) * | 2006-04-28 | 2009-10-01 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Hydrogen consumption system and operation method thereof |
JP2008223931A (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Toyota Motor Corp | Gas storage system |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015107728A (en) * | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 本田技研工業株式会社 | Electric vehicle |
CN112928867A (en) * | 2019-12-05 | 2021-06-08 | 丰田自动车株式会社 | Cooling device for power transmission system |
CN112928867B (en) * | 2019-12-05 | 2024-03-19 | 丰田自动车株式会社 | Cooling device of power transmission system |
JP2022148927A (en) * | 2021-03-24 | 2022-10-06 | トヨタ自動車株式会社 | vehicle |
US11712982B2 (en) | 2021-03-24 | 2023-08-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle including power generation device |
JP7363845B2 (en) | 2021-03-24 | 2023-10-18 | トヨタ自動車株式会社 | vehicle |
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Publication number | Publication date |
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