JP2004311055A

JP2004311055A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2004311055A
Application number: JP2003099160A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mori; 大輔森; Kazuhiko Okino; 一彦沖野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: JP4411854B2

Abstract

【課題】冷却液の導電率を適切に管理できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われるスタック１と、冷却液の導電率を低減させるためのイオン除去フィルタ８と、イオン除去フィルタ８を冷却液が迂回するためのバイパス流路１２を備える。また、イオン除去フィルタ８に供給される冷却液流量を調整する三方弁６と、スタック１の負荷回路、ここでは強電計９の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗計１１を備える。さらに、絶縁抵抗計１１により検出した絶縁抵抗検出値Ｒに基づき三方弁６を制御する流量制御手段（Ｓ１０〜Ｓ１２）と、を備える。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of appropriately managing the conductivity of a coolant.
A stack for performing at least one of temperature adjustment and humidification using a coolant, an ion removal filter for reducing the conductivity of the coolant, and a coolant for bypassing the ion removal filter. Is provided. Further, a three-way valve 6 for adjusting the flow rate of the coolant supplied to the ion removal filter 8 and a load circuit of the stack 1, in this case, an insulation resistance meter 11 for detecting the insulation resistance of the strong electrometer 9 are provided. Further, a flow control means (S10 to S12) for controlling the three-way valve 6 based on the insulation resistance detection value R detected by the insulation resistance meter 11 is provided.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池システムに関する。特に燃料電池システムに用いる冷却液の制御を行う構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池システムとして、燃料電池システム用の冷却液の導電率を管理するために、燃料電池システムの負荷回路の絶縁抵抗を測定し監視するものが知られている。測定された絶縁抵抗と、冷却液の導電率との間には一義的に規定された関数関係があることが明らかになっている。そこで、冷却液中の混入イオン濃度が指定された値を超えてはならない燃料電池システムにおいて、絶縁抵抗を監視することによって冷却液の導電率を管理し、絶縁抵抗の値が下限閾値より低下している時に期限に達している冷却液の交換が指示される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１９４２６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
上記従来の技術においては、絶縁抵抗値が下限閾値より低下するたびに冷却液の交換が指示される。例えば、燃料電池システムを移動手段等の駆動源として用いる場合には、冷却液の導電率が悪化したと判断されるたびに、これに対して冷却液を交換するなどの何らかの対処を行う必要がある。そのため、この冷却液の導電率が悪化したという判断は、出来るだけ少なく、且つ、正確に行う必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、冷却液の導電率を適切に管理できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われる燃料電池スタックと、冷却液の導電率を低減させるための冷却液導電率低減手段と、前記冷却液導電率低減手段を冷却液が迂回するためのバイパス流路を備える。また、前記冷却液導電率低減手段に供給される冷却液流量を調整する流量調整手段と、前記燃料電池スタックの負荷回路の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出手段と、前記絶縁抵抗検出手段により検出した絶縁抵抗検出値に基づき前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備える。
【０００７】
または、冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われる燃料電池スタックと、冷却液の導電率を低減させるための冷却液導電率低減手段を備える。また、前記冷却液の導電率が所定値以下であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段を備える。起動初期の所定時間において、前記所定値を高く設定する。
【０００８】
【作用及び効果】
冷却液導電率低減手段に供給される冷却液流量を調整する流量調整手段と、燃料電池スタックの負荷回路の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出手段と、絶縁抵抗検出手段により検出した絶縁抵抗検出値に基づき流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備える。絶縁抵抗検出値に基づいて流量調整手段を制御することで、冷却液の導電率を正確に把握して冷却液導電率低減手段に供給される冷却液流量を調整することができるので、効率良く導電率を低減することができる。その結果、絶縁抵抗検出値が過剰に低下するのを防ぎ、冷却液導電率を低く保つことができるので、冷却液の導電率を適切に管理することができる。
【０００９】
冷却液の導電率が所定値以下であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段を備え、起動初期の所定時間において、所定値を高く設定する。これにより、冷却液の導電率が不安定な起動初期に、一時的な導電率の上昇により冷却液の導電率悪化を判断するのを抑制することができるので、冷却液の導電率を適切に管理することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成を図１に示す。ここでは、駆動源として車輌に搭載された燃料電池システムについて説明する。
【００１１】
図示しない燃料系と酸化剤系から、燃料ガスと酸化剤ガスを供給することにより発電を行うスタック１を備える。ここでは、スタック１として固体高分子型燃料電池スタックを用いる。また、スタック１で生成された電力を高電圧で扱う強電系９を備える。さらに、強電系９と車輌との絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗計１１を備える。
【００１２】
また、温度調整、もしくは、スタック１内部の固体高分子膜の加湿に用いる冷却液を循環する冷却システムを備える。ここでは、冷却液として純水を用い、スタック１に循環させることによりスタック１の温度調整および加湿を行う。また、冷却液貯蔵手段である冷却液タンク４、冷却液流路である冷却液配管３、冷却液を循環させる冷却液ポンプ５、冷却液温度を調整するラジエータ２を備える。
【００１３】
また、冷却液中のイオンを除去するイオン除去フィルタ８を備える。循環する冷却液は、流路に用いられている金属からの溶出イオンや空気中に混入しているイオンにより冷却液導電率が増大する。導電率が大きい冷却液は金属を腐食させ、燃料電池システムのスタック１等を劣化させて、寿命を短命化させる。また絶縁抵抗を低下させ、高電圧を扱う上で危険である。そこで、イオン除去フィルタ８により冷却液中のイオンを除去することによりスタック１の寿命を維持する。ここでは、スタック１の上流側にイオン除去フィルタ８を備える。さらに、イオン除去フィルタ８をバイパスするバイパス流路１２、イオン除去フィルタ８とバイパス流路１２に分配する冷却液流量の割合を調整する三方弁６を備える。さらに、イオン除去フィルタ８とバイパス流路１２の下流側で冷却液が合流する部分には三方弁７を備える。なお、三方弁７の開度は固定し、流路形状によっては省略することもできる。
【００１４】
また、このような冷却システムを調整するコントローラ１０を備える。コントローラ１０では、冷却液の導電率に応じて、イオン除去フィルタ８を流通する冷却液の割合を制御する。ここでは、絶縁抵抗計１１の出力に応じてイオン除去フィルタ８を流通する冷却液流量を設定し、三方弁６の開度指令を出力する。
【００１５】
次に、上記のような構成の冷却システムにおける冷却液の循環について説明する。
【００１６】
冷却液タンク４に貯蔵された冷却液を冷却液ポンプ５により取り出す。取り出された冷却液の、例えば一部をイオン除去フィルタ８に流通させることにより、冷却液中のイオンを取り除き、冷却液の導電率を調整する。このとき、イオン除去フィルタ８に流通させる冷却液流量は、冷却液中の導電率、ひいては、後述するように強電系９の絶縁抵抗値に応じて制御する。導電率が小さい場合には、イオンフィルタ８を流通する冷却液流量を抑制し、バイパス流路１２を流れるように制御することで、冷却液ポンプ５の負荷を抑制する。
【００１７】
スタック１の劣化原因とならないように低導電率に調整された冷却液を、スタック１に供給する。スタック１では、冷却液を用いて、温度調整と固体高分子膜の加湿を行う。温度調整を行う際に熱を吸収して高温となった冷却液を、ラジエータ２に供給する。ここで放熱することにより、再びスタック１の冷却に用いることができる温度に調整してから、冷却液を冷却液タンク４に回収する。
【００１８】
このように循環する冷却液のイオン除去フィルタ８への流通割合を、負荷回路、ここでは強電系９の絶縁抵抗値に応じて設定する。冷却液の導電率（純水導電率）と、強電系９の絶縁抵抗値との間には、図２に示すような関数関係（概略ｙ＝１／ｘ）が成り立つ。つまり、導電率が高くなるほど絶縁抵抗値は小さくなる。
【００１９】
そこで、図３に示すように、三方弁６の切り替えの判断値として所定値Ｒ_ｓを設定する。所定値Ｒ_ｓは、冷却液の導電率の抑制が必要か否かの判断値とする。また、冷却液の導電率の悪化を判断する悪化診断値Ｒ_ｉを設定する。悪化診断値Ｒ_ｉは、絶縁抵抗値Ｒが悪化診断値Ｒ_ｉより小さい場合には、冷却液導電率が過剰に大きくなり、スタック１の劣化原因となる可能性があると判断される値である。
【００２０】
絶縁抵抗計１１が検出した絶縁抵抗検出値Ｒが、所定値Ｒ_ｓより低い場合には、冷却液をイオン除去フィルタ８に多く流すように三方弁６を調整する。これにより、冷却液導電率が高い場合には、イオン除去フィルタ８を流通する冷却液流量を増大して、冷却液導電率を抑制する。また、絶縁抵抗検出値Ｒが所定値Ｒ_ｓ以上の場合には、冷却液をバイパス流路１２側に多く流すように三方弁６を調整する。これにより、冷却液導電率が比較的低い場合には、バイパス流路１２を流れる冷却液流量を増大することにより、冷却液流路内の圧力損失を小さくし、冷却液循環に用いる冷却液ポンプ５の消費電力を抑制する。
【００２１】
このように、絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_ｉを下回るのを避けつつ、イオン除去フィルタ８に流れる冷却液流量を抑制する。これにより、効率良く、且つ、正確に、冷却液導電率を低く維持することができ、冷却液の導電率を悪化させるのを抑制した冷却液管理を正確に行うことができる。
【００２２】
なお、導電率の抑制にかかわらず絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_ｉより小さいと判断されたら、冷却液の導電率が悪化したと判断してスタック１の劣化を防ぐための対処を行う。ここで、スタック１の劣化を防ぐ対処方法は、悪化診断値Ｒ_ｉの大きさに応じて設定しておく。例えば、悪化診断値Ｒ_ｉを比較的低く設定した場合には、燃料電池システムを停止することによりスタック１が劣化するのを防ぐ。悪化診断値Ｒ_ｉを比較的高く設定した場合には、冷却液の交換を要請する信号を出力してもよい。さらに、悪化診断値Ｒ_ｉを二つ設定して、二段階の制御を行っても良い。例えば、絶縁抵抗検出値Ｒが比較的高い悪化診断値Ｒ_ｉａより小さくなった場合に、冷却液の交換を要請する信号を出力し、さらに導電率が増加して絶縁抵抗検出値Ｒが比較的低い悪化診断値Ｒ_ｉｂより小さくなった場合に、燃料電池システムを停止する。
【００２３】
このような燃料電池システムの起動初期における冷却液導電率の例を図４に示す。冷却システム内の冷却液中におけるイオン分布の偏りに起因して、冷却液導電率は局所的に高くなる場合がある。このような場合には、図４に示すように、起動直後に冷却液導電率が一時的に不安定となる。しかしながら、しばらくの間、冷却液をイオン除去フィルタ８に流通させて循環させると、冷却液導電率が安定して下がってくる。
【００２４】
ここで、スタック１に供給される冷却液導電率は、平均として所定値を下回っていれば、燃料電池システムにとって問題とならない。しかしながら上記のような冷却液導電率特性により、起動初期時には、平均導電率からは劣化していると判断されない場合にも、一時的な導電率の増大に伴って絶縁抵抗値が一時的に低下し、絶縁抵抗検出値Ｒとして悪化診断値Ｒ_ｉより小さな値が検出される可能性がある。これにより、冷却液の導電率が悪化していると誤診断されて、冷却液の導電率が悪化したことを示す信号（以下、冷却液悪化信号）が出力される可能性がある。
【００２５】
そこで、上記誤診断を避けるために、起動初期には通常時より悪化診断値Ｒ_ｉを低く設定する。これにより、冷却液がイオン除去フィルタ８を流れることで冷却液導電率を回復できる場合に、冷却液悪化信号が出力されるのを抑制することができる。
【００２６】
以下、起動初期の悪化診断値Ｒ_ｉの設定について説明する。
【００２７】
図５に、起動初期の悪化診断値Ｒ_ｉを示す。起動初期の所定時間（Ｔ_０〜Ｔ_１）においては、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_１に設定する。所定時間Ｔ_１が経過したら、通常の悪化診断値Ｒ_０に設定する。なお、Ｒ_０＞Ｒ_１である。これにより、起動初期に一時的に絶縁抵抗検出値Ｒが通常時の悪化診断値Ｒ_０を下回っても、誤診断により冷却液悪化信号を出力するのを避けることができる。また、起動初期の所定時間Ｔ_０〜Ｔ_１の間は三方弁６の切り替えを行わず、常に冷却液をイオン除去フィルタ８側に多く流すように調整する。これにより、起動初期の冷却液導電率をその特性に影響されることなく素早く低下させることができる。
【００２８】
さらに、図６に示すように、燃料電池システムを起動する時点において、既に絶縁抵抗値が低下していると想定される場合には、絶縁抵抗値が一時的に小さくなる可能性がさらに高くなる。そこで、悪化診断値Ｒ_ｉを、さらに低いＲ_２（Ｒ_０＞Ｒ_１＞Ｒ_２）に設定することにより、局所的な冷却液導電率上昇により冷却液の導電率が悪化したと判断される頻度を低減する。ここでは、絶縁抵抗値が低下していると想定される場合を、例えば、以下のように設定する。
【００２９】
燃料電池システムを高負荷運転し、その後十分に冷却液を循環させずに運転を停止した場合に、絶縁抵抗値が低下していると想定する。燃料電池システムが高負荷運転を生じる際には、スタック１から排出される冷却液温度の上昇により、冷却液中に溶け出すイオンが多くなり、また空気を多く取り入れるので空気中に混入しているイオンも取り込まれることになる。これにより、冷却液導電率が上昇して絶縁抵抗値が低下している状態となる。つまり、図７に示すように、スタック１の出力が大きいほど絶縁抵抗値が小さくなる。そのため、高負荷運転が行われて冷却液導電率が上昇した後に、イオン除去フィルタ８によって冷却液中のイオンを十分に除去する前に冷却液の循環を停止させた場合には、冷却液中のイオン濃度が高くなる。よって、起動初期直後には、冷却液導電率が高く、ひいては、絶縁抵抗値が低下していると想定される。
【００３０】
ここでは、例えば、燃料電池システム停止直前の出力Ｐを記憶しておき、この出力Ｐが所定出力Ｐ_ｓより大きい場合に、次回の起動初期値には絶縁抵抗値が低下していると想定して悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_２に設定する。なお、所定出力Ｐ_ｓは、停止直前の出力がＰ_ｓである場合に、冷却液循環停止時の絶縁抵抗値が所定値Ｒ_ｅを示す値とする。ここで、所定値Ｒ_ｅは予め実験等により設定しておく。例えばＲ_ｅ＝Ｒ_０と設定する。
【００３１】
なお、前回の運転において、燃料電池システムを高負荷運転して、その後十分に冷却液を循環させずに運転を停止したか否かは、停止直前の運転負荷と、その後、冷却液を循環させた時間とによっても判断することができる。ただし、本実施形態では、冷却液循環停止時の絶縁抵抗検出値Ｒ_ｐが所定値Ｒ_ｅより小さい場合に、高負荷運転して十分に冷却液を循環させずに停止したと判断する。
【００３２】
または、燃料電池システムを起動せずに長期間放置した場合に、絶縁抵抗値が低下していると想定する。燃料電池システムを長期間放置した場合には、イオン除去フィルタ８に回収されていたイオンが冷却液中に流れ出す可能性がある。よって、図８に示すように、燃料電池システムを放置した放置時間ｔ_ｓに応じて冷却液導電率が大きくなるので、絶縁抵抗値が小さくなる。このように、長い間放置してから燃料電池システムを運転する際には、起動初期時には絶縁抵抗値が低くなると想定される。
【００３３】
ここでは、例えば、燃料電池システムの放置時間ｔ_ｓが所定値ｔαより大きい場合に、起動初期時に悪化診断値Ｒ_ｉとしてＲ_２を設定する。なお、所定値ｔαは予め実験等により設定しておく。例えば、燃料電池システムを放置することにより絶縁抵抗値がＲ_ｅ２より小さくなったと推定される値とする。例えばＲ_ｅ２＝Ｒ_０とする。
【００３４】
さらに、起動時の冷却液温度Ｋ_ｗが高い場合に、絶縁抵抗値が低下していると想定する。前述したように、冷却液温度Ｋ_ｗが上昇するに従って、冷却液中に溶け出すイオンが増大する。よって、図９に示すように、外部温度が高い等により冷却液温度Ｋ_ｗが高い場合には冷却液導電率が大きく、ひいては絶縁抵抗値が小さくなる。よって、冷却液温度Ｋ_ｗが低いほど、起動初期時には絶縁抵抗値が低くなると想定される。
【００３５】
ここでは、例えば図示しない冷却液温度Ｋ_ｗを直接検出する温度センサや、外気温度を測定して冷却液温度Ｋ_ｗを推定する温度検出手段等を備える。冷却液温度Ｋ_ｗが所定値Ｋ_ｓより大きい場合に、起動初期時に悪化診断値Ｒ_ｉとしてＲ_２を設定する。なお、所定値Ｋ_ｓは、予め実験等により設定しておく。例えば、高温の冷却液により絶縁抵抗値がＲ_ｅ３より小さくなったと推定される値とする。例えばＲ_ｅ３＝Ｒ_０とする。
【００３６】
なお、所定値Ｒ_ｅ、Ｒ_ｅ２、Ｒ_ｅ３は同じ値としてもよいし、それぞれ別々の値としてもよい。
【００３７】
このように、起動初期時に絶縁抵抗値が低くなると想定される場合に、冷却液の多くをイオン除去フィルタ８側に流通させると共に、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_１よりさらに低いＲ_２に設定する。これにより、図５に示すように、起動時点において既に絶縁抵抗値が低く、かつ、起動初期に一時的に絶縁抵抗値が不安定になる起動初期（Ｔ_０〜Ｔ_１）においても、絶縁抵抗の一時的な低下による誤診断を防ぐことができる。これにより、冷却液導電率が回復する可能性がある場合に、冷却液悪化信号を出力するのを防ぐことができるので、冷却システムの管理を適切に行うことができる。
【００３８】
次に、起動初期（Ｔ_０〜Ｔ_１）における、冷却液の導電率の悪化の判断方法について説明する。
【００３９】
起動初期（Ｔ_０〜Ｔ_１）にも、冷却液導電率が指定された値を超えてスタック１に悪影響を与える可能性がある。しかしながら、上述したように悪化診断値Ｒ_ｉを下げた状態を続けていると、異常を検知するのが遅れてスタック１の劣化を促す恐れがある。そこで、起動直後のＴ_０〜Ｔ_１の間は、絶縁抵抗検出値Ｒを冷却液導電率Ｃに換算し、この冷却液導電率の積算値Ｃ_ｓｕｍを算出する。ここでは、図２に示すようなマップを用いて絶縁抵抗検出値Ｒを冷却液導電率Ｃに換算する。冷却液導電率の積算値Ｃ_ｓｕｍが所定値Ｃ_ｃを超えたら冷却液の導電率が悪化していると判断する。ここで所定値Ｃ_ｃは、所定値Ｃ_ｃを、スタック１の劣化を生じない範囲で、起動初期（Ｔ_０〜Ｔ_１）の間に積算される冷却液導電率の最大積算値とする。所定値Ｃ_ｃは実験等により予め設定しておく。
【００４０】
次に、冷却液の導電率管理の制御方法を、図１０に示したフローチャートを用いて説明する。本フローは、イグニッションがＯＮになる等の燃料電池システムの起動信号を検知したら開始し、燃料電池システムの停止信号を検知するまで、所定時間毎に繰り返す。なお、燃料電池システム起動の信号を検知した時点では、悪化診断値Ｒ_ｉは通常の所定値Ｒ_０に設定されている。
【００４１】
ステップＳ１において、絶縁抵抗検出値Ｒを検出する。ここでは、絶縁抵抗計１１を用いて検出する。ステップＳ２において、起動初期であるか否かを判断する。ここでは、コントローラ１０に図示しないタイマーを備え、起動開始からの経過時間Ｔをカウントする。この経過時間が所定時間Ｔ_１より大きいか否かを判断することにより起動初期であるか否かを判断する。経過時間Ｔが所定時間Ｔ_１より大きい場合には、起動初期ではないと判断してステップＳ１５に進み、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_０に設定してから、後述するステップＳ１０に進む。一方、所定時間Ｔ_１以下の場合には、起動初期であると判断して、ステップＳ３に進む。
【００４２】
ステップＳ３において、冷却液導電率積算値Ｃ_ｓｕｍ（ｎ）を算出する。ここで、ｎは積算した回数を示している。ここでは、前回（ｎ−１回目）の冷却液導電率積算値Ｃ_ｓｕｍ（ｎ−１）に、今回（ｎ回目）検出した絶縁抵抗検出値Ｒを換算することにより求めた冷却液導電率Ｃを加算する。つまり、Ｃ_ｓｕｍ（ｎ）＝Ｃ_ｓｕｍ（ｎ−１）＋Ｃ。なお、Ｃ_ｓｕｍ（０）＝０とする。また、燃料電池システム停止の信号を検知したら、ｎ＝０にリセットする。
【００４３】
次に、ステップＳ４において、起動初期時に冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する。つまり、冷却液導電率積算値Ｃ_ｓｕｍが、所定値Ｃ_ｃより大きいか否かを判断する。冷却液導電率積算値Ｃ_ｓｕｍが、所定値Ｃ_ｃより大きい場合には、冷却液導電率上昇によりスタック１が劣化する可能性があるので、ステップＳ１４に進み、冷却液悪化信号を出力する。一方、冷却液導電率積算値Ｃ_ｓｕｍが、所定値Ｃ_ｃ以下の場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５において、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_１に設定する。つまり、起動初期において、悪化診断値Ｒ_ｉを通常の悪化診断値Ｒ_０より低い悪化診断値Ｒ_１に設定することにより、絶縁抵抗検出値Ｒの許容範囲を広く設定する。
【００４４】
次に、ステップＳ６において、前回の運転終了時に、高負荷運転から十分な冷却液の循環を行わずに停止したか否かを判断する。ここでは、前回の終了時の冷却液循環を停止した時点で検出した絶縁抵抗検出値Ｒ_ｐを用いて判断する。前回の運転終了時点の絶縁抵抗検出値Ｒ_ｐと所定値Ｒ_ｅを比較する。絶縁抵抗検出値Ｒ_ｐが所定値Ｒ_ｅより小さい場合には、起動時の絶縁抵抗値は低い値を示すと判断してステップＳ９に進む。ステップＳ９において、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_２に設定して、絶縁抵抗検出値Ｒの許容範囲をさらに広く設定してから、ステップＳ１０に進む。ただし、Ｒ_１＞Ｒ_２である。一方、ステップＳ６において、絶縁抵抗検出値Ｒ_ｐが所定値Ｒ_ｅ以上の場合には、ステップＳ７に進む。
【００４５】
ステップＳ７において、燃料電池システムの放置時間ｔ_ｓから、起動時の冷却液の絶縁抵抗値が低下しているか否かを判断する。ここでは、図示しないタイマー等により前回運転終了からの放置時間ｔ_ｓをカウントする。放置時間ｔ_ｓが所定時間ｔαより大きければ、ステップＳ９に進み、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_２に設定してからステップＳ１０に進む。放置時間ｔ_ｓが所定時間ｔα以下の場合には、放置中のイオンの拡散は無視できると判断して、ステップＳ８に進む。
【００４６】
ステップＳ８において、起動時の冷却液温度Ｋ_ｗに応じて絶縁抵抗値の低下を判断する。ここでは、図示しない冷却液の温度センサを備え、冷却液温度Ｋ_ｗが所定温度Ｋ_ｓより大きいか否かを判断する。冷却液温度Ｋ_ｗが所定温度Ｋ_ｓより大きい場合には、起動時の冷却液中のイオンが多いと判断して、ステップＳ９に進み、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_２に設定する。一方、冷却液温度Ｋ_ｗが所定温度Ｋ_ｓ以下の場合には、ステップＳ１０に進む。
【００４７】
ステップＳ１０において、三方弁６の切り替え判断を行う。ここで絶縁抵抗検出値Ｒが所定値Ｒ_ｓより小さいか否かを判断する。所定値Ｒ_ｓより小さい場合には、ステップＳ１１に進み、イオン除去フィルタ８側に流れる冷却液流量が大きくなるように、三方弁６の開度を設定する。一方、絶縁抵抗検出値Ｒが所定値Ｒ_ｓ以上の場合には、ステップＳ１２に進み、バイパス流路１２側を流れる冷却液流量が大きくなるように、三方弁６の開度を設定する。
【００４８】
次に、ステップＳ１３において、冷却液の導電率が悪化しているか否かの判断を行う。絶縁抵抗検出値Ｒと設定した悪化診断値Ｒ_ｉを比較する。絶縁抵抗検出値Ｒが設定した悪化診断値Ｒ_ｉより小さい場合には、冷却液導電率がスタック１の劣化原因となるような範囲であると判断して、ステップＳ１４に進み、冷却液悪化信号を出力する。なお、この冷却液悪化信号は、例えば、冷却液の交換を要請する信号や、システムの停止信号とする。一方、絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_ｉ以上の場合には、冷却液導電率は適正であると判断して本フローを終了する。
【００４９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００５０】
冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われるスタック１と、冷却液の導電率を低減させるためのイオン除去フィルタ８と、イオン除去フィルタ８を冷却液が迂回するためのバイパス流路１２を備える。また、イオン除去フィルタ８に供給される冷却液流量を調整する三方弁６と、スタック１の負荷回路、ここでは強電計９の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗計１１を備える。さらに、絶縁抵抗計１１により検出した絶縁抵抗検出値Ｒに基づき三方弁６を制御する流量制御手段（Ｓ１０〜Ｓ１２）と、を備える。これにより、正確に検出するのが容易な絶縁抵抗検出値Ｒに応じてイオン除去フィルタ８に流通する冷却液流量を制御することができるので、冷却液導電率が過剰となるのを確実に抑制することができる。例えば、絶縁抵抗検出値Ｒが大きい時にはイオン除去フィルタ８へ流す流量を抑制して冷却液をバイパスさせる。これにより、冷却システムを循環する冷却液の圧損を小さく抑えることができる。また、冷却液導電率が上昇して、絶縁抵抗検出値Ｒが低下した場合には冷却液をイオン除去フィルタ８へ通す。これにより、絶縁抵抗検出値Ｒが悪化診断値Ｒ_ｉを下回るのを抑制し、冷却液導電率を低く保つことができる。このように構成することで、絶縁抵抗値が悪化診断値Ｒ_ｉより低下したと判断される頻度を低減することができ、冷却液の導電率を適切に管理することができる。
【００５１】
絶縁抵抗検出値Ｒと、所定の悪化診断値Ｒ_ｉとを比較することにより冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段（Ｓ１３）を備える。起動初期の所定時間（Ｔ_０〜Ｔ_１）において、悪化診断値Ｒ_ｉを変化させる（Ｓ５）。ここでは、悪化診断値Ｒ_ｉをＲ_０より低い低い値Ｒ_１に設定する。イオン除去フィルタ８により冷却液導電率の回復が期待できる状況において、起動初期に見られる冷却液中のイオン分布の偏りに起因する導電率の局所的な上昇によって引き起こされる絶縁抵抗値低下による誤診断を抑えることができる。これにより、冷却液を交換したり、燃料電池システムを停止したりする頻度を抑えて、イオン除去フィルタ８を有効に活用することができる。
【００５２】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況、言い換えれば、絶縁抵抗値が通常時より低下していると想定される状況では、起動初期の所定時間（Ｔ_０〜Ｔ_１）において、悪化診断値Ｒ_ｉをさらに変化させる。ここでは、悪化診断値Ｒ_ｉをさらに低い値Ｒ_２に設定する（Ｓ９）。これにより、冷却液導電率が通常より上昇していると想定される起動初期においても、絶縁抵抗の一時的な低下による誤診断を抑制することができる。
【００５３】
起動初期において、悪化診断値Ｒ_ｉを変化させている間に、起動直後からの冷却液導電率の積算値Ｃ_ｓｕｍが所定値Ｃ_ｃを超えると冷却液の導電率が悪化していると判断する。これにより、悪化診断値Ｒ_ｉを下げている状態でも、冷却液導電率の上昇によってスタック１に悪影響を与える前に、冷却液の導電率が悪化していると判断することができる。
【００５４】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況を、高負荷運転をした後、所定時間以上、例えば冷却液導電率を低減するのに十分な時間だけ冷却液を循環させずに運転停止した場合とする。これにより、停止時の運転状態を考慮して、起動初期の冷却液導電率に応じて悪化診断値Ｒ_ｉを設定することができるので、絶縁抵抗値が一時的に低下することによる誤診断を抑制することができる。
【００５５】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況を、起動時における冷却液温度Ｋ_ｗが所定値Ｋ_ｓより高い場合とする。これにより、起動時の外気温度などの影響を考慮して、冷却液の導電率に応じて悪化診断値Ｒ_ｉを設定することができるので、絶縁抵抗値が一時的に低下することによる誤診断を抑制することができる。
【００５６】
起動初期に冷却液導電率が通常時より上昇していると想定される状況を、最後に運転してから次に起動するまでの放置時間ｔ_ｓが所定値ｔαより長い場合とする。これにより、燃料電池システムを長期間放置しても、絶縁抵抗値が一時的に低下することによる誤診断を抑制することができる。
【００５７】
冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われるスタック１と、冷却液の導電率を低減させるためのイオン除去フィルタ８と、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段（Ｓ１３）と、を備える。ここでは、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを、検出した絶縁抵抗値Ｒが所定範囲であるか否かにより判断する。なお、絶縁抵抗値が悪化診断値Ｒ_ｉ以上の範囲を、所定範囲とする。起動初期の所定時間（Ｔ_０〜Ｔ_１）において、所定範囲を広く設定する。ここでは、悪化診断値Ｒ_ｉを、通常値より低い値に設定することにより所定範囲を広くする。これにより、起動初期における冷却液導電率悪化の誤診断が生じる頻度を抑制することができるので、冷却液の導電率管理を向上することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、悪化診断値Ｒ_２を一つの値としているが、この限りではない。例えば、起動時の絶縁抵抗値の想定される低下の程度に応じて悪化診断値Ｒ_２を可変としてもよい。例えば、停止時の出力Ｐが高いほど、または、放置時間ｔ_ｓが長いほど、または、起動時の冷却液温度Ｋ_ｗが高いほど、悪化診断値Ｒ_２を小さい値に設定してもよい。
【００５９】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池システムの概略構成を図１１に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６０】
絶縁抵抗率計１１の替わりに、冷却液導電率を検出する冷却液導電率計１３を備える。つまり、冷却液導電率の管理を、直接、導電率を検出することにより行う。ここでは、冷却液導電率計１３を、スタック１に供給される冷却液の導電率を検出するように配置する。
【００６１】
冷却液導電率を抑制する必要があるか否かを、検出された冷却液導電率Ｃが所定値Ｃ_ｓより大きいか否かにより判断する。ここでは、検出した冷却液導電率Ｃが所定値Ｃ_ｓより大きくなったと判断されたら、冷却液をイオン除去フィルタ８側に多く流すように三方弁６を設定する。これにより、冷却液導電率を低下させて、冷却液の悪化を抑制する。一方、冷却液導電率が所定値Ｃ_ｓ以下の場合には、冷却液をバイパス流路１２側に多く流すように三方弁６を設定する。これにより、冷却システムを流れる冷却液の圧損を低減して冷却液ポンプ５の消費電力を抑制することができる。
【００６２】
また、冷却液導電率が悪化しているか否かを、検出された冷却液導電率Ｃが悪化診断値Ｃ_ｉより大きいか否かにより判断する。通常時には、悪化診断値Ｃ_ｉをＣ_０に設定する。冷却液導電率が悪化診断値Ｃ_０を超えないように三方弁６を制御する。
【００６３】
次に、燃料電池システム起動初期の冷却液導電率が不安定な場合について説明する。
【００６４】
図１２に示すように、起動初期の所定時間（Ｔ_０〜Ｔ_１）は、冷却液導電率の悪化診断値Ｃ_ｉを所定値Ｃ_１に設定する。なお、Ｃ_１＞Ｃ_０である。つまり、検出される冷却液導電率Ｃの許容範囲が広くなるように、悪化診断値Ｃ_ｉを通常より高い値に設定する。これにより、起動初期に、一時的な導電率上昇に対して、冷却液導電率が悪化したという誤診断が行われるのを抑制することができる。
【００６５】
また、燃料電池システムを起動する時点において、既に冷却液導電率が上昇していると想定される状況においては、図１３に示すように、上記で設定した悪化診断値Ｃ_ｉを、Ｃ_１からＣ_２に設定する。ただし、Ｃ_２＞Ｃ_１である。これにより、起動の時点において既に冷却液導電率が上昇している場合には、冷却液導電率の一時的な上昇に対して冷却液導電率が悪化したという誤診断が行われるのをさらに避けることができる。
【００６６】
さらに、第１の実施形態と同様に、起動初期Ｔ_０〜Ｔ_１においては、冷却液導電率計１３により検出した冷却液導電率Ｃの積算値Ｃ_ｓｕｍを算出して、その値が所定値Ｃ_ｃを超えた時には冷却液の導電率が悪化していると判断する。これにより、悪化診断値Ｃ_ｉを高く設定しているような場合でも、冷却液導電率の上昇によるスタック１への悪影響を抑えることができる。
【００６７】
次に、冷却液の導電率が悪化しているか否かの診断方法を、図１４に示したフローチャートを用いて説明する。なお、燃料電池システム起動の信号を検知した時点では、悪化診断値Ｃ_ｉはＣ_０に設定されている。
【００６８】
ステップＳ２１において、冷却液導電率計１３を用いて冷却液導電率Ｃを検出する。ステップＳ２２において、ステップＳ２と同様に起動初期であるか否かを判断し、起動初期の場合にはステップＳ２３に、それ以外の場合にはステップＳ３５において悪化診断値Ｃ_ｉをＣ_０に設定してからステップＳ３０に進む。ステップＳ２３、Ｓ２４において、ステップＳ３、Ｓ４と同様に冷却液導電率積算値Ｃ_ｓｕｍを求めてこれが所定値Ｃ_ｃ以下であるか否かを判断する。所定値Ｃ_ｃより大きい場合には、スタック１等が劣化する可能性があるとしてステップＳＳ３４に進み、冷却液悪化信号を出力する。所定値Ｃ_ｃ以下の場合には、冷却液の導電率は維持されていると判断して、ステップＳ２５に進む。
【００６９】
ステップＳ２５において、悪化診断値Ｃ_ｉをＣ_１に設定する。つまり、起動初期に、悪化診断値Ｃ_ｉを通常時の所定値Ｃ_０より高い所定値Ｃ_１に設定する。ステップＳ２６〜Ｓ２８においては、起動時の冷却液導電率が高い値であると想定されるか否かを判断する。ここで、高い値になると判断された場合には、ステップＳ２９に進み、悪化診断値Ｃ_ｉを所定値Ｃ_１より高いＣ_２に設定する。
【００７０】
なお、ステップＳ２６においては、前回の運転終了時に、高負荷運転から十分な冷却液の循環を行わずに停止したか否かを判断する。ここでは、前回の終了時の冷却液循環を停止した時点での冷却液導電率Ｃ_ｐを用いて判断する。前回の運転終了時点の冷却液導電率Ｃ_ｐと所定値Ｃ_ｅを比較する。冷却液導電率Ｃ_ｐが所定値Ｃ_ｅより大きい場合には、起動時の冷却液導電率が高いと判断してステップＳ２９に進む。一方、冷却液導電率Ｃ_ｐが所定値Ｃ_ｅ以下の場合には、ステップＳ２７に進む。また、ステップＳ２７において、燃料電池システムの放置時間ｔ_ｓから、起動時の冷却液の導電率Ｃが高いか否かを判断する。さらに、ステップＳ２８において、起動時の冷却液温度Ｋ_ｗに応じて冷却液導電率の上昇を判断する。
【００７１】
このように悪化診断値Ｃ_ｉを設定したら、ステップＳ３０において、三方弁６の切り替え判断を行う。冷却液導電率Ｃが所定値Ｃ_ｓより大きければ、ステップＳ３１において三方弁６をイオン除去フィルタ８側に大きく開くように設定する。所定値Ｃ_ｓ以下であればステップＳ３２において、三方弁６がバイパス流路１２側に大きく開くように設定する。
【００７２】
ステップＳ３３において、冷却液の導電率が悪化しているか否かの判断を行う。検出した冷却液伝導率Ｃが悪化診断値Ｃ_ｉより大きい場合には、冷却液が悪化していると判断して、ステップＳ３４において冷却液悪化信号を出力して本フローを終了する。一方、ステップＳ３３において、検出した冷却液伝導率Ｃが悪化診断値Ｃ_ｉ以下の場合には、冷却液の導電率は悪化していないと判断して、本フローを終了する。
【００７３】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００７４】
冷却液を用いて温度調整または加湿の少なくとも一方が行われるスタック１と、冷却液の導電率を低減させるためのイオン除去フィルタ８と、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを判断することにより、冷却液の導電率が悪化しているか否かを判断する冷却液導電率悪化判断手段（Ｓ３３）と、を備える。ここでは、冷却液の導電率が所定範囲であるか否かを、検出した冷却液導電率Ｃが所定範囲であるか否かにより判断する。なお、冷却液導電率Ｃが悪化診断値Ｃ_ｉ以下の範囲を、所定範囲とする。起動初期の所定時間（Ｔ_０〜Ｔ_１）において、所定範囲を広く設定する。ここでは、悪化診断値Ｃ_ｉを、通常値Ｃ_０より高い値Ｃ_１に設定することにより所定範囲を広くする。これにより、起動初期に生じ易い冷却液導電率悪化の誤診断を抑制することができるので、冷却液の導電率管理を向上することができる。
【００７５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】絶縁抵抗値の冷却液導電率依存性を説明する図である。
【図３】絶縁抵抗値に応じた三方弁の切り替えのタイミングを示した図である。
【図４】起動初期の冷却液導電率の時系列変化を示した図である。
【図５】起動初期の絶縁抵抗値の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図６】起動初期に伝導率悪化が想定される場合の絶縁抵抗値の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図７】スタック出力と絶縁抵抗値との関係図である。
【図８】放置時間と絶縁抵抗値との関係図である。
【図９】起動時の冷却液温度と絶縁抵抗値との関係図である。
【図１０】第１の実施形態における冷却液導電率の悪化を判断するフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成図である。
【図１２】起動初期の冷却液導電率の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図１３】起動初期に伝導率悪化が想定される場合の冷却液伝導率の時系列変化と悪化診断値の設定方法を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における冷却液導電率の悪化を判断するフローチャートである。
【符号の説明】
１スタック（燃料電池スタック）
６三方弁（流量調整手段）
８イオン除去フィルタ（冷却液導電率低減手段）
９強電系（負荷回路）
１１絶縁抵抗計（絶縁抵抗検出手段）
１２バイパス流路
１３冷却液導電率計
Ｓ１０〜Ｓ１２、Ｓ３０〜Ｓ３２流量制御手段
Ｓ１３、Ｓ３３冷却液導電率悪化判断手段[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a fuel cell system. In particular, the present invention relates to a configuration for controlling a coolant used in a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As a conventional fuel cell system, there is known a fuel cell system that measures and monitors the insulation resistance of a load circuit of a fuel cell system in order to manage the conductivity of a coolant for the fuel cell system. It has been found that there is a uniquely defined functional relationship between the measured insulation resistance and the conductivity of the coolant. Therefore, in a fuel cell system in which the concentration of mixed ions in the coolant must not exceed the specified value, the conductivity of the coolant is controlled by monitoring the insulation resistance, and the insulation resistance value falls below the lower threshold. The replacement of the expired coolant is instructed at the same time.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-319426 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional technique, replacement of the coolant is instructed each time the insulation resistance value falls below the lower threshold value. For example, when the fuel cell system is used as a driving source of a moving means or the like, every time it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated, it is necessary to take some measure such as replacing the coolant with the coolant. is there. Therefore, it is necessary to determine that the conductivity of the coolant has deteriorated as little and as accurately as possible.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of appropriately managing the conductivity of a coolant.
[0006]
[Means for solving the problem]
The present invention provides a fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant, a coolant conductivity reducing unit for reducing the conductivity of the coolant, and the coolant conductivity reducing unit. A bypass passage for bypassing the cooling liquid is provided. A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the coolant supplied to the coolant conductivity reducing means; an insulation resistance detecting means for detecting an insulation resistance of a load circuit of the fuel cell stack; Flow rate control means for controlling the flow rate adjustment means based on the detected insulation resistance value.
[0007]
Alternatively, the fuel cell system includes a fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant, and a coolant conductivity reducing unit for reducing the conductivity of the coolant. Further, there is provided a coolant conductivity deterioration determining means for determining whether the conductivity of the coolant is deteriorated by determining whether the conductivity of the coolant is equal to or less than a predetermined value. The predetermined value is set to be high during a predetermined period of time at the beginning of startup.
[0008]
[Action and effect]
Flow rate adjustment means for adjusting the flow rate of the coolant supplied to the coolant conductivity reduction means, insulation resistance detection means for detecting the insulation resistance of the load circuit of the fuel cell stack, and insulation resistance detection value detected by the insulation resistance detection means Flow rate control means for controlling the flow rate adjustment means based on the By controlling the flow rate adjusting means based on the insulation resistance detection value, the conductivity of the coolant can be accurately grasped and the coolant flow rate supplied to the coolant conductivity reducing means can be adjusted, so that the efficiency can be improved. The conductivity can be reduced. As a result, the insulation resistance detection value is prevented from excessively lowering, and the coolant conductivity can be kept low, so that the coolant conductivity can be appropriately managed.
[0009]
A coolant conductivity deterioration determining means for determining whether the conductivity of the coolant has deteriorated by determining whether the conductivity of the coolant is equal to or less than a predetermined value, and determining whether the conductivity of the coolant has deteriorated for a predetermined time in the initial stage of startup. In, the predetermined value is set high. This makes it possible to suppress the determination of deterioration in the conductivity of the coolant due to a temporary increase in the conductivity at the start of startup in which the conductivity of the coolant is unstable. Can be managed.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system used in the first embodiment. Here, a fuel cell system mounted on a vehicle as a drive source will be described.
[0011]
The fuel cell system includes a stack 1 that generates power by supplying a fuel gas and an oxidant gas from a fuel system and an oxidant system (not shown). Here, a polymer electrolyte fuel cell stack is used as the stack 1. Further, a strong electric system 9 is provided which handles electric power generated by the stack 1 at a high voltage. Further, an insulation resistance meter 11 for detecting insulation resistance between the high-power system 9 and the vehicle is provided.
[0012]
Further, a cooling system for circulating a cooling liquid used for temperature adjustment or humidification of the solid polymer film inside the stack 1 is provided. Here, the temperature of the stack 1 is adjusted and humidified by circulating the pure water as the cooling liquid through the stack 1. Further, a cooling liquid tank 4 as a cooling liquid storage means, a cooling liquid pipe 3 as a cooling liquid passage, a cooling liquid pump 5 for circulating a cooling liquid, and a radiator 2 for adjusting a cooling liquid temperature are provided.
[0013]
Further, an ion removing filter 8 for removing ions in the cooling liquid is provided. The conductivity of the circulating coolant increases due to ions eluted from the metal used in the flow path and ions mixed into the air. The coolant having high conductivity corrodes the metal, deteriorates the fuel cell system stack 1 and the like, and shortens the service life. It is also dangerous when handling high voltages because it lowers insulation resistance. Therefore, the life of the stack 1 is maintained by removing ions in the cooling liquid by the ion removing filter 8. Here, an ion removal filter 8 is provided upstream of the stack 1. Further, a bypass flow path 12 that bypasses the ion removal filter 8 and a three-way valve 6 that adjusts a ratio of a flow rate of the coolant to be distributed to the ion removal filter 8 and the bypass flow path 12 are provided. Further, a three-way valve 7 is provided at a portion where the cooling liquid joins on the downstream side of the ion removal filter 8 and the bypass flow path 12. The opening of the three-way valve 7 is fixed, and may be omitted depending on the shape of the flow path.
[0014]
Further, a controller 10 for adjusting such a cooling system is provided. The controller 10 controls the ratio of the coolant flowing through the ion removal filter 8 according to the conductivity of the coolant. Here, the flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8 is set according to the output of the insulation resistance meter 11, and the opening degree command of the three-way valve 6 is output.
[0015]
Next, the circulation of the cooling liquid in the cooling system having the above configuration will be described.
[0016]
The coolant stored in the coolant tank 4 is taken out by the coolant pump 5. By passing a part of the taken-out coolant through the ion removal filter 8, for example, ions in the coolant are removed, and the conductivity of the coolant is adjusted. At this time, the flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8 is controlled in accordance with the conductivity in the coolant, and, as described later, the insulation resistance value of the high-power system 9. When the conductivity is small, the flow rate of the coolant flowing through the ion filter 8 is suppressed, and the load on the coolant pump 5 is suppressed by controlling the flow rate to flow through the bypass flow path 12.
[0017]
The cooling liquid adjusted to have a low electrical conductivity so as not to cause deterioration of the stack 1 is supplied to the stack 1. In the stack 1, temperature adjustment and humidification of the solid polymer film are performed using a cooling liquid. The coolant that has become high temperature by absorbing heat when performing temperature adjustment is supplied to the radiator 2. Here, the temperature is adjusted to a temperature that can be used for cooling the stack 1 again by radiating the heat, and then the coolant is collected in the coolant tank 4.
[0018]
The flow rate of the circulating coolant to the ion removal filter 8 is set in accordance with the load circuit, here, the insulation resistance of the high-power system 9. A functional relationship (approximately y = 1 / x) as shown in FIG. 2 is established between the conductivity of the cooling liquid (pure water conductivity) and the insulation resistance value of the strong electric system 9. That is, the higher the conductivity, the lower the insulation resistance value.
[0019]
Therefore, as shown in FIG. 3, a predetermined value R is used as a determination value for switching the three-way valve 6. _s Set. Predetermined value R _s Is a judgment value as to whether it is necessary to suppress the conductivity of the coolant. Further, a deterioration diagnosis value R for judging deterioration of the conductivity of the cooling liquid. _i Set. Deterioration diagnostic value R _i Is the insulation diagnosis value R _i If the value is smaller than the above value, the coolant conductivity becomes excessively large, and it is determined that the coolant 1 may be deteriorated.
[0020]
The insulation resistance detection value R detected by the insulation resistance meter 11 is a predetermined value R _s If it is lower, the three-way valve 6 is adjusted so that the coolant flows more through the ion removal filter 8. Thereby, when the coolant conductivity is high, the coolant flow rate flowing through the ion removal filter 8 is increased to suppress the coolant conductivity. Further, the insulation resistance detection value R is a predetermined value R _s In the case described above, the three-way valve 6 is adjusted so that a large amount of the coolant flows toward the bypass passage 12. Accordingly, when the conductivity of the coolant is relatively low, the pressure loss in the coolant flow path is reduced by increasing the flow rate of the coolant flowing through the bypass flow path 12, and the coolant pump used for the coolant circulation. 5 is suppressed.
[0021]
As described above, the insulation resistance detection value R becomes the deterioration diagnosis value R _i , While suppressing the flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8. As a result, the conductivity of the coolant can be efficiently and accurately maintained at a low level, and the coolant can be accurately managed while suppressing the deterioration of the conductivity of the coolant.
[0022]
It should be noted that the insulation resistance detection value R deteriorates regardless of the suppression of the conductivity. _i If it is determined that it is smaller, it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated, and a measure is taken to prevent the stack 1 from deteriorating. Here, a countermeasure to prevent the deterioration of the stack 1 is a deterioration diagnosis value R _i Set according to the size of. For example, the deterioration diagnostic value R _i Is set relatively low, the fuel cell system is stopped to prevent the stack 1 from deteriorating. Deterioration diagnostic value R _i If is set relatively high, a signal requesting replacement of the coolant may be output. Further, the deterioration diagnosis value R _i May be set to perform two-stage control. For example, if the insulation resistance detection value R is relatively high, _ia When it becomes smaller, a signal requesting replacement of the coolant is output, and the conductivity further increases, and the insulation resistance detection value R becomes a relatively low deterioration diagnosis value R. _ib When it becomes smaller, the fuel cell system is stopped.
[0023]
FIG. 4 shows an example of the coolant conductivity at the initial stage of such a fuel cell system startup. Coolant conductivity may be locally high due to bias in the ion distribution in the coolant in the cooling system. In such a case, as shown in FIG. 4, the coolant conductivity becomes temporarily unstable immediately after startup. However, when the coolant is circulated through the ion removal filter 8 for a while, the conductivity of the coolant is stably reduced.
[0024]
Here, if the conductivity of the coolant supplied to the stack 1 is below the predetermined value on average, there is no problem for the fuel cell system. However, due to the above-described coolant conductivity characteristics, even when it is not determined that the average conductivity has deteriorated at the beginning of startup, the insulation resistance value temporarily decreases with a temporary increase in conductivity. And a deterioration diagnosis value R as an insulation resistance detection value R. _i Smaller values may be detected. As a result, it may be erroneously diagnosed that the conductivity of the coolant has deteriorated, and a signal indicating that the conductivity of the coolant has deteriorated (hereinafter, a coolant deterioration signal) may be output.
[0025]
Therefore, in order to avoid the above-mentioned erroneous diagnosis, the diagnosis value R deteriorates in the early stage of the startup compared to the normal state. _i Set low. Accordingly, when the coolant conductivity can be restored by flowing the coolant through the ion removal filter 8, the output of the coolant deterioration signal can be suppressed.
[0026]
Hereinafter, the deterioration diagnosis value R at the initial stage of the start-up _i The setting will be described.
[0027]
FIG. 5 shows the deterioration diagnosis value R in the initial stage of startup. _i Is shown. Predetermined time (T ₀ ~ T ₁ ), The deterioration diagnostic value R _i To R ₁ Set to. Predetermined time T ₁ Has elapsed, the normal deterioration diagnosis value R ₀ Set to. Note that R ₀ > R ₁ It is. As a result, the insulation resistance detection value R is temporarily reduced to the normal deterioration diagnosis value R at the beginning of startup. ₀ , It is possible to avoid outputting a coolant deterioration signal due to erroneous diagnosis. In addition, a predetermined time T at the beginning of startup ₀ ~ T ₁ During this period, the three-way valve 6 is not switched, and adjustment is made so that a large amount of coolant always flows to the ion removal filter 8 side. As a result, the conductivity of the coolant at the initial stage of startup can be quickly reduced without being affected by its characteristics.
[0028]
Further, as shown in FIG. 6, when it is assumed that the insulation resistance value has already decreased at the time of starting the fuel cell system, the possibility that the insulation resistance value temporarily decreases further increases. . Therefore, the deterioration diagnosis value R _i With lower R ₂ (R ₀ > R ₁ > R ₂ ) Reduces the frequency of determining that the conductivity of the coolant has deteriorated due to a local increase in the coolant conductivity. Here, the case where the insulation resistance value is assumed to be lowered is set, for example, as follows.
[0029]
It is assumed that when the fuel cell system is operated at a high load and then stopped without sufficiently circulating the coolant, the insulation resistance value is reduced. When the fuel cell system operates at a high load, the temperature of the coolant discharged from the stack 1 rises, so that more ions are dissolved into the coolant and more air is taken in. Ions will also be incorporated. As a result, the coolant conductivity increases and the insulation resistance value decreases. That is, as shown in FIG. 7, as the output of the stack 1 increases, the insulation resistance value decreases. For this reason, if the circulation of the coolant is stopped before the ions in the coolant are sufficiently removed by the ion removal filter 8 after the coolant conductivity increases due to the high load operation, the coolant Ion concentration increases. Therefore, immediately after the start of the startup, it is assumed that the conductivity of the coolant is high, and the insulation resistance value is lowered.
[0030]
Here, for example, the output P immediately before the stop of the fuel cell system is stored, and this output P _s If the value is larger than the initial diagnosis value, it is assumed that the insulation resistance value has decreased at the next starting initial value. _i To R ₂ Set to. The predetermined output P _s Means that the output immediately before the stop is P _s , The insulation resistance value when the circulation of the coolant is stopped is equal to the predetermined value R. _e Is a value indicating Here, the predetermined value R _e Is set in advance by experiments or the like. For example, R _e = R ₀ And set.
[0031]
In the previous operation, whether or not the fuel cell system was operated at a high load and then stopped without sufficiently circulating the coolant was determined by operating the fuel cell system immediately before the stop and then circulating the coolant. It can also be determined by the time taken. However, in the present embodiment, the insulation resistance detection value R when the circulation of the coolant is stopped _p Is a predetermined value R _e If it is smaller, it is determined that the operation was stopped without sufficiently circulating the coolant by performing the high load operation.
[0032]
Alternatively, it is assumed that when the fuel cell system is left for a long time without being activated, the insulation resistance value has decreased. If the fuel cell system is left for a long time, the ions collected in the ion removal filter 8 may flow out into the coolant. Therefore, as shown in FIG. _s , The conductivity of the cooling liquid increases, and the insulation resistance value decreases. As described above, when the fuel cell system is operated after being left for a long time, it is assumed that the insulation resistance value becomes low at the beginning of startup.
[0033]
Here, for example, the leaving time t of the fuel cell system _s Is larger than the predetermined value tα, the deterioration diagnosis value R _i As R ₂ Set. Note that the predetermined value tα is set in advance by an experiment or the like. For example, when the fuel cell system is left unattended, the insulation resistance becomes R _e2 The value is assumed to be smaller. For example, R _e2 = R ₀ And
[0034]
Furthermore, the coolant temperature K at the time of startup is _w Is higher, it is assumed that the insulation resistance value is lower. As described above, the coolant temperature K _w As the temperature rises, the amount of ions that dissolve into the coolant increases. Therefore, as shown in FIG. 9, the coolant temperature K _w Is high, the conductivity of the coolant is high, and the insulation resistance value is low. Therefore, the coolant temperature K _w It is assumed that the lower the is, the lower the insulation resistance value is at the beginning of startup.
[0035]
Here, for example, a coolant temperature K (not shown) _w Temperature sensor that directly detects the temperature, or the coolant temperature K by measuring the outside air temperature _w Is provided. Coolant temperature K _w Is the predetermined value K _s If it is larger, the deterioration diagnosis value R at the beginning of startup _i As R ₂ Set. The predetermined value K _s Is set in advance by an experiment or the like. For example, the insulation resistance is R _e3 The value is assumed to be smaller. For example, R _e3 = R ₀ And
[0036]
The predetermined value R _e , R _e2 , R _e3 May be the same value or different values.
[0037]
As described above, when it is assumed that the insulation resistance value becomes low at the initial stage of the startup, much of the coolant is allowed to flow to the ion removal filter 8 side and the deterioration diagnosis value R _i To R ₁ Even lower R ₂ Set to. Thereby, as shown in FIG. 5, the insulation resistance value is already low at the time of start-up, and the insulation resistance value is temporarily unstable at the start-up time (T ₀ ~ T ₁ Also in (1), erroneous diagnosis due to a temporary decrease in insulation resistance can be prevented. This can prevent the output of the coolant deterioration signal when the coolant conductivity is likely to be recovered, so that the cooling system can be appropriately managed.
[0038]
Next, at the initial stage of startup (T ₀ ~ T ₁ The method of judging the deterioration of the conductivity of the cooling liquid in the step ()) will be described.
[0039]
Initial startup (T ₀ ~ T ₁ ), The coolant conductivity may exceed the specified value and adversely affect the stack 1. However, as described above, the deterioration diagnostic value R _i If the state of the stack 1 is kept low, the detection of the abnormality may be delayed and the deterioration of the stack 1 may be promoted. Therefore, T ₀ ~ T ₁ During the period, the insulation resistance detection value R is converted into the coolant conductivity C, and the integrated value C of the coolant conductivity is obtained. _sum Is calculated. Here, the insulation resistance detection value R is converted into the coolant conductivity C using a map as shown in FIG. Coolant conductivity integrated value C _sum Is the predetermined value C _c If it exceeds, it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated. Here, the predetermined value C _c Is a predetermined value C _c In the initial start-up (T ₀ ~ T ₁ ) Is the maximum integrated value of the coolant conductivity integrated during the period. Predetermined value C _c Is set in advance by experiments or the like.
[0040]
Next, a control method for controlling the conductivity of the coolant will be described with reference to a flowchart shown in FIG. This flow starts when a start signal of the fuel cell system such as turning on the ignition is detected, and is repeated every predetermined time until a stop signal of the fuel cell system is detected. At the time when the signal for starting the fuel cell system is detected, the deterioration diagnosis value R _i Is the normal predetermined value R ₀ Is set to
[0041]
In step S1, an insulation resistance detection value R is detected. Here, detection is performed using the insulation resistance meter 11. In step S2, it is determined whether it is in the initial stage of startup. Here, a timer (not shown) is provided in the controller 10, and the elapsed time T from the start of the activation is counted. This elapsed time is a predetermined time T ₁ It is determined whether or not it is in the initial stage of activation by determining whether or not it is larger than the start time. The elapsed time T is equal to the predetermined time T ₁ If it is larger, it is determined that it is not the initial stage of startup, and the process proceeds to step S15, where the deterioration diagnosis value R _i To R ₀ Then, the process proceeds to step S10 described later. On the other hand, the predetermined time T ₁ In the following cases, it is determined that it is in the initial stage of activation, and the process proceeds to step S3.
[0042]
In step S3, the coolant conductivity integrated value C _sum (N) is calculated. Here, n indicates the number of times of integration. Here, the previous (n−1) th coolant conductivity integrated value C _sum The coolant conductivity C obtained by converting the insulation resistance detection value R detected this time (n-th time) is added to (n-1). That is, C _sum (N) = C _sum (N-1) + C. Note that C _sum (0) = 0. Further, when a signal of stopping the fuel cell system is detected, n = 0 is reset.
[0043]
Next, in step S4, it is determined whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated at the beginning of the startup. That is, the coolant conductivity integrated value C _sum Is a predetermined value C _c Determine if it is greater than. Coolant conductivity integrated value C _sum Is a predetermined value C _c If it is larger, there is a possibility that the stack 1 may be deteriorated due to an increase in the conductivity of the coolant, so the process proceeds to step S14, and a coolant deterioration signal is output. On the other hand, the coolant conductivity integrated value C _sum Is a predetermined value C _c In the following cases, the process proceeds to step S5. In step S5, the deterioration diagnosis value R _i To R ₁ Set to. That is, in the early stage of startup, the deterioration diagnosis value R _i To the normal deterioration diagnostic value R ₀ Lower deterioration diagnostic value R ₁ , The allowable range of the insulation resistance detection value R is set wide.
[0044]
Next, in step S6, it is determined whether or not the operation has been stopped without sufficiently circulating the coolant from the high-load operation at the end of the previous operation. Here, the insulation resistance detection value R detected at the time when the circulation of the coolant at the end of the previous time was stopped is determined. _p Is determined using Insulation resistance detection value R at the end of previous operation _p And the predetermined value R _e Compare. Insulation resistance detection value R _p Is a predetermined value R _e If it is smaller, it is determined that the insulation resistance value at start-up indicates a low value, and the process proceeds to step S9. In step S9, the deterioration diagnosis value R _i To R ₂ After setting the allowable range of the insulation resistance detection value R even wider, the process proceeds to step S10. Where R ₁ > R ₂ It is. On the other hand, in step S6, the insulation resistance detection value R _p Is a predetermined value R _e In the above case, the process proceeds to step S7.
[0045]
In step S7, the leaving time t of the fuel cell system _s Then, it is determined whether or not the insulation resistance value of the coolant at the time of startup has decreased. Here, a leaving time t from the end of the previous operation is determined by a timer (not shown). _s Count. Idle time t _s Is greater than the predetermined time tα, the process proceeds to step S9, and the deterioration diagnosis value R _i To R ₂ Then, the process proceeds to step S10. Idle time t _s Is less than or equal to the predetermined time tα, it is determined that the diffusion of the ions during standing can be ignored, and the process proceeds to step S8.
[0046]
In step S8, the coolant temperature K at the time of startup is _w Judge the decrease of the insulation resistance value. Here, a coolant temperature sensor (not shown) is provided, and a coolant temperature K is provided. _w Is the predetermined temperature K _s Determine if it is greater than. Coolant temperature K _w Is the predetermined temperature K _s If it is larger, it is determined that there are many ions in the coolant at the time of startup, and the process proceeds to step S9, where the deterioration diagnosis value R _i To R ₂ Set to. On the other hand, the coolant temperature K _w Is the predetermined temperature K _s In the following cases, the process proceeds to step S10.
[0047]
In step S10, switching of the three-way valve 6 is determined. Here, the insulation resistance detection value R is a predetermined value R _s It is determined whether it is smaller than. Predetermined value R _s If it is smaller, the process proceeds to step S11, and the opening of the three-way valve 6 is set so that the flow rate of the coolant flowing toward the ion removal filter 8 becomes larger. On the other hand, when the insulation resistance detection value R is a predetermined value R _s In the above case, the process proceeds to step S12, in which the opening of the three-way valve 6 is set so that the flow rate of the coolant flowing through the bypass flow passage 12 becomes large.
[0048]
Next, in step S13, it is determined whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated. Insulation resistance detection value R and set deterioration diagnosis value R _i Compare. Deterioration diagnosis value R set by insulation resistance detection value R _i If it is smaller, it is determined that the coolant conductivity is in a range that causes deterioration of the stack 1, and the process proceeds to step S14 to output a coolant deterioration signal. The coolant deterioration signal is, for example, a signal requesting replacement of the coolant or a stop signal of the system. On the other hand, the insulation resistance detection value R becomes worse _i In the above case, it is determined that the coolant conductivity is appropriate, and the flow is terminated.
[0049]
Next, effects of the present embodiment will be described.
[0050]
A stack 1 in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a cooling liquid, an ion removal filter 8 for reducing the conductivity of the cooling liquid, and a bypass flow path for the cooling liquid to bypass the ion removal filter 8 12 is provided. Further, a three-way valve 6 for adjusting the flow rate of the coolant supplied to the ion removal filter 8 and a load circuit of the stack 1, in this case, an insulation resistance meter 11 for detecting the insulation resistance of the strong electrometer 9 are provided. Further, a flow control means (S10 to S12) for controlling the three-way valve 6 based on the insulation resistance detection value R detected by the insulation resistance meter 11 is provided. This makes it possible to control the flow rate of the coolant flowing through the ion removal filter 8 in accordance with the insulation resistance detection value R, which is easily detected accurately, so that it is possible to reliably prevent the coolant conductivity from becoming excessive. can do. For example, when the insulation resistance detection value R is large, the flow rate to the ion removal filter 8 is suppressed to bypass the coolant. Thereby, the pressure loss of the coolant circulating in the cooling system can be suppressed to a small value. When the conductivity of the coolant increases and the insulation resistance detection value R decreases, the coolant is passed through the ion removal filter 8. As a result, the insulation resistance detection value R becomes lower than the diagnosis value R. _i , And the conductivity of the coolant can be kept low. With such a configuration, the insulation resistance value deteriorates and the diagnosis value R _i It is possible to reduce the frequency of determining that the temperature has decreased further, and it is possible to appropriately manage the conductivity of the coolant.
[0051]
Insulation resistance detection value R and predetermined deterioration diagnosis value R _i And a means for determining whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated by comparing with the formula (S13). Predetermined time (T ₀ ~ T ₁ ), The deterioration diagnostic value R _i Is changed (S5). Here, the deterioration diagnosis value R _i To R ₀ Lower lower value R ₁ Set to. In a situation where recovery of the coolant conductivity can be expected by the ion removal filter 8, erroneous diagnosis due to a decrease in insulation resistance value caused by a local increase in conductivity caused by bias of ion distribution in the coolant seen at the initial stage of startup. Can be suppressed. Thus, the frequency of changing the coolant or stopping the fuel cell system can be suppressed, and the ion removal filter 8 can be effectively used.
[0052]
In a situation where the coolant conductivity is assumed to be higher than usual at the start of startup, in other words, in a situation where the insulation resistance value is assumed to be lower than usual, the predetermined time (T ₀ ~ T ₁ ), The deterioration diagnostic value R _i Is further changed. Here, the deterioration diagnosis value R _i To a lower value R ₂ (S9). As a result, even in the early stage of startup when the conductivity of the coolant is assumed to be higher than usual, erroneous diagnosis due to a temporary decrease in insulation resistance can be suppressed.
[0053]
In the early stage of startup, the deterioration diagnosis value R _i While changing, the integrated value C of the coolant conductivity immediately after the start-up _sum Is the predetermined value C _c If it exceeds, it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated. Thereby, the deterioration diagnosis value R _i Can be determined that the conductivity of the coolant has deteriorated before the stack 1 is adversely affected by the increase in the conductivity of the coolant even when the coolant temperature is lowered.
[0054]
A situation in which the coolant conductivity is assumed to be higher than usual at the beginning of startup is changed to a state in which the coolant is operated for a predetermined time or more, for example, for a time sufficient to reduce the coolant conductivity, after high-load operation. It is assumed that the operation is stopped without circulation. As a result, taking into account the operating state at the time of stoppage, the deterioration diagnosis value _i Can be set, so that erroneous diagnosis due to a temporary decrease in the insulation resistance value can be suppressed.
[0055]
The situation in which the coolant conductivity is assumed to be higher than usual at the beginning of startup is described by the coolant temperature K at startup. _w Is the predetermined value K _s Higher case. As a result, in consideration of the influence of the outside air temperature at the time of starting, the deterioration diagnosis value R according to the conductivity of the coolant is taken into consideration. _i Can be set, so that erroneous diagnosis due to a temporary decrease in the insulation resistance value can be suppressed.
[0056]
A situation in which the conductivity of the coolant is assumed to be higher than usual in the initial stage of the start-up is set to a standing time t from the last operation to the next start-up. _s Is longer than a predetermined value tα. Thereby, even if the fuel cell system is left for a long period of time, erroneous diagnosis due to a temporary decrease in the insulation resistance value can be suppressed.
[0057]
A stack 1 in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a cooling liquid, an ion removal filter 8 for reducing the conductivity of the cooling liquid, and determination as to whether or not the conductivity of the cooling liquid is within a predetermined range. And determining whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated. Here, it is determined whether or not the conductivity of the coolant is within a predetermined range based on whether or not the detected insulation resistance value R is within a predetermined range. Note that the insulation resistance value is deteriorated. _i The above range is a predetermined range. Predetermined time (T ₀ ~ T ₁ In), the predetermined range is set wide. Here, the deterioration diagnosis value R _i Is set to a value lower than the normal value to widen the predetermined range. Thereby, the frequency of occurrence of erroneous diagnosis of deterioration of the coolant conductivity in the initial stage of the startup can be suppressed, so that the conductivity management of the coolant can be improved.
[0058]
In this embodiment, the deterioration diagnosis value R ₂ Is a single value, but is not limited to this. For example, the deterioration diagnosis value R depends on the assumed degree of decrease in the insulation resistance value at the time of startup. ₂ May be variable. For example, the higher the output P at the time of stopping, or the time t _s Is longer or the coolant temperature K at startup is _w Is higher, the worse the diagnostic value R ₂ May be set to a small value.
[0059]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 11 shows a schematic configuration of the fuel cell system. Hereinafter, a description will be given focusing on portions different from the first embodiment.
[0060]
In place of the insulation resistivity meter 11, a coolant conductivity meter 13 for detecting coolant conductivity is provided. That is, the control of the coolant conductivity is performed by directly detecting the conductivity. Here, the coolant conductivity meter 13 is arranged to detect the conductivity of the coolant supplied to the stack 1.
[0061]
Whether the detected coolant conductivity C is equal to or less than a predetermined value C _s Judgment is made based on whether or not it is larger. Here, the detected coolant conductivity C is a predetermined value C _s If it is determined that the temperature has become larger, the three-way valve 6 is set so that the coolant flows more toward the ion removal filter 8. Thereby, the conductivity of the cooling liquid is reduced, and deterioration of the cooling liquid is suppressed. On the other hand, when the conductivity of the coolant becomes a predetermined value C _s In the following cases, the three-way valve 6 is set so that a large amount of the coolant flows to the bypass channel 12 side. Thereby, the pressure loss of the coolant flowing through the cooling system can be reduced, and the power consumption of the coolant pump 5 can be suppressed.
[0062]
In addition, whether the detected coolant conductivity C is deteriorated or not is determined by determining whether the coolant conductivity is deteriorated. _i Judgment is made based on whether or not it is larger. Normally, the deterioration diagnosis value C _i To C ₀ Set to. Diagnostic value C for deterioration of coolant conductivity ₀ Is controlled so as not to exceed.
[0063]
Next, the case where the coolant conductivity is unstable at the initial stage of the fuel cell system startup will be described.
[0064]
As shown in FIG. 12, a predetermined time (T ₀ ~ T ₁ ) Is the diagnostic value C for deterioration of the coolant conductivity. _i To a predetermined value C ₁ Set to. Note that C ₁ > C ₀ It is. That is, the deterioration diagnosis value C is set so that the allowable range of the detected coolant conductivity C is widened. _i To a higher value than usual. Thus, it is possible to suppress the erroneous diagnosis that the coolant conductivity has deteriorated in response to a temporary increase in conductivity at the beginning of startup.
[0065]
Further, in a situation where the coolant conductivity is assumed to have already increased at the time of starting the fuel cell system, as shown in FIG. _i And C ₁ To C ₂ Set to. Where C ₂ > C ₁ It is. In this way, if the coolant conductivity has already increased at the time of start-up, it is possible to further avoid erroneous diagnosis that the coolant conductivity has deteriorated with respect to the temporary increase in the coolant conductivity. be able to.
[0066]
Further, similarly to the first embodiment, the initial startup T ₀ ~ T ₁ , The integrated value C of the coolant conductivity C detected by the coolant conductivity meter 13 _sum Is calculated, and the value is a predetermined value C _c Is exceeded, it is determined that the conductivity of the coolant is degraded. Thereby, the deterioration diagnosis value C _i , The adverse effect on the stack 1 due to an increase in the conductivity of the coolant can be suppressed.
[0067]
Next, a method of diagnosing whether the conductivity of the cooling liquid has deteriorated will be described with reference to the flowchart shown in FIG. At the time when the signal for starting the fuel cell system is detected, the deterioration diagnosis value C _i Is C ₀ Is set to
[0068]
In step S21, the coolant conductivity C is detected using the coolant conductivity meter 13. In step S22, it is determined whether or not it is in the early stage of activation as in step S2. If it is in the early stage of activation, the process proceeds to step S23. _i To C ₀ Then, the process proceeds to step S30. In steps S23 and S24, similarly to steps S3 and S4, the coolant conductivity integrated value C _sum To obtain a predetermined value C _c It is determined whether or not: Predetermined value C _c If it is larger, it is determined that there is a possibility that the stack 1 and the like may be deteriorated, and the process proceeds to step SS34 to output a coolant deterioration signal. Predetermined value C _c In the following cases, it is determined that the conductivity of the coolant is maintained, and the process proceeds to step S25.
[0069]
In step S25, the deterioration diagnosis value C _i To C ₁ Set to. That is, in the early stage of startup, the deterioration diagnosis value C _i Is the normal predetermined value C ₀ Higher predetermined value C ₁ Set to. In steps S26 to S28, it is determined whether or not the coolant conductivity at the time of startup is assumed to be a high value. Here, when it is determined that the value becomes high, the process proceeds to step S29, and the deterioration diagnosis value C _i To a predetermined value C ₁ Higher C ₂ Set to.
[0070]
In step S26, it is determined whether or not the operation has been stopped without sufficiently circulating the coolant from the high-load operation at the end of the previous operation. Here, the coolant conductivity C at the time when the coolant circulation at the end of the previous _p Is determined using Coolant conductivity C at the end of previous operation _p And predetermined value C _e Compare. Coolant conductivity C _p Is the predetermined value C _e If it is larger, it is determined that the coolant conductivity at startup is high, and the process proceeds to step S29. On the other hand, the coolant conductivity C _p Is the predetermined value C _e In the following cases, the process proceeds to step S27. Further, in step S27, the leaving time t of the fuel cell system _s Then, it is determined whether or not the conductivity C of the coolant at the time of starting is high. Further, in step S28, the coolant temperature K at the time of startup is determined. _w The increase in the coolant conductivity is determined according to
[0071]
Thus, the deterioration diagnostic value C _i Is set, the switching of the three-way valve 6 is determined in step S30. Coolant conductivity C is a predetermined value C _s If it is larger, in step S31, the three-way valve 6 is set so as to open greatly toward the ion removal filter 8. Predetermined value C _s If not, in step S32, the three-way valve 6 is set so as to open greatly to the bypass flow path 12 side.
[0072]
In step S33, it is determined whether or not the conductivity of the coolant has deteriorated. Detected coolant conductivity C deteriorates diagnostic value C _i If it is larger, it is determined that the coolant has deteriorated, and a coolant deterioration signal is output in step S34, and the flow ends. On the other hand, in step S33, the detected coolant conductivity C becomes the deterioration diagnostic value C. _i In the following cases, it is determined that the conductivity of the cooling liquid has not deteriorated, and this flow ends.
[0073]
Next, effects of the present embodiment will be described. Hereinafter, only the effects different from those of the first embodiment will be described.
[0074]
A stack 1 in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a cooling liquid, an ion removing filter 8 for reducing the conductivity of the cooling liquid, and determining whether the conductivity of the cooling liquid is within a predetermined range. The cooling liquid conductivity deterioration determining means (S33) for determining whether the conductivity of the cooling liquid has deteriorated. Here, it is determined whether or not the conductivity of the coolant is within a predetermined range based on whether or not the detected coolant conductivity C is within a predetermined range. It should be noted that the coolant conductivity C deteriorates and the diagnostic value C _i The following range is a predetermined range. Predetermined time (T ₀ ~ T ₁ In), the predetermined range is set wide. Here, the deterioration diagnosis value C _i With the normal value C ₀ Higher value C ₁ , The predetermined range is widened. Accordingly, it is possible to suppress erroneous diagnosis of the deterioration of the conductivity of the coolant, which is likely to occur in the early stage of startup, and it is possible to improve the management of the conductivity of the coolant.
[0075]
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system used in a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating the dependence of insulation resistance on coolant conductivity.
FIG. 3 is a diagram showing a timing of switching a three-way valve according to an insulation resistance value.
FIG. 4 is a diagram showing a time-series change of a coolant conductivity at an initial stage of startup.
FIG. 5 is a diagram showing a method of setting a time-series change of an insulation resistance value and a deterioration diagnosis value at an initial stage of startup.
FIG. 6 is a diagram showing a method for setting a time-series change of an insulation resistance value and a deterioration diagnosis value when conductivity deterioration is assumed in an early stage of startup.
FIG. 7 is a relationship diagram between a stack output and an insulation resistance value.
FIG. 8 is a relationship diagram between a standing time and an insulation resistance value.
FIG. 9 is a relationship diagram between a coolant temperature and an insulation resistance value at startup.
FIG. 10 is a flowchart for judging deterioration of the coolant conductivity in the first embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system used in a second embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a method for setting a time-series change of the coolant conductivity and a deterioration diagnosis value at the initial stage of startup.
FIG. 13 is a diagram showing a time series change of the coolant conductivity and a method of setting a deterioration diagnosis value when the conductivity is assumed to be deteriorated in the early stage of startup.
FIG. 14 is a flowchart for judging deterioration of coolant conductivity in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 stack (fuel cell stack)
6 Three-way valve (flow control means)
8 Ion removal filter (cooling liquid conductivity reduction means)
9 High-power system (load circuit)
11 Insulation resistance meter (insulation resistance detection means)
12 Bypass flow path
13 Coolant conductivity meter
S10-S12, S30-S32 Flow control means
S13, S33 Means for judging deterioration of coolant conductivity

Claims

A fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant,
A coolant conductivity reducing means for reducing the conductivity of the coolant,
A bypass flow path for the coolant to bypass the coolant conductivity reducing means,
Flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the coolant supplied to the coolant conductivity reducing means,
Insulation resistance detecting means for detecting the insulation resistance of the load circuit of the fuel cell stack,
A fuel cell system comprising: a flow controller that controls the flow controller based on the insulation resistance detection value detected by the insulation resistance detector.

A coolant conductivity deterioration determining means for determining whether the conductivity of the coolant has deteriorated by comparing the insulation resistance value with a predetermined insulation resistance threshold,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the insulation resistance threshold is changed at a predetermined time at the beginning of startup.

3. The fuel cell system according to claim 2, wherein in a situation where the coolant conductivity is assumed to be higher than usual at the start of startup, the insulation resistance threshold value is further changed during a predetermined time at the start of startup. 4.

At the beginning of startup, while the insulation resistance threshold is being changed, it is determined that the conductivity of the coolant has deteriorated if the integrated value of the coolant conductivity immediately after startup exceeds a predetermined value. 4. The fuel cell system according to 3.

In the initial stage of startup, the situation where the coolant conductivity is assumed to be higher than usual was shut down after performing high load operation without circulating enough time to reduce the coolant conductivity. 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the case is used.

4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the condition in which the coolant conductivity is assumed to be higher than usual in the early stage of startup is when the coolant temperature at startup is higher than a predetermined value. 5.

4. The method according to claim 3, wherein the condition in which the conductivity of the coolant is assumed to be higher than usual in the initial stage of the start is a case where the elapsed time from the last operation to the next start is longer than a predetermined time. Fuel cell system.

A fuel cell stack in which at least one of temperature adjustment and humidification is performed using a coolant,
A coolant conductivity reducing means for reducing the conductivity of the coolant,
By determining whether the conductivity of the coolant is equal to or less than a predetermined value, a coolant conductivity deterioration determining unit that determines whether the conductivity of the coolant has deteriorated,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined value is set to be high during a predetermined time period at the start of startup.