燃料电池系统及其控制方法_3

文档序号:9476419阅读:来源:国知局
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[0038]其中,Vth为燃料电池堆10的理论电动势[V]。
[0039]式(I)的起动前的内部温度Tst可以使用在第I次执行步骤S140时在步骤S130进行低温时的判定时的供给冷却介质温度Tl的值。此外,可以替代供给冷却介质温度Tl,改为由排出侧温度传感器78检测的排出冷却介质温度T2。另外,只要是在起动前能够检测反映燃料电池堆的温度的参数的传感器即可,例如可以是设置在燃料电池系统100的外侧的温度传感器等其他结构。在执行第二次以后的步骤S140时,将在前次的步骤S140被执行时得到的T3的值作为Tst。
[0040]在步骤S140被执行后,控制部90判定由步骤S140得到的燃料电池堆10的内部温度T3是否比由排出侧温度传感器78检测的排出冷却介质温度T2大(步骤S150)。在此,当做出否定判定、即判定为燃料电池堆10的内部温度T3为排出冷却介质温度T2以下时,将循环量形成为减少量,执行冷时冷却介质循环控制(步骤S160)。
[0041]冷时冷却介质循环控制为将冷却介质循环系70中具备的旋转阀76切换向旁通流路75打开一侧,不经由散热器71地进行冷却介质的循环的控制,在本实施方式中,形成为能够将该循环量在“减少量”、“通常量”与“增加量”之间切换的结构。“减少量”、“通常量”、“增加量”依次增大。在本实施方式中,将“增加量”设定为能够通过氢栗56循环的最大循环量,将“通常量”设定为最大循环量的10?30%之间的量,例如15%的量,将“减少量”设为最大循环量的2?8%的量,例如5%的量。此外,各量不过为一个例子而已,只要满足减少量<通常量<增加量的关系,可以形成为任意的量。对于“增加量”,可以为与最大循环量不同的量。“减少量”与[
【发明内容】
]中记载的“第I循环量”对应,“通常量”与[
【发明内容】
]中记载的“第2循环量”对应,“增加量”与[
【发明内容】
]中记载的“第3循环量”对应。
[0042]利用步骤S160将循环量形成为减少量,由此能够提高燃料电池堆10的单元12的面内的升温速度。之所以能够提高升温速度缘于如下理由。当将冷却介质的循环量形成为减少量的情况下,冷却介质在燃料电池堆10的各单元12的面内缓慢地流动,来自单元12的受热量增大。因此,单元面内的冷却介质的出口侧的温度与入口侧的温度相比变得极高。因此,能够迅速使单元面内升温。此外,通过将循环量形成为减少量,会使单元面内的冷却介质的温度的均匀性降低,不过由于不会停止冷却介质的循环,因此在单元面内也能够保证一定程度的温度的均匀性。在步骤S160被执行后,控制部90将处理返回至步骤S140,反复执行步骤S140?S160的处理,直至在步骤S150判定为内部温度T3比排出冷却介质温度T2大为止。
[0043]当在步骤S150中判定为燃料电池堆10的内部温度T3比排出冷却介质温度T2大时,控制部90将循环量形成为普通量,执行冷时冷却介质循环控制(步骤S170)。在此的冷时冷却介质循环控制如上所述不经由散热器71地进行冷却介质的循环。通过将循环量形成为大一定程度的普通量,能够提高各单元12的面内的冷却介质的流动的速度,提高单元面内的温度的均匀性。即,当在步骤S150中判定为燃料电池堆10的内部温度T3比排出冷却介质温度T2大时,由于燃料电池堆10的各单元12的温度被进行了一定程度的提高,因此代替通过步骤S160提高升温速度,转而通过步骤S170实现单元面内的温度的均匀性的提尚。
[0044]在步骤S170被执行后,控制部90判定由供给侧温度传感器77检测的供给冷却介质温度Tl与由排出侧温度传感器78检测的排出冷却介质温度T2是否相等(步骤S180)。在此,当判定为供给冷却介质温度Tl与排出冷却介质温度T2不等时,使处理返回步骤S170,持续执行将循环量形成为普通量的冷时冷却介质循环控制。
[0045]另一方面,当在步骤S180中判定为供给冷却介质温度Tl与排出冷却介质温度T2相等时,将循环量形成为增加量,执行冷时冷却介质循环控制(步骤S190)。在此的冷时冷却介质循环控制如上所述不经由散热器71地进行冷却介质的循环。在本实施方式中,如前文中所说明的那样,增加量为最大循环量,通过形成为最大循环量,能够在燃料电池堆10的层叠方向上进行均匀的升温。供给至燃料电池堆10的冷却介质经由冷却介质供给歧管Ms导向各单元12,不过冷却介质抵达各单元12的难易度因层叠方向的单元12的位置而不同。接近冷却介质供给口 14的单元12a,冷却介质容易抵达,而远离冷却介质供给口 14的单元12b,冷却介质不易抵达。通过步骤S170将循环量形成为最大循环量,能够容易使冷却介质抵达全部的单元12,因此能够在燃料电池堆10的层叠方向上进行均匀的升温。此外,如上所述,增加量无需一定为最大循环量,在形成为比最大循环量少的量的情况下,也可以根据步骤S190,使燃料电池堆10的层叠方向的温度的均匀性不降低地提高。
[0046]在步骤S190被执行后,控制部90判定由排出侧温度传感器78检测的排出冷却介质温度T2是否达到暖机目标温度Ttg (即达到Ttg以上)(步骤S200)。暖机目标温度Ttg例如为60[°C ]。当在步骤S200中判定为未达到暖机目标温度Ttg时,使处理返回至步骤S190,继续执行将循环量形成为增加量的冷时冷却介质循环控制。
[0047]另一方面,当在步骤S200中判定为排出冷却介质温度T2达到暖机目标温度Ttg的情况下,控制部90使处理前进至步骤S210,开始通常时冷却介质循环控制。通常时冷却介质循环控制为将冷却介质循环系70中具备的旋转阀76切换向含有散热器71的流路侧,经由散热器71进行冷却介质的循环的控制,是暖机后的冷却介质循环控制。在通过步骤S210开始通常时冷却介质循环控制后,该起动时控制程序结束。
[0048]另一方面,当在步骤S130中判定为供给冷却介质温度Tl高于0[°C ]的情况下,使处理前进至步骤S210,立即开始通常时冷却介质循环控制。此外,起动时控制程序中的从步骤S130到步骤S200的处理与图1所示的低温起动控制部92对应。
[0049]C.效果:
[0050]如上文中详细叙述的那样,根据本实施方式的燃料电池系统,在冷启动时,当燃料电池堆10的内部温度T3为排出冷却介质温度T2以下时,通过将冷却介质的循环量形成为减少量,能够提高在燃料电池堆10的单元面内的升温速度。随后,当燃料电池堆10的内部温度T3变得比排出冷却介质温度T2大时,通过将循环量形成为普通量,能够提高在单元面内的温度的均匀性。进而,当供给冷却介质温度Tl变得与排出冷却介质温度T2相等时,通过将循环量形成为最大循环量,能够在燃料电池堆10的层叠方向上进行均匀的升温。因此,根据本实施方式的燃料电池系统100,能够兼顾燃料电池堆的升温速度的提高与使堆整体均匀升温。
[0051]D.变形例:
[0052].变形例1:
[0053]在上述实施方式及其变形方式中,形成为基于燃料电池堆10的输出电压Vfc与输出电流Ifc求出燃料电池堆10的发热量,基于发热量与燃料电池堆10的热
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