BR102022002790A2

BR102022002790A2 - Sistema de célula de combústivel, dispositvo de controle e corpo móvel

Info

Publication number: BR102022002790A2
Application number: BR102022002790-0A
Authority: BR
Inventors: Rei MORINAGA
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2022-02-14
Publication date: 2022-09-06
Also published as: JP7380613B2; US11764375B2; JP2022128817A; EP4050687A1; US20220271311A1; CN114962268A; KR102595626B1; KR20220121188A

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível (100) para um corpo móvel que inclui uma célula de combustível (10), um sistema de fornecimento de gás oxidante e um controlador (50). O sistema de fornecimento de gás oxidante inclui um compressor de ar (20). O compressor de ar (20) inclui um rotor, um mancal de ar e um invólucro. O controlador (50) inclui um detector de velocidade de movimento configurado para medir uma velocidade de movimento do corpo móvel e um detector de aceleração configurado para predizer uma aceleração a ser aplicada ao corpo móvel. O controlador (50) é configurado para determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior a um limite de aceleração predeterminado, e controlar uma velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração.

Description

SISTEMA DE CÉLULA DE COMBÚSTIVEL, DISPOSITVO DE CONTROLE E CORPO MÓVEL

ANTECEDENTE DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[001] A presente divulgação refere-se a um sistema de célula de combustível, um dispositivo de controle e um corpo móvel.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[002] Uma célula de combustível é um dispositivo de geração de energia que extrai energia elétrica por reação eletroquímica de um gás combustível, tal como hidrogênio e um gás oxidante, tal como oxigênio, a partir de uma única célula (daqui em diante referida como "célula") ou uma pilha de células de combustível (daqui em diante referida simplesmente como "pilha") que é uma pilha de várias células únicas. O gás combustível e o gás oxidante que são realmente proporcionados para a célula de combustível geralmente são uma mistura com um gás que não contribui para a oxidação e para a redução. Em particular, o gás oxidante é frequentemente ar contendo oxigênio.

[003] O gás combustível e o gás oxidante podem, a seguir, ser referidos simplesmente como "gases de reação" ou "gases", sem distinção particular. Tanto a célula única quanto a pilha de células de combustível que é uma pilha de células únicas podem ser referidas como "célula de combustível". A célula única da célula de combustível geralmente inclui uma montagem de eletrodo de membrana (MEA). A montagem de eletrodo de membrana possui uma estrutura na qual uma camada de catalisador e uma camada de difusão de gás (GDL; daqui em diante pode ser referida simplesmente como "camada de difusão") são formadas nesta ordem em cada lado de uma membrana de eletrólito de polímero sólido (a seguir também referida simplesmente como "membrana de eletrólito"). Assim, a montagem de eletrodo de membrana pode ser referida como "montagem de camada de difusão de gás de eletrodo de membrana (MEGA)". A célula única inclui dois separadores que imprensam ambos os lados da montagem de camada de difusão de gás do eletrodo de membrana, se necessário. O separador geralmente possui uma estrutura na qual uma ranhura servindo como um canal do gás de reação é formada em uma superfície em contato com a camada de difusão do gás. Este separador possui con-dutividade eletrônica e também funciona como coletor da eletricidade gerada.

[004] Em um eletrodo de combustível (ânodo) da célula de combustível, hidrogênio (H2) servindo como o gás combustível e fornecido por um canal de gás e a camada de difusão de gás é protonada pela ação catalítica da camada catalisadora e passa através da membrana de eletrólito para se mover para um eletrodo oxidante (cátodo). Os elétrons gerados ao mesmo tempo funcionam através de um circuito externo e se movem para o cátodo. O oxigênio (O2) servindo como gás oxidante e fornecido ao cátodo reage com prótons e elétrons na camada catalisadora do cátodo para gerar água. A água gerada fornece umidade moderada para a membrana do eletrólito, e o excesso de água permeia a camada de difusão do gás e é descarregada para fora do sistema.

[005] Vários estudos foram conduzidos em sistemas de célula de combustível para serem utilizados em corpos móveis, tal como veículos de célula de combustível (daqui em diante referidos como "veículos"). Por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente Japonesa Não Examinada No 2007-299691 (JP 2007-299691 A) divulga um sistema de célula de combustível que utiliza, de modo a reduzir o consumo de energia dos compressores de ar na velocidade de rotação mínima, um compressor de ar possuindo uma pequena capacidade quando a energia elétrica solicitada é pequena e um compressor de ar possuin-do uma grande capacidade quando a energia elétrica solicitada é grande.

[006] A Publicação de Pedido de Patente Japonesa Não Examinada No. 2020-149778 (JP 2020-149778 A) divulga um veículo incluindo um dispositivo de controle configurado para controlar as operações de um compressor. O compressor inclui um mancal de ar. O dispositivo de controle aciona o compressor, independentemente de uma célula de combustível estar gerando eletricidade.

[007] A Publicação Internacional No. 2013/157488 (WO 2013/ 157488 A) divulga um sistema de célula de combustível incluindo meio para aumentar uma pressão do ar via meios de regulação de pressão quando uma vazão real é maior do que uma vazão alvo em uma faixa de velocidades de rotação mínimas na qual um eixo rotativo é capaz de ser suportado rotativamente por um mancal de ar, e meio de controle de fluxo de oxidante para controlar a razão de fluxos em um umi-dificador e um desvio do umidificador. A vazão alvo e uma pressão alvo são definidas baseadas em um valor atual solicitado a partir de uma célula de combustível. Quando a vazão real é maior do que a vazão alvo, um valor predeterminado é adicionado à pressão alvo definida para definir uma nova pressão alvo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] Quando a saída a partir da célula de combustível que é solicitada pelo sistema de célula de combustível é inferior a um valor predeterminado, a quantidade necessária de gás oxidante para a célula de combustível diminui. Portanto, a velocidade de rotação de um motor do compressor de ar (ACP) servindo como um dispositivo de fornecimento de gás oxidante é geralmente reduzida. Para atingir mi-niaturização, maior durabilidade, maior potência e maior eficiência do motor do compressor de ar, existe um movimento em andamento para adotar um mancal de ar na unidade do motor. Um compressor de ar utilizando o mancai de ar possui um mecanismo no qual um fluxo de ar é gerado entre um rotor (rotador) e um invólucro por girar o rotor para fazer o rotor flutuar. Portanto, uma velocidade de rotação predeterminada (velocidade de rotação mínima) ou superior é necessária para fazer o rotor flutuar, mesmo quando a saída solicitada da célula de combustível é pequena. O compressor de ar utilizando o mancal de ar requer uma grande quantidade de energia elétrica para fazer o mancal de ar flutuar. Portanto, existe uma necessidade de reduzir a velocidade de rotação do compressor de ar para aprimorar a eficiência do combustível quando a saída solicitada a partir da célula de combustível é pequena.

[009] Na JP 2007-299691 A, é necessário proporcionar dois compressores de ar, grande e pequeno, o que é um fator desvantajoso em um espaço de montagem limitado do veículo. Portanto, pode ser adotada uma abordagem para controlar a velocidade de rotação de um compressor de ar baseado na saída solicitada. Quando definindo a velocidade de rotação, uma velocidade de rotação de margem superior à velocidade de rotação mínima deve ser levada em consideração, além do consumo de energia para atenuar uma força G (significando uma aceleração na presente divulgação) aplicada em direções para frente, para trás, para a direita e para a esquerda do veículo durante a condução de modo que o rotor e o invólucro não entrem em contato um com o outro devido à aceleração G. No compressor de ar, incluindo o mancal de ar, não existe ideia de mudar a velocidade de rotação dependendo da aceleração G a partir do exterior. Quando essa ideia é incorporada, não existe permissão para mudar a velocidade de rotação após a aceleração G ser aplicada a partir do exterior. Por exemplo, na necessidade de aumentar a velocidade de rotação devido à aceleração G ser aplicada quando a velocidade de rotação é baixa, a aceleração G não pode ser atenuada e o rotor e o invólucro podem entrar em contato um com o outro danificando o compressor de ar.

[0010] A presente divulgação proporciona um sistema de célula de combustível capaz de aprimorar a durabilidade de um compressor de ar.

[0011] Um aspecto da presente divulgação proporciona um sistema de célula de combustível para um corpo móvel. O sistema de célula de combustível inclui uma célula de combustível, um sistema de fornecimento de gás oxidante configurado para fornecer um gás oxidante à célula de combustível e um controlador. O sistema de fornecimento de gás oxidante inclui um compressor de ar. O compressor de ar inclui um rotor, um mancal de ar e um invólucro. O controlador inclui um detector de velocidade de movimento configurado para medir uma velocidade de movimento do corpo móvel. O controlador inclui um detector de aceleração configurado para predizer uma aceleração G a ser aplicada ao corpo móvel. O controlador é configurado para determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior a um limite de aceleração predeterminado, e controlar uma velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada quando for feita a determinação de que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração.

[0012] No sistema de célula de combustível da presente divulgação, o controlador pode ser configurado para determinar se a velocidade de rotação do compressor de ar é igual ou superior a uma segunda velocidade de rotação predeterminada e inferior à primeira velocidade de rotação, determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração quando for feita a determinação de que a velocidade de rotação do compressor de ar é igual ou superior à segunda velocidade de rotação e inferior à primeira velocidade de rotação, controlar a velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração, e controlar a velocidade de rotação do compressor de ar para ser a segunda velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração.

[0013] No sistema de célula de combustível da presente divulgação, o controlador pode ser configurado para determinar se a velocidade de movimento do corpo móvel que é medida pelo detector de velocidade de movimento é inferior a uma primeira velocidade de movimento predeterminada, controlar a velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é igual ou superior à primeira velocidade de movimento, determinar se a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é inferior à primeira velocidade de movimento, e controlar a velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for determinado que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração.

[0014] No sistema de célula de combustível da presente divulgação, o controlador pode ser configurado para determinar se a velocidade de movimento é igual ou superior a uma segunda velocidade de movimento predeterminada inferior à primeira velocidade de movimento quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração, controlar a velocidade de rotação do compressor de ar para ser uma terceira velocidade de rotação predeterminada inferior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é igual ou superior à segunda velocidade de movimento, e controlar a velocidade de rotação do compressor de ar para ser uma segunda velocidade de rotação predeterminada inferior à terceira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é inferior à segunda velocidade de movimento.

[0015] No sistema de célula de combustível da presente divulgação, a segunda velocidade de rotação pode ser uma velocidade de rotação mínima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel é parado.

[0016] No sistema de célula de combustível da presente divulgação, a terceira velocidade de rotação pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à segunda velocidade de movimento e inferior à primeira velocidade de movimento.

[0017] Outro aspecto da presente divulgação proporciona um dispositivo de controle para um sistema de célula de combustível incluindo uma célula de combustível e um sistema de fornecimento de gás oxidante incluindo um compressor de ar e configurado para fornecer um gás oxidante à célula de combustível. O sistema de célula de combustível pode ser montado em um corpo móvel. O dispositivo de controle inclui um detector de velocidade de movimento configurado para medir uma velocidade de movimento do corpo móvel e um detector de aceleração configurado para predizer uma aceleração a ser aplicada ao corpo móvel. O dispositivo de controle é configurado para determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior a um limite de aceleração predeterminado, e controlar uma velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração.

[0018] Outro aspecto da presente divulgação proporciona um corpo móvel incluindo o sistema de célula de combustível descrito acima.

[0019] Outro aspecto da presente divulgação proporciona um corpo móvel incluindo o dispositivo de controle descrito acima.

[0020] De acordo com o sistema de célula de combustível da presente divulgação, é possível aprimorar a durabilidade do compressor de ar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] Características, vantagens e significado técnico e industrial de modalidades ilustrativas da invenção serão descritos abaixo com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais sinais iguais denotam elementos iguais, e em que:
a FIG. 1 é um diagrama de configuração esquemático ilustrando um exemplo de um sistema de célula de combustível da presente divulgação;
a FIG. 2 é um fluxograma ilustrando um exemplo de controle do sistema de célula de combustível da presente divulgação;
a FIG. 3 é um fluxograma ilustrando outro exemplo do controle do sistema de célula de combustível da presente divulgação; e
a FIG. 4 é um fluxograma ilustrando outro exemplo do controle do sistema de célula de combustível da presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES

[0022] Um sistema de célula de combustível da presente divulgação é um sistema de célula de combustível para um corpo móvel. O sistema de célula de combustível inclui uma célula de combustível, um sistema de fornecimento de gás oxidante configurado para fornecer um gás oxidante à célula de combustível e um controlador. O sistema de fornecimento de gás oxidante inclui um compressor de ar. O compressor de ar inclui um rotor, um mancal de ar e um invólucro. O con-trolador inclui um detector de velocidade de movimento configurado para medir uma velocidade de movimento do corpo móvel. O controlador inclui um detector de aceleração configurado para predizer uma aceleração G a ser aplicada ao corpo móvel. O controlador é configurado para determinar se a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior a um limite de aceleração predeterminado G1. O controlador é configurado para controlar uma velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação R1 predeterminada quando for feita a determinação de que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração G1.

[0023] No compressor de ar, uma velocidade de rotação em marcha lenta quando o corpo móvel está se movendo (quando a velocidade de movimento é diferente de 0 km/h) é, por exemplo, 20.000 a 30.000 rotações, e uma velocidade de rotação quando o corpo móvel está parado (velocidade de rotação de encosto) é, por exemplo, 10.000 a 20.000 revoluções. Existe uma margem entre as velocidades de rotação. Esta margem de velocidade de rotação é proporcionada para manter uma capacidade de mancal de ar contra a aceleração G a partir do exterior, em adição às variações de controle e às variações do sensor de um sensor de vazão, um sensor de pressão, um sensor de temperatura, um sensor de pressão atmosférica e similares, e evitar danos devido ao contato do rotor com o invólucro junto com uma quantidade de atenuação insuficiente da aceleração G. Quando o corpo móvel é um veículo, as pré-condições para a geração da aceleração G incluem uma estrada acidentada, uma estrada ondulada, interferência na superfície da estrada, colisão leve, colisão em alta velocidade e similares. Com relação à colisão em alta velocidade, quando a célula de combustível é danificada por uma colisão real, pode-se considerar se os componentes devem ser substituídos. Quando o veículo está para-do (quando a velocidade de movimento é 0 km/h), a estrada acidentada, a estrada ondulada e a interferência da superfície da estrada são excluídas das condições prévias. Portanto, é necessário evitar o dano ao compressor de ar devido ao contato do rotor com o invólucro juntamente com a quantidade de atenuação insuficiente da força G quando a colisão leve (por exemplo, 25 G ou menos) ocorre enquanto o veículo está parado (quando a velocidade de movimento é 0 km/h).

[0024] Na técnica relacionada, a colisão leve é detectada por um sensor de força G proporcionado em uma unidade de controle eletrônico do veículo (ECU) e, em seguida, a velocidade de rotação do compressor de ar é aumentada a partir da velocidade de rotação quando o veículo é parado para a velocidade de rotação de ponto morto quando o veículo está movendo. Depois que a colisão leve é detectada, a deficiência da capacidade de mancal de ar não pode ser evitada devido a problemas sobre um retardo de comunicação e uma resposta do compressor de ar (diferença de tempo do comando para a resposta). Isso ocorre porque a influência da detecção de colisão leve no compressor de ar é da ordem de várias dezenas de ms, enquanto a velocidade de comunicação e a velocidade de resposta do compressor de ar são da ordem de 100 ms. Com a ação realizada após a detecção de colisão leve, não há permissão para evitar o dano ao compressor de ar. Se a capacidade de mancal de ar for aumentada, a velocidade de rotação mínima do compressor de ar quando o veículo está em movimento pode ser reduzida, mas a velocidade de rotação do compressor de ar não pode ser reduzida ainda mais quando o veículo está parado. Assim, a eficiência de combustível do corpo móvel diminui.

[0025] No sistema de célula de combustível da presente divulgação, a colisão leve do corpo móvel é predita utilizando o detector de aceleração. Quando é determinado que a colisão leve é provável de ocorrer, a velocidade de rotação do compressor de ar é aumentada a partir da velocidade de rotação quando o corpo móvel é parado para a velocidade de rotação quando o corpo móvel está se movendo. Como resultado, é possível assegurar a velocidade de rotação necessária para que o mancal de ar absorva a força gerada pela influência da aceleração G de modo que o rotor e o invólucro do compressor de ar não entrem em contato um com o outro. Portanto, no sistema de célula de combustível da presente divulgação, a saída solicitada da célula de combustível e a aceleração G a partir do exterior podem ser levadas em consideração com o compressor de ar único. Assim, é possível aprimorar a eficiência de combustível do corpo móvel e suprimir os danos ao compressor de ar devido ao contato do rotor com o invólucro juntamente com a capacidade insuficiente do mancal de ar. No sistema de célula de combustível da presente divulgação, é possível aprimorar a eficiência de combustível do corpo móvel e reduzir o ruído e a vibração devido ao compressor de ar sem componentes adicionais.

[0026] A FIG. 1 é um diagrama de configuração esquemático ilustrando um exemplo de um sistema de célula de combustível da presente divulgação. Um sistema de célula de combustível 100 ilustrado na FIG. 1 inclui uma célula de combustível 10, um compressor de ar 20, um canal de fornecimento de gás oxidante 21, um canal de descarga de efluente gasoso oxidante 22, uma válvula reguladora de pressão de gás oxidante 23 e um controlador 50. A FIG. 1 ilustra somente um sistema de fornecimento de gás oxidante. A ilustração de um sistema de gás combustível, um sistema de resfriamento e similares é omitida. O controlador 50 está eletricamente conectado ao compressor de ar 20 e à válvula reguladora da pressão do gás oxidante 23 e controla seu acionamento.

[0027] O sistema de célula de combustível da presente divulgação é utilizado para um corpo móvel. O corpo móvel não é particularmente limitado, desde que inclua uma célula de combustível e seja acionado pela energia elétrica da célula de combustível. Exemplos do corpo móvel incluem veículos, tal como um veículo de célula de combustível, objetos voadores tal como um drone, navios, veículos ferroviários e máquinas de construção. O corpo móvel pode incluir o sistema de células de combustível da presente divulgação.

[0028] O sistema de célula de combustível da presente divulgação inclui a célula de combustível, o sistema de fornecimento de gás oxi-dante e o controlador.

[0029] A célula de combustível pode possuir somente uma única célula ou pode ser uma pilha de células de combustível que é uma pilha de várias células únicas. O número de células individuais empilhadas não é particularmente limitado e pode ser, por exemplo, 2 a várias centenas ou 2 a 300. A pilha de células de combustível pode incluir placas de extremidade em ambas as extremidades da célula única em uma direção de empilhamento.

[0030] A célula única da célula de combustível inclui pelo menos uma montagem de camada de difusão de gás de eletrodo de membrana. A montagem de camada de difusão de gás de eletrodo de membrana possui uma camada de difusão de gás do lado do ânodo, uma camada de catalisador do ânodo, uma membrana de eletrólito, uma camada de catalisador de cátodo e uma camada de difusão de gás do lado do cátodo nesta ordem.

[0031] O cátodo (eletrodo oxidante) inclui a camada de catalisador do cátodo e a camada de difusão de gás do lado do cátodo. O ânodo (eletrodo de combustível) inclui a camada de catalisador do ânodo e a camada de difusão de gás do lado do ânodo. A camada de catalisador do cátodo e a camada de catalisador do ânodo são coletivamente referidas como "camadas de catalisador". Por exemplo, a camada de catalisador pode incluir um metal de catalisador que promove a reação ele-troquímica, um eletrólito possuindo condutividade de prótons e um su-porte possuindo condutividade de elétrons. Exemplos do metal de catalisador incluem platina (Pt) e uma liga composta de Pt e outro metal (por exemplo, uma liga de Pt na qual cobalto, níquel ou similares são misturados). O eletrólito pode ser uma fluororresina ou similar. Exemplos de fluororresina incluem uma solução de Nafion. O metal de catalisador é apoiado em um suporte. Em cada camada de catalisador, o suporte que suporta o metal de catalisador (suporte do catalisador) pode ser misturado com o eletrólito. Exemplos do suporte que suporta o metal de catalisador incluem materiais de carbono disponíveis comercialmente.

[0032] A camada de difusão de gás do lado do cátodo e a camada de difusão de gás do lado do ânodo são coletivamente referidas como "camadas de difusão de gás". Por exemplo, a camada de difusão de gás pode ser um membro condutor com permeabilidade ao gás. Exemplos do membro condutor incluem um corpo poroso de carbono, tal como tecido de carbono e papel de carbono, e um corpo poroso de metal, tal como uma malha de metal e um metal espumado.

[0033] A membrana de eletrólito pode ser uma membrana de eletrólito de polímero sólido. Exemplos da membrana de eletrólito de polímero sólido incluem uma membrana de eletrólito à base de flúor, como uma película fina de ácido perfluorossulfônico contendo umidade e uma membrana de eletrólito baseada em hidrocarboneto. Exemplos de membrana de eletrólito incluem uma membrana Nafion (fabricada pela DuPont).

[0034] A célula única pode incluir dois separadores que imprensam ambos os lados da montagem da camada de difusão de gás do eletrodo de membrana, se necessário. Um dentre os dois separadores é um separador do lado do ânodo e o outro é um separador do lado do cátodo. Na presente divulgação, o separador do lado do ânodo e o separador do lado do cátodo são referidos coletivamente como "separa-dores". O separador pode possuir um orifício de fornecimento e um orifício de descarga através dos quais o gás de reação e um líquido refrigerante fluem na direção de empilhamento da célula única. Exemplos do líquido refrigerante incluem uma solução mista de etilenoglicol e água para evitar o congelamento em baixa temperatura. Exemplos de orifício de fornecimento incluem um orifício de fornecimento de gás combustível, um orifício de fornecimento de gás oxidante e um orifício de fornecimento de líquido refrigerante. Exemplos do orifício de descarga incluem um orifício de descarga de gás combustível, um orifício de descarga de gás oxidante, e um orifício de descarga do líquido refrigerante. O separador pode possuir um ou mais orifícios de fornecimento de gás combustível, um ou mais orifícios de fornecimento de gás oxidante, um ou mais orifícios de fornecimento de líquido refrigerante, um ou mais orifícios de descarga de gás combustível, um ou mais orifícios de descarga de gás oxidante ou um ou mais orifícios de descarga de líquido refrigerante.

[0035] O separador pode possuir um canal de gás de reação em uma superfície em contato com a camada de difusão de gás. O separador pode possuir um canal de líquido refrigerante para manter uma temperatura constante da célula de combustível em uma superfície oposta à superfície em contato com a camada de difusão de gás. Quando o separador é o separador do lado do ânodo, o separador pode possuir um ou mais orifícios de fornecimento de gás combustível, um ou mais orifícios de fornecimento de gás oxidante, um ou mais orifícios de fornecimento de líquido refrigerante, um ou mais orifícios de descarga de gás combustível, um ou mais orifícios de descarga de gás oxidante ou um ou mais orifícios de descarga de líquido refrigerante. O separador do lado do ânodo pode possuir, em uma superfície em contato com a camada de difusão de gás do lado do ânodo, um canal de gás combustível através do qual o gás combustível flui a partir do orifí-cio de fornecimento de gás combustível para o orifício de descarga de gás combustível. O separador do lado do ânodo pode possuir, em uma superfície oposta à superfície em contato com a camada de difusão de gás do lado do ânodo, um canal de líquido refrigerante através do qual o refrigerante flui a partir do orifício de fornecimento de líquido refrigerante para o orifício de descarga de líquido refrigerante.

[0036] Quando o separador é o separador do lado do cátodo, o separador pode possuir um ou mais orifícios de fornecimento de gás combustível, um ou mais orifícios de fornecimento de gás oxidante, um ou mais orifícios de fornecimento de líquido refrigerante, um ou mais orifícios de descarga de gás combustível, um ou mais orifícios de descarga de gás oxidante ou um ou mais orifícios de descarga de líquido refrigerante. O separador do lado do cátodo pode possuir, em uma superfície em contato com a camada de difusão de gás do lado do cátodo, um canal de gás oxidante através do qual o gás oxidante flui a partir do orifício de fornecimento de gás oxidante para o orifício de descarga do gás oxidante. O separador do lado do cátodo pode possuir, em uma superfície oposta à superfície em contato com a camada de difusão de gás do lado do cátodo, um canal de líquido refrigerante através do qual o líquido refrigerante flui a partir do orifício de fornecimento de líquido refrigerante para o orifício de descarga do líquido refrigerante. O separador pode ser um membro condutor impermeável ao gás ou similar. Exemplos do membro condutor incluem carbono denso obtido por compactar carbono para possui impermeabilidade ao gás e uma placa de metal formada por pressão (por exemplo, ferro, alumínio ou de aço inoxidável). O separador pode possuir uma função de coleta de corrente.

[0037] A pilha de células de combustível pode possuir um coletor, tal como um coletor de entrada com o qual cada orifício de fornecimento está em comunicação e um coletor de saída com o qual cada orifício de descarga está em comunicação. Exemplos do coletor de entrada incluem um coletor de entrada de ânodo, um coletor de entrada de cátodo e um coletor de entrada de líquido refrigerante. Exemplos do coletor de saída incluem um coletor de saída de ânodo, um coletor de saída de cátodo e um coletor de saída de líquido refrigerante.

[0038] Na presente divulgação, o gás combustível e o gás oxidan-te são coletivamente referidos como "gases de reação". O gás de reação a ser fornecido ao ânodo é o gás combustível. O gás de reação a ser fornecido ao cátodo é o gás oxidante. O gás combustível é um gás que contém principalmente hidrogênio. O gás combustível pode ser hidrogênio. O gás oxidante pode ser oxigênio, ar, ar seco ou similares.

[0039] O sistema de fornecimento de gás oxidante fornece o gás oxidante à célula de combustível. Especificamente, o sistema de fornecimento de gás oxidante fornece o gás oxidante ao cátodo da célula de combustível. O sistema de fornecimento de gás oxidante inclui o compressor de ar. O compressor de ar inclui um rotor, um mancal de ar e um invólucro. O compressor de ar é conectado eletricamente ao controlador. A velocidade de rotação do rotor do compressor de ar é controlada baseada em um sinal de controle do controlador.

[0040] O sistema de fornecimento de gás oxidante pode incluir o canal de fornecimento de gás oxidante. O canal de fornecimento de gás oxidante conecta o compressor de ar e uma entrada de gás oxidante da célula de combustível. O canal de fornecimento de gás oxidante permite o fornecimento do gás oxidante a partir do compressor de ar para o cátodo da célula de combustível. A entrada de gás oxidante pode ser o orifício de fornecimento de gás oxidante, o coletor de entrada de cátodo ou similares.

[0041] O sistema de fornecimento de gás oxidante pode incluir o canal de descarga de efluente gasoso oxidante. O canal de descarga de efluente gasoso oxidante é conectado a uma saída de gás oxidante da célula de combustível. O canal de descarga do efluente gasoso oxidante permite a descarga de um efluente gasoso oxidante para o exterior. O efluente gasoso oxidante é o gás oxidante descarregado a partir do cátodo da célula de combustível. A saída do gás oxidante pode ser o orifício de descarga do gás oxidante, o coletor de saída do cátodo ou similares. A válvula reguladora da pressão do gás oxidante pode ser proporcionada no canal de descarga do efluente gasoso oxidante. A válvula reguladora da pressão do gás oxidante é conectada eletricamente ao controlador. A válvula reguladora da pressão do efluente gasoso oxidante é aberta pelo controlador para descarregar o efluente gasoso oxidante que é o gás oxidante reagido para o lado de fora do canal de descarga do efluente gasoso oxidante. Por ajustar o grau de abertura da válvula reguladora da pressão do gás oxidante, uma pressão do gás oxidante (pressão do cátodo) a ser fornecida ao cátodo pode ser regulada.

[0042] O sistema de fornecimento de gás oxidante pode incluir um canal de desvio que se ramifica a partir do canal de fornecimento de gás oxidante, desvia a célula de combustível e se conecta ao canal de descarga do efluente gasoso oxidante. Uma válvula de desvio pode ser disposta no canal de desvio. A válvula de desvio é conectada eletricamente ao controlador. A válvula de desvio é aberta pelo controlador para desviar da célula de combustível e descarregar o gás oxidante para o exterior a partir do canal de descarga do efluente gasoso oxidante quando o gás oxidante não precisa ser fornecido à célula de combustível.

[0043] O sistema de fornecimento de gás oxidante pode incluir um sensor de pressão. O sensor de pressão detecta uma pressão no sistema de fornecimento de gás oxidante. O sensor de pressão é conectado eletricamente ao controlador. O controlador pode estimar uma velocidade de rotação do compressor de ar baseado na pressão de-tectada pelo sensor de pressão. O sensor de pressão pode ser disposto à jusante do compressor de ar no canal de fornecimento de gás oxi-dante. Um medidor de pressão conhecido ou similares pode ser adotado como o sensor de pressão.

[0044] O sistema de fornecimento de gás oxidante pode incluir um sensor de temperatura. O sensor de temperatura detecta uma temperatura da célula de combustível. A temperatura da célula de combustível pode ser uma temperatura do líquido refrigerante fluindo através da célula de combustível. O sensor de temperatura é conectado eletricamente ao controlador. O controlador pode estimar uma velocidade de rotação do compressor de ar baseado na temperatura da célula de combustível que é detectada pelo sensor de temperatura. O sensor de temperatura pode ser disposto à jusante do compressor de ar no canal de fornecimento de gás oxidante. Um termômetro conhecido ou similares pode ser adotado como o sensor de temperatura.

[0045] O sistema de fornecimento de gás oxidante pode incluir um sensor de vazão. O sensor de vazão detecta uma vazão do gás oxidante no sistema de fornecimento de gás oxidante. O sensor de vazão é conectado eletricamente ao controlador. O controlador pode estimar uma velocidade de rotação do compressor de ar baseado na vazão do gás oxidante que é detectada pelo sensor de vazão. O sensor de vazão pode ser disposto à montante do compressor de ar no canal de fornecimento de gás oxidante. Um medidor de fluxo conhecido ou similares pode ser adotado como o sensor de vazão.

[0046] O sistema de célula de combustível pode incluir uma unidade de fornecimento de gás combustível, um canal de fornecimento de gás combustível ou um canal de descarga de efluente gasoso combustível como o sistema de gás combustível da célula de combustível. A unidade de fornecimento de gás combustível fornece o gás combustível para a célula de combustível. Especificamente, a unidade de forne-cimento de gás combustível fornece o gás combustível para o ânodo da célula de combustível. Exemplos da unidade de fornecimento de gás combustível incluem um tanque de combustível. Exemplos específicos da unidade de fornecimento de gás combustível incluem um tanque de hidrogênio líquido e um tanque de hidrogênio comprimido. A unidade de fornecimento de gás combustível é conectada eletricamente ao controlador. A unidade de fornecimento de gás combustível pode controlar LIGAR/ DESLIGAR do fornecimento de gás combustível por controlar a abertura e o fechamento de uma válvula de retenção principal da unidade de fornecimento de gás combustível em resposta a um sinal de controle do controlador. O canal de fornecimento de gás combustível conecta uma entrada de gás combustível da célula de combustível e a unidade de fornecimento de gás combustível. O canal de fornecimento de gás combustível permite o fornecimento do gás combustível para o ânodo da célula de combustível. A entrada de gás combustível pode ser o orifício de fornecimento de gás combustível, o coletor de entrada do ânodo ou similares. O canal de descarga de efluente gasoso combustível pode ser conectado a uma saída de gás combustível da célula de combustível.

[0047] O canal de descarga de efluente gasoso combustível descarrega um efluente gasoso combustível para o exterior. O efluente gasoso combustível é o gás combustível descarregado a partir do ânodo da célula de combustível. A saída do gás combustível pode ser o orifício de descarga do gás combustível, o coletor de saída do ânodo ou similares. O canal de descarga do efluente gasoso combustível pode ser proporcionado com uma válvula de descarga do efluente gasoso combustível (válvula de exaustão / drenagem). A válvula de descarga de efluente gasoso combustível permite a descarga do efluente gasoso combustível e da água para o exterior (exterior do sistema). O exterior pode ser o exterior do sistema de célula de combustível ou o exterior do corpo móvel. A válvula de descarga de efluente gasoso combustível pode ser conectada eletricamente ao controlador. A vazão de descarga do efluente gasoso combustível para o exterior pode ser ajustada por controlar a abertura e o fechamento da válvula de descarga do efluente gasoso combustível pelo controlador. A pressão do gás combustível (pressão do ânodo) a ser fornecido ao ânodo pode ser regulada por ajustar o grau de abertura da válvula de descarga do efluente gasoso combustível. O efluente gasoso combustível pode conter o gás combustível que passou sem reagir no ânodo e a água que é gerada no cátodo e atinge o ânodo. O efluente gasoso combustível pode conter uma substância corrosiva gerada na camada de catalisador, na membrana do eletrólito ou similares, e o gás oxidante que pode ser fornecido ao ânodo durante a eliminação do ar.

[0048] O sistema de célula de combustível pode incluir uma unidade de fornecimento de líquido refrigerante ou um canal de circulação de líquido refrigerante como o sistema de líquido refrigerante da célula de combustível. O canal de circulação de líquido refrigerante se comunica com o orifício de fornecimento de líquido refrigerante e com o orifício de descarga de líquido refrigerante na célula de combustível, e permite a circulação de líquido refrigerante fornecido pela unidade de fornecimento de líquido refrigerante dentro e fora da célula de combustível. A unidade de fornecimento de líquido refrigerante é conectada eletricamente ao controlador. A unidade de fornecimento de líquido refrigerante é acionada em resposta a um sinal de controle a partir do controlador. Na unidade de fornecimento de líquido refrigerante, a vazão de líquido refrigerante a ser fornecido a partir da unidade de fornecimento de líquido refrigerante para a célula de combustível é controlada pelo controlador. Com este controle, a temperatura da célula de combustível pode ser controlada. Exemplos da unidade de fornecimento de líquido refrigerante incluem uma bomba de líquido refrigerante. O canal de circulação de líquido refrigerante pode ser proporcionado com um radiador que irradia o calor do liquido refrigerante. O canal de circulação de líquido refrigerante pode ser proporcionado com um tanque de reserva que armazena o líquido refrigerante.

[0049] O sistema de célula de combustível pode incluir uma bateria secundária. A bateria secundária (bateria) pode ser qualquer bateria recarregável. Exemplos de bateria secundária incluem baterias secundárias conhecidas, tais como a bateria secundária de níquel-hidreto metálico e a bateria secundária de íon de lítio. A bateria secundária pode incluir um elemento de armazenamento de energia, tal como um capacitor elétrico de camada dupla. Várias baterias secundárias podem ser conectadas em série. A bateria secundária fornece energia elétrica para o compressor de ar ou similares. A bateria secundária pode ser carregada por uma fonte de alimentação do lado de fora do corpo móvel, tal como uma fonte de alimentação doméstica. A bateria secundária pode ser carregada com a saída de energia elétrica da célula de combustível. O carregamento e o descarregamento da bateria secundária podem ser controlados pelo controlador.

[0050] Por exemplo, o controlador inclui fisicamente uma unidade de processamento aritmético, tal como uma unidade de processamento central (CPU), um dispositivo de armazenamento, tal como uma memória somente para leitura (ROM) que armazena programas de controle e dados de controle a serem processados pela CPU e uma memória de acesso aleatório (RAM) para ser utilizada principalmente como várias áreas de trabalho para processos de controle e uma interface de entrada / saída. O controlador pode ser um dispositivo de controle, tal como uma unidade de controle eletrônico (ECU). O controlador pode ser conectado eletricamente a uma chave de ignição que pode ser montado no corpo móvel, tal como um veículo. O controlador pode ser operado por uma fonte de alimentação externa, mesmo se a chave de ignição estiver DESLIGADA.

[0051] O controlador inclui um detector de velocidade de movimento que mede uma velocidade de movimento do corpo móvel. Um medidor de velocidade conhecido ou similar pode ser adotado como o detector de velocidade de movimento. Quando o corpo móvel é um veículo, uma quantidade de operação do acelerador pode ser considerada como a velocidade de movimento e o detector de velocidade de movimento pode ser um detector de quantidade de operação do acelerador. Um sensor de quantidade de operação do acelerador conhecido ou similar pode ser adotado como o detector de quantidade de operação do acelerador.

[0052] O controlador inclui um detector de aceleração que prediz uma aceleração G a ser aplicada ao corpo móvel. Um sensor ultrassônico para utilização como, por exemplo, um sensor de canto ou sensor de folga, um sensor de onda milimétrica, uma câmera, um sensor tridimensional de detecção e alcance de luz (3D-LIDAR) ou uma combinação desses dispositivos pode ser adotada como o detector de aceleração. O detector de aceleração pode ser um sensor ultrassónico ou uma câmera do ponto de vista de redução de custos.

[0053] A FIG. 2 é um fluxograma ilustrando um exemplo de controle do sistema de célula de combustível da presente divulgação. O detector de aceleração prediz uma aceleração G. A aceleração G pode ser predita constantemente enquanto o sistema de célula de combustível está ativado, especificamente, enquanto a chave de ignição do corpo móvel está LIGADA (IG-ON) ou o corpo móvel está se movendo. A aceleração G pode ser predita repetidamente em intervalos de tempo predeterminados. O controlador determina se a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior a um limite de aceleração predeterminado G1. Quando o controlador determina que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração G1, o controlador controla a velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada R1. Então, o controle pode ser encerrado ou repetido a partir do começo. A temporização para executar o segundo controle e controle subsequente após o primeiro controle não é particularmente limitada. O controle pode ser repetido constantemente ou em intervalos de tempo predeterminados.

[0054] O limite de aceleração G1 pode ser um valor indicando a predição de colisão leve. A colisão leve pode ocorrer, por exemplo, a uma aceleração G de 25 m / s2 ou inferior. Quando o corpo móvel é um veículo, o limite de aceleração G1 pode ser um valor indicando que o veículo é predito para viajar por uma estrada acidentada ou de uma estrada ondulada, um valor indicando que o veículo está predito para sofrer interferência da superfície da estrada, ou um valor indicando a predição de colisão leve. Como pré-condições para a geração da aceleração G, esses valores podem ser armazenados no controlador como um conjunto de dados de limites de aceleração G1 correspondentes aos casos individuais.

[0055] A primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel não está parado, isto é, quando a velocidade de movimento do corpo móvel não é zero. A primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior a uma velocidade lenta predeterminada. A primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é maior do que a velocidade lenta predeterminada. A primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está em operação normal. A primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está operando a uma velocidade superior a uma velocidade normal de operação. A velocidade lenta é uma velocidade na qual o corpo móvel pode ser parado imediatamente, podendo ser, por exemplo, 10 km/h ou menos ou 5 km/h ou menos. A velocidade de movimento quando o corpo móvel está em operação normal pode ser uma velocidade maior do que a velocidade lenta predeterminada. Quando o corpo móvel é um veículo, o corpo móvel pode estar operando a uma velocidade superior à velocidade normal de operação, por exemplo, enquanto o corpo móvel está viajando em uma via expressa. Quando o corpo móvel é um veículo, a velocidade de movimento quando o corpo móvel está operando em alta velocidade pode ser, por exemplo, 80 km/h ou mais ou 100 km/h ou mais. Um conjunto de dados indicando uma relação entre a aceleração G e uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária para atenuar a aceleração G para manter o rotor e o invólucro fora de contato um com o outro pode ser preparado com antecedência. A primeira velocidade de rotação R1 pode ser definida a partir do conjunto de dados.

[0056] No controle ilustrado na FIG. 2, por exemplo, quando uma colisão leve do lado de fora é predita no corpo móvel, a velocidade de rotação do compressor de ar é aumentada antes da colisão leve para ser igual ou superior à velocidade de rotação necessária quando o corpo móvel está se movendo. Portanto, a aceleração G aplicada no momento da colisão leve pode ser atenuada suficientemente, suprimindo assim os danos ao compressor de ar.

[0057] A FIG. 3 é um fluxograma ilustrando outro exemplo do controle do sistema de célula de combustível da presente divulgação. O controlador determina se a velocidade de rotação do compressor de ar é igual ou superior a uma segunda velocidade de rotação predetermi-nada R2 e inferior à primeira velocidade de rotação R1. Quando o controlador determina que a velocidade de rotação do compressor de ar não é igual ou superior à segunda velocidade de rotação R2 e inferior à primeira velocidade de rotação R1, isto é, quando o controlador determina que a velocidade de rotação do compressor de ar é igual ou superior à primeira velocidade de rotação R1, o controlador pode encerrar o controle. Quando o controlador determina que a velocidade de rotação do compressor de ar é igual ou superior à segunda velocidade de rotação R2 e inferior à primeira velocidade de rotação R1, o detector de aceleração prevê uma aceleração G. O controlador determina se a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração G1. Quando o controlador determina que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração G1, o controlador controla a velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação R1. Quando o controlador determina que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração G1, o controlador controla a velocidade de rotação do compressor de ar para ser uma segunda velocidade de rotação R2. Em seguida, o controle pode ser encerrado ou repetido a partir do começo. A temporização para executar o segundo controle e subsequente após o primeiro controle não é particularmente limitada. O controle pode ser repetido constantemente ou em intervalos de tempo predeterminados.

[0058] A segunda velocidade de rotação R2 pode ser uma velocidade de rotação mínima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está parado. Nesse caso, a primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação mínima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel não está parado. A velocidade de rotação mínima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está parado pode ser definida conforme apro-priado, dependendo do desempenho do compressor de ar, e pode ser 10.000 revoluções ou mais ou 20.000 revoluções ou mais. A velocidade de rotação minima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel não está parado pode ser definida conforme apropriado, dependendo do desempenho do compressor de ar, e não é particularmente limitada, desde que esta velocidade de rotação minima seja superior à velocidade de rotação minima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está parado. Esta velocidade de rotação minima pode ser 30.000 revoluções ou mais ou 40.000 revoluções ou mais.

[0059] No controle ilustrado na FIG. 3, por exemplo, quando uma colisão leve a partir do lado de fora é predita no corpo móvel enquanto o corpo móvel está parado ou está próximo do estado parado, a aceleração G não pode ser suficientemente atenuada no momento da colisão leve com a velocidade de rotação do compressor de ar permanecendo igual ou superior à velocidade de rotação quando o corpo móvel está parado e inferior à velocidade de rotação de quando o corpo móvel está se movendo. Portanto, o rotor e o invólucro podem entrar em contato um com o outro para danificar o compressor de ar. Quando a colisão leve do lado de fora é predita, a velocidade de rotação do compressor de ar é aumentada antes da colisão leve para ser igual ou superior à velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está em movimento. Portanto, a aceleração G aplicada no momento da colisão leve pode ser atenuada suficientemente, suprimindo assim danos ao compressor de ar. Quando a colisão leve a partir do lado de fora não é predita, a velocidade de rotação do compressor de ar é controlada para ser a velocidade de rotação minima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está parado do ponto de vista de aprimorar a eficiência de combustível do combustivel célula. Quando o corpo móvel é um veiculo, o corpo móvel pode estar próximo ao estado parado, por exemplo, em um caso em que a marcha é colocada em uma faixa de estacionamento.

[0060] Como um exemplo da colisão leve, outro veículo a 30 km/h causa a colisão leve com o veículo do motorista enquanto o veículo do motorista está em marcha lenta em um estacionamento (a velocidade do veículo é 0 km/h, mas a ignição está LIGADA). Nesse caso, um período necessário para aumentar a velocidade de rotação da velocidade de rotação mínima do compressor de ar quando o veículo do motorista está parado para a velocidade de rotação mínima do compressor de ar quando o veículo do motorista está em movimento é assumido como 100 ms com um retardo de comunicação. Uma colisão com outro veículo é predita e a velocidade de rotação do compressor de ar é aumentada antes que a distância do outro veículo alcance 0,83 m ou menos. No momento da colisão, a velocidade de rotação do compressor de ar pode ser aumentada para ser igual ou superior à velocidade de rotação mínima do compressor de ar quando o veículo do motorista está em movimento.

[0061] A FIG. 4 é um fluxograma ilustrando outro exemplo do controle do sistema de célula de combustível da presente divulgação. O detector de velocidade de movimento mede uma velocidade de movimento do corpo móvel em uma temporização predeterminada. O momento em que o detector de velocidade de movimento mede a velocidade de movimento do corpo móvel não é particularmente limitado. A velocidade do movimento pode ser medida em intervalos de tempo predeterminados ou constantemente. O controlador determina se a velocidade de movimento do corpo móvel que é medida pelo detector de velocidade de movimento é inferior a uma primeira velocidade de movimento predeterminada V1. Quando o controlador determina que a velocidade de movimento é igual ou superior à primeira velocidade de movimento V1, o controlador controla a velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação R1. Quando o controlador determina que a velocidade de movimento é inferior à primeira velocidade de movimento V1, o detector de aceleração prediz uma aceleração G. O controlador determina se a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração G1. Quando o controlador determina que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração G1, o controlador controla a velocidade de rotação do compressor de ar para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação R1. Quando o controlador determina que a aceleração G predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração G1, o controlador determina se a velocidade de movimento é igual ou superior a uma segunda velocidade de movimento predeterminada V2 inferior à primeira velocidade de movimento V1. Quando o controlador determina que a velocidade de movimento é igual ou superior à segunda velocidade de movimento V2, o controlador controla a velocidade de rotação do compressor de ar para ser uma terceira velocidade de rotação R3 predeterminada inferior à primeira velocidade de rotação R1. Quando o controlador determina que a velocidade de movimento é inferior à segunda velocidade de movimento V2, o controlador controla a velocidade de rotação do compressor de ar para ser a segunda velocidade de rotação predeterminada R2 inferior à terceira velocidade de rotação R3. Então, o controle pode ser encerrado ou repetido a partir do começo. A temporização para executar o segundo controle e subsequente após o primeiro controle não é particularmente limitada. O controle pode ser repetido constantemente ou em intervalos de tempo predeterminados.

[0062] A terceira velocidade de rotação R3 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à segunda velocidade de movimento V2 e inferior à primeira velocidade de movimento V1. Quando a terceira velocidade de rotação R3 é definida, a primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à primeira velocidade de movimento V1. Quando a terceira velocidade de rotação R3 é definida, a segunda velocidade de rotação R2 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é inferior à segunda velocidade de movimento V2. Isto é, as velocidades de rotação são a segunda velocidade de rotação R2, a terceira velocidade de rotação R3 e a primeira velocidade de rotação R1 (R2 < R3 < R1) em ordem crescente.

[0063] Por exemplo, a primeira velocidade de movimento V1 pode ser uma velocidade de movimento quando o corpo móvel está operando lentamente na velocidade lenta predeterminada. Nesse caso, a segunda velocidade de movimento V2 pode ser igual ou superior a uma velocidade de movimento quando o corpo móvel não está parado e inferior à velocidade lenta. Nesse caso, a primeira velocidade de rotação R1 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está operando lentamente. Nesse caso, a terceira velocidade de rotação R3 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento é igual ou superior à velocidade de movimento quando o corpo móvel não está parado e inferior à velocidade lenta. Nesse caso, a segunda velocidade de rotação R2 pode ser a velocidade de rotação mínima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está parado.

[0064] Por exemplo, a primeira velocidade de movimento V1 pode ser a velocidade de movimento quando o corpo móvel está em operação normal. Nesse caso, a segunda velocidade de movimento V2 pode ser igual ou superior à velocidade de movimento quando o corpo móvel não está parado e inferior à velocidade de movimento quando o corpo móvel está em operação normal, ou pode ser igual ou superior à velocidade lenta predeterminada do corpo móvel e inferior à velocidade de movimento quando o corpo móvel está em operação normal. Neste caso, a primeira velocidade de rotação R1 pode ser a velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está em operação normal. Nesse caso, a terceira velocidade de rotação R3 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à velocidade de movimento quando o corpo móvel não está parado e inferior à velocidade de movimento quando o móvel corpo está em operação normal, ou pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à velocidade lenta predeterminada e inferior à velocidade de movimento quando o corpo móvel está em operação normal. Nesse caso, a segunda velocidade de rotação R2 pode ser a velocidade de rotação mínima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está parado.

[0065] Por exemplo, a primeira velocidade de movimento V1 pode ser uma velocidade de movimento quando o corpo móvel está operando a uma velocidade superior à velocidade normal de operação. Nesse caso, a segunda velocidade de movimento V2 pode ser igual ou superior à velocidade de movimento quando o corpo móvel não está parado e inferior à velocidade de movimento quando o corpo móvel está operando em alta velocidade, ou pode ser igual ou superior à velocidade lenta predeterminada do corpo móvel e inferior à velocidade de movimento quando o corpo móvel está operando em alta velocidade. Neste caso, a primeira velocidade de rotação R1 pode ser a velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está operando em alta velocidade. Nesse caso, a terceira velocidade de rotação R3 pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à velocidade de movimento quando o corpo móvel não está parado e inferior à velocidade de movimento quando o móvel corpo está operando em alta velocidade, ou pode ser uma velocidade de rotação do compressor de ar que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à velocidade lenta predeterminada e inferior à velocidade de movimento quando o corpo móvel está operando em alta velocidade. Nesse caso, a segunda velocidade de rotação R2 pode ser a velocidade de rotação mínima do compressor de ar que é necessária quando o corpo móvel está parado.

[0066] No controle ilustrado na FIG. 4, por exemplo, quando o corpo móvel é um veículo, a velocidade de rotação do compressor de ar pode ser controlada baseado na velocidade de movimento do veículo e dano ao compressor de ar devido a uma velocidade de rotação insuficiente do compressor de ar pode ser suprimido no caso em que o veículo está predito para viajar através de um estrada acidentada ou uma estrada ondulada, o veículo é predito para sofrer interferência da superfície da estrada, ou uma colisão leve está predita para ocorrer. Especificamente, a velocidade de rotação é controlada para ser a primeira velocidade de rotação R1 necessária para atenuar a aceleração G para suprimir o dano ao compressor de ar no caso em que o veículo está predito para viajar por uma estrada acidentada ou uma estrada ondulada, o veículo está predito para sofrer interferência da superfície da estrada, ou uma colisão leve está predita para ocorrer. Durante viagens nas quais essas situações não são preditas, a velocidade de rotação é controlada para ser a terceira velocidade de rotação R3, que é a velocidade de rotação mínima necessária durante a viagem para aprimorar a eficiência de combustível do veículo. Durante uma parada do veículo em que essas situações não são preditas, a velocidade de rotação é controlada para ser a segunda velocidade de rotação R2 para aprimorar a eficiência de combustível do veículo.

[0067] A presença ou ausência de uma estrada acidentada, uma estrada ondulada ou interferência da superfície da estrada pode ser predita pelo detector de aceleração baseado, por exemplo, na informação de predição da superfície de estrada obtida por uma combinação de informação da superfície da estrada, informação de faixa e programações de obras rodoviárias com o Sistema de Posicionamento Global (GPS) e mapas 3D. Exemplos de interferência na superfície da estrada incluem uma lacuna na superfície da estrada durante a viagem. Por exemplo, quando o corpo móvel está viajando em uma descida e não há lacuna na superfície da estrada na descida, pode ser feita uma determinação de que a aceleração G predita é inferior ao limite de aceleração G1 e a velocidade de rotação do compressor de ar pode ser reduzida a partir da primeira velocidade de rotação R1 para a terceira velocidade de rotação R3 antes que o corpo móvel entre na descida para reduzir o consumo de energia do compressor de ar. Quando há uma lacuna na superfície da estrada na descida, pode ser feita uma determinação de que a aceleração G predita juntamente com o deslocamento ao longo da lacuna da superfície da estrada é igual ou superior ao limite de aceleração G1 e a velocidade de rotação do compressor de ar pode ser aumentada a partir da terceira velocidade de rotação R3 para a primeira velocidade de rotação R1 antes que o corpo móvel entre na descida para suprimir dano ao compressor de ar.

[0068] Conforme descrito acima, no sistema de célula de combustível da presente divulgação, a eficiência de combustível do corpo móvel pode ser aprimorada por utilizar o compressor de ar único e a durabilidade do compressor de ar pode ser aprimorada independentemente de o corpo móvel estar se movendo ou parado.

Claims

Sistema de célula de combustível (100) para um corpo móvel, o sistema de célula de combustível (100) caracterizado pelo fato de que compreende:
uma célula de combustível (10);
um sistema de fornecimento de gás oxidante configurado para fornecer um gás oxidante à célula de combustível (10); e
um controlador (50), em que:
o sistema de fornecimento de gás oxidante inclui um compressor de ar (20);
o compressor de ar (20) inclui um rotor, um mancal de ar e um invólucro;
o controlador (50) inclui um detector de velocidade de movimento configurado para medir uma velocidade de movimento do corpo móvel e um detector de aceleração configurado para predizer uma aceleração a ser aplicada ao corpo móvel; e
o controlador (50) é configurado para
determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior a um limite de aceleração predeterminado, e
controlar uma velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada quando for feito a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração.
Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (50) é configurado para
determinar se a velocidade de rotação do compressor de ar (20) é igual ou superior a uma segunda velocidade de rotação predeterminada e inferior à primeira velocidade de rotação,
determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração quando for feita a determinação de que a velocidade de rotação do compressor de ar (20) é igual ou superior à segunda velocidade de rotação e inferior à primeira velocidade de rotação,
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração, e
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser a segunda velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração.
Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (50) é configurado para
determinar se a velocidade de movimento do corpo móvel que é medida pelo detector de velocidade de movimento é inferior a uma primeira velocidade de movimento predeterminada,
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é igual ou superior à primeira velocidade de movimento,
determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é inferior à primeira velocidade de movimento, e
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de ace-leração é igual ou superior ao limite de aceleração.
Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (50) é configurado para
determinar se a velocidade de movimento é igual ou superior a uma segunda velocidade de movimento predeterminada inferior a uma primeira velocidade de movimento quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração,
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser uma terceira velocidade de rotação predeterminada inferior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é igual ou superior à segunda velocidade de movimento, e
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser uma segunda velocidade de rotação predeterminada inferior à terceira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é inferior à segunda velocidade de movimento.
Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 2 ou 4, caracterizado pelo fato de que a segunda velocidade de rotação é uma velocidade de rotação mínima do compressor de ar (20) que é necessária quando o corpo móvel está parado.
Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a terceira velocidade de rotação é uma velocidade de rotação do compressor de ar (20) que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à segunda velocidade de movimento e inferior à primeira velocidade de movimento.
Dispositivo de controle (50) para um sistema de célula de combustível (100) incluindo uma célula de combustível (10) e um sistema de fornecimento de gás oxidante incluindo um compressor de ar (20) e configurado para fornecer um gás oxidante para a célula de combustível (10), o sistema de célula de combustível (100) sendo montável em um corpo móvel, o dispositivo de controle (50) caracterizado pelo fato de que compreende:
um detector de velocidade de movimento configurado para medir uma velocidade de movimento do corpo móvel; e
um detector de aceleração configurado para predizer uma aceleração a ser aplicada ao corpo móvel, em que o dispositivo de controle (50) é configurado para
determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior a um limite de aceleração predeterminado, e
controlar uma velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior a uma primeira velocidade de rotação predeterminada quando for feito a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração.
Dispositivo de controle (50), de acordo com a reivindicação E, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (50) é configurado para
determinar se a velocidade de rotação do compressor de ar (20) é igual ou superior a uma segunda velocidade de rotação predeterminada e inferior à primeira velocidade de rotação,
determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração quando for feita a determinação de que a velocidade de rotação do compressor de ar (20) é igual ou superior à segunda velocidade de rotação e inferior à primeira velocidade de rotação,
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração, e
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser a segunda velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração.
Dispositivo de controle (50), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (50) é configurado para
determinar se a velocidade de movimento do corpo móvel que é medida pelo detector de velocidade de movimento é inferior a uma primeira velocidade de movimento predeterminada,
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é igual ou superior à primeira velocidade de movimento,
determinar se a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é inferior à primeira velocidade de movimento, e
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser igual ou superior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é igual ou superior ao limite de aceleração.
Dispositivo de controle (50), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (50) é configurado para
determinar se a velocidade de movimento é igual ou superior a uma segunda velocidade de movimento predeterminada inferior a uma primeira velocidade de movimento quando for feita a determinação de que a aceleração predita pelo detector de aceleração é inferior ao limite de aceleração,
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser uma terceira velocidade de rotação predeterminada inferior à primeira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é igual ou superior à segunda velocidade de movimento, e
controlar a velocidade de rotação do compressor de ar (20) para ser uma segunda velocidade de rotação predeterminada inferior à terceira velocidade de rotação quando for feita a determinação de que a velocidade de movimento é inferior à segunda velocidade de movimento.
Dispositivo de controle (50), de acordo com a reivindicação 8 ou 10, caracterizado pelo fato de que a segunda velocidade de rotação é uma velocidade de rotação mínima do compressor de ar (20) que é necessária quando o corpo móvel está parado.
Dispositivo de controle (50), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a terceira velocidade de rotação é uma velocidade de rotação do compressor de ar (20) que é necessária quando a velocidade de movimento do corpo móvel é igual ou superior à segunda velocidade de movimento e inferior à primeira velocidade de movimento.
Corpo móvel, caracterizado pelo fato de que compreende o sistema de célula de combustível (100), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
Corpo móvel, caracterizado pelo fato de que compreende o dispositivo de controle (50), como definido em qualquer uma das reivindicações 7 a 12.