JP6788228B2

JP6788228B2 - Fuel cell vehicle

Info

Publication number: JP6788228B2
Application number: JP2017069717A
Authority: JP
Inventors: 智隆石川; 慶大山上; 福田　健太郎; 健太郎福田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018174031A

Description

本発明は、燃料電池車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle.

燃料電池が発生させる電力を用いて走行する燃料電池車両の開発が進められている。燃料電池は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受け、電気化学反応を生じさせることによって電力を発生させる。燃料電池が発生させた電力はモータの駆動に用いられ、走行用のトルクに変換される。 Development of a fuel cell vehicle that runs using the electric power generated by the fuel cell is underway. A fuel cell is supplied with a fuel gas and an oxidation gas to generate electric power by causing an electrochemical reaction. The electric power generated by the fuel cell is used to drive the motor and is converted into running torque.

燃料電池車両や、所謂ハイブリッド自動車では、車両の減速時の車輪の回動を用いてモータを駆動させ、電力を発生させることが一般的となっている。当該電力は「回生電力」等と称される。回生電力は車両に搭載された二次電池に蓄えられるとともに、適宜放出され、モータや燃料電池の補機類の駆動に用いられる。このように車両の減速時の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより、エネルギ効率を高めることが可能になる。 In fuel cell vehicles and so-called hybrid vehicles, it is common to drive a motor by using the rotation of wheels during deceleration of the vehicle to generate electric power. The electric power is called "regenerative electric power" or the like. The regenerative power is stored in the secondary battery mounted on the vehicle and is appropriately released to be used for driving auxiliary machinery of the motor and fuel cell. By converting the kinetic energy during deceleration of the vehicle into electrical energy in this way, it becomes possible to improve energy efficiency.

特許文献１には、燃料電池に冷却水を供給する燃料電池車両が開示されている。冷却水によって燃料電池を冷却し、その温度を適切な値に維持することにより、燃料電池は安定的に発電を行うことが可能となる。冷却水を供給するポンプの回転数は、制御装置によって制御される。 Patent Document 1 discloses a fuel cell vehicle that supplies cooling water to a fuel cell. By cooling the fuel cell with cooling water and maintaining the temperature at an appropriate value, the fuel cell can generate electricity in a stable manner. The rotation speed of the pump that supplies the cooling water is controlled by the control device.

二次電池は、充電率が高い値となっている場合などは、モータが発生させた回生電力を蓄えることができない。このため、車両の減速時に余剰電力が発生する場合がある。特許文献１記載の制御装置は、上述したポンプの回転数を制御することにより、当該ポンプに余剰電力を消費させている。 The secondary battery cannot store the regenerative power generated by the motor when the charge rate is high. Therefore, surplus electric power may be generated when the vehicle is decelerated. The control device described in Patent Document 1 causes the pump to consume surplus electric power by controlling the rotation speed of the pump described above.

特開２００２−２０３５８３号公報JP-A-2002-203583

特許文献１記載の燃料電池車両では、ポンプの回転数制御に伴って冷却水の流量や圧力が上昇すると、当該冷却水の供給を受ける機器に負荷がかかる。つまり、ポンプから燃料電池に冷却水を流す冷却回路や、当該冷却回路に設けられるラジエータに大きな圧力が印加される。このため、機器の損傷を招いたり、高圧に耐え得る堅牢な構成とすることによって製造コストの増大を招いたりするという課題があった。 In the fuel cell vehicle described in Patent Document 1, when the flow rate or pressure of the cooling water increases with the control of the rotation speed of the pump, a load is applied to the device receiving the supply of the cooling water. That is, a large pressure is applied to the cooling circuit for flowing the cooling water from the pump to the fuel cell and the radiator provided in the cooling circuit. For this reason, there are problems that the equipment is damaged and the manufacturing cost is increased by making the structure robust enough to withstand high pressure.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成ながらも、余剰電力を消費することが可能な燃料電池車両を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell vehicle capable of consuming surplus electric power while having a simple configuration.

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池車両は、燃料ガスを用いて電力を発生させる燃料電池と、燃料電池車両の車輪から入力されるトルクを用いて回生電力を発生させる発電機と、燃料電池が発生させた電力と、回生電力と、を蓄える蓄電池と、燃料電池を介して循環するように冷却水を流す冷却回路と、冷却回路に設けられ、冷却水を冷却するラジエータと、ラジエータよりも上流側に設けられた分岐部と、ラジエータよりも下流側に設けられた合流部と、に接続され、ラジエータを迂回するように冷却水を流すバイパス回路と、合流部よりも下流側に設けられ、回生電力を用いて冷却水を圧送するように駆動するポンプと、分岐部に設けられたバルブであって、冷却回路のうち分岐部からラジエータに冷却水を供給する部分と連通する第１連通口と、バイパス回路と連通する第２連通口と、を有し、第１連通口の開度及び第２連通口の開度を調整可能なバルブと、ポンプ及びバルブを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、蓄電池の状態に基づいて決定される充電許容電力よりも回生電力が大きく、且つ、燃料電池が発電していない場合は、回生電力が充電許容電力以下である場合よりも駆動速度が大きくなるようにポンプを制御する。また、制御装置は、第１連通口を閉止するとともに、燃料電池が発電している場合よりも第２連通口の開度を小さくするようにバルブを制御する。 In order to solve the above problems, the fuel cell vehicle according to the present invention includes a fuel cell that generates electricity using fuel gas and a generator that generates regenerated electricity using torque input from the wheels of the fuel cell vehicle. A storage battery that stores the electricity generated by the fuel cell and regenerated electricity, a cooling circuit that flows cooling water so that it circulates through the fuel cell, and a radiator that is provided in the cooling circuit to cool the cooling water. , A bypass circuit that is connected to a branching part provided on the upstream side of the radiator and a merging part provided on the downstream side of the radiator and allows cooling water to flow so as to bypass the radiator, and downstream of the merging part A pump provided on the side that drives the cooling water to be pumped using regenerative power, and a valve provided at the branch that communicates with the part of the cooling circuit that supplies the cooling water from the branch to the radiator. It has a first communication port and a second communication port that communicates with a bypass circuit, and controls a valve that can adjust the opening degree of the first communication port and the opening degree of the second communication port, and a pump and a valve. It includes a control device. When the regenerative power is larger than the charge allowable power determined based on the state of the storage battery and the fuel cell is not generating power, the drive speed of the control device is higher than when the regenerative power is less than or equal to the charge allowable power. Control the pump to be large. Further, the control device closes the first communication port and controls the valve so that the opening degree of the second communication port is smaller than that when the fuel cell is generating electricity.

上記構成によれば、制御装置は、充電許容電力よりも回生電力が大きく、且つ、燃料電池が発電していない場合に、ポンプとバルブを適切に制御することにより、ポンプに余剰電力を消費させる。 According to the above configuration, the control device causes the pump to consume surplus power by appropriately controlling the pump and the valve when the regenerative power is larger than the allowable charge power and the fuel cell is not generating power. ..

ここで、「充電許容電力」とは、蓄電池の状態に基づいて決定されるものである。蓄電池の状態として、例えば、蓄電池の充電率や、蓄電池の温度、蓄電池の電圧が挙げられる。充電許容電力は、その状態において蓄電池が蓄えることが可能な電力に設定することができる。 Here, the "allowable power for charging" is determined based on the state of the storage battery. Examples of the state of the storage battery include the charge rate of the storage battery, the temperature of the storage battery, and the voltage of the storage battery. The allowable charging power can be set to the power that can be stored in the storage battery in that state.

制御装置は、まず、回生電力が充電許容電力以下である場合よりも駆動速度が大きくなるようにポンプを制御する。ポンプの駆動速度を大きくすることにより、余剰電力をポンプに消費させることができる。 The control device first controls the pump so that the drive speed is higher than when the regenerative power is equal to or less than the allowable charge power. By increasing the driving speed of the pump, surplus electric power can be consumed by the pump.

また、制御装置は、第１連通口を閉止する。第１連通口は、冷却回路のうち分岐部からラジエータに冷却水を供給する部分と連通している。したがって、第１連通口を閉止することにより、ポンプが圧送する冷却水はラジエータに供給されなくなるため、冷却水によるラジエータの損傷を防止することができる。 In addition, the control device closes the first communication port. The first communication port communicates with the portion of the cooling circuit that supplies cooling water from the branch portion to the radiator. Therefore, by closing the first communication port, the cooling water pumped by the pump is not supplied to the radiator, so that damage to the radiator due to the cooling water can be prevented.

さらに、制御装置は、燃料電池が発電している場合よりも第２連通口の開度を小さくする。第２連通口は、バイパス回路と連通している。したがって、第２連通口の開度を小さくすることにより、ポンプからバイパス回路に供給される冷却水が第２連通口を通過する際の圧力損失が、燃料電池が発電している場合よりも増大する。この結果、余剰電力を消費するためにポンプの駆動速度を増加させた場合でも、冷却水による冷却回路の損傷を抑制することが可能になる。 Further, the control device reduces the opening degree of the second communication port as compared with the case where the fuel cell generates electricity. The second communication port communicates with the bypass circuit. Therefore, by reducing the opening degree of the second communication port, the pressure loss when the cooling water supplied from the pump to the bypass circuit passes through the second communication port increases as compared with the case where the fuel cell generates electricity. To do. As a result, even when the driving speed of the pump is increased to consume the surplus electric power, it is possible to suppress damage to the cooling circuit due to the cooling water.

本発明によれば、簡易な構成ながらも、余剰電力を消費することが可能な燃料電池車両を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell vehicle capable of consuming surplus electric power while having a simple configuration.

実施形態に係る燃料電池車両を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell vehicle which concerns on embodiment. 図１のバルブを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the valve of FIG. 図１の制御装置が実行する冷却制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the cooling control which the control device of FIG. 1 executes. 図１のバルブを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the valve of FIG. 図１のポンプ及び冷却回路の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a pump and a cooling circuit of FIG.

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components are designated by the same reference numerals as much as possible in each drawing, and duplicate description is omitted.

まず、図１を参照しながら、実施形態に係る燃料電池車両１の構成について説明する。図１は、燃料電池車両１を示すブロック図である。燃料電池車両１は、ＦＣＨＶ（Fuel Cell Hybrid Vehicle）とも称され、燃料電池システム１０を搭載している。 First, the configuration of the fuel cell vehicle 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell vehicle 1. The fuel cell vehicle 1 is also called an FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle) and is equipped with a fuel cell system 10.

燃料電池システム１０は、燃料電池車両１に搭載される電源システムである。燃料電池システム１０は、燃料電池（ＦＣ）２０と、酸化ガス供給系３０と、燃料ガス供給系４０と、電力系５０と、冷却系６０と、制御装置７０と、を備えている。 The fuel cell system 10 is a power supply system mounted on the fuel cell vehicle 1. The fuel cell system 10 includes a fuel cell (FC) 20, an oxidation gas supply system 30, a fuel gas supply system 40, an electric power system 50, a cooling system 60, and a control device 70.

燃料電池２０は、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて電力を発生させる発電装置である。燃料電池２０は、不図示の複数の単セルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックを有している。燃料電池２０は、アノードにおいて（１）式の酸化反応が生じさせ、カソードにおいて（２）式の還元反応が生じさせる。燃料電池２０は、全体として（３）式の電気化学反応を生じさせる。 The fuel cell 20 is a power generation device that generates electric power by being supplied with fuel gas and oxidation gas. The fuel cell 20 has a solid polymer electrolyte cell stack in which a plurality of single cells (not shown) are laminated in series. In the fuel cell 20, the oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode, and the reduction reaction of the formula (2) occurs at the cathode. The fuel cell 20 causes the electrochemical reaction of the formula (3) as a whole.

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３） _{^{^{H 2 → 2H + + 2e -}}} ... (1)
_{^{(1/2) O 2 + 2H +}} + 2e - → H 2 O ... (2)
H ₂ + (1/2) O ₂ → H ₂ O… (3)

燃料電池２０には、電圧センサ７１、電流センサ７２、セル電圧センサ７３が取り付けられている。電圧センサ７１は、燃料電池２０の出力電圧を検出する。電流センサ７２は、燃料電池２０の出力電流を検出する。セル電圧センサ７３は、燃料電池２０の単セルの電圧を検知する。 A voltage sensor 71, a current sensor 72, and a cell voltage sensor 73 are attached to the fuel cell 20. The voltage sensor 71 detects the output voltage of the fuel cell 20. The current sensor 72 detects the output current of the fuel cell 20. The cell voltage sensor 73 detects the voltage of a single cell of the fuel cell 20.

酸化ガス供給系３０は、酸化ガスとして空気を燃料電池２０に供給する機器である。酸化ガス供給系３０は、酸化ガス通路３４と、酸化オフガス通路３６と、を有している。酸化ガス通路３４は、燃料電池２０のカソードに供給される酸化ガスを流す。酸化オフガス通路３６は、燃料電池２０から排出される酸化オフガスを流す。 The oxidation gas supply system 30 is a device that supplies air as an oxidation gas to the fuel cell 20. The oxidation gas supply system 30 has an oxidation gas passage 34 and an oxidation off gas passage 36. The oxidation gas passage 34 allows the oxidation gas supplied to the cathode of the fuel cell 20 to flow. The oxidation-off gas passage 36 allows the oxidation-off gas discharged from the fuel cell 20 to flow.

酸化ガス通路３４には、エアコンプレッサ３２と、加湿器３３と、絞り弁３５と、が設けられている。エアコンプレッサ３２は、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込む。加湿器３３は、燃料電池２０のカソードに供給される酸化ガスを加湿する。絞り弁３５は、カソードに供給される酸化ガスの流量を調整する。 The oxidation gas passage 34 is provided with an air compressor 32, a humidifier 33, and a throttle valve 35. The air compressor 32 takes in an oxidizing gas from the atmosphere through the filter 31. The humidifier 33 humidifies the oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell 20. The throttle valve 35 adjusts the flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode.

酸化オフガス通路３６には、背圧調整弁３７と、加湿器３３と、が設けられている。背圧調整弁３７は、酸化オフガス通路３６を流れる酸化オフガスの圧力を調整する。酸化オフガス通路３６を流れる酸化オフガスは、加湿器３３を通過する際に、含有している水分を酸化ガスに供給する。 A back pressure adjusting valve 37 and a humidifier 33 are provided in the oxidation off-gas passage 36. The back pressure adjusting valve 37 adjusts the pressure of the off-oxidation gas flowing through the off-oxidation gas passage 36. The oxidation-off gas flowing through the oxidation-off gas passage 36 supplies the contained water to the oxidation gas when passing through the humidifier 33.

燃料ガス供給系４０は、燃料ガスとして水素ガスを燃料電池２０に供給する機器である。燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス通路４５と、循環通路４６と、循環ポンプ４７と、排気排水通路４８と、を有している。 The fuel gas supply system 40 is a device that supplies hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 20. The fuel gas supply system 40 includes a fuel gas supply source 41, a fuel gas passage 45, a circulation passage 46, a circulation pump 47, and an exhaust / drainage passage 48.

燃料ガス供給源４１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁４２を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス通路４５に燃料ガスが供給される。燃料ガス通路４５は、燃料ガス供給源４１から燃料電池２０のアノードに燃料ガスを流す。燃料ガスは、レギュレータ４３やインジェクタ４４により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧された後に燃料電池２０に供給される。尚、燃料ガス供給源４１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。 The fuel gas supply source 41 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores high-pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa) hydrogen gas. When the shutoff valve 42 is opened, fuel gas is supplied from the fuel gas supply source 41 to the fuel gas passage 45. The fuel gas passage 45 allows fuel gas to flow from the fuel gas supply source 41 to the anode of the fuel cell 20. The fuel gas is reduced to, for example, about 200 kPa by the regulator 43 and the injector 44, and then supplied to the fuel cell 20. The fuel gas supply source 41 is composed of a reformer that generates hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon fuel and a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state. It may be configured.

レギュレータ４３は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。 The regulator 43 is a device that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure, and is composed of, for example, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure. The mechanical pressure reducing valve has a housing in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are separated by a diaphragm, and the back pressure in the back pressure chamber reduces the primary pressure to a predetermined pressure in the back pressure chamber. It has a configuration to be the next pressure.

インジェクタ４４は、電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ４４は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備える。また、インジェクタ４４は、気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。インジェクタ４４は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動し、当該弁体を弁座から離隔させることにより、ガス流量やガス圧を調整する。 The injector 44 is an electromagnetically driven on-off valve. The injector 44 includes a valve seat having an injection hole for injecting a gaseous fuel such as a fuel gas. Further, the injector 44 includes a nozzle body that supplies and guides gaseous fuel to the injection hole, and a valve body that is movablely accommodated and held in the axial direction (gas flow direction) with respect to the nozzle body and opens and closes the injection hole. There is. The injector 44 directly drives the valve body with an electromagnetic driving force at a predetermined drive cycle, and separates the valve body from the valve seat to adjust the gas flow rate and gas pressure.

循環通路４６は、燃料電池２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路４５に帰還させる。循環ポンプ４７は、循環通路４６内の燃料オフガスを燃料ガス通路４５に圧送する。排気排水通路４８は、循環通路４６に分岐接続されている。 The circulation passage 46 returns the fuel off gas discharged from the fuel cell 20 to the fuel gas passage 45. The circulation pump 47 pumps the fuel off gas in the circulation passage 46 to the fuel gas passage 45. The exhaust / drainage passage 48 is branched and connected to the circulation passage 46.

排気排水通路４８には、排気排水弁４９が設けられている。排気排水弁４９は、制御装置７０から受信する制御信号によって作動することにより、循環通路４６内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁４９の開弁により、循環通路４６内の燃料オフガス中の不純物の濃度を下げ、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。 The exhaust / drainage passage 48 is provided with an exhaust / drainage valve 49. The exhaust / drain valve 49 is operated by a control signal received from the control device 70 to discharge the fuel off gas containing impurities and the water in the circulation passage 46 to the outside. By opening the exhaust / drain valve 49, the concentration of impurities in the fuel-off gas in the circulation passage 46 can be lowered, and the hydrogen concentration in the fuel-off gas circulating in the circulation system can be increased.

排気排水弁４９を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路３６を流れる酸化オフガスと混合され、不図示の希釈器によって希釈される。循環ポンプ４７は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池２０に供給する。 The fuel-off gas discharged through the exhaust-drain valve 49 is mixed with the oxidation-off gas flowing through the oxidation-off gas passage 36 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump 47 supplies the fuel off gas in the circulation system to the fuel cell 20 by driving the motor.

電力系５０は、電力の充放電を制御する機器である。電力系５０は、コンバータ（ＦＤＣ）５１ａ、コンバータ（ＢＤＣ）５１ｂ、二次電池（ＢＡＴ）５２、トラクションインバータ（ＩＮＶ）５３、モータジェネレータ（ＭＧ）５４、及び補機類５５を備えている。コンバータ５１ａは、燃料電池２０の出力電圧を制御する役割を担っている。 The electric power system 50 is a device that controls the charging and discharging of electric power. The power system 50 includes a converter (FDC) 51a, a converter (BDC) 51b, a secondary battery (BAT) 52, a traction inverter (INV) 53, a motor generator (MG) 54, and accessories 55. The converter 51a plays a role of controlling the output voltage of the fuel cell 20.

コンバータ５１ａは、一次側（つまり、燃料電池２０側）に入力された出力電圧を、一次側と異なる電圧値に変換（昇圧または降圧）して二次側（つまり、トラクションインバータ５３側）に出力する。コンバータ５１ａは、逆に、二次側に入力された電圧を、二次側と異なる電圧に変換して一次側に出力することもできる。 The converter 51a converts (steps up or down) the output voltage input to the primary side (that is, the fuel cell 20 side) to a voltage value different from that of the primary side and outputs it to the secondary side (that is, the traction inverter 53 side). To do. On the contrary, the converter 51a can also convert the voltage input to the secondary side into a voltage different from that of the secondary side and output it to the primary side.

コンバータ５１ｂは、トラクションインバータ５３の入力電圧を制御する役割を担っており、例えばコンバータ５１ａと同様の回路構成を有している。なお、コンバータ５１ｂの回路構成は、上記に限る趣旨ではなく、トラクションインバータ５３の入力電圧の制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。 The converter 51b plays a role of controlling the input voltage of the traction inverter 53, and has a circuit configuration similar to that of the converter 51a, for example. The circuit configuration of the converter 51b is not limited to the above, and any configuration capable of controlling the input voltage of the traction inverter 53 can be adopted.

二次電池５２は、蓄電池の一例である。二次電池５２は、電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギの貯蔵源、燃料電池車両１の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギバッファとして機能する。二次電池５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池等が好適である。 The secondary battery 52 is an example of a storage battery. The secondary battery 52 functions as a storage source for electric power, a storage source for regenerative energy during regenerative braking, and an energy buffer when the load fluctuates due to acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle 1. As the secondary battery 52, for example, a nickel-cadmium storage battery, a nickel-hydrogen storage battery, a lithium ion battery, or the like is suitable.

トラクションインバータ５３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータである。トラクションインバータ５３は、制御装置７０から受信する制御信号に基づいて、燃料電池２０又は二次電池５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータジェネレータ５４のトルクを制御する。 The traction inverter 53 is, for example, a PWM inverter driven by a pulse width modulation method. The traction inverter 53 controls the torque of the motor generator 54 by converting the DC voltage output from the fuel cell 20 or the secondary battery 52 into a three-phase AC voltage based on the control signal received from the control device 70.

モータジェネレータ５４は、発電機の一例である。モータジェネレータ５４は、車輪５６Ｌ、５６Ｒを駆動させるトルクを発生するとともに、車輪５６Ｌ、５６Ｒから入力されるトルクを用いて回生電力［Ｗ］を発生させることができる。 The motor generator 54 is an example of a generator. The motor generator 54 can generate torque for driving the wheels 56L and 56R, and can also generate regenerative power [W] using the torque input from the wheels 56L and 56R.

補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類の総称である。 Auxiliary equipment 55 includes motors (for example, power sources such as pumps) arranged in each part of the fuel cell system 10, inverters for driving these motors, and various in-vehicle auxiliary equipment. It is a general term for the types.

冷却系６０は、冷却水によって燃料電池２０を冷却する機器である。冷却系６０は、冷却回路６１と、バイパス回路６２と、ポンプ６５と、ラジエータ６６と、バルブ８と、温度センサ７４と、を有している。温度センサ７４は、燃料電池２０の温度を検知する機器である。 The cooling system 60 is a device that cools the fuel cell 20 with cooling water. The cooling system 60 includes a cooling circuit 61, a bypass circuit 62, a pump 65, a radiator 66, a valve 8, and a temperature sensor 74. The temperature sensor 74 is a device that detects the temperature of the fuel cell 20.

冷却回路６１は、燃料電池２０を介して循環するように冷却水を流す。ラジエータ６６は、この冷却回路６１に設けられ、冷却水と外気との間で熱交換を行わせることによって当該冷却水を冷却する。バイパス回路６２は、ラジエータ６６よりも上流側に設けられた分岐部６１ａと、ラジエータ６６よりも下流側に設けられた合流部６１ｂと、に接続され、ラジエータ６６を迂回するように冷却水を流す。冷却回路６１のうち、分岐部６１ａからラジエータ６６を介して合流部６１ｂに冷却水を流す部分を「ラジエータ側回路６３」という。 The cooling circuit 61 flows cooling water so as to circulate through the fuel cell 20. The radiator 66 is provided in the cooling circuit 61 and cools the cooling water by exchanging heat between the cooling water and the outside air. The bypass circuit 62 is connected to a branch portion 61a provided on the upstream side of the radiator 66 and a merging portion 61b provided on the downstream side of the radiator 66, and allows cooling water to flow so as to bypass the radiator 66. .. Of the cooling circuit 61, a portion in which cooling water flows from the branch portion 61a to the merging portion 61b via the radiator 66 is referred to as a “radiator side circuit 63”.

ポンプ６５は、冷却水を圧送する流体機器である。ポンプ６５は、合流部６１ｂよりも下流側の冷却回路６１に設けられている。ポンプ６５の内部には不図示の回転翼が設けられており、ポンプ６５は、当該回転翼を回動させることによって冷却水を吐出する（以下、このポンプ６５の駆動態様を「ポンプ６５の回転駆動」という。また、回転翼の回転速度を「ポンプ６５の回転速度」という。）。ポンプ６５が吐出する冷却水の単位時間当たりの流量（以下「ポンプ６５の吐出流量」という。）は、ポンプ６５の回転速度とともに大きくなる。 The pump 65 is a fluid device that pumps cooling water. The pump 65 is provided in the cooling circuit 61 on the downstream side of the merging portion 61b. A rotary blade (not shown) is provided inside the pump 65, and the pump 65 discharges cooling water by rotating the rotary blade (hereinafter, the driving mode of the pump 65 is referred to as "rotation of the pump 65". It is called "drive". Further, the rotational speed of the rotary blade is referred to as "rotational speed of the pump 65"). The flow rate of the cooling water discharged by the pump 65 per unit time (hereinafter referred to as “the discharge flow rate of the pump 65”) increases with the rotation speed of the pump 65.

バルブ８は、冷却水の供給先を切り替える三方弁であり、分岐部６１ａに設けられている。バルブ８は、後述する構成により、矢印Ｆ１で示されるように燃料電池２０から排出される冷却水を、矢印Ｆ２及び矢印Ｆ３で示される方向の少なくとも一方に供給するように切り替えられる。 The valve 8 is a three-way valve that switches the supply destination of the cooling water, and is provided at the branch portion 61a. The valve 8 is switched so as to supply the cooling water discharged from the fuel cell 20 as indicated by the arrow F1 to at least one of the directions indicated by the arrows F2 and F3, according to the configuration described later.

制御装置７０は、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系３０、燃料ガス供給系４０、電力系５０及び冷却系６０を制御する。制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インタフェース等を備えるコンピュータシステムである。例えば、制御装置７０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどに基づいてシステム全体の要求電力を求める。 The control device 70 controls the oxidation gas supply system 30, the fuel gas supply system 40, the power system 50, and the cooling system 60 of the fuel cell system 10. The control device 70 is a computer system including a CPU, ROM, RAM, an input / output interface, and the like. For example, when the control device 70 receives the start signal IG output from the ignition switch, the operation of the fuel cell system 10 is started, the accelerator opening signal ACC output from the accelerator sensor, and the vehicle speed output from the vehicle speed sensor. The required power of the entire system is obtained based on the signal VC or the like.

システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には補機類５５で消費される電力、車両走行に必要な装置（例えば、変速機、車輪制御装置、操舵装置及び懸架装置）で消費される電力、乗員空間内に設けられる装置（例えば、空調装置、照明器具及びオーディオ）で消費される電力などが含まれる。 The required power for the entire system is the total value of the vehicle running power and the auxiliary power. Auxiliary power includes power consumed by auxiliary equipment 55, power consumed by devices necessary for vehicle running (for example, transmission, wheel control device, steering device and suspension device), and device provided in the occupant space. Includes power consumed by (eg, air conditioners, lighting fixtures and audio).

そして、制御装置７０は、燃料電池２０と二次電池５２とのそれぞれの出力電力の分配を決定し、発電指令値を演算するとともに、燃料電池２０の発電量が要求発電量を満たすように、酸化ガス供給系３０及び燃料ガス供給系４０を制御する。更に制御装置７０は、コンバータ５１ａなどを制御して、燃料電池２０の動作点を制御する。制御装置７０は、アクセル開度に応じた目標車速が得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ５３に出力し、モータジェネレータ５４の出力トルク及び回転速度を制御する。 Then, the control device 70 determines the distribution of the output powers of the fuel cell 20 and the secondary battery 52, calculates the power generation command value, and makes the power generation amount of the fuel cell 20 satisfy the required power generation amount. The oxidation gas supply system 30 and the fuel gas supply system 40 are controlled. Further, the control device 70 controls the converter 51a and the like to control the operating point of the fuel cell 20. The control device 70 outputs, for example, U-phase, V-phase, and W-phase AC voltage command values to the traction inverter 53 as switching commands so that the target vehicle speed according to the accelerator opening can be obtained, and the motor generator. The output torque and rotation speed of 54 are controlled.

制御装置７０は、機能部として、充電率算出部７０ａと、充電許容電力算出部７０ｂと、ポンプ制御部７０ｃと、バルブ制御部７０ｄと、を有している。尚、各機能部は、制御装置７０が有する機能の一部であり、必ずしも図１に示される制御ブロックのように分割されている必要はない。すなわち、実際のアナログ回路やモジュールは、図１に示される複数の制御ブロックの働きをするものとして構成されていてもよいし、更に細分化されていてもよい。制御装置７０の実際の構成は、後述する処理を実行できるように構成されていれば、当業者が適宜変更できる。 The control device 70 has a charge rate calculation unit 70a, a charge allowable power calculation unit 70b, a pump control unit 70c, and a valve control unit 70d as functional units. Each functional unit is a part of the function of the control device 70, and does not necessarily have to be divided like the control block shown in FIG. That is, the actual analog circuit or module may be configured to act as a plurality of control blocks shown in FIG. 1, or may be further subdivided. The actual configuration of the control device 70 can be appropriately changed by those skilled in the art as long as it is configured so that the processing described later can be executed.

充電率算出部７０ａは、二次電池５２の充電率を算出する機能部である。充電率算出部７０ａは、電力系５０と通信を行うことによって二次電池５２に関する所定の情報を取得するとともに、当該情報に基づいて二次電池５２の充電率を所定タイミングで算出する。 The charge rate calculation unit 70a is a functional unit that calculates the charge rate of the secondary battery 52. The charge rate calculation unit 70a acquires predetermined information about the secondary battery 52 by communicating with the electric power system 50, and calculates the charge rate of the secondary battery 52 at a predetermined timing based on the information.

充電許容電力算出部７０ｂは、二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］を算出する機能部である。充電許容電力［Ｗ］は、ある状態における二次電池５２が蓄えることが可能な電力である。充電許容電力算出部７０ｂは、充電率算出部７０ａによって算出された二次電池５２の充電率や、二次電池５２の温度等に基づいて充電許容電力［Ｗ］を算出する。 The charge allowable power calculation unit 70b is a functional unit that calculates the charge allowable power [W] of the secondary battery 52. The charge allowable power [W] is the power that can be stored in the secondary battery 52 in a certain state. The charge allowable power calculation unit 70b calculates the charge allowable power [W] based on the charge rate of the secondary battery 52 calculated by the charge rate calculation unit 70a, the temperature of the secondary battery 52, and the like.

ポンプ制御部７０ｃは、制御信号を生成してポンプ６５に送信し、ポンプ６５を回転駆動させる機能部である。ポンプ６５の回転速度は、ポンプ制御部７０ｃが生成する制御信号に基づいて決定される。 The pump control unit 70c is a functional unit that generates a control signal, transmits it to the pump 65, and rotationally drives the pump 65. The rotation speed of the pump 65 is determined based on the control signal generated by the pump control unit 70c.

バルブ制御部７０ｄは、制御信号を生成してバルブ８に送信し、後述するバルブ８内の弁体８２（図２参照）を回動させ、第１開口８２１及び第２開口８２２の位置を変化させる機能部である。第１開口８２１及び第２開口８２２の位置は、バルブ制御部７０ｄが生成する制御信号に基づいて決定される。 The valve control unit 70d generates a control signal and transmits it to the valve 8, rotates the valve body 82 (see FIG. 2) in the valve 8 described later, and changes the positions of the first opening 821 and the second opening 822. It is a functional part to make. The positions of the first opening 821 and the second opening 822 are determined based on the control signal generated by the valve control unit 70d.

次に、図２を参照しながら、バルブ８について説明する。図２は、バルブ８を示す模式図であり、その内部を示す断面図である。バルブ８の本体８１の内部には、導入路８１０と、第１連通路８１１と、第２連通路８１２と、が形成され、弁体８２が配置されている。 Next, the valve 8 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic view showing the valve 8 and is a cross-sectional view showing the inside thereof. An introduction path 810, a first passage 811 and a second passage 812 are formed inside the main body 81 of the valve 8, and the valve body 82 is arranged.

導入路８１０は、本体８１の略中央部に形成され、略円柱形状を呈する流路である。導入路８１０には、燃料電池２０から延びる冷却回路６１（図１参照）の端部が配置されている。これにより、矢印Ｆ１（図１参照）で示されるように燃料電池２０から排出される冷却水は、導入路８１０に導入される。 The introduction path 810 is a flow path formed in a substantially central portion of the main body 81 and exhibiting a substantially cylindrical shape. An end of a cooling circuit 61 (see FIG. 1) extending from the fuel cell 20 is arranged in the introduction path 810. As a result, the cooling water discharged from the fuel cell 20 is introduced into the introduction path 810 as shown by the arrow F1 (see FIG. 1).

第１連通路８１１及び第２連通路８１２は、いずれも、本体８１のうち導入路８１０よりも外方寄りの位置に形成された流路である。第１連通路８１１は、その一端である第１連通口８１１ａにおいて導入路８１０と連通している。第２連通路８１２は、その一端である第２連通口８１２ａにおいて導入路８１０と連通している。第１連通路８１１及び第２連通路８１２は、導入路８１０から本体８１の外方に向かって延びるように形成されている。第１連通路８１１はラジエータ側回路６３と連通し、第２連通路８１２はバイパス回路６２と連通している。 Both the first passage 811 and the second passage 812 are passages formed in the main body 81 at positions closer to the outside than the introduction path 810. The first communication passage 811 communicates with the introduction path 810 at the first communication port 811a, which is one end thereof. The second communication passage 812 communicates with the introduction path 810 at the second communication port 812a, which is one end thereof. The first passage 811 and the second passage 812 are formed so as to extend outward from the introduction path 810 to the main body 81. The first passage 811 communicates with the radiator side circuit 63, and the second passage 812 communicates with the bypass circuit 62.

弁体８２は、略円筒形状を呈しており、導入路８１０に配置されている。弁体８２には、その内外を連通させる第１開口８２１及び第２開口８２２が形成されている。第１開口８２１と第２開口８２２とは、矢印Ｒで示される方向（つまり、弁体８２の周方向）に互いに離間している。 The valve body 82 has a substantially cylindrical shape and is arranged in the introduction path 810. The valve body 82 is formed with a first opening 821 and a second opening 822 that communicate with each other inside and outside the valve body 82. The first opening 821 and the second opening 822 are separated from each other in the direction indicated by the arrow R (that is, the circumferential direction of the valve body 82).

弁体８２は、制御装置７０からの制御信号に基づき、矢印Ｒで示される方向に回動可能に配置されている。弁体８２が回動して第１開口８２１及び第２開口８２２の位置を変化させることにより、第１連通路８１１や第２連通路８１２を開放したり、閉止したりすることができる。詳細には、弁体８２が回動して第１開口８２１を第１連通口８１１ａと重畳する位置に配置することにより、第１連通口８１１ａを開放し、導入路８１０と第１連通路８１１とを連通させることができる。また、弁体８２が回動して第２開口８２２を第２連通口８１２ａと重畳する位置に配置することにより、第２連通口８１２ａを開放し、導入路８１０と第２連通路８１２とを連通させることができる。これにより、図１に示されるように、燃料電池２０から矢印Ｆ１で示されるように供給される冷却水を、矢印Ｆ２で示されるようにラジエータ側回路６３に供給したり、矢印Ｆ３で示されるようにバイパス回路６２に供給したりすることができる。 The valve body 82 is rotatably arranged in the direction indicated by the arrow R based on the control signal from the control device 70. By rotating the valve body 82 to change the positions of the first opening 821 and the second opening 822, the first passage 811 and the second passage 812 can be opened or closed. Specifically, the valve body 82 rotates and the first opening 821 is arranged at a position where it overlaps with the first communication port 811a to open the first communication port 811a, and the introduction path 810 and the first communication passage 811. Can be communicated with. Further, by arranging the valve body 82 at a position where the valve body 82 rotates and the second opening 822 overlaps with the second communication port 812a, the second communication port 812a is opened, and the introduction path 810 and the second communication passage 812 are connected. Can be communicated. As a result, as shown in FIG. 1, the cooling water supplied from the fuel cell 20 as shown by the arrow F1 is supplied to the radiator side circuit 63 as shown by the arrow F2, or is indicated by the arrow F3. It can be supplied to the bypass circuit 62 as described above.

また、弁体８２は、第１開口８２１と第１連通口８１１ａとが重畳する面積を調整することにより、第１連通口８１１ａの開度を調整することができる。同様に、弁体８２は、第２開口８２２と第２連通口８１２ａとが重畳する面積を調整することにより、第２連通口８１２ａの開度を調整することができる。バルブ８は、第１連通口８１１ａ及び第２連通口８１２ａの開度を調整することにより、ラジエータ側回路６３及びバイパス回路６２への冷却水の分配比を調整することができる。 Further, the valve body 82 can adjust the opening degree of the first communication port 811a by adjusting the area where the first opening 821 and the first communication port 811a overlap. Similarly, the valve body 82 can adjust the opening degree of the second communication port 812a by adjusting the area where the second opening 822 and the second communication port 812a overlap. The valve 8 can adjust the distribution ratio of the cooling water to the radiator side circuit 63 and the bypass circuit 62 by adjusting the opening degree of the first communication port 811a and the second communication port 812a.

次に、図２から図４を参照しながら、制御装置７０が実行する冷却制御について説明する。図３は、制御装置７０が実行する冷却制御を示すフローチャートである。図４は、バルブ８を示す模式図である。制御装置７０は、冷却系６０に対して冷却制御を実行する。 Next, the cooling control executed by the control device 70 will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 3 is a flowchart showing the cooling control executed by the control device 70. FIG. 4 is a schematic view showing the valve 8. The control device 70 executes cooling control on the cooling system 60.

制御装置７０は、ステップＳ１で、モータジェネレータ５４が回生電力［Ｗ］を発生させているか否かを判定する。モータジェネレータ５４が回生電力［Ｗ］を発生させていないと判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、バルブ調整部７０ｃは、ステップＳ４の処理に進む。 In step S1, the control device 70 determines whether or not the motor generator 54 is generating the regenerative power [W]. When it is determined that the motor generator 54 does not generate the regenerative power [W] (step S1: NO), the valve adjusting unit 70c proceeds to the process of step S4.

次に、制御装置７０は、ステップＳ４で、回転速度Ｎ１でポンプ６５を回転駆動させる。さらに、制御装置７０は、次のステップＳ５で、第１連通口８１１ａの開度がＤ１となり、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１となるように、バルブ８を制御する。 Next, the control device 70 rotationally drives the pump 65 at the rotational speed N1 in step S4. Further, in the next step S5, the control device 70 controls the valve 8 so that the opening degree of the first communication port 811a becomes D1 and the opening degree of the second communication port 812a becomes D21.

回転速度Ｎ１及び開度Ｄ１，Ｄ２１は、温度センサ７４が検知する燃料電池２０の温度に基づき、燃料電池２０に供給される冷却水の流量や温度が適切な値となるように決定される。このときバルブ８の弁体８２は、図２に示されるように配置され、燃料電池２０から排出された冷却水の少なくとも一部がラジエータ側回路６３に供給され、ラジエータ６６によって冷却される。これにより、燃料電池２０の温度は、電気化学反応に伴って反応熱が発生しても、適切な値に維持される。 The rotation speeds N1 and the openings D1 and D21 are determined based on the temperature of the fuel cell 20 detected by the temperature sensor 74 so that the flow rate and temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 20 become appropriate values. At this time, the valve body 82 of the valve 8 is arranged as shown in FIG. 2, and at least a part of the cooling water discharged from the fuel cell 20 is supplied to the radiator side circuit 63 and cooled by the radiator 66. As a result, the temperature of the fuel cell 20 is maintained at an appropriate value even if reaction heat is generated due to the electrochemical reaction.

一方、ステップＳ１で、モータジェネレータ５４が回生電力［Ｗ］を発生させていると判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御装置７０は、ステップＳ２の処理に進む。 On the other hand, if it is determined in step S1 that the motor generator 54 is generating the regenerative power [W] (step S1: YES), the control device 70 proceeds to the process of step S2.

次に、制御装置７０は、ステップＳ２で、モータジェネレータ５４が発生させている回生電力［Ｗ］が二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］よりも大きいか否かを判定する。回生電力［Ｗ］が充電許容電力［Ｗ］以下である場合、二次電池５２は当該回生電力を蓄えることが可能であり、燃料電池システム１０において余剰電力は発生しない。したがって、モータジェネレータ５４が発生させている回生電力［Ｗ］が二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］以下であると判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）、制御装置７０は前述したステップＳ４，５の処理を実行する。 Next, in step S2, the control device 70 determines whether or not the regenerative power [W] generated by the motor generator 54 is larger than the charge allowable power [W] of the secondary battery 52. When the regenerated power [W] is equal to or less than the allowable charge power [W], the secondary battery 52 can store the regenerated power, and no surplus power is generated in the fuel cell system 10. Therefore, when it is determined that the regenerative power [W] generated by the motor generator 54 is equal to or less than the allowable charge power [W] of the secondary battery 52 (S2: NO), the control device 70 is in steps S4 and 5 described above. Executes the processing of.

一方、ステップＳ２で、モータジェネレータ５４が発生させている回生電力［Ｗ］が二次電池５２の充電許容電力［Ｗ］よりも大きいと判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ））、つまり、燃料電池システム１０において余剰電力が発生している場合、制御装置７０は、ステップＳ３の処理に進む。 On the other hand, when it is determined in step S2 that the regenerative power [W] generated by the motor generator 54 is larger than the charge allowable power [W] of the secondary battery 52 (S2: YES)), that is, the fuel cell system. If surplus power is generated in step 10, the control device 70 proceeds to the process of step S3.

次に、制御装置７０は、ステップＳ３で、燃料電池２０が発電中であるか否かを判定する。燃料電池２０が発電中である場合、電気化学反応に伴う反応熱が発生しているため、冷却水を供給して燃料電池２０を冷却する必要がある。したがって、燃料電池２０が発電中である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御装置７０は前述したステップＳ４，５の処理を実行する。 Next, the control device 70 determines in step S3 whether or not the fuel cell 20 is generating power. When the fuel cell 20 is generating electricity, the heat of reaction associated with the electrochemical reaction is generated, so it is necessary to supply cooling water to cool the fuel cell 20. Therefore, when the fuel cell 20 is generating power (S3: YES), the control device 70 executes the processes of steps S4 and S5 described above.

一方、ステップＳ３で、燃料電池２０が発電中ではないと判定した場合場合（Ｓ３：ＮＯ）、制御装置７０は、ステップＳ６の処理に進む。 On the other hand, if it is determined in step S3 that the fuel cell 20 is not generating power (S3: NO), the control device 70 proceeds to the process of step S6.

次に、制御装置７０は、ステップＳ６で、回転速度Ｎ２でポンプ６５を回転駆動させる。回転速度Ｎ２は、前述した回転速度Ｎ１よりも大きい。したがって、ステップＳ６の処理においてポンプ６５が消費する電力は、ステップ４の処理においてポンプ６５が消費する電力よりも大きくなる。これにより、燃料電池システム１０において発生した余剰電力は、ポンプ６５によって消費される。 Next, the control device 70 rotationally drives the pump 65 at a rotational speed N2 in step S6. The rotation speed N2 is larger than the above-mentioned rotation speed N1. Therefore, the electric power consumed by the pump 65 in the process of step S6 is larger than the electric power consumed by the pump 65 in the process of step 4. As a result, the surplus electric power generated in the fuel cell system 10 is consumed by the pump 65.

ここで、ポンプ６５の回転速度Ｎ２は、燃料電池システム１０において発生した余剰電力の大きさに基づいて決定してもよい。例えば、当該余剰電力が大きいほど、回転速度Ｎ２が大きくなるように設定してもよい。これにより、ポンプ６５において消費される電力は、余剰電力とともに大きくなる。 Here, the rotation speed N2 of the pump 65 may be determined based on the magnitude of the surplus electric power generated in the fuel cell system 10. For example, the rotation speed N2 may be set to increase as the surplus power increases. As a result, the electric power consumed by the pump 65 increases with the surplus electric power.

さらに、制御装置７０は、次のステップＳ７で、第１連通口８１１ａの開度が０となり、第２連通口８１２ａの開度がＤ２２となるように、バルブ８を制御する。開度０とは、第１連通口８１１ａが閉止されていることを意味する。また、開度Ｄ２２は、前述した開度Ｄ２１よりも小さい値である。バルブ８は、例えば図４に示されるように、第１連通口８１１ａが弁体８２の外側面によって閉止され、第２連通口８１２ａが開放された状態となる。これにより、燃料電池２０から排出された冷却水は、ラジエータ側回路６３に供給されることなく、すべてバイパス回路６２を介して循環する。 Further, the control device 70 controls the valve 8 so that the opening degree of the first communication port 811a becomes 0 and the opening degree of the second communication port 812a becomes D22 in the next step S7. The opening degree of 0 means that the first communication port 811a is closed. Further, the opening degree D22 is a value smaller than the above-mentioned opening degree D21. In the valve 8, for example, as shown in FIG. 4, the first communication port 811a is closed by the outer surface of the valve body 82, and the second communication port 812a is opened. As a result, all the cooling water discharged from the fuel cell 20 circulates through the bypass circuit 62 without being supplied to the radiator side circuit 63.

ここで、第２連通口８１２ａの開度Ｄ２２は、燃料電池システム１０において発生した余剰電力の大きさに基づいて決定してもよい。例えば、当該余剰電力が大きいほど、開度Ｄ２２が小さくなるように設定してもよい。これにより、冷却回路６１における冷却水の圧力損失は、余剰電力とともに増大する。 Here, the opening degree D22 of the second communication port 812a may be determined based on the magnitude of the surplus electric power generated in the fuel cell system 10. For example, the opening degree D22 may be set to be smaller as the surplus power is larger. As a result, the pressure loss of the cooling water in the cooling circuit 61 increases with the surplus electric power.

次に、ポンプ６５の吐出流量の変化について、図５を参照しながら説明する。図６は、ポンプ６５及び冷却回路６１の特性を示すグラフである。 Next, the change in the discharge flow rate of the pump 65 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the characteristics of the pump 65 and the cooling circuit 61.

ポンプ６５の吐出流量と揚程とは、ポンプ６５が回転速度Ｎ１で回転駆動している場合は特性曲線Ｐ１に示される関係となり、ポンプ６５が回転速度Ｎ２で回転駆動している場合は特性曲線Ｐ２に示される関係となる。また、冷却回路６１における冷却水の流量と圧力損失とは、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１である場合は特性曲線Ｃ１に示される関係となり、第２連通口８１２ａの開度がＤ２２である場合は特性曲線Ｃ２に示される関係となる。 The discharge flow rate and head of the pump 65 have a relationship shown in the characteristic curve P1 when the pump 65 is rotationally driven at the rotational speed N1, and the characteristic curve P2 when the pump 65 is rotationally driven at the rotational speed N2. The relationship is shown in. Further, the flow rate of the cooling water and the pressure loss in the cooling circuit 61 have a relationship shown in the characteristic curve C1 when the opening degree of the second communication port 812a is D21, and the opening degree of the second communication port 812a is D22. In some cases, the relationship is shown in the characteristic curve C2.

ポンプ６５の吐出流量は、ポンプ６５の特性曲線と、冷却回路６１の特性曲線と、の交点に基づいて決定される。例えば、ポンプ６５回転速度Ｎ１で回転駆動しており、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１である場合は、特性曲線Ｐ１と特性曲線Ｃ１との交点より、ポンプ６５の吐出流量はＱ１となる。 The discharge flow rate of the pump 65 is determined based on the intersection of the characteristic curve of the pump 65 and the characteristic curve of the cooling circuit 61. For example, when the pump is rotationally driven at the rotation speed N1 and the opening degree of the second communication port 812a is D21, the discharge flow rate of the pump 65 becomes Q1 from the intersection of the characteristic curve P1 and the characteristic curve C1. ..

ここで、ポンプ６５の回転速度がＮ１からＮ２に増加した場合を考える。このとき、第２連通口８１２ａの開度がＤ２１のままであると、ポンプ６５の吐出流量はＱ１からＱ２に増加する。このようにポンプ６５の吐出流量が増加すると、冷却水の圧力が上昇し、冷却回路６１や燃料電池２０に大きな圧力が印加され、それらの損傷を招くおそれがある。 Here, consider the case where the rotation speed of the pump 65 increases from N1 to N2. At this time, if the opening degree of the second communication port 812a remains D21, the discharge flow rate of the pump 65 increases from Q1 to Q2. When the discharge flow rate of the pump 65 increases in this way, the pressure of the cooling water rises, and a large pressure is applied to the cooling circuit 61 and the fuel cell 20, which may cause damage to them.

しかしながら、第２連通口８１２ａの開度をＤ２１からＤ２２に小さくすると、ポンプ６５の吐出流量をＱ１に維持したまま、ポンプ６５の回転速度を増加させることができる。つまり、冷却回路６１や燃料電池２０にかかる負荷が増大させることなく、ポンプ６５が消費するポンプ６５が消費する電力を増加させることができる。 However, if the opening degree of the second communication port 812a is reduced from D21 to D22, the rotation speed of the pump 65 can be increased while maintaining the discharge flow rate of the pump 65 at Q1. That is, the electric power consumed by the pump 65 consumed by the pump 65 can be increased without increasing the load applied to the cooling circuit 61 and the fuel cell 20.

以上の説明のように、燃料電池車両１の構成によれば、制御装置７０は、充電許容電力［Ｗ］よりも回生電力［Ｗ］が大きく、且つ、燃料電池２０が発電していない場合に、ポンプ６５とバルブ８を適切に制御することにより、ポンプ６５に余剰電力を消費させる。 As described above, according to the configuration of the fuel cell vehicle 1, the control device 70 has a regenerative power [W] larger than the charge allowable power [W], and the fuel cell 20 does not generate electricity. By appropriately controlling the pump 65 and the valve 8, the pump 65 consumes surplus electric power.

制御装置７０は、まず、回生電力［Ｗ］が充電許容電力［Ｗ］以下である場合よりも回転速度が大きくなるようにポンプ６５を制御する。ポンプ６５の回転速度を大きくすることにより、余剰電力をポンプ６５に消費させることができる。 First, the control device 70 controls the pump 65 so that the rotation speed becomes higher than when the regenerative power [W] is equal to or less than the allowable charge power [W]. By increasing the rotation speed of the pump 65, surplus electric power can be consumed by the pump 65.

また、制御装置７０は、第１連通口８１１ａを閉止する。第１連通口８１１ａは、冷却６１回路のうち分岐部６１ａからラジエータ６６に冷却水を供給するラジエータ側回路６３と連通している。したがって、第１連通口８１１ａを閉止することにより、ポンプ６５が圧送する冷却水はラジエータ６６に供給されなくなるため、冷却水によるラジエータ６の損傷を防止することができる。 Further, the control device 70 closes the first communication port 811a. The first communication port 811a communicates with the radiator side circuit 63 that supplies cooling water from the branch portion 61a to the radiator 66 among the cooling 61 circuits. Therefore, by closing the first communication port 811a, the cooling water pumped by the pump 65 is not supplied to the radiator 66, so that damage to the radiator 6 due to the cooling water can be prevented.

さらに、制御装置７０は、燃料電池２０が発電している場合よりも第２連通口８１２ａの開度を小さくする。第２連通口８１２ａは、バイパス回路６２と連通している。したがって、第２連通口８１２ａの開度を小さくすることにより、ポンプ６５からバイパス回路６２に供給される冷却水が第２連通口８１２ａを通過する際の圧力損失が、燃料電池２０が発電している場合よりも増大する。この結果、余剰電力を消費するためにポンプ６５の回転速度を増加させた場合でも、冷却水による冷却回路６１の損傷を抑制することが可能になる。 Further, the control device 70 makes the opening degree of the second communication port 812a smaller than that when the fuel cell 20 is generating power. The second communication port 812a communicates with the bypass circuit 62. Therefore, by reducing the opening degree of the second communication port 812a, the fuel cell 20 generates electricity due to the pressure loss when the cooling water supplied from the pump 65 to the bypass circuit 62 passes through the second communication port 812a. Increases more than if. As a result, even when the rotation speed of the pump 65 is increased in order to consume the surplus electric power, it is possible to suppress damage to the cooling circuit 61 due to the cooling water.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. That is, those having a design modification appropriately made by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention. Each element included in each of the above-mentioned specific examples, its arrangement, material, condition, shape, size, etc. is not limited to the illustrated one, and can be changed as appropriate.

１：燃料電池車両
２０：燃料電池
５２：二次電池（蓄電池）
５４：モータジェネレータ（発電機）
５５補機類
５６Ｌ，５６Ｒ：車輪
６１：冷却回路
６１ａ：分岐部
６１ｂ：合流部
６２：バイパス回路
６５：ポンプ
６６：ラジエータ
７０：制御装置
８：バルブ
８１１ａ：第１連通口
８１２ａ：第２連通口 1: Fuel cell vehicle 20: Fuel cell 52: Secondary battery (storage battery)
54: Motor generator (generator)
55 Auxiliary equipment 56L, 56R: Wheel 61: Cooling circuit 61a: Branch 61b: Confluence 62: Bypass circuit 65: Pump 66: Radiator 70: Control device 8: Valve 811a: First communication port 812a: Second communication port

Claims

It ’s a fuel cell vehicle,
A fuel cell that uses fuel gas to generate electricity,
A generator that generates regenerative power using torque input from the wheels of the fuel cell vehicle,
A storage battery that stores the electric power generated by the fuel cell and the regenerative electric power.
A cooling circuit that allows cooling water to flow so as to circulate through the fuel cell,
A radiator provided in the cooling circuit to cool the cooling water,
A bypass circuit that is connected to a branch portion provided on the upstream side of the radiator and a merging portion provided on the downstream side of the radiator and allows cooling water to flow so as to bypass the radiator.
A pump provided on the downstream side of the confluence and driven to pump cooling water using the regenerative power.
A valve provided in the branch portion, the first communication port communicating with the portion of the cooling circuit that supplies cooling water from the branch portion to the radiator, and the second communication port communicating with the bypass circuit. , And the valve capable of adjusting the opening degree of the first communication port and the opening degree of the second communication port.
A control device for controlling the pump and the valve is provided.
When the regenerative power is larger than the charge allowable power determined based on the state of the storage battery and the fuel cell is not generating power, the control device is used.
The pump is controlled so that the drive speed is higher than when the regenerative power is equal to or less than the allowable charge power.
A fuel cell vehicle that closes the first communication port and controls the valve so that the opening degree of the second communication port is smaller than when the fuel cell is generating electricity.