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公開番号2023038940
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-03-17
出願番号2022141704
出願日2022-09-06
発明の名称燃料電池システムおよびそのヒータ制御方法
出願人ヒュンダイ・モービス・カンパニー・リミテッド
代理人弁理士法人はるか国際特許事務所
主分類H01M 8/04858 20160101AFI20230310BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池システムの熱管理制御を効率的に運営できるようにした燃料電池システムおよびそのヒータ制御方法を提供する。
【解決手段】本発明は、燃料電池システムおよびそのヒータ制御方法に関し、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック(10)に流入する冷却水が循環するライン上に配置され、冷却水を加熱するかまたは燃料電池スタック(10)の残余電力を消費するCODヒータ(50)と、CODヒータ(50)の目標発熱量に応じた消費電力を決め、前記決められた消費電力に基づいて前記CODヒータ(50)の動作を制御する制御器と、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池スタックに流入する冷却水が循環するライン上に配置され、前記冷却水を加熱するかまたは前記燃料電池スタックの残余電力を消費するＣＯＤヒータと、
前記ＣＯＤヒータの目標発熱量に応じた消費電力を決め、前記決められた消費電力に基づいて前記ＣＯＤヒータの動作を制御する制御器と、
を含むことを特徴とする、燃料電池システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記制御器は、
コールドスタートモード時、前記燃料電池スタック入口の冷却水の温度が基準温度に達するまで前記冷却水を加熱するための目標発熱量に基づいて消費電力を決めることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、
前記消費電力を前記ＣＯＤヒータの最大負荷に決めることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、
前記燃料電池スタック入口の冷却水の温度が前記基準温度以上になると、前記ＣＯＤヒータをオフにし、前記コールドスタートモードを解除することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、
シャットダウンモード時、前記燃料電池スタックの出力電圧が基準電圧未満になるまで前記燃料電池スタックの残余電力を消費するための目標発熱量に基づいて消費電力を決めることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、
前記消費電力を前記ＣＯＤヒータの最大負荷に決めることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、
前記燃料電池スタックの出力電圧が基準電圧未満になると、前記ＣＯＤヒータをオフにし、前記シャットダウンモードを解除することを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記ＣＯＤヒータは、
ヒータコイルと、
前記ヒータコイルの発熱動作を制御するヒータ制御器と、
前記ヒータ制御器と連結された第１制御ライン上に配置され、前記第１制御ラインを介した電力供給を断続する第１リレーと、
前記ヒータコイルに連結された第２制御ライン上に配置され、前記第２制御ラインを介した電力供給を断続する第２リレーと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、
コールドスタートモードまたはシャットダウンモード進入時、前記第２リレーをオフ制御し、その後、前記第１リレーをオン制御することを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御器は、
コールドスタートモードまたはシャットダウンモード進入時、前記ＣＯＤヒータを動作する前にヒータ保護ロジックを稼動し、前記ＣＯＤヒータが動作する間に、前記ヒータ保護ロジックに基づいて前記ＣＯＤヒータの作動状態を監視することを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびそのヒータ制御方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池スタックを用いて電気エネルギーを発生させることができる。例えば、水素が燃料電池スタックの燃料として用いられる場合、地球環境問題を解決する代案となることができるため、燃料電池システムに対する持続的な研究開発が行われている。
【０００３】
燃料電池システムは、電気エネルギーを発生させる燃料電池スタックと、燃料電池スタックに燃料（水素）を供給する燃料供給装置と、燃料電池スタックに電気化学反応に必要な酸化剤である空気中の酸素を供給する空気供給装置と、燃料電池スタックの反応熱をシステムの外部へ除去し、燃料電池スタックの運転温度を制御して水管理機能を行う熱管理システム（ｔｈｅｒｍａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ、ＴＭＳ）と、を含むことができる。
【０００４】
熱管理システムは、冷却水の役割をする不凍液を燃料電池スタックに循環させて適正温度（例えば、６０～７０℃）を維持させる冷却装置の一種類であり、冷却水が循環するＴＭＳラインと、冷却水が貯蔵されたリザーバと、冷却水を循環させるポンプと、冷却水に含まれたイオンを除去するイオンフィルタと、冷却水の熱を外部に放出するラジエータと、を含むことができる。また、熱管理システムは、冷却水を加熱するヒータ（例えば、ＣＯＤヒータ）、および冷却水を用いて燃料電池システムが含まれた装置（例えば、車両）の内部を冷暖房する空調ユニット（例えば、暖房用ヒータ）などを含むことができる。熱管理システムは、燃料電池スタックだけでなく、車両の電装部品の適正温度を維持させることができる。
【０００５】
熱管理システムは、低温始動性を確保するために、ヒータを用いてスタック内の冷却水を昇温させるか、または燃料電池スタック用不凍液を冷却水として用いることができる。この際、ＴＭＳラインの冷却水は、スタックを冷却させる冷媒の役割をするとともに、コールドスタート時にはヒータにより急速加熱されてスタックに供給されることでスタックを昇温させる熱媒の役割をする。
【０００６】
ＣＯＤヒータは、車両運転終了モードであるシャットダウン（Ｓｈｕｔｄｏｗｎ）モードにおいて作動し、燃料電池スタックにおいて発電した電力を全て消尽させることでスタック安定性の確保に寄与する役割をし、冬季の初期コールドスタート時には燃料電池スタックが円滑に作動できるように冷却水の温度を一定温度まで上昇させる役割もする。しかし、ＣＯＤヒータは、ＯＮ／ＯＦＦ運転の制御のみ可能であり、この際、ＯＮ／ＯＦＦ運転時のスタック発電量に応じて線形的に発熱量が決められるため、ＣＯＤヒータの発熱量目標値を任意に決めることができず、そのため、熱管理システムの細部的な熱管理制御が難しかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、コールドスタートまたはシャットダウン時、燃料電池スタックの特性を考慮してＣＯＤヒータを制御することで、燃料電池システムの熱管理制御を効率的に運営できるようにした、燃料電池システムおよびそのヒータ制御方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、ヒータの通信異常によるヒータの制御不能時、ヒータを単に抵抗体として処理してヒータの運転制御を行うことで、燃料電池システムの熱管理制御を安定的に運営できるようにした、燃料電池システムおよびそのヒータ制御方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及していないまた他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明らかに理解できるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の一実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに流入する冷却水が循環するライン上に配置され、前記冷却水を加熱するかまたは前記燃料電池スタックの残余電力を消費するＣＯＤヒータと、前記ＣＯＤヒータの目標発熱量に応じた消費電力を決め、前記決められた消費電力に基づいて前記ＣＯＤヒータの動作を制御する制御器と、を含むことを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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