CN108091904B

CN108091904B - 燃料电池系统

Info

Publication number: CN108091904B
Application number: CN201711104423.8A
Authority: CN
Inventors: 藤冈久也
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: CN108091904A; US20180145355A1; US10476090B2

Abstract

本发明提供一种燃料电池系统，能够尽早发现由散热器破损等引起的冷却水泄漏。燃料电池系统(1)具备：第一温度传感器(81)，测定燃料电池(10)的冷却水出口(12)侧的冷却水的温度；第二温度传感器(82)，测定对冷却水进行加热的水加热器(20)的冷却水入口(21)侧的冷却水的水温；第三温度传感器(83)，测定水加热器(20)的冷却水出口(22)侧的冷却水的水温；冷却水泵(50)，使冷却水循环；以及控制装置(70)。控制装置构成为，在“第一温度传感器的测定温度T1≠第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“测定温度T2与第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，判定为发生了冷却水泄漏。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统。

背景技术

在以往的燃料电池系统中，基于冷却水泵的使用电力的变动来检测由散热器破损等引起的冷却水泄漏。并且，公开了根据冷却水的循环泵的转速和发电源的冷却液的入口及出口的液温传感器中的计测结果的异常来检测燃料电池系统的冷却液不足这样的技术(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-058931号公报

但是，难以尽早发现由散热器破损等引起的冷却水泄漏。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够尽早发现由散热器破损等引起的冷却水泄漏的燃料电池系统。

本发明的一方式的系统是具有燃料电池的燃料电池系统，具备：第一温度传感器，测定燃料电池的冷却水出口侧的冷却水的温度；第二温度传感器，测定对冷却水进行加热的水加热器的冷却水入口侧的冷却水的水温；第三温度传感器，测定水加热器的冷却水出口侧的冷却水的水温；冷却水泵，使冷却水循环；以及控制装置，接收第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器的测定值，对冷却水泵及水加热器的驱动进行控制，水加热器、第二温度传感器及第三温度传感器配置于比冷却水泵及第一温度传感器靠重力方向上方处，控制装置构成为，在“第一温度传感器的测定温度T1≠第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“测定温度T2与第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，判定为发生了冷却水泄漏。

在该燃料电池系统中，在冷却水泄漏而水位下降至未达到水加热器的程度为止的情况下，第一温度传感器与第二温度传感器之间不存在冷却水而产生温度差，因此通过检测温度差的有无，能够判定冷却水泄漏。并且，在沿着冷却水流动的方向而在水加热器的前后(上游侧和下游侧)不存在冷却水的情况下，发热体的热量不移动而停留在原地，因此即使加热了配管内的空气，发热体的热量也不会流动，测定温度T2与测定温度T3之间不产生温度差ΔT，因此能够通过检测温度差的有无来检测冷却水泄漏。

在燃料电池系统中，可以的是，控制装置构成为，在“第一温度传感器的测定温度T1≠第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“测定温度T2与第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，将冷却水泵以更高的旋转予以驱动，在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有温度差ΔT”的情况下，由控制装置判定为冷却水的水位水平比水加热器低且比燃料电池及冷却水泵高。

可以的是，燃料电池系统还具备冷却水的散热器和第四温度传感器，该第四温度传感器测定该散热器的冷却水出口侧的冷却水的水温，控制装置构成为，在“第一温度传感器的测定温度T1≠第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“测定温度T2与第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，将冷却水泵以更高的旋转予以驱动，在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有温度差ΔT”不成立的情况下，在不满足“测定温度T1＝第四温度传感器的测定温度T4”时，判定为冷却水的水位水平比冷却水泵的高度低。

可以的是，燃料电池系统还具备冷却水的散热器和第四温度传感器，该第四温度传感器测定该散热器的冷却水出口侧的冷却水的水温，控制装置构成为，在“第一温度传感器的测定温度T1≠第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“测定温度T2与第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，将冷却水泵以更高的旋转予以驱动，在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有温度差ΔT”不成立的情况下，在使燃料电池的发电停止之后不满足“测定温度T1＝第四温度传感器的测定温度T4”时，判定为冷却水的水位水平为0。

可以的是，燃料电池系统还具备冷却水的散热器和第四温度传感器，该第四温度传感器测定该散热器的冷却水出口侧的冷却水的水温，控制装置构成为，在“第一温度传感器的测定温度T1≠第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“测定温度T2与第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，将冷却水泵以更高的旋转予以驱动，在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有温度差ΔT”不成立的情况下且“测定温度T1＝第四温度传感器的测定温度T4”时，判定为冷却水的水位水平为0。

根据本发明，可提供一种能够尽早发现由散热器破损等引起的冷却水泄漏的燃料电池系统。

附图说明

图1是表示燃料电池系统的结构的概略的图。

图2是表示燃料电池系统中的水加热器、燃料电池等的重力方向的配置例和冷却水的水位水平例的从侧面观察到的图。

图3是表示冷却水的水位水平的判定例的流程图。

图4是表示第二实施方式的燃料电池系统中的水加热器、燃料电池等的重力方向的配置例和冷却水的水位水平例的从侧面观察到的图。

图5是表示第三实施方式中的冷却水的水位水平的判定例的流程图。

具体实施方式

参照附图并说明本发明的优选的实施方式。需要说明的是，各图中，标注同一标号表示具有同一或同样的结构。

[第一实施方式]

燃料电池系统1具备燃料电池10、供燃料电池10的冷却水流动的水管60、设置于水管60的散热器40、水管60的旁路62、设置于水管60的三通阀30、同样设置于水管60的冷却水泵50、计算机(控制装置)等(参照图1)。本实施方式的燃料电池系统1还具备水加热器20、第一温度传感器81、第二温度传感器82、第三温度传感器83、第四温度传感器84等(参照图1)。

旁路62是在散热器40的前段(上游侧)从水管60分支的迂回流路。能够使用三通阀30来调整分别向散热器40侧、旁路62侧的流量。

水加热器20是在水管60中的作为燃料电池10的后段(下游侧)的位置配置的冷却水加热用的加热器。可以在水管60上设置水加热用的分支管61，在该分支管61上设置水加热器20(参照图1)。在该情况下，可以利用设于分支部的三通阀32，仅必要时将冷却水向分支管61和水加热器20送入。并且，水加热器20配置于比燃料电池10及冷却水泵50靠重力方向(铅垂方向)上方处(参照图2)。

散热器40是通过散热器风扇43、44将冷却水的热量放走的风冷装置。需要说明的是，标号41是散热器40的冷却水入口。

冷却水泵50是用于使压力作用而使冷却水循环的泵。冷却水泵50的配置并未特别限定，本实施方式的冷却水泵50配置于散热器40的冷却水出口42与燃料电池10的冷却水入口11之间的水管60上(参照图1)。需要说明的是，本实施方式中的冷却水泵50配置于与燃料电池10同等的高度(参照图2)。

温度传感器81～84是测定在燃料电池系统1中循环的冷却水的规定的位置处的水温的传感器。

第一温度传感器81是测定燃料电池10的冷却水出口12侧处的冷却水的温度的传感器。

第二温度传感器82是测定水加热器20的冷却水入口21侧处的冷却水的水温的传感器。根据第二温度传感器82，测定由水加热器20加热前的冷却水的水温。

第三温度传感器83是测定水加热器20的冷却水出口22侧处的冷却水的水温的传感器。根据第三温度传感器83，测定由水加热器20进行加热的情况下的加热后的冷却水水温。

第四温度传感器84是测定散热器40的冷却水出口42侧处的冷却水的水温的传感器。根据第四温度传感器84，测定通过散热器40而冷却后的冷却水的水温。

需要说明的是，本实施方式中的第二温度传感器82和第三温度传感器83与水加热器20一样配置于比冷却水泵50、第一温度传感器81及燃料电池10靠重力方向上方处(参照图2)。

计算机(控制装置)70根据动作状况来进行燃料电池10、三通阀30、冷却水泵50等的控制。本实施方式的计算机70接收第一温度传感器81、第二温度传感器82、第三温度传感器83及第四温度传感器84的水温的测定值，对冷却水泵50和水加热器20的驱动进行控制(参照图1等)。

接着，针对本实施方式的燃料电池系统1中的冷却水泄漏检测功能，使用流程图进行说明(参照图3)。

首先，先简单地说明该燃料电池系统1中的冷却水泄漏检测的概要。在该燃料电池系统1中，在冷却水泄漏而水位下降至未达到水加热器20的程度为止的情况下，第一温度传感器81与第二温度传感器82之间不存在冷却水，第一温度传感器81的测定温度T1与第二温度传感器82的测定温度T2之间会产生温度差ΔT，因此通过检测温度差的有无，能够判定冷却水泄漏。并且，在沿着冷却水流动的方向而在水加热器20的前后(上游侧和下游侧)不存在冷却水的情况下，第二温度传感器82的测定温度T2与第三温度传感器83的测定温度T3之间不产生温度差ΔT，因此能够通过检测该温度差的有无来检测冷却水泄漏。

并且，作为冷却水泄漏检测的前提，在本实施方式中，作为在燃料电池系统1中循环的冷却水的水位水平，设定了以下四个(参照图2)。

·“正常水位水平A(充满)”……水位超过水加热器20或达到水加热器20的正常的水位水平。

·“异常水位水平B(中间)”……水位低于水加热器20的异常的水位水平。

·“异常水位水平C(低)”……水位低于燃料电池10的上表面或冷却水泵50的上部的更异常的水位水平。

·“异常水位水平D(空)”……水位几乎为0的最异常的水位水平。

冷却水泄漏检测如以下那样进行。首先，对冷却水泵50进行低旋转驱动，且对水加热器20进行加热驱动(将加热器接通来对冷却水进行加热)(步骤SP1)。需要说明的是，本说明书中所说的低旋转是指使冷却水流动时的假想最低流量的旋转。即，是在将水压出的力较弱的状况下冷却水循环时的转速。本实施方式的转速是如下这种转速：使得在冷却水未泄漏而冷却水具有足够量时冷却水循环，在冷却水泄漏而冷却水减少时冷却水不循环。

在此，在“第一温度传感器81的测定温度T1≠第二温度传感器82的测定温度T2”(冷却水的水位水平为B以下时，冷却水不向水加热器20的内部流入，因此未与冷却水接触的第二温度传感器82的测定温度T2与第一温度传感器81的测定温度T1不同)或“测定温度T2与第三温度传感器83的测定温度T3之间没有温度差ΔT”中的任一情况下(步骤SP2中为Yes)，计算机70判定为燃料电池系统1中发生了冷却水泄漏。在该情况下，进入步骤SP3以后，判定冷却水的泄漏的程度。

另一方面，在“第一温度传感器81的测定温度T1≠第二温度传感器82的测定温度T2”和“测定温度T2与第三温度传感器83的测定温度T3之间没有温度差ΔT”中的任一个都不符合的情况下(步骤SP2中为No)，计算机70判定为未发生冷却水泄漏，水位水平正常(正常水位水平A)(步骤SP6)，结束冷却水泄漏检测流程。

在步骤SP3中，对冷却水泵50进行高旋转驱动，且对水加热器20进行加热驱动(步骤SP3)。需要说明的是，本说明书中所说的高旋转是指足够使燃料电池系统1的发热到达散热器40的旋转。在本实施方式中，设为能够使冷却水流动的转速。需要说明的是，只要通过提升冷却水泵50的转速而就算包含空气也能够使冷却水流动，就能够实施使用传感器的判定。

步骤SP3的规定时间经过后(只要为通过水加热器20能够产生T2与T3之间的温度差的程度即可，不论具体的时间)，判断是否“测定温度T1＝测定温度T2”或“测定温度T2与测定温度T3之间具有温度差ΔT”(步骤SP4-1)。在步骤SP4-1中为Yes的情况下，判定为燃料电池系统1的冷却水为异常水位水平B(中间)(步骤SP9)，结束冷却水泄漏检测流程。顺带说一下，在存在基于冷却水泵50的高旋转进行的冷却水的压出的情况下，测定温度T2与测定温度T3之间产生温度差ΔT，因此异常水位水平B为能够进行基于冷却水泵50的冷却水的压出的水平的高度。另一方面，在步骤SP4-1中为No的情况下，停止燃料电池10的发电(步骤SP4-2)，形成为在第四温度传感器84与第一温度传感器81之间不存在发热体的状态。然后，进入步骤SP5。

在步骤SP5中，判断是否“测定温度T1＝测定温度T4”。在步骤SP5中为Yes的情况下，测定温度T1与测定温度T4之间没有温度差ΔT。若存在水，则水从第四温度传感器84朝向第一温度传感器81流动，在第四温度传感器84与第一温度传感器81之间为燃料电池10未发热的状态，因此该燃料电池10中水不升温，测定温度T4和测定温度T1成为相同温度。根据这些结果，判定为虽然燃料电池系统1的冷却水为例如比燃料电池10的高度低但冷却水会流动的程度的异常水位水平C(低)(步骤SP8)，结束冷却水泄漏检测流程。需要说明的是，异常水位水平C(低)是能够用冷却水泵50将冷却水压出的水平，因此存在冷却水从第四温度传感器84向第一温度传感器81的移动，测定温度T1和第四温度传感器84的测定温度T4成为相同温度。

另一方面，在步骤SP5中为No的情况下，测定温度T1与测定温度T4之间具有温度差ΔT。若没有水，则第一温度传感器81、第四温度传感器84中水不流动。此时，测定温度T1成为燃料电池10(的电池组)的温度，测定温度T4成为受到来自散热器40主体的配管的热传导的影响后的温度，因此测定温度T1和测定温度T4成为不同的温度。根据这些结果，判定为燃料电池系统1的冷却水为异常水位水平D(空)(步骤SP7)，结束冷却水泄漏检测流程。需要说明的是，异常水位水平D(空)为没有冷却水，测定温度T1和测定温度T4均仅掌握现场的空气温度。

以往的方法的话在成为冷却水不向冷却水泵流动的状态后才开始能够判定冷却水泄漏，换言之以往的方法的话在冷却水漏光之前无法发现冷却水泄漏，相对于此，根据到此为止说明的本实施方式的燃料电池系统1，能够尽早发现由散热器破损等引起的冷却水泄漏。

以上说明的实施方式用于容易理解本发明，并不是用于对本发明进行限定而解释。实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状及尺寸等并不限定为例示的内容，能够适当变更。并且，能够将不同的实施方式中示出的结构彼此进行部分置换或组合。

例如，在上述的实施方式中，说明了在水加热器20的冷却水入口21、冷却水出口22配置温度传感器82、83的例子，但是在此所说的冷却水入口21或冷却水出口22只是优选的配置的例子。总之，为了在该燃料电池系统1中实施冷却水泄漏检测，重要的是检测水管60(或分支管61)的规定部位与规定部位之间的冷却水的温度差，只要能够实现这个即可，温度传感器的配置无需特定为严格的位置。

并且，上述的实施方式中示出的燃料电池10、冷却水泵50、第1～第四温度传感器81～84等的配置仅是一例，在配置于与此不同的高度的燃料电池系统1中也能够基于同样的结构、想法而尽早发现冷却水泄漏。

[第二实施方式]

参照图4并说明燃料电池系统1的第二实施方式。在该燃料电池系统1中，燃料电池10配置于比冷却水泵50高的位置。并且，第一温度传感器81配置于与燃料电池10同等的高度，第四温度传感器84配置于比燃料电池10低且比冷却水泵50高的位置(参照图4)。

在这种燃料电池系统1中，详细的说明省略，但是依照第一实施方式中说明的结构、想法，能够判定在燃料电池系统1中循环的冷却水的水位水平符合如下中的哪一个：

·“正常水位水平A(充满)”……水位超过(达到)水加热器20的正常的水位水平；

·“异常水位水平B(中间)”……水位低于水加热器20的异常的水位水平；

·“异常水位水平C(低)”……水位低于燃料电池10的底面或冷却水泵50的上部的更异常的水位水平；

[第三实施方式]

在上述的第一实施方式中，冷却水泄漏检测时，在步骤SP4-1中为No的情况(测定温度T2与测定温度T3之间没有温度差ΔT的情况)下，停止燃料电池10的发电(步骤SP4-2)，但是与此相反，不使燃料电池10的发电停止，也能够进行冷却水泄漏检测。以下，说明不使燃料电池10的发电停止的情况下的水位水平判定例(参照图5)。需要说明的是，关于与第一实施方式相同的内容即步骤SP11～步骤SP13、步骤SP16、步骤SP19，省略说明，在此仅说明步骤SP14～步骤SP18的部分(参照图5)。

在步骤SP14中为No的情况下，不使燃料电池10的发电停止，进入步骤SP15。在步骤SP15中，判断是否“测定温度T1＝测定温度T4”。在步骤SP15中为No的情况下，测定温度T1与测定温度T4之间具有温度差ΔT。若存在水，则水从第四温度传感器84朝向第一温度传感器81流动，由于在第四温度传感器84与第一温度传感器81之间存在燃料电池10，因此在该燃料电池10中水升温，测定温度T4和测定温度T1成为不同的温度。根据这些结果，判定为燃料电池系统1的冷却水为例如比燃料电池10的高度低但冷却水流动的程度的异常水位水平C(低)(步骤SP18)，结束冷却水泄漏检测流程。

另一方面，在步骤SP15中为Yes的情况下，测定温度T1与测定温度T4之间没有温度差ΔT。若没有水，则第一温度传感器81、第四温度传感器84中水不流动，因此测定温度T1和测定温度T4成为相同温度。根据这些结果，判定为燃料电池系统1的冷却水为异常水位水平D(空)(步骤SP17)，结束冷却水泄漏检测流程。

工业上的可利用性

本发明优选应用于燃料电池系统。

标号说明

1…燃料电池系统、10…燃料电池、12…冷却水出口、20…水加热器、21…冷却水入口、22…冷却水出口、40…散热器、42…冷却水出口、50…冷却水泵、70…计算机(控制装置)、81…第一温度传感器、82…第二温度传感器、83…第三温度传感器、84…第四温度传感器、T1…第一温度传感器的测定温度、T2…第二温度传感器的测定温度、T3…第三温度传感器的测定温度、T4…第四温度传感器的测定温度。

Claims

1.一种燃料电池系统，具有燃料电池，其中，

所述燃料电池系统具备：

第一温度传感器，测定所述燃料电池的冷却水出口侧的冷却水的温度；

第二温度传感器，测定对冷却水进行加热的水加热器的冷却水入口侧的冷却水的水温；

第三温度传感器，测定所述水加热器的冷却水出口侧的冷却水的水温；

冷却水泵，使冷却水循环；以及

控制装置，接收所述第一温度传感器、所述第二温度传感器及所述第三温度传感器的测定值，对所述冷却水泵及所述水加热器的驱动进行控制，

所述水加热器、所述第二温度传感器及所述第三温度传感器配置于比所述冷却水泵及第一温度传感器靠重力方向上方处，

所述控制装置构成为，在“所述第一温度传感器的测定温度T1≠所述第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“所述第二温度传感器的测定温度T2与所述第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，判定为发生了冷却水泄漏。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述控制装置构成为，

在“所述第一温度传感器的测定温度T1≠所述第二温度传感器的测定温度T2”的情况下或者“所述第二温度传感器的测定温度T2与所述第三温度传感器的测定温度T3之间没有温度差ΔT”的情况下，将所述冷却水泵以更高的旋转予以驱动，

在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有所述温度差ΔT”的情况下，由所述控制装置判定为冷却水的水位水平比所述水加热器低且比所述燃料电池及所述冷却水泵高。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述燃料电池系统还具备冷却水的散热器和第四温度传感器，所述第四温度传感器测定该散热器的冷却水出口侧的冷却水的水温，

所述控制装置构成为，

在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有所述温度差ΔT”不成立的情况下，在不满足“测定温度T1＝所述第四温度传感器的测定温度T4”时，判定为冷却水的水位水平比所述冷却水泵的高度低。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述控制装置构成为，

在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有所述温度差ΔT”不成立的情况下，在使所述燃料电池的发电停止之后不满足“测定温度T1＝所述第四温度传感器的测定温度T4”时，判定为冷却水的水位水平为0。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述控制装置构成为，

在“测定温度T1＝测定温度T2”或“具有所述温度差ΔT”不成立的情况下，在“测定温度T1＝所述第四温度传感器的测定温度T4”时，判定为冷却水的水位水平为0。