JP5453915B2 - Cooling water temperature control device for fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池システムの冷却水温制御装置に関する。 The present invention relates to a cooling water temperature control device for a fuel cell system.
従来の燃料電池システムの冷却水温制御装置として、燃料電池冷却系と空調冷却系との間で冷媒を共通化して協調制御を実施するものがある（例えば、特許文献１参照）。 As a conventional cooling water temperature control device for a fuel cell system, there is one that performs cooperative control by sharing a refrigerant between a fuel cell cooling system and an air conditioning cooling system (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、前述した従来の燃料電池システムの冷却水温制御装置は、冷却水温が低いときに燃料電池冷却系と空調冷却系を切り離して、燃料電池冷却系と空調冷却系をそれぞれ独立に機能させていた。つまり、燃料電池冷却系を循環する冷媒と、空調冷却系を循環する冷媒と、をそれぞれ個別に加熱することで、各冷却系の冷媒温度を速やかに上昇させえて、暖機性能と暖房性能とを確保していた。 However, the above-described conventional cooling water temperature control device of the fuel cell system separates the fuel cell cooling system and the air conditioning cooling system when the cooling water temperature is low, and causes the fuel cell cooling system and the air conditioning cooling system to function independently. . In other words, by individually heating the refrigerant circulating in the fuel cell cooling system and the refrigerant circulating in the air conditioning cooling system, the refrigerant temperature of each cooling system can be quickly raised, and the warm-up performance and heating performance can be improved. Was secured.
そのため、冷却系ごとに冷媒を加熱するための加熱装置や冷媒を循環させるためのポンプなどが必要となり、部品点数の増大によってコスト、車両重量及び搭載スペースが増大するという問題点があった。 Therefore, a heating device for heating the refrigerant for each cooling system, a pump for circulating the refrigerant, and the like are necessary, and there is a problem that cost, vehicle weight, and mounting space increase due to an increase in the number of parts.
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、暖機性能及び暖房性能を確保しつつ、燃料電池冷却系及び空調冷却系の部品点数を削減することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and aims to reduce the number of parts of the fuel cell cooling system and the air conditioning cooling system while ensuring the warm-up performance and the heating performance. .
本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by the following means.
本発明は、燃料電池と、燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水通路と、冷却水通路に設けられて冷却水を圧送する燃料電池用ポンプと、冷却水通路に設けられて通過する冷却水の温度を低下させるラジエータと、ラジエータをバイパスするように冷却水通路に接続されるバイパス通路と、バイパス通路に流入する冷却水の流量を調整する燃料電池用流量調整弁と、燃料電池の冷却水出口からバイパス通路の入口までの間の冷却水通路と、ラジエータの出口と燃料電池の冷却水入口までの間の冷却水通路と、を接続する空調用冷却水通路と、空調用冷却水通路を流れる冷却水を加熱する加熱器と、加熱装置よりも下流の前記空調用冷却水通路に設けられ、室内に供給する空気を加熱する熱交換器と、を備える燃料電池システムの冷却水温制御装置である。本発明による燃料電池システムの冷却水温制御装置は、室内に供給する空気の加熱要求の有無を判定し、燃料電池の暖機が完了したか否かを判定し、燃料電池の暖機が完了していないときは、燃料電池から排出された冷却水のうち、空調用冷却水通路に流入しなかった冷却水がバイパス通路に流入するように燃料電池用流量制御弁の開度を調整するとともに、加熱要求の有無にかかわらず加熱器を作動させることを特徴とする。 The present invention relates to a fuel cell, a cooling water passage through which cooling water for cooling the fuel cell circulates, a fuel cell pump provided in the cooling water passage for pumping the cooling water, and provided in the cooling water passage. A radiator for lowering the temperature of the cooling water, a bypass passage connected to the cooling water passage so as to bypass the radiator, a flow adjustment valve for the fuel cell for adjusting a flow rate of the cooling water flowing into the bypass passage, and a fuel cell An air conditioning cooling water passage connecting the cooling water passage from the cooling water outlet to the bypass passage inlet, and the cooling water passage between the radiator outlet and the fuel cell cooling water inlet, and the air conditioning cooling water A cooling water temperature of a fuel cell system, comprising: a heater that heats the cooling water flowing through the passage; and a heat exchanger that is provided in the cooling water passage for air conditioning downstream of the heating device and heats the air supplied to the room. A control device. The cooling water temperature control apparatus for a fuel cell system according to the present invention determines whether or not there is a request for heating the air supplied to the room, determines whether or not the fuel cell has been warmed up, and has completed the warming up of the fuel cell. When not, adjust the opening degree of the fuel cell flow control valve so that the cooling water discharged from the fuel cell did not flow into the air conditioning cooling water passage flows into the bypass passage, The heater is operated regardless of whether or not there is a heating request.
本発明によれば、冷却水温が低いときは、燃料電池スタックから排出された冷却水のうち、空調冷却水通路に流入しなかった分をバイパス通路に流して燃料電池スタックに再び流入させる。そして、空調用冷却水通路に流入した分を加熱器で加熱してバイパス通路を流れてきた冷却水と合流させる。 According to the present invention, when the cooling water temperature is low, the portion of the cooling water discharged from the fuel cell stack that has not flowed into the air conditioning cooling water passage is caused to flow through the bypass passage and again into the fuel cell stack. And the part which flowed into the cooling-water path for an air conditioning is heated with a heater, and is combined with the cooling water which has flowed through the bypass path.
このように、冷却水温が低いときは、空調スイッチのオンオフにかかわらず、ラジエータをバイパスさせた冷却水とヒータを通過して高温になった冷却水とを合流させるので、燃料電池スタックに流入する冷却水の温度を速やかに上昇させることができる。特に空調スイッチがオフのときは、熱交換器で熱交換されることがないのでより速やかに燃料電池スタックに流入する冷却水の温度を上昇させることができる。したがって、燃料電池の暖機性能を確保できる。 As described above, when the cooling water temperature is low, the cooling water that bypasses the radiator and the cooling water that has passed through the heater are merged with each other regardless of whether the air-conditioning switch is on or off, and therefore flows into the fuel cell stack. The temperature of the cooling water can be quickly raised. In particular, when the air conditioning switch is off, heat is not exchanged by the heat exchanger, so the temperature of the cooling water flowing into the fuel cell stack can be raised more quickly. Therefore, the warm-up performance of the fuel cell can be ensured.
また、冷却水温が低いときに空調スイッチがオンにされた場合であっても、加熱器で加熱された冷却水と空気との間の熱交換を熱交換器で実施できる。したがって、冷却水温が低いときの暖房性能を確保できる。 Further, even when the air conditioning switch is turned on when the cooling water temperature is low, heat exchange between the cooling water heated by the heater and the air can be performed by the heat exchanger. Therefore, the heating performance when the cooling water temperature is low can be secured.
そして、燃料電池冷却系と空調冷却系を独立して運転させることがないので、加熱器及びポンプが１つで済み、部品点数を削減することができる。 In addition, since the fuel cell cooling system and the air conditioning cooling system are not operated independently, only one heater and pump are required, and the number of parts can be reduced.
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
(First embodiment)
In a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidant) Electricity is generated by supplying gas. The electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.
アノード電極 ： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e − (1)
Cathode electrode: 4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O (2)
The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).
このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。 When such a fuel cell is used as a power source for automobiles, a large amount of electric power is required, so that it is used as a fuel cell stack in which several hundred fuel cells are stacked. Then, a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack is configured, and electric power for driving the vehicle is taken out.
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 1 according to a first embodiment of the present invention.
燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２を冷却する冷却装置３と、車室の室内温度を調節する空調装置４と、コントローラ５と、を備える。 The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2, a cooling device 3 that cools the fuel cell stack 2, an air conditioner 4 that adjusts the interior temperature of the passenger compartment, and a controller 5.
燃料電池スタック２は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する。燃料電池スタック２にアノードガス及びカソードガスを供給するガス供給装置については、本発明の主要部ではないので、発明の理解を容易にするため図示を省略した。 The fuel cell stack 2 generates power by receiving supply of anode gas and cathode gas. The gas supply device for supplying the anode gas and the cathode gas to the fuel cell stack 2 is not a main part of the present invention, and therefore, illustration thereof is omitted for easy understanding of the invention.
冷却装置３は、冷却水通路３１と、ラジエータ３２と、バイパス通路３３と、三方弁３４と、リザーバタンク３５と、メインポンプ３６と、第１水温センサ３７と、を備える。 The cooling device 3 includes a cooling water passage 31, a radiator 32, a bypass passage 33, a three-way valve 34, a reservoir tank 35, a main pump 36, and a first water temperature sensor 37.
冷却水通路３１は、燃料電池スタック２を冷却する冷却水が流れる通路である。冷却水通路３１は、燃料電池スタック２の冷却水出口孔２１と冷却水入口孔２２とに接続される。以下では便宜上、燃料電池スタック２の冷却水出口孔側を冷却水通路３１の上流として扱い、燃料電池スタック２の冷却水入口孔側を冷却水通路３１の下流として扱う。 The cooling water passage 31 is a passage through which cooling water for cooling the fuel cell stack 2 flows. The cooling water passage 31 is connected to the cooling water outlet hole 21 and the cooling water inlet hole 22 of the fuel cell stack 2. Hereinafter, for convenience, the cooling water outlet hole side of the fuel cell stack 2 is treated as upstream of the cooling water passage 31, and the cooling water inlet hole side of the fuel cell stack 2 is treated as downstream of the cooling water passage 31.
ラジエータ３２は、冷却水通路３１に設けられる。ラジエータ３２は、通過する冷却水の温度を下げる。 The radiator 32 is provided in the cooling water passage 31. The radiator 32 lowers the temperature of the cooling water that passes therethrough.
バイパス通路３３は、ラジエータ３２よりも上流側の冷却水通路３１と下流側の冷却水通路３１とを接続する通路である。 The bypass passage 33 is a passage connecting the cooling water passage 31 on the upstream side of the radiator 32 and the cooling water passage 31 on the downstream side.
三方弁３４は、上流側の冷却水通路３１とバイパス通路３３との接続部に設けられる。三方弁３４は、コントローラ５によってバルブ開度が制御され、ラジエータ３２に流入する冷却水の流量とバイパス通路３３に流入する冷却水の流量を調節する。 The three-way valve 34 is provided at a connection portion between the cooling water passage 31 and the bypass passage 33 on the upstream side. The valve opening degree of the three-way valve 34 is controlled by the controller 5, and the flow rate of the cooling water flowing into the radiator 32 and the flow rate of the cooling water flowing into the bypass passage 33 are adjusted.
リザーバタンク３５は、ラジエータ３２よりも下流側の冷却水通路３１に接続される。リザーバタンク３５は、キャップ３５ａと、大気解放口３５ｂと、を備える。 The reservoir tank 35 is connected to the cooling water passage 31 on the downstream side of the radiator 32. The reservoir tank 35 includes a cap 35a and an air release port 35b.
キャップ３５ａは冷却水通路３１との接続部に設けられる。キャップ３５ａの内部にはバネが設けられており、冷却水に圧力をかける。このキャップ３５ａによって冷却水にかけられる圧力（以下「キャップ圧」という）は、冷却水温に応じて変化する。 The cap 35 a is provided at a connection portion with the cooling water passage 31. A spring is provided inside the cap 35a to apply pressure to the cooling water. The pressure applied to the cooling water by the cap 35a (hereinafter referred to as “cap pressure”) varies depending on the cooling water temperature.
冷却水温の上昇によって冷却水通路内の圧力が増加し、キャップ圧が所定圧を超えると、キャップ３５ａが開いてリザーバタンク３５に冷却水が一旦貯蔵され、冷却水通路内の圧力が調整される。一方で冷却水通路内の圧力が低下したときは貯蔵された冷却水を冷却水通路３１に戻し、冷却水通路内の圧力を調節する。 When the cooling water temperature rises, the pressure in the cooling water passage increases, and when the cap pressure exceeds a predetermined pressure, the cap 35a is opened and the cooling water is temporarily stored in the reservoir tank 35, and the pressure in the cooling water passage is adjusted. . On the other hand, when the pressure in the cooling water passage decreases, the stored cooling water is returned to the cooling water passage 31 to adjust the pressure in the cooling water passage.
メインポンプ３６は、リザーバタンク３５よりも下流側の冷却水通路３１に設けられる。メインポンプ３６は、冷却水通路３１の冷却水を循環させる。メインポンプ３６は、回転速度によって吐出流量が連続的に変化する。メインポンプ３６の吐出流量は、コントローラ５によって制御される。 The main pump 36 is provided in the cooling water passage 31 on the downstream side of the reservoir tank 35. The main pump 36 circulates the cooling water in the cooling water passage 31. The discharge flow rate of the main pump 36 continuously changes depending on the rotation speed. The discharge flow rate of the main pump 36 is controlled by the controller 5 .
第１水温センサ３７は、燃料電池スタック２の冷却水出口孔２１の近傍の冷却水通路３１に設けられる。第１水温センサ３７は、冷却水通路３１を流れる冷却水の温度を検出する。 The first water temperature sensor 37 is provided in the cooling water passage 31 in the vicinity of the cooling water outlet hole 21 of the fuel cell stack 2. The first water temperature sensor 37 detects the temperature of the cooling water flowing through the cooling water passage 31.
空調装置４は、空調用冷却水通路４１と、ヒータ４２と、空調ダクト４３と、電動ブロアファン４４と、ヒータコア４５と、第２水温センサ４６と、を備える。 The air conditioner 4 includes an air conditioning cooling water passage 41, a heater 42, an air conditioning duct 43, an electric blower fan 44, a heater core 45, and a second water temperature sensor 46.
空調用冷却水通路４１は、三方弁３４よりも上流の冷却水通路３１と、冷却水通路３１とバイパス通路３３の下流側接続部３３ａよりも下流であってメインポンプ３６よりも上流の冷却水通路３１と、を接続する。空調用冷却水通路４１には、冷却水通路３１を流れる冷却水流量の１０分の１程度が流入する。 The cooling water passage 41 for air conditioning is a cooling water passage 31 upstream of the three-way valve 34, and is downstream of the downstream connection portion 33 a of the cooling water passage 31 and the bypass passage 33 and upstream of the main pump 36. The passage 31 is connected. About 1/10 of the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water passage 31 flows into the cooling water passage 41 for air conditioning.
ヒータ４２は、空調用冷却水通路４１に設けられる。ヒータ４２は電気によって冷却水を加熱して冷却水の温度を上げる。 The heater 42 is provided in the cooling water passage 41 for air conditioning. The heater 42 heats the cooling water by electricity to raise the temperature of the cooling water.
空調ダクト４３は、一方の開口端に外気又は内気を導入する空気取入口４３ａを備え、他方の開口端に車室内に連通する吹き出し口４３ｂを備える。 The air conditioning duct 43 includes an air inlet 43a for introducing outside air or inside air at one opening end, and a blowout port 43b communicating with the vehicle interior at the other opening end.
電動ブロアファン４４は、空調ダクト４３の内部に設けられ、吹き出し口４３ｂから車室内に導入される空気の量を調節する。電動ブロアファン４４は、運転者によって空調スイッチがオンにされたときに通電されて作動する。 The electric blower fan 44 is provided inside the air conditioning duct 43 and adjusts the amount of air introduced into the vehicle compartment from the air outlet 43b. The electric blower fan 44 is energized and operates when the air conditioning switch is turned on by the driver.
ヒータコア４５は、電動ブロアファン４４よりも下流の空調ダクト４３の内部に設けられるとともに、ヒータ４２よりも下流の空調冷却水通路３１に接続される。ヒータコア４５は、燃料電池スタック２から排出された高温の冷却水と空調ダクト４３を流れる低温の空気との間で熱交換させて空気の温度を上げる。 The heater core 45 is provided inside the air conditioning duct 43 downstream of the electric blower fan 44 and is connected to the air conditioning cooling water passage 31 downstream of the heater 42. The heater core 45 raises the temperature of the air by exchanging heat between the high-temperature cooling water discharged from the fuel cell stack 2 and the low-temperature air flowing through the air conditioning duct 43.
第２水温センサ４６は、ヒータ４２とヒータコア４５との間の空調用冷却水通路４１に設けられる。第２水温センサ４６は、空調用冷却水通路４１を流れる冷却水の温度を検出する。 The second water temperature sensor 46 is provided in the cooling water passage 41 for air conditioning between the heater 42 and the heater core 45. The second water temperature sensor 46 detects the temperature of the cooling water flowing through the air conditioning cooling water passage 41.
コントローラ５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ５には、第１水温センサ３７及び第２水温センサ４６の他にも燃料電池スタック２の運転状態を検出する種々のセンサからの信号が入力される。コントローラ５は、これらの入力信号に基づいて三方弁３４などを制御し、冷却水通路３１及び空調用冷却水通路４１を流れる冷却水の温度を制御する。以下では、この冷却水の温度制御について説明する。 The controller 5 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). In addition to the first water temperature sensor 37 and the second water temperature sensor 46, signals from various sensors that detect the operating state of the fuel cell stack 2 are input to the controller 5. The controller 5 controls the three-way valve 34 and the like based on these input signals, and controls the temperature of the cooling water flowing through the cooling water passage 31 and the cooling water passage 41 for air conditioning. Below, temperature control of this cooling water is demonstrated.
図２は、本実施形態による冷却水の温度制御について説明するフローチャートである。コントローラ５は、本ルーチンを燃料電池スタック２の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。 FIG. 2 is a flowchart for explaining cooling water temperature control according to the present embodiment. The controller 5 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell stack 2.
ステップＳ１において、コントローラ５は、冷間フラグが１にセットされているか否かを判定する。コントローラ５は、冷間フラグが１にセットされていればステップＳ３に処理を移行し、０にセットされていればステップＳ２に処理を移行する。 In step S1, the controller 5 determines whether or not the cold flag is set to 1. If the cold flag is set to 1, the controller 5 proceeds to step S3, and if it is set to 0, the controller 5 proceeds to step S2.
ステップＳ２において、コントローラ５は、冷間時か否かを判定する。具体的には、燃料電池スタック２の冷却水出口孔側の冷却水温度が、所定の冷間時判別温度より低ければ冷間時と判定する。冷間時判定温度は０℃から５℃の間で設定するのが望ましい。コントローラ５は、冷間時であればステップＳ３に処理を移行し、冷間時でなければステップＳ４に処理を移行する。 In step S2, the controller 5 determines whether or not it is cold. Specifically, if the coolant temperature on the coolant outlet hole side of the fuel cell stack 2 is lower than a predetermined cold time determination temperature, it is determined that the temperature is cold. The cold determination temperature is preferably set between 0 ° C and 5 ° C. If it is cold, the controller 5 proceeds to step S3, and if not cold, the controller 5 proceeds to step S4.
ステップＳ３において、コントローラ５は、冷間時処理を実施する。具体的な内容については図３を参照して後述する。 In step S3, the controller 5 performs a cold time process. Specific contents will be described later with reference to FIG.
ステップＳ４において、コントローラ５は、通常時処理を実施する。具体的な内容については図４を参照して後述する。 In step S4, the controller 5 performs normal processing. Specific contents will be described later with reference to FIG.
図３は、冷間時処理について説明するフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the cold process.
ステップＳ３０において、コントローラ５は、メインポンプ３６を作動させる。すでにメインポンプ３６が作動していれば引き続きメインポンプ３６を作動させる。 In step S30, the controller 5 operates the main pump 36. If the main pump 36 is already operating, the main pump 36 is continuously operated.
ステップＳ３１において、コントローラ５は、三方弁３４のラジエータ側の開度を全閉にし、バイパス通路側の開度を全開にする。 In step S31, the controller 5 fully closes the opening on the radiator side of the three-way valve 34 and fully opens the opening on the bypass passage side.
ステップＳ３２において、コントローラ５は、ヒータ４２を作動させる。すでにヒータ４２が作動していれば引き続きヒータ４２を作動させる。 In step S <b> 32, the controller 5 operates the heater 42. If the heater 42 has already been operated, the heater 42 is continuously operated.
ステップＳ３３において、コントローラ５は、空調スイッチがオンになっているか否かを判定する。コントローラ５は、空調スイッチがオンになっていればステップＳ３４に処理を移行する。一方で、空調スイッチがオフになっていればステップＳ３５に処理を移行する。 In step S33, the controller 5 determines whether or not the air conditioning switch is turned on. If the air conditioning switch is on, the controller 5 proceeds to step S34. On the other hand, if the air conditioning switch is off, the process proceeds to step S35.
ステップＳ３４において、コントローラ５は、電動ブロアファン４４を作動させる。すでに電動ブロアファン４４が作動していれば引き続き電動ブロアファン４４を作動させる。 In step S34, the controller 5 operates the electric blower fan 44. If the electric blower fan 44 has already been operated, the electric blower fan 44 is continuously operated.
ステップＳ３５において、コントローラ５は、電動ブロアファン４４を停止させる。すでに電動ブロアファン４４が作動を停止していれば、そのまま停止状態とする。 In step S35, the controller 5 stops the electric blower fan 44. If the electric blower fan 44 has already stopped operating, the electric blower fan 44 is brought into a stopped state.
ステップＳ３６において、コントローラ５は、暖機が終了したか否かを判定する。具体的には、燃料電池スタック２の冷却水出口孔側の冷却水温度が、燃料電池スタック２が効率良く発電できる温度（以下「スタック要求温度」という）よりも高くなっていれば暖機が終了したと判定する。本実施形態ではスタック要求温度を６０℃に設定している。コントローラ５は、暖機が終了していればステップＳ３７に処理を移行し、暖機が終了していなければステップＳ３９に処理を移行する。 In step S36, the controller 5 determines whether or not the warm-up has been completed. Specifically, if the coolant temperature on the coolant outlet hole side of the fuel cell stack 2 is higher than the temperature at which the fuel cell stack 2 can generate power efficiently (hereinafter referred to as “stack required temperature”), warm-up is performed. It is determined that the process has ended. In this embodiment, the stack required temperature is set to 60 ° C. If the warm-up has been completed, the controller 5 proceeds to step S37. If the warm-up has not been completed, the controller 5 proceeds to step S39.
ステップＳ３７において、コントローラ５は、ヒータ４２を停止させる。 In step S37, the controller 5 stops the heater 42.
ステップＳ３８において、コントローラ５は、冷間フラグを０にセットする。 In step S38, the controller 5 sets the cold flag to 0.
ステップＳ３９において、コントローラ５は、冷間フラグを１にセットする。 In step S39, the controller 5 sets the cold flag to 1.
図４は、通常時処理について説明するフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart for explaining the normal process.
ステップＳ４０において、コントローラ５は、メインポンプ３６を作動させる。すでにメインポンプ３６が作動していれば引き続きメインポンプ３６を作動させる。 In step S40, the controller 5 operates the main pump 36. If the main pump 36 is already operating, the main pump 36 is continuously operated.
ステップＳ４１において、コントローラ５は、燃料電池スタック２の冷却水出口孔側の冷却水温度が、スタック要求温度となるように、三方弁３４のラジエータ側の開度及びバイパス通路側の開度を制御する。 In step S41, the controller 5 controls the opening degree on the radiator side and the bypass passage side of the three-way valve 34 so that the cooling water temperature on the cooling water outlet hole side of the fuel cell stack 2 becomes the required stack temperature. To do.
ステップＳ４２において、コントローラ５は、空調スイッチがオンになっているか否かを判定する。コントローラ５は、空調スイッチがオンになっていればステップＳ４３に処理を移行する。一方で、空調スイッチがオフになっていればステップＳ４４に処理を移行する。 In step S42, the controller 5 determines whether or not the air conditioning switch is turned on. If the air conditioning switch is on, the controller 5 proceeds to step S43. On the other hand, if the air conditioning switch is off, the process proceeds to step S44.
ステップＳ４３において、コントローラ５は、電動ブロアファン４４を作動させる。すでに電動ブロアファン４４が作動していれば引き続き電動ブロアファン４４を作動させる。 In step S43, the controller 5 operates the electric blower fan 44. If the electric blower fan 44 has already been operated, the electric blower fan 44 is continuously operated.
ステップＳ４４において、コントローラ５は、電動ブロアファン４４を停止させる。すでに電動ブロアファン４４が作動を停止していれば、そのまま停止状態とする。 In step S44, the controller 5 stops the electric blower fan 44. If the electric blower fan 44 has already stopped operating, the electric blower fan 44 is brought into a stopped state.
ステップＳ４５において、コントローラ５は、空調用冷却水通路４１の冷却水温度が、車室内の暖房に必要な温度（以下「空調要求温度」という）よりも低いか否かを判定する。本実施形態では空調要求温度を７０℃に設定している。コントローラ５は、空調用冷却水通路４１の冷却水温度が空調要求温度よりも低ければステップＳ４６に処理を移行する。一方で、空調用冷却水通路４１の冷却水温度が空調要求温度よりも高ければステップＳ４７に処理を移行する。 In step S45, the controller 5 determines whether or not the cooling water temperature of the air conditioning cooling water passage 41 is lower than the temperature required for heating the vehicle interior (hereinafter referred to as “air conditioning required temperature”). In this embodiment, the required air conditioning temperature is set to 70 ° C. If the cooling water temperature in the air conditioning cooling water passage 41 is lower than the air conditioning request temperature, the controller 5 proceeds to step S46. On the other hand, if the cooling water temperature in the cooling water passage 41 for air conditioning is higher than the required air conditioning temperature, the process proceeds to step S47.
ステップＳ４６において、コントローラ５は、ヒータ４２を作動させる。すでにヒータ４２が作動していれば引き続きヒータ４２を作動させる。 In step S <b> 46, the controller 5 operates the heater 42. If the heater 42 has already been operated, the heater 42 is continuously operated.
ステップＳ４７において、コントローラ５は、ヒータ４２を停止させる。すでにヒータ４２が作動を停止していれば、そのまま停止状態とする。 In step S47, the controller 5 stops the heater 42. If the heater 42 has already stopped operating, the heater 42 is brought into a stopped state.
次に本実施形態による燃料電池システム１の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described.
燃料電池スタック２で発電が開始されると、コントローラ５はメインポンプ３６を駆動させて冷却水を循環させる。燃料電池スタック２から排出された冷却水は、その一部が空調用冷却水通路４１へと流入し、残りは三方弁３４の開度に応じてラジエータ側の冷却水通路３１及びバイパス通路３３のいずれか一方又は双方に流入する。前述したように、燃料電池スタック２から排出された冷却水うちの１０分の１程度が空調用冷却水通路４１へと流入する。 When power generation is started in the fuel cell stack 2, the controller 5 drives the main pump 36 to circulate cooling water. A part of the cooling water discharged from the fuel cell stack 2 flows into the air conditioning cooling water passage 41, and the rest of the cooling water passage 31 and the bypass passage 33 on the radiator side according to the opening of the three-way valve 34. Flows into one or both. As described above, about one-tenth of the cooling water discharged from the fuel cell stack 2 flows into the air conditioning cooling water passage 41.
ここで、燃料電池スタック２の冷却水出口孔側の冷却水温度が冷間時判別温度より低い冷間時には、冷却水温度を早期に燃料電池スタック２が効率良く発電できるスタック要求温度まで上昇させる必要がある。 Here, when the cooling water temperature on the cooling water outlet hole side of the fuel cell stack 2 is lower than the cold determination temperature, the cooling water temperature is raised to the stack required temperature at which the fuel cell stack 2 can efficiently generate power early. There is a need.
そこで本実施形態では、このような冷間時には、三方弁３４のラジエータ側の開度を全閉にしてバイパス通路側の開度を全開にするとともに、空調用冷却水通路４１に設けられたヒータ４２を作動させる。 Therefore, in this embodiment, during such cold time, the opening on the radiator side of the three-way valve 34 is fully closed and the opening on the bypass passage side is fully opened, and the heater provided in the cooling water passage 41 for air conditioning 42 is activated.
これにより、空調用冷却水通路４１に流入しなかった冷却水は、その全てがラジエータ３２を通過せずにバイパス通路３３を流れて下流側の冷却水通路３１に流入する。 Thereby, all of the cooling water that has not flowed into the air conditioning cooling water passage 41 flows through the bypass passage 33 without passing through the radiator 32 and flows into the cooling water passage 31 on the downstream side.
一方で、空調用冷却水通路４１に流入した冷却水は、ヒータ４２によって暖められた後に下流側の冷却水通路３１に流入する。このとき、空調用冷却水通路４１を流れる冷却水の流量は相対的に少ないので、ヒータ４２を通過する冷却水の温度を速やかに上昇させることができる。 On the other hand, the cooling water flowing into the air conditioning cooling water passage 41 is heated by the heater 42 and then flows into the cooling water passage 31 on the downstream side. At this time, since the flow rate of the cooling water flowing through the air conditioning cooling water passage 41 is relatively small, the temperature of the cooling water passing through the heater 42 can be quickly increased.
したがって、冷間時に空調スイッチがオンにされた場合であっても、始動直後からヒータ４２を通過して高温になった冷却水と空気との間の熱交換をヒータコア４５で実施することできる。そのため、冷間時の暖房性能を確保することができる。 Therefore, even when the air conditioning switch is turned on in the cold state, the heater core 45 can perform heat exchange between the cooling water and the air that has passed the heater 42 and has reached a high temperature immediately after startup. Therefore, it is possible to ensure the heating performance when cold.
また、冷間時には空調スイッチのオンオフにかかわらず、ラジエータ３２をバイパスさせた冷却水とヒータ４２を通過して高温になった冷却水とを合流させるので、燃料電池スタック２に流入する冷却水の温度を速やかに上昇させることができる。 In addition, the cooling water that has bypassed the radiator 32 and the cooling water that has reached the high temperature through the heater 42 are merged when the air conditioner switch is turned on and off, so that the cooling water that flows into the fuel cell stack 2 is merged. The temperature can be raised quickly.
特に空調スイッチがオフのときは、ヒータコア４５で熱交換されることがないのでより速やかに燃料電池スタック２に流入する冷却水の温度を上昇させることができる。したがって、燃料電池スタック２の暖機を促進させることができる。また、空調スイッチがオンのときであってもヒータ４２の消費電力を燃料電池スタック２で発電するので、その分燃料電池スタック２の暖機を促進させることができる。 In particular, when the air conditioning switch is off, heat is not exchanged by the heater core 45, so that the temperature of the cooling water flowing into the fuel cell stack 2 can be increased more quickly. Therefore, warming up of the fuel cell stack 2 can be promoted. Further, even when the air conditioning switch is on, the power consumption of the heater 42 is generated by the fuel cell stack 2, so that warming up of the fuel cell stack 2 can be promoted accordingly.
一方で、暖機が終了した後の通常運転時には、燃料電池スタック２の冷却水出口孔側の冷却水温度がスタック要求温度となるように三方弁３４の開度を制御する。そして、空調スイッチがオンになったときは、空調用冷却水通路４１の冷却水温度が空調要求温度より低ければ、ヒータ４２によって空調用冷却水通路４１の冷却水温度が空調要求温度となるように制御する。これにより、暖機完了後の空調性能を確保できる。 On the other hand, during normal operation after the warm-up is completed, the opening degree of the three-way valve 34 is controlled so that the coolant temperature on the coolant outlet hole side of the fuel cell stack 2 becomes the stack required temperature. When the air conditioning switch is turned on, if the cooling water temperature in the air conditioning cooling water passage 41 is lower than the required air conditioning temperature, the heater 42 causes the cooling water temperature in the air conditioning cooling water passage 41 to become the required air conditioning temperature. To control. Thereby, the air conditioning performance after completion of warm-up can be ensured.
このように、本実施形態によれば、冷却水を加熱する装置として１つの電気ヒータ４２を用いるだけで、燃料電池スタック２の暖機性能と車両の空調性能とを満足させることができる。したがって、冷却装置３と空調装置４のそれぞれに冷却水の加熱装置を設ける場合と比較して部品点数の削減や車両重量の軽減などを図ることができる。 Thus, according to the present embodiment, the warm-up performance of the fuel cell stack 2 and the air conditioning performance of the vehicle can be satisfied only by using one electric heater 42 as a device for heating the cooling water. Therefore, compared with the case where the cooling device 3 and the air conditioner 4 are each provided with a cooling water heating device, it is possible to reduce the number of parts and the vehicle weight.
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、空調用冷却水通路４１にサブポンプ４７を備える点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a sub pump 47 is provided in the cooling water passage 41 for air conditioning. Hereinafter, the difference will be described. In each embodiment described below, the same reference numerals are used for portions that perform the same functions as those of the above-described embodiments, and repeated description is appropriately omitted.
図５は本実施形態による燃料電池システム１の概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system 1 according to the present embodiment.
本実施形態による燃料電池システム１は、空調用冷却水通路４１にサブポンプ４７を備える。 The fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a sub pump 47 in the cooling water passage 41 for air conditioning.
このような構成とすることで、アイドル中などメインポンプ３６を停止したときに、サブポンプ４７を駆動させ、かつ、三方弁３４のラジエータ側の開度を全閉にしてバイパス通路側の開度を全開にすることで、空調装置４の単独運転が可能となる。 With such a configuration, when the main pump 36 is stopped, such as during idling, the sub pump 47 is driven, and the opening on the radiator side of the three-way valve 34 is fully closed so that the opening on the bypass passage side is increased. By fully opening, the air conditioner 4 can be operated alone.
すなわち、サブポンプ４７から吐出された冷却水がヒータ４２及びヒータコア４５を通過して冷却水通路３１に流入した後、自然にバイパス通路３３を逆流して空調用冷却水通路４１に流入し、再びサブポンプ４７から吐出される状態となる。図中の一点鎖線の矢印は、メインポンプ３６を停止したときの冷却水の流れを示す。 That is, the cooling water discharged from the sub pump 47 passes through the heater 42 and the heater core 45 and flows into the cooling water passage 31, and then naturally flows back through the bypass passage 33 and flows into the air conditioning cooling water passage 41. 47 is discharged. A dashed line arrow in the figure indicates the flow of the cooling water when the main pump 36 is stopped.
図６は、本実施形態による冷間時処理について説明するフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart for explaining cold processing according to the present embodiment.
ステップＳ３０からステップＳ３９までの処理は第１実施形態と同様である。 The processing from step S30 to step S39 is the same as in the first embodiment.
ステップＳ３０１において、コントローラ５は、サブポンプ４７を作動させる。すでにサブポンプ４７が作動していれば引き続きサブポンプ４７を作動させる。 In step S301, the controller 5 operates the sub pump 47. If the sub pump 47 has already been operated, the sub pump 47 is continuously operated.
ステップＳ３０２において、コントローラ５は、サブポンプ４７を停止させる。 In step S302, the controller 5 stops the sub pump 47.
図７は、本実施形態による通常時処理について説明するフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart for explaining normal processing according to the present embodiment.
ステップＳ４０からステップＳ４７までの処理は第１実施形態と同様である。 The processing from step S40 to step S47 is the same as in the first embodiment.
ステップＳ４０１において、コントローラ５は、アイドル中か否かを判定する。コントローラ５は、アイドル中であればステップＳ４０２に処理を移行し、アイドル中でなければステップＳ４０に処理を移行する。なお、ここでいうアイドル中とは、燃料電池スタック２を駆動するために必要な補機類が消費する電力のみを発電する状態のことをいう。 In step S401, the controller 5 determines whether or not it is idle. If the controller 5 is idle, the process proceeds to step S402, and if not idle, the process proceeds to step S40. The term “idle” as used herein refers to a state in which only the electric power consumed by auxiliary equipment necessary for driving the fuel cell stack 2 is generated.
ステップＳ４０２において、コントローラ５は、メインポンプ３６を停止させる。すでにメインポンプ３６が作動を停止していれば、そのまま停止状態とする。 In step S402, the controller 5 stops the main pump 36. If the operation of the main pump 36 has already been stopped, the operation is stopped as it is.
ステップＳ４０３において、コントローラ５は、三方弁３４のラジエータ側の開度を全閉にし、バイパス通路側の開度を全開にする。 In step S403, the controller 5 fully closes the opening on the radiator side of the three-way valve 34 and fully opens the opening on the bypass passage side.
ステップＳ４０４において、コントローラ５は、サブポンプ４７を作動させる。すでにサブポンプ４７が作動していれば引き続きサブポンプ４７を作動させる。 In step S404, the controller 5 operates the sub pump 47. If the sub pump 47 has already been operated, the sub pump 47 is continuously operated.
ステップＳ４０５において、コントローラ５は、サブポンプ４７を停止させる。すでにサブポンプ４７が停止していればそのまま停止状態とする。 In step S405, the controller 5 stops the sub pump 47. If the sub pump 47 has already been stopped, the sub pump 47 is stopped as it is .
次に本実施形態による燃料電池システム１の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described.
冷間時には、メインポンプ３６及びサブポンプ４７を共に駆動し、三方弁３４をバイパス通路側に切り替えてヒータ４２を作動させる。サブポンプ４７を駆動することで、空調用冷却水通路４１の通気抵抗（圧力損失）が大きい場合であっても空調用冷却水通路４１に冷却水を流すことができる。 When cold, both the main pump 36 and the sub pump 47 are driven, and the three-way valve 34 is switched to the bypass passage side to operate the heater 42. By driving the sub-pump 47, the cooling water can flow into the air conditioning cooling water passage 41 even when the ventilation resistance (pressure loss) of the air conditioning cooling water passage 41 is large.
また、通常運転時には、アイドル中であればメインポンプ３６を停止して三方弁３４をバイパス通路側に切り替える。そして、空調スイッチがオンになれば電動ブロアファン４４及びサブポンプ４７を駆動する。 Further, during normal operation, if the engine is idling, the main pump 36 is stopped and the three-way valve 34 is switched to the bypass passage side. When the air conditioning switch is turned on, the electric blower fan 44 and the sub pump 47 are driven.
これにより、メインポンプ３６を停止させた状態であっても空調装置４を単独運転させて、空調性能を確保できる。また、空調用冷却水通路４１の流量は冷却水通路３１の流量よりも少ないので、サブポンプ４７の消費電力はメインポンプ３６の消費電力よりも少ない。そのため、アイドル中にメインポンプ３６を駆動せずにサブポンプ４７を駆動することで燃費を向上させることができる。 Thereby, even in the state where the main pump 36 is stopped, the air conditioner 4 can be operated alone to ensure the air conditioning performance. Further, since the flow rate of the cooling water passage 41 for air conditioning is smaller than the flow rate of the cooling water passage 31, the power consumption of the sub pump 47 is less than the power consumption of the main pump 36. Therefore, the fuel consumption can be improved by driving the sub pump 47 without driving the main pump 36 during idling.
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態は、空調用冷却水通路４１の下流側をリザーバタンク３５より上流であってラジエータ３２より下流の冷却水通路３１に接続する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the downstream side of the air conditioning cooling water passage 41 is connected to the cooling water passage 31 upstream from the reservoir tank 35 and downstream from the radiator 32. Hereinafter, the difference will be described.
図８は本実施形態による燃料電池システム１の概略構成図である。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system 1 according to the present embodiment.
本実施形態による燃料電池システム１は、空調用冷却水通路４１の下流側接続部４１ａをリザーバタンク３５より上流であってラジエータ３２より下流の冷却水通路３１に接続している。 In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the downstream side connection portion 41 a of the cooling water passage 41 for air conditioning is connected to the cooling water passage 31 upstream of the reservoir tank 35 and downstream of the radiator 32.
図９は、本実施形態による燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両の概略側面図である。 FIG. 9 is a schematic side view of a fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system 1 according to the present embodiment.
図９に示すように、本実施形態による燃料電池スタック２は、車両室内空間６１とアンダーカバー６２との間に形成された床下スペース６３に搭載される。そして、車両の前方に形成されたエンジンルーム６４にラジエータ３２、リザーバタンク３５、ヒータ４２及びヒータコア４５が搭載される。 As shown in FIG. 9, the fuel cell stack 2 according to the present embodiment is mounted in an underfloor space 63 formed between a vehicle interior space 61 and an under cover 62. And the radiator 32, the reservoir tank 35, the heater 42, and the heater core 45 are mounted in the engine room 64 formed in the front of the vehicle.
ここで、燃料電池スタック２を床下スペース６３に搭載するときには、ラジエータ３２及びヒータコア４５が燃料電池スタック２よりも高い位置に搭載されることになる。 Here, when the fuel cell stack 2 is mounted in the underfloor space 63, the radiator 32 and the heater core 45 are mounted at a position higher than the fuel cell stack 2.
そこで本実施形態のように空調用冷却水通路４１の下流側をリザーバタンク３５より上流であってラジエータ３２より下流の冷却水通路３１に接続することで、ラジエータ３２及びヒータコア４５に溜まった空気をリザーバタンク３５に放出することができる。これにより、冷却水中に空気が混入したままの状態のときに起こる流水音の発生を抑制することができる。 Therefore, by connecting the downstream side of the air conditioning cooling water passage 41 to the cooling water passage 31 upstream from the reservoir tank 35 and downstream from the radiator 32 as in the present embodiment, the air accumulated in the radiator 32 and the heater core 45 is collected. It can be discharged into the reservoir tank 35. Thereby, generation | occurrence | production of the flowing water sound which occurs when the air is still mixed in the cooling water can be suppressed.
また、空調装置４を単独運転した場合であってもリザーバタンク３５のキャップ圧が変わらないため、単独運転に切り替える前後で冷却水通路内の圧力変動が少なく、圧力変動に起因する振動等によって冷却水通路３１及び空調用冷却水通路４１の耐久性が低下するのを抑制できる。 Further, since the cap pressure of the reservoir tank 35 does not change even when the air conditioner 4 is operated alone, there is little pressure fluctuation in the cooling water passage before and after switching to the single operation, and cooling is performed by vibrations caused by the pressure fluctuation. It can suppress that durability of the water passage 31 and the cooling water passage 41 for an air conditioning falls.
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本発明の第４実施形態は、空調用冷却水通路４１にサブポンプ４７とサブ三方弁４８とを備え、サブ三方弁４８と空調用冷却水通路４１とを接続する循環通路４９を備える点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment of the present invention is that the air conditioning cooling water passage 41 includes a sub pump 47 and a sub three-way valve 48, and a circulation passage 49 that connects the sub three-way valve 48 and the air conditioning cooling water passage 41. This is different from the first embodiment. Hereinafter, the difference will be described.
図１０は、本実施形態による燃料電池システム１の概略構成図である。 FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system 1 according to the present embodiment.
本実施形態による燃料電池システム１は、空調用冷却水通路４１にサブポンプ４７とサブ三方弁４８とを備え、サブ三方弁４８と空調用冷却水通路４１とを接続する循環通路４９を備える。 The fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a sub pump 47 and a sub three-way valve 48 in the air conditioning cooling water passage 41, and a circulation passage 49 that connects the sub three way valve 48 and the air conditioning cooling water passage 41.
サブポンプ４７は、ヒータ４２より上流の空調用冷却水通路４１に設けられる。サブポンプ４７は、空調スイッチがオンになったときに駆動されて空調用冷却水通路４１の冷却水を圧送する。 The sub pump 47 is provided in the cooling water passage 41 for air conditioning upstream of the heater 42. The sub pump 47 is driven when the air-conditioning switch is turned on, and pumps the cooling water in the air-conditioning cooling water passage 41.
サブ三方弁４８は、サブポンプ４７よりも上流の空調用冷却水通路４１に設けられる。サブ三方弁４８は、コントローラ５によって開閉される。サブ三方弁４８が開状態のときは、燃料電池スタック２から排出された冷却水の一部は空調用冷却水通路４１へと流入し、再び燃料電池スタック２に流入する。一方で、サブ三方弁４８が閉状態のときは、燃料電池スタック２から排出された冷却水は空調用冷却水通路４１へと流入せず、サブポンプ４７が駆動していれば冷却水は空調用冷却水通路４１及び循環通路４９を流れて循環し、空調装置４が単独運転することになる。 The sub three-way valve 48 is provided in the cooling water passage 41 for air conditioning upstream of the sub pump 47. The sub three-way valve 48 is opened and closed by the controller 5. When the sub three-way valve 48 is in the open state, a part of the cooling water discharged from the fuel cell stack 2 flows into the air conditioning cooling water passage 41 and again flows into the fuel cell stack 2. On the other hand, when the sub three-way valve 48 is in the closed state, the cooling water discharged from the fuel cell stack 2 does not flow into the air conditioning cooling water passage 41, and if the sub pump 47 is driven, the cooling water is used for air conditioning. The cooling air passage 41 and the circulation passage 49 are circulated to circulate, and the air conditioner 4 is operated alone.
図１１は、本実施形態による冷間時処理について説明するフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart for explaining cold processing according to the present embodiment.
ステップＳ３０からステップＳ３９、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２までの処理は第１実施形態と同様である。 The processing from step S30 to step S39, step S301 and step S302 is the same as that in the first embodiment.
ステップＳ３１１において、コントローラ５は、サブ三方弁４８を開状態とする。 In step S311, the controller 5 opens the sub three-way valve 48.
図１２は、本実施形態による通常時処理について説明するフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart for explaining normal processing according to the present embodiment.
ステップＳ４０からステップＳ４４及びステップＳ４０１からステップＳ４０５までの処理は前述した実施形態と同様である。 The processing from step S40 to step S44 and from step S401 to step S405 is the same as that in the above-described embodiment.
ステップＳ４１１において、コントローラ５は、冷却水通路３１の冷却水温度が、空調要求温度よりも低いか否かを判定する。コントローラ５は、冷却水通路３１の冷却水温度が空調要求温度よりも低ければステップＳ４１２に処理を移行する。一方で、冷却水通路３１の冷却水温度が空調要求温度よりも高ければステップＳ４１４に処理を移行する。 In step S411, the controller 5 determines whether or not the cooling water temperature in the cooling water passage 31 is lower than the air conditioning request temperature. If the coolant temperature in the coolant passage 31 is lower than the air conditioning request temperature, the controller 5 proceeds to step S412. On the other hand, if the cooling water temperature in the cooling water passage 31 is higher than the required air conditioning temperature, the process proceeds to step S414.
ステップ４１２において、コントローラ５は、ヒータ４２を作動させる。すでにヒータ４２が作動していれば引き続きヒータ４２を作動させる。 In step 412, the controller 5 activates the heater 42. If the heater 42 has already been operated, the heater 42 is continuously operated.
ステップＳ４１３において、コントローラ５は、サブ三方弁４８を閉状態とする。 In step S413, the controller 5 closes the sub three-way valve 48.
ステップＳ４１４において、コントローラ５は、ヒータ４２を停止させる。すでにヒータ４２が作動を停止していれば、そのまま停止状態とする。 In step S414, the controller 5 stops the heater 42. If the heater 42 has already stopped operating, the heater 42 is brought into a stopped state.
ステップＳ４１５において、コントローラ５は、サブ三方弁４８を開状態とする。 In step S415, the controller 5 opens the sub three-way valve 48.
ステップＳ４１６において、コントローラ５は、三方弁３４をバイパス通路側に切り替える。 In step S416, the controller 5 switches the three-way valve 34 to the bypass passage side.
ステップＳ４１７において、コントローラ５は、ヒータ４２を停止させる。すでにヒータ４２が作動を停止していれば、そのまま停止状態とする。 In step S417, the controller 5 stops the heater 42. If the heater 42 has already stopped operating, the heater 42 is brought into a stopped state.
ステップＳ４１８において、コントローラ５は、サブ三方弁４８を閉状態とする。 In step S418, the controller 5 closes the sub three-way valve 48.
次に本実施形態による燃料電池システム１の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described.
冷間時には、メインポンプ３６及びサブポンプ４７を共に駆動し、三方弁３４をバイパス通路側に切り替え、サブ三方弁４８を開状態としてヒータ４２を作動させる。 When cold, both the main pump 36 and the sub pump 47 are driven, the three-way valve 34 is switched to the bypass passage side, the sub three-way valve 48 is opened, and the heater 42 is operated.
これにより、空調用冷却水通路４１に流入しなかった冷却水は、その全てがラジエータ３２を通過せずにバイパス通路３３を流れて下流側の冷却水通路３１に流入する。 Thereby, all of the cooling water that has not flowed into the air conditioning cooling water passage 41 flows through the bypass passage 33 without passing through the radiator 32 and flows into the cooling water passage 31 on the downstream side.
一方で、空調用冷却水通路４１へ流入した冷却水は、ヒータ４２によって暖められた後にヒータコア４５を通って下流側の冷却水通路３１に流入する。このとき、空調用冷却水通路４１を流れる冷却水の流量は相対的に少ないので、ヒータ４２を通過する冷却水の温度を速やかに上昇させることができる。 On the other hand, the cooling water flowing into the air conditioning cooling water passage 41 is heated by the heater 42 and then flows into the cooling water passage 31 on the downstream side through the heater core 45. At this time, since the flow rate of the cooling water flowing through the air conditioning cooling water passage 41 is relatively small, the temperature of the cooling water passing through the heater 42 can be quickly increased.
したがって、冷間時に空調スイッチがオンにされた場合であっても、始動直後からヒータ４２を通過して高温になった冷却水と空気との間の熱交換をヒータコア４５で実施することできる。 Therefore, even when the air conditioning switch is turned on in the cold state, the heater core 45 can perform heat exchange between the cooling water and the air that has passed the heater 42 and has reached a high temperature immediately after startup.
また、冷間時には空調スイッチのオンオフにかかわらず、ラジエータ３２をバイパスさせた冷却水とヒータ４２を通過して高温になった冷却水とを合流させるので、燃料電池スタック２に流入する冷却水の温度を速やかに上昇させることができる。特に空調スイッチがオフのときは、ヒータコア４５で熱交換されることがないのでより速やかに燃料電池スタック２に流入する冷却水の温度を上昇させることができる。したがって、燃料電池の暖機を促進させることができる。 In addition, the cooling water that has bypassed the radiator 32 and the cooling water that has reached the high temperature through the heater 42 are merged when the air conditioner switch is turned on and off, so that the cooling water that flows into the fuel cell stack 2 is merged. The temperature can be raised quickly. In particular, when the air conditioning switch is off, heat is not exchanged by the heater core 45, so that the temperature of the cooling water flowing into the fuel cell stack 2 can be increased more quickly. Therefore, warming up of the fuel cell can be promoted.
通常時には、空調スイッチをオンにしたときに冷却水通路３１の冷却水温が空調要求温度よりも低ければ、燃料電池スタック２出口側の冷却水温度がスタック要求温度となるように三方弁３４の開度を制御し、サブ三方弁４８を閉状態としてヒータ４２を作動させる。 Normally, if the cooling water temperature in the cooling water passage 31 is lower than the required air conditioning temperature when the air conditioning switch is turned on, the three-way valve 34 is opened so that the cooling water temperature on the outlet side of the fuel cell stack 2 becomes the required stack temperature. The heater 42 is operated with the sub three-way valve 48 closed by controlling the degree.
これにより、燃料電池スタック２から排出された冷却水は、空調用冷却水通路４１へと流入せずに、三方弁３４の開度に応じてラジエータ側及びバイパス通路側へと流れて冷却水通路３１を循環する。一方で、空調用冷却水通路４１の冷却水は、空調用冷却水通路４１及び循環通路４９を流れて循環し、ヒータ４２によって速やかに昇温させられる。 As a result, the cooling water discharged from the fuel cell stack 2 does not flow into the air conditioning cooling water passage 41, but flows to the radiator side and the bypass passage side according to the opening of the three-way valve 34. 31 is circulated. On the other hand, the cooling water in the air conditioning cooling water passage 41 circulates through the air conditioning cooling water passage 41 and the circulation passage 49 and is quickly heated by the heater 42.
このように、通常時において、冷却水通路３１の冷却水温が空調要求温度よりも低い場合に空調スイッチがオンにされたときは、冷却装置３及び空調装置４をそれぞれ単独運転させる。これにより、冷却水通路３１の冷却水温をスタック要求温度に維持しつつ、空調用冷却水通路４１の冷却水温を速やかに空調要求温度まで上昇させることができる。 As described above, when the air conditioning switch is turned on in the normal time when the cooling water temperature in the cooling water passage 31 is lower than the required air conditioning temperature, the cooling device 3 and the air conditioning device 4 are individually operated. Thereby, the cooling water temperature of the cooling water passage 41 for air conditioning can be quickly raised to the required air conditioning temperature while maintaining the cooling water temperature of the cooling water passage 31 at the required stack temperature.
また、空調スイッチをオンにしたときに冷却水通路３１の冷却水温が空調要求温度よりも高ければ、三方弁３４をバイパス通路側に切り替え、サブ三方弁４８を開状態としてヒータ４２を停止させる。 If the cooling water temperature of the cooling water passage 31 is higher than the required air conditioning temperature when the air conditioning switch is turned on, the three-way valve 34 is switched to the bypass passage side, the sub three-way valve 48 is opened, and the heater 42 is stopped.
これにより、空調用冷却水通路４１に流入しなかった冷却水は、その全てがラジエータ３２を通過せずにバイパス通路３３を流れて下流側の冷却水通路３１に流入する。一方で、空調用冷却水通路４１へ流入した冷却水は、そのままヒータコア４５で空気と熱交換される。ヒータコア４５で熱交換された冷却水は、下流側の冷却水通路３１に流入する。 Thereby, all of the cooling water that has not flowed into the air conditioning cooling water passage 41 flows through the bypass passage 33 without passing through the radiator 32 and flows into the cooling water passage 31 on the downstream side. On the other hand, the cooling water that has flowed into the air conditioning cooling water passage 41 is directly exchanged with air by the heater core 45. The cooling water heat-exchanged by the heater core 45 flows into the cooling water passage 31 on the downstream side.
このように、通常時において、冷却水通路３１の冷却水温が空調要求温度よりも高い場合に空調スイッチがオンにされたときは、冷却装置３及び空調装置４を一体として運転させる。これにより、ヒータ４２を作動させることなく暖房性能を確保できるので、ヒータ４２の消費電力分だけ燃費を向上させることができる。 As described above, when the air conditioning switch is turned on in the normal time when the cooling water temperature in the cooling water passage 31 is higher than the required air conditioning temperature, the cooling device 3 and the air conditioning device 4 are operated as a unit. Thereby, since heating performance can be ensured without operating the heater 42, the fuel consumption can be improved by the amount of power consumed by the heater 42.
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック（燃料電池）
３１ 冷却水通路
３２ ラジエータ
３３ バイパス通路
３４ 三方弁（燃料電池用流量調整弁）
３５ リザーバタンク
３６ メインポンプ（燃料電池用ポンプ）
４１ 空調用冷却水通路
４２ 加熱器
４５ 熱交換機
４７ サブポンプ（空調用ポンプ）
４８ サブ三方弁（空調用流量調整弁）
４９ 循環通路
Ｓ２ 暖機判定手段
Ｓ３１ 冷間時冷却水加熱手段
Ｓ３２ 冷間時冷却水加熱手段
Ｓ３３ 加熱要求判定手段
1 Fuel cell system 2 Fuel cell stack (fuel cell)
31 Cooling water passage 32 Radiator 33 Bypass passage 34 Three-way valve (Flow control valve for fuel cell)
35 Reservoir tank 36 Main pump (fuel cell pump)
41 Cooling water passage for air conditioning 42 Heater 45 Heat exchanger 47 Sub pump (air conditioning pump)
48 Sub three-way valve (Air conditioning flow control valve)
49 Circulating passage S2 Warm-up determination means S31 Cold cooling water heating means S32 Cold cooling water heating means S33 Heating request determination means
Claims (7)
前記燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水通路と、
前記冷却水通路に設けられ、冷却水を圧送する燃料電池用ポンプと、
前記冷却水通路に設けられ、通過する冷却水の温度を低下させるラジエータと、
前記ラジエータをバイパスするように前記冷却水通路に接続されるバイパス通路と、
前記バイパス通路に流入する冷却水の流量を調整する燃料電池用流量調整弁と、
前記燃料電池の冷却水出口から前記バイパス通路の入口までの間の前記冷却水通路と、前記ラジエータの出口と前記燃料電池の冷却水入口までの間の前記冷却水通路と、を接続する空調用冷却水通路と、
前記空調用冷却水通路を流れる冷却水を加熱する加熱器と、
前記加熱器よりも下流の前記空調用冷却水通路に設けられ、室内に供給する空気を加熱する熱交換器と、
を備える燃料電池システムの冷却水温制御装置であって、
室内に供給する空気の加熱要求の有無を判定する加熱要求判定手段と、
前記燃料電池の暖機が完了したか否かを判定する暖機判定手段と、
前記燃料電池の暖機が完了していないときは、前記燃料電池から排出された冷却水のうち、前記空調用冷却水通路に流入しなかった冷却水が前記バイパス通路に流入するように前記燃料電池用流量制御弁の開度を調整するとともに、前記加熱要求の有無にかかわらず前記加熱器を作動させる冷間時冷却水加熱手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの冷却水温制御装置。 A fuel cell;
A cooling water passage through which cooling water for cooling the fuel cell circulates;
A fuel cell pump that is provided in the cooling water passage and pumps the cooling water;
A radiator which is provided in the cooling water passage and reduces the temperature of the passing cooling water;
A bypass passage connected to the cooling water passage to bypass the radiator;
A fuel cell flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of cooling water flowing into the bypass passage;
For air conditioning connecting the cooling water passage between the cooling water outlet of the fuel cell and the inlet of the bypass passage, and the cooling water passage between the outlet of the radiator and the cooling water inlet of the fuel cell. A cooling water passage,
A heater for heating cooling water flowing through the cooling water passage for air conditioning;
A heat exchanger that is provided in the cooling water passage for air conditioning downstream of the heater and heats the air supplied to the room;
A cooling water temperature control device for a fuel cell system comprising:
A heating request determination means for determining the presence or absence of a heating request for air supplied to the room;
Warm-up determination means for determining whether or not the warm-up of the fuel cell is completed;
When the warm-up of the fuel cell is not completed , among the cooling water discharged from the fuel cell, the fuel that does not flow into the air conditioning cooling water passage flows into the bypass passage. While adjusting the opening degree of the flow control valve for the battery, cold water heating means for operating the heater regardless of the presence or absence of the heating request,
A cooling water temperature control device for a fuel cell system.
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却水温制御装置。 After the fuel cell has been warmed up, the heater is usually operated when the heating is requested and the temperature of the cooling water flowing through the air conditioning cooling water passage is lower than a predetermined air conditioning required temperature. A time control means,
The cooling water temperature control device for a fuel cell system according to claim 1.
前記バイパス通路の一端は、前記燃料電池の冷却水出口から前記ラジエータの入口までの間の前記冷却水通路に接続されるとともに、前記バイパス通路の他端は、前記ラジエータの出口から前記燃料電池用ポンプまでの間の前記冷却水通路に接続され、
前記空調用冷却水通路の一端は、前記バイパス通路の一端と前記燃料電池の冷却水出口までの間の前記冷却水通路に接続されるとともに、前記空調用冷却水通路の他端は、前記ラジエータの出口から前記燃料電池用ポンプまでの間の前記冷却水通路に接続され、
前記通常時制御手段は、前記燃料電池の暖機が完了した後に前記燃料電池用ポンプが停止した場合であって、前記加熱要求があったときは、ラジエータ側を閉弁し、バイパス通路側を開弁するように前記燃料電池用流量制御弁の開度を調整し、かつ、前記空調用ポンプを作動させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの冷却水温制御装置。 Provided in the cooling water passage for air conditioning, and equipped with an air conditioning pump for pumping cooling water,
One end of the bypass passage is connected to the cooling water passage between the cooling water outlet of the fuel cell and the inlet of the radiator, and the other end of the bypass passage is connected to the fuel cell from the outlet of the radiator. Connected to the cooling water passage to the pump,
One end of the air conditioning cooling water passage is connected to the cooling water passage between one end of the bypass passage and the cooling water outlet of the fuel cell, and the other end of the air conditioning cooling water passage is connected to the radiator. Connected to the cooling water passage from the outlet of the fuel cell to the fuel cell pump,
The normal time control means is a case where the fuel cell pump is stopped after the fuel cell has been warmed up, and when there is a heating request, the radiator side is closed and the bypass passage side is opened. Adjusting the opening of the fuel cell flow control valve to open the valve, and operating the air conditioning pump;
The cooling water temperature control device for a fuel cell system according to claim 2 , wherein:
前記熱交換器よりも下流の前記空調用冷却水通路と前記空調用流量制御弁とを接続する循環通路と、を備え、
前記燃料電池の暖機が完了していないときは、前記空調用冷却水通路に冷却水が流入するように前記空調用流量制御弁の開度を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの冷却水温制御装置。 An air conditioning flow rate control valve that is provided in the air conditioning cooling water passage and adjusts the flow rate of the cooling water flowing into the air conditioning cooling water passage;
A circulation passage connecting the cooling water passage for air conditioning downstream of the heat exchanger and the flow control valve for air conditioning,
When the fuel cell has not been warmed up, the opening degree of the air conditioning flow control valve is adjusted so that cooling water flows into the air conditioning cooling water passage.
The cooling water temperature control device for a fuel cell system according to claim 1.
前記通常制御手段は、前記加熱要求があり、かつ、前記冷却水通路を流れる冷却水の温度が所定の空調要求温度より高いときに、前記加熱器を作動させず、前記空調用冷却水通路に冷却水が流入するように前記空調用流量制御弁の開度を調整する、
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの冷却水温制御装置。 Normal time control means for executing normal time control after the fuel cell has been warmed up , further comprising:
The normal control means does not operate the heater when there is the heating request and the temperature of the cooling water flowing through the cooling water passage is higher than a predetermined air conditioning requirement temperature, and the air conditioning cooling water passage Adjusting the opening of the flow control valve for air conditioning so that cooling water flows in,
The cooling water temperature control device for a fuel cell system according to claim 4.
前記燃料電池の暖機が完了した後に通常時制御を実行する通常時制御手段と、をさらに備え、
前記通常制御手段は、前記加熱要求があり、かつ、前記冷却水通路を流れる冷却水の温度が所定の空調要求温度より低いときに、前記加熱器及び前記空調用ポンプを作動させ、前記冷却水通路から前記空調用冷却水通路に冷却水が流入しないように前記空調用流量制御弁の開度を調整する、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料電池システムの冷却水温制御装置。 An air conditioning pump that is provided in the cooling water passage for air conditioning and pumps cooling water ;
Normal time control means for executing normal time control after the fuel cell has been warmed up , further comprising:
The normal control means operates the heater and the air conditioning pump to operate the cooling water when there is the heating request and the temperature of the cooling water flowing through the cooling water passage is lower than a predetermined air conditioning request temperature. Adjusting the opening of the air conditioning flow control valve so that cooling water does not flow from the passage into the air conditioning cooling water passage;
The cooling water temperature control device for a fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein
前記空調用冷却水通路を前記リザーバタンクよりも上流の前記冷却水通路に接続させたことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１つに記載の燃料電池システムの冷却水温制御装置。 A reservoir tank connected to the cooling water passage downstream of the radiator;
The cooling water temperature control device for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the cooling water passage for air conditioning is connected to the cooling water passage upstream of the reservoir tank.
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