燃料電池系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)的流量控制方法及燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)的流量控制方法及燃料電池系統(tǒng)
[0001]本申請主張基于在2014年11月10日提出申請的申請編號2014-227848號的日本專利申請的優(yōu)先權(quán)，并將其公開的全部通過參照而援引于本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)中的冷卻介質(zhì)的流量控制。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，提出了如下的技術(shù):在具有由層疊的多個單電池構(gòu)成的單電池組的燃料電池系統(tǒng)中，在冰點下起動時，在使冷卻水的栗停止而不使冷卻水循環(huán)的狀態(tài)下進行預(yù)熱，使發(fā)電部位急速升溫(JP2010-186599A)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]然而，在上述的技術(shù)中，對于如位于單電池組的端部的單電池那樣比其他的單電池難以升溫的單電池，無法從其他的單電池經(jīng)由冷卻水提供廢熱。因此，有在單電池組內(nèi)產(chǎn)生溫度分布而單電池組整體升溫至規(guī)定溫度需要長時間的課題。而且，在各單電池內(nèi)，也無法將更容易升溫的氧化劑氣體的入口側(cè)的廢熱經(jīng)由冷卻水向氧化劑氣體的出口側(cè)引導(dǎo)。因此，在各單電池內(nèi)產(chǎn)生溫度分布，存在單電池組整體升溫至規(guī)定溫度需要長時間的問題。這樣的課題并不局限于冷卻水，在為了調(diào)整單電池組的溫度而使不凍液及空氣等的任意的種類的冷卻介質(zhì)循環(huán)的燃料電池系統(tǒng)中是共通的課題。此外，在以往的燃料電池系統(tǒng)中，希望其小型化、低成本化、省資源化、制造的容易化、易使用度的提高等。
[0005]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，能夠作為以下的方式實現(xiàn)。
[0006](I)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種燃料電池系統(tǒng)中的冷卻介質(zhì)的流量控制方法，所述燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池、在所述燃料電池的內(nèi)部形成的所述冷卻介質(zhì)的內(nèi)部流路、在所述燃料電池的外部形成且與所述內(nèi)部流路連接而形成所述冷卻介質(zhì)的循環(huán)流路的外部流路。該方法包括:判定所述循環(huán)流路內(nèi)的向所述內(nèi)部流路的入口處的所述冷卻介質(zhì)的溫度即入口溫度是否為在所述燃料電池內(nèi)生成水不凍結(jié)的溫度范圍的下限溫度以上的工序；及調(diào)整所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量的工序，即，在判定為所述入口溫度為所述下限溫度以上的情況下，將所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成比通常流量多，所述通常流量為通常動作時所述燃料電池產(chǎn)生與該調(diào)整時的所述燃料電池的發(fā)熱量相同的發(fā)熱量時的所述冷卻介質(zhì)的流量，在判定為所述入口溫度不為所述下限溫度以上的情況下，將所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成所述通常流量以下的工序。
[0007]根據(jù)該方式的方法，在入口溫度為燃料電池內(nèi)生成水不凍結(jié)的溫度范圍的下限溫度以上的情況下，將循環(huán)流路中的冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成比通常流量多，因此促進燃料電池內(nèi)的熱量的傳導(dǎo)而能夠抑制燃料電池內(nèi)的溫度分布的發(fā)生。因此，能夠縮短燃料電池整體的升溫時間，能夠縮短燃料電池系統(tǒng)的預(yù)熱運轉(zhuǎn)所需的時間。而且，在該方式的燃料電池系統(tǒng)中，根據(jù)入口溫度是否為下限溫度以上的判定結(jié)果而將冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成比通常流量多，使用入口溫度作為在該判定中使用的溫度。在此，入口溫度是在循環(huán)流路中最低的溫度，因此在上述溫度比生成水不再凍結(jié)的溫度范圍的下限值高的情況下，在循環(huán)流路的任意的位置都是比該下限值高的溫度。因此，將冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成比通常流量多的結(jié)果是，與在判定工序中使用其他的部位的溫度的情況相比，能夠更可靠地抑制燃料電池中發(fā)生生成水的再凍結(jié)的情況。
[0008](2)在上述方式的方法中，可以的是，調(diào)整所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量的工序包括如下工序:在判定為所述入口溫度不為所述下限溫度以上的情況下，將所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成比所述通常流量少，該通常流量是通常動作時所述燃料電池產(chǎn)生與該調(diào)整時的所述燃料電池的發(fā)熱量相同的發(fā)熱量時的所述冷卻介質(zhì)的流量。根據(jù)該方式的方法，在入口溫度不為燃料電池內(nèi)生成水不凍結(jié)的溫度范圍的下限溫度以上的情況下，將循環(huán)流路中的冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成比通常流量少，因此能夠抑制在燃料電池內(nèi)生成水再凍結(jié)的情況，并且能夠抑制燃料電池中的發(fā)熱部位由冷卻介質(zhì)冷卻而上述部位的發(fā)熱量下降的情況。
[0009](3)在上述方式的方法中，可以的是，所述方法還包括:取得所述燃料電池的溫度的工序；及將所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成所述通常流量的工序，判定所述入口溫度是否為所述下限溫度以上的工序、和在判定為所述入口溫度為所述下限溫度以上的情況下將所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成比所述通常流量多，在判定為所述入口溫度不為所述下限溫度以上的情況下將所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成所述通常流量以下的工序都在所述燃料電池系統(tǒng)的冰點下起動時執(zhí)行預(yù)熱運轉(zhuǎn)的期間中，在所述燃料電池的溫度比作為所述預(yù)熱運轉(zhuǎn)的結(jié)束時的溫度而預(yù)先確定的結(jié)束溫度低的期間執(zhí)行，且在所述燃料電池的溫度成為所述結(jié)束溫度以上的情況下結(jié)束，將所述循環(huán)流路中的所述冷卻介質(zhì)的流量調(diào)整成所述通常流量的工序在所述燃料電池的溫度成為所述結(jié)束溫度以上的情況下執(zhí)行。根據(jù)該方式的方法，在執(zhí)行預(yù)熱運轉(zhuǎn)的期間，能夠抑制在燃料電池內(nèi)生成水再凍結(jié)的情況，并且能夠抑制燃料電池內(nèi)的溫度分布的發(fā)生，因此能夠縮短預(yù)熱運轉(zhuǎn)所需的期間。
[0010](4)在上述方式的方法中，可以的是，判定所述入口溫度是否為所述下限溫度以上的工序包括:取得所述循環(huán)流路內(nèi)的所述內(nèi)部流路的出口處的所述冷卻介質(zhì)的溫度即出口溫度的工序；判定所述出口溫度是否為所述下限溫度以上的工序；在判定為所述出口溫度為所述下限溫度以上的情況下，判定在從上次判定為所述出口溫度為所述下限溫度以上起到本次判定為所述出口溫度為所述下限溫度以上為止的經(jīng)過期間中，是否有與所述循環(huán)流路中的至少所述外部流路的體積相當(dāng)?shù)囊?guī)定體積的所述冷卻介質(zhì)通過了所述入口的工序；及在判定為在所述經(jīng)過期間中有所述規(guī)定體積的所述冷卻介質(zhì)經(jīng)過了所述入口的情況下，判定為所述入口溫度為所述下限溫度以上，在判定為所述出口溫度不為所述下限溫度以上的情況下或判定為在所述經(jīng)過期間中未有所述規(guī)定體積的所述冷卻介質(zhì)通過所述入口的情況下，判定為所述入口溫度不為所述下限溫度以上的工序。根據(jù)該方式的方法，在判定為出口溫度為下限溫度以上的情況下，在經(jīng)過期間內(nèi)與外部流路的體積相當(dāng)?shù)囊?guī)定體積的冷卻介質(zhì)通過入口之前，不判定為入口溫度為下限溫度以上，因此能夠準(zhǔn)確地進行入口溫度是否為下限值以上的判定。
[0011]本發(fā)明能夠以各種方式實現(xiàn)。例如，能夠以燃料電池系統(tǒng)、搭載有燃料電池系統(tǒng)的車輛、燃料電池系統(tǒng)的冰點下起動的控制方法、用于實現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)中的冷卻水的流量控制方法或燃料電池系統(tǒng)的冰點下起動的控制方法的程序、及記錄該程序的記錄介質(zhì)等方式實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0012]圖1是表示作為本發(fā)明的一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0013]圖2是示意性地表示本實施方式的冷卻水流量映射的設(shè)定內(nèi)容的一例的說明圖。
[0014]圖3是示意性地表示本實施方式的發(fā)熱量映射的設(shè)定內(nèi)容的一例的說明圖。
[0015]圖4是表示本實施方式的預(yù)熱時冷卻水流量控制處理的步驟的流程圖。
[0016]圖5是表示本實施方式的入口溫度比較判定處理的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]A.實施方式:
[0018]Al.系統(tǒng)結(jié)構(gòu):
[0019]圖1是表示作為本發(fā)明的一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的框圖。本實施方式的燃料電池系統(tǒng)10作為用于供給驅(qū)動用電源的系統(tǒng)，搭載于燃料電池機動車來使用。燃料電池系統(tǒng)10具備燃料電池100、也稱為燃料氣體供給排出系統(tǒng)的燃料氣體供給排出機構(gòu)200、也稱為氧化劑氣體供給排出系統(tǒng)的氧化劑氣體供給排出機構(gòu)300、也稱為燃料電池循環(huán)冷卻系統(tǒng)的燃料電池循環(huán)冷卻機構(gòu)400、也稱為電力充放電系統(tǒng)的電力充放電機構(gòu)
500、控制裝置600。
[0020]燃料電池100是所謂固體高分子型燃料電池，具備由沿著層疊方向SD層疊的多個單電池110構(gòu)成的單電池組、配置于單電池組的兩端的外側(cè)而作為綜合電極起作用的一對集電板111。各單電池110通過向隔著固體高分子電解質(zhì)膜設(shè)置的陽極側(cè)催化劑電極層供給的燃料氣體例如氫與向陰極側(cè)催化劑電極層供給的氧化劑氣體例如空氣包含的氧的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力。催化劑電極層構(gòu)成為包括載持有催化劑例如鉑(Pt)的碳粒子和電解質(zhì)。在單電池110中在兩電極側(cè)的催化劑電極層的外側(cè)配置有由多孔體形成的氣體擴散層。作為多孔體，使用例如碳紙及碳布等碳多孔體、金屬網(wǎng)及發(fā)泡金屬等金屬多孔體。在燃料電池100的內(nèi)部形成有用于使燃料氣體、氧化劑氣體及冷卻水流通的歧管。在圖1中，冷卻水流通歧管120由虛線示意性地表示。在本實施方式中，冷卻水流通歧管120具有沿著層疊方向SD形成的未圖示的冷卻水供給歧管和冷卻水排出歧管經(jīng)由各單電池110內(nèi)的冷卻水流路而連接的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，上述的冷卻水供給歧管與燃料電池循環(huán)冷卻機構(gòu)400具備的后述的冷卻水供給路421連接。而且，上述的冷卻水排出歧管與燃料電池循環(huán)冷卻機構(gòu)400具備的后述的冷卻水排出路422連接。
[0021]燃料氣體供給排出機構(gòu)200進行向燃料電池100的燃料氣體的供給及從燃料電池100的陽極側(cè)廢氣的排出。燃料氣體供給排出機構(gòu)200具備氫罐210、隔斷閥220、噴射器221、氣液分離器230、循環(huán)用栗240、清洗閥250、燃料氣體供給路261、第一燃料氣體排出路262、燃料氣體循環(huán)路263、第二燃料氣體排出路264。
[0022]氫罐210貯藏高壓氫，將作為燃料氣體的氫氣經(jīng)由燃料氣體供給路261向燃料電池100供給。隔斷閥220配置在氫罐210的燃料氣體的供給口附近，切換從氫罐210的氫氣的供給的執(zhí)行與停止。噴射器221配置于燃料氣體供給路261，調(diào)整向燃料電池100的氫氣的供