BRPI0619609A2

BRPI0619609A2 - sistema de célula de combustìvel e artigo móvel

Info

Publication number: BRPI0619609A2
Application number: BRPI0619609-8A
Authority: BR
Inventors: Yoshinobu Hasuka; Yoshiaki Naganuma
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2012-12-11
Also published as: EP2276096A1; KR20080067379A; KR100997225B1; US8071249B2; EP2276096B1; CA2630401C; EP1965458A4; CA2630401A1; JP5041272B2; CN101326667A; US20090233132A1; RU2359367C1; US20100285382A1; CN101326667B; WO2007069472A1; BRPI0619609B1; JP2007188857A; EP1965458A1

Abstract

SISTEMA DE CéLULA DE COMBUSTìVEL E ARTIGO MóVEL. O sistema de célula de combustível é provido de uma célula de combustível, um sistema de abastecimento de combustível para fornecer o gás combustível à célula de combustível, um injetor para regular o estado do gás à montante do sistema de abastecimento de combustível e fornecer o gás à jusante, e meios de controle para acionar e controlar o injetor em um pré-determinado ciclo de acionamento. O meio de controle ajusta o estado de trabalho do injetor em resposta ao estado operacional da célula de combustível.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO Pedido de Patente de Invenção para wSISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL E ARTIGO MÓVEL".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO.

A presente invenção se refere a um sistema de célula de combustível e um artigo móvel.

Os sistemas de célula de combustível possuindo uma célula de combustível para receber os gases reagentes (combustível e oxidante) para gerar eletricidade foram propostos e estão atualmente sendo postos em uso prático. Tais sistemas de célula de combustível são providos de uma linha de fluxo de abastecimento de gás combustível fornecido a partir de uma fonte de abastecimento de combustível tal como um tanque de hidrogênio para a célula de combustível.

Além disso, uma válvula reguladora de pressão (regulador) é geralmente colocada na linha de fluxo de abastecimento de combustível para reduzir a pressão para o abastecimento a um valor constante quando a pressão de abastecimento de gás combustível da fonte de abastecimento de combustível for extremamente alta. Nos últimos anos, uma técnica foi proposta (refira-se, por exemplo, ao Pedido Japonês de Depósito de Patente N°. 2004-139984 divulgado) para variar a pressão de abastecimento do gás combustível em resposta ao estado operacional do sistema fornecendo uma válvula mecânica reguladora de pressão variável (um regulador variável) para variar a pressão de abastecimento do gás combustível na linha de fluxo de abastecimento de combustível entre dois níveis, por exemplo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO.

Com uma válvula mecânica reguladora variável tal como a descrita na patente acima, entretanto, não somente sua construção se faz difícil para se conseguir variar rapidamente a pressão de abastecimento de gás combustível (isto é, sua velocidade de resposta é baixa), mas também não é possível uma alta precisão de regulação, tal como a variação da pressão a ser atingida entre múltiplos níveis.

Além disso, as válvulas mecânicas reguladoras de pressão variável convencionais são grandes e pesadas porque possuem construções relativamente complexas, e são caras de serem produzidas. Como a válvula mecânica reguladora de pressão variável é simplesmente para variar a pressão de abastecimento de gás combustível, uma válvula separada de fechamento também é necessária para interromper o abastecimento de gás combustível. Isso conduz ao problema de um aumento no tamanho do sistema (maior espaço para os equipamentos) e nas despesas com equipamento. Em vista das circunstâncias precedentes, é ura objetivo da presente invenção fornecer um sistema de célula de combustível com uma elevada capacidade de resposta capaz de variar adequadamente o estado de abastecimento de gás combustível (pressão de abastecimento e assim por diante) em resposta ao estado operacional da célula de combustível.

De modo a se realizar o objetivo acima mencionado, o sistema de célula de combustível de acordo com a presente invenção compreende uma célula de combustível, um sistema para abastecimento da célula de combustível para fornecer o gás combustível à célula de combustível, um injetor para regular o estado do gás â montante no sistema de abastecimento de combustível e para fornecer o gás à jusante, e um meio de controle para acionar e controlar o injetor em um pré-determinado ciclo de acionamento, em que o meio de controle estabelece o estado de trabalho do injetor em resposta ao estado operacional da célula de combustível.

De acordo com tal construção, o estado de trabalho do injetor (o grau da abertura do corpo da válvula injetora (área de passagem de gás), o tempo de abertura da válvula injetora (tempo de injeção de gás), e assim por diante) podem ser ajustados de acordo o estado operacional da célula de combustível (a quantidade de geração de

3 eletricidade da célula de combustível (potência, corrente, e voltagem), a temperatura da célula de combustível, um estado anormal do sistema de célula de combustível, um estado anormal da célula de combustível na unidade principal, e assim por diante). Conseqüentemente, a pressão de abastecimento de gás combustível pode ser adequadamente variada em resposta ao estado operacional da célula de combustível, melhorando a capacidade de resposta. 0 "estado do gás" significa o estado do gás expresso pela taxa de fluxo, pela pressão, temperatura, concentração molar, ou algo semelhante, e especialmente inclui pelo menos um dos valores ou da taxa de fluxo de gás, ou a pressão do gás.

No sistema de célula de combustível acima mencionado, o sistema de abastecimento de combustível possui uma linha de fluxo de abastecimento de combustível proveniente da fonte de abastecimento de célula de combustível para a célula de combustível, e o injetor pode ser instalado nessa linha de fluxo de abastecimento de combustível.

Além disso, no sistema de célula de combustível acima mencionado, um regulador pode ser instalado entre a fonte de abastecimento de combustível e o injetor.

Se tal constituição for adotada, mesmo se a pressão de abastecimento de gás combustível da fonte de abastecimento de combustível for alta, a pressão de abastecimento pode ser reduzida pelo regulador, e, portanto a pressão à montante do injetor pode ser reduzida. Conseqüentemente, a dificuldade de movimento do corpo da válvula injetora devido ao aumento na pressão diferencial das pressões à montante e â j usante do inj etor pode ser aliviada. Por conseguinte, a queda na capacidade de resposta do injetor pode ser minorada.

No sistema de célula de combustível acima mencionado, o sistema de abastecimento de combustível pode ter uma linha de fluxo de abastecimento de combustível para fornecer o gás combustível fornecido a partir da fonte de abastecimento de combustível para a célula de combustível, e uma linha de fluxo de circulação para devolver o gás combustível de exaustão (off-gas) da célula de combustível para a linha de fluxo de abastecimento de combustível. Neste caso, o injetor é preferivelmente instalado à montante da seção de união entre a linha de fluxo de abastecimento de combustível e a linha de fluxo de circulação.

Se tal constituição for adotada, o impacto da pressão que ocorre da união do gás combustível que flui na linha de fluxo de abastecimento de combustível com o gás combustível de exaustão (of f-gas) pela 1inha de fluxo de c irculação pode ser minorado. Além disso, mesmo se o fluxo de gás £8 (L\

dentro da linha de fluxo de circulação for obstruído devido ao congelamento da umidade residual na linha de fluxo de circulação ou algo semelhante, a pressão de abastecimento de gás combustível pode ser regulada sem ser afetada pelo congelamento.

Além disso, no sistema de célula de combustível acima mencionado, o meio de controle preferivelmente calcula a taxa estática de fluxo à montante do injetor baseado no estado do gás naquele local e estabelece o estado de trabalho do injetor em resposta à taxa estática de fluxo.

As discrepâncias de injeção devido à variação no estado do gás à montante do injetor podem desse modo ser minoradas quando do fornecimento de gás combustível.

Além disso, no sistema de célula de combustível acima mencionado, os meios de controle podem estabelecer o tempo de injeção inativa do injetor baseado no estado do gás à montante do injetor.

Além disso, no sistema de célula de combustível acima mencionado, um sensor de pressão pode ser instalado em uma posição de ajuste da pressão, onde o ajuste da pressão for necessário no sistema de abastecimento de combustível. Adicionalmente, os meios de controle podem calcular uma taxa de fluxo de correção da redução de pressão diferencial para diminuir o desvio entre o valor de pressão a ser

6 atingido na posição de regulação da pressão estabelecida baseado no estado operacional da célula de combustível e um valor de detecção da pressão detectada pelo sensor de pressão, e estabelecerem o estado de trabalho do injetor baseado na taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial supracitada. Adicionalmente, os meios de controle podem calcular a quantidade de consumo de combustível na célula de combustível baseado no estado operacional da mesma, e estabelecerem o estado de trabalho do injetor baseado na quantidade de consumo de combustível e a taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial supracitada.

0 estado de trabalho do injetor (a taxa de fluxo de injeção, por exemplo) pode ser assim estabelecido para reduzir o desvio entre o valor da pressão a ser atingido e o valor de detecção da pressão de modo que o valor de detecção da pressão se aproxime do valor da pressão a ser atingido.

Adicionalmente, no sistema de célula de combustível acima mencionado, os meios de controle podem calcular uma taxa proporcional de fluxo para a correção da redução diferencial da pressão multiplicando o ganho proporcional ao desvio entre o valor da pressão a ser atingido pelo valor de detecção da pressão. Adicionalmente, os meios de controle podem calcular uma taxa de fluxo integral para a correção da redução pressão diferencial multiplicando o ganho integral pelo valor integrado do desvio entre o valor da pressão a ser atingido e o valor de detecção da pressão. Em tal caso, os meios de controle podem variar em pelo menos um ganho, ou proporcional ou integral, baseado no estado operacional da célula de combustível (por exemplo, reduzindo o ganho proporcional ou o ganho integral de acordo com a quantidade de eletricidade gerada pelas reduções de combustível da célula).

Isto permite modificar o modo de cálculo da taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial baseada no estado operacional da célula de combustível para controlar adequadamente o injetor, de modo que o gás combustível pode ser fornecido de maneira estável em uma ampla faixa de estados operacionais.

Quando o ganho proporcional, ou o ganho integral, usados no cálculo do tipo proporcional, ou do tipo integral, da taxa do fluxo de correção da redução diferencial da pressão é estabelecido como um valor constante, a pressão de abastecimento de gás combustível do inj etor segue o valor de pressão a ser atingido com uma capacidade de resposta constante mesmo se o estado operacional da célula de combustível se modificar. Entretanto, se forem adotados um ganho proporcional ou um ganho integral semelhantes aos que ocorrem durante uma carga alta em um estado operacional onde a quantidade de geração de eletricidade da célula de combustível é relativamente baixa (durante uma carga baixa), o gás combustível fornecido pelo injetor não é consumido adequadamente pela célula de combustível, podendo ocorrer, portanto, uma pulsação no sistema de abastecimento de combustível, e o estado de abastecimento do gás combustível podem desse modo se tornarem instáveis. Tornando pelo menos um dos ganhos proporcional e integral, por exemplo, mais baixos durante uma carga baixa do que durante uma carga alta, a ocorrência da pulsação pode ser assim minorada. Se um ganho proporcional ou um ganho integral semelhante àquele durante uma carga baixa forem adotados durante uma carga alta, o gás combustível fornecido pelo injetor é consumido pela célula de combustível em uma grande quantidade, e a quantidade para abastecimento do gás combustível, por isso, pode ser inadequada, reduzindo a capacidade de resposta ao valor da pressão a ser atingido. Fazendo pelo menos um ganho proporcional e um ganho integral, por exemplo, mais alto durante uma carga alta do que durante uma carga baixa, a capacidade de resposta ao valor da pressão a ser atingido pode ser melhorada. Por conseguinte, o gás combustível pode ser fornecido de modo estável em uma ampla faixa de estados operacionais (durante uma carga baixa e uma carga alta) .

Adicionalmente, no sistema de célula de combustível acima mencionado, os meios de controle podem calcular e atualizar o valor da pressão a ser atingido na posição de ajuste da pressão baseada no estado operacional da célula de combustível em intervalos pré-determinados. Pode ser calculada a pressão diferencial correspondente â taxa de fluxo de correção correspondendo ao desvio entre o valor da pressão a ser atingido, anteriormente calculado, e o valor da pressão a ser atingido, atualmente calculado, do mesmo modo que pode ser calculada a taxa de fluxo de injeção do injetor pela adição daquele diferencial de pressão correspondente à taxa de fluxo de correção, a quantidade de consumo de combustível supracitada, e a pressão diferencial acima mencionado reduz a taxa de fluxo de correção.

A taxa de fluxo de injeção do injetor pode assim ser rapidamente modificada para corresponder à flutuação no valor de pressão a ser atingido e também melhorar a capacidade de resposta. Se a pressão diferencial correspondendo ã taxa de fluxo de correção não for levada em consideração, todos dos desvios entre os valores de pressão a ser atingida e os valores de pressão de detecção

10 devido à flutuação no valor de pressão a ser atingido tiverem de ser compensados com a taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial, que pode causar um aumento no valor da taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial e atrasar o controle do injetor, mas se é usada a pressão diferencial correspondente à taxa de fluxo de correção correspondente ao componente de flutuação do valor de pressão a ser atingido, o aumento no valor da taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial pode ser minorado, tornando possível o controle rápido do inj etor.

Adicionalmente, no sistema de célula de combustível acima mencionado, os meios de controle podem calcular a taxa estática de fluxo à montante do injetor baseado no estado do gás naquele local, e calcular um tempo básico de injeção do injetor multiplicando o ciclo de acionamento por um valor obtido dividindo a taxa de fluxo de injeção do inj etor pela taxa estática de fluxo. Além disso, os meios de controle podem estabelecer o tempo de injeção inativa do injetor baseado no estado do gás â montante do injetor, e calcular o tempo de injeção total do mesmo acrescentando o tempo básico de injeção acima mencionado e o tempo de injeção inativa acima mencionado.

11 Adicionalmente, um artigo móvel de acordo com a presente invenção compreende o sistema de célula de combustível acima mencionado.

De acordo com tal constituição, um sistema de célula de combustível é fornecido, capaz de adequadamente variar a pressão de abastecimento de gás combustível em resposta ao estado operacional da célula de combustível, portanto pode ser fornecido um artigo móvel que tem uma elevada capacidade de resposta.

De acordo com a presente invenção, um sistema de célula de combustível com uma elevada capacidade de resposta pode ser fornecido, capaz de variar adequadamente o estado de abastecimento de gás combustível (pressão de abastecimento e assim por diante) em resposta ao estado operacional da célula de combustível.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS.

A Figura 1 é uma visão de constituição do sistema de célula de combustível de acordo com a modalidade da presente invenção;

A Figura 2 é um diagrama de bloco de controle para explicar os modos de controle do dispositivo de controle do sistema de célula de combustível mostrado na Figura 1;

A Figura 3 é um mapa para representar a relação da geração da corrente elétrica da célula de combustível do

12 sistema de célula de combustível mostrado na Figura Ieo ganho proporcional usado quando se calcula uma taxa de fluxo de correção por retro-alimentação;

A Figura 4 é um fluxograma para explicar a operação do sistema de célula de combustível mostrado na Figura 1; e A Figura 5 é uma vista da construção mostrando uma modalidade alternativa do sistema de célula de combustível mostrado na Figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA.

Um sistema de célula de combustível 1, de acordo com uma modalidade da presente invenção, é descrito abaixo com referência aos desenhos. Na presente modalidade, é descrito um exemplo no qual a presente invenção é aplicada a um sistema de geração de eletricidade a bordo de um veículo da célula de combustível S (artigo móvel).

Primeiro, a constituição do sistema de célula de combustível 1 de acordo com a modalidade da presente invenção é descrita usando as Figuras de 1 a 3.

O sistema de célula de combustível 1, de acordo com a presente modalidade, compreende uma célula de combustível para receber um abastecimento de gases reagentes (oxidante e combustível) e geração de força elétrica, e a célula de combustível 10 compreende um sistema de tubo de gás oxidante 2 para fornecer o ar como o gás oxidante à

13 célula de combustível 10, um sistema de tubo de gás hidrogênio 3 para fornecer o gás hidrogênio como o gás combustível à célula de combustível IOi e um dispositivo de controle 4 para controlar o sistema total em uma maneira integrada como mostrado na Figura 1.

A célula de combustível 10 tem uma construção empilhada para receber o abastecimento de gases de reagente fazendo camadas com uma quantidade necessária de células unitárias para gerar a eletricidade. A força elétrica gerada pela célula de combustível 10 é fornecida a uma unidade de controle de potência (PCU) 11. A PCU 11 compreende um inversor, um conversor DC-DC, e semelhantes, dispostos entre a célula de combustível 10 e um motor de tração 12. Adicionalmente, um sensor de corrente 13 para detectar corrente durante a geração de eletricidade é montado na célula de combustível 10.

0 sistema de tubo de gás oxidante 2 compreende uma linha de fluxo de abastecimento de ar 21 para fornecer o gás oxidante (ar) umedecido por um umedecedor 20 à célula de combustível 10, uma linha de fluxo de descarga de ar 22 para guiar o excesso do gás (off-gas) de oxidação descarregado da célula de combustível--1Ό- ao umedecedor 20, e uma linha de fluxo de exaustão ar 23 para guiar externamente o excesso do gás (off-gas) de oxidação do

14 umedecedor 21. A linha de fluxo de abastecimento de ar 21 é provida de um compressor 24 para tomar o gás oxidante na atmosfera e pressão que o alimenta ao umedecedor 20.

O sistema de tubo de gás hidrogênio 3 compreende um tanque de hidrogênio 30 como a fonte de abastecimento de combustível para fornecer gás hidrogênio de alta pressão (tal como 70 MPa) , uma linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 como uma linha de fluxo de abastecimento de combustível para fornecer o gás hidrogênio no tanque de hidrogênio 30 na célula de combustível 10, e uma linha de fluxo de circulação 32 para devolver o hidrogênio do gás de retorno descarregado (off-gas) da célula de combustível 10 para a linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31. O sistema de tubo de gás hidrogênio 3 é uma modalidade do sistema de abastecimento de combustível na presente invenção. Um reformador para gerar gás reformado rico em hidrogênio do combustível de um sistema de hidrocarboneto e um tanque de gás de alta pressão para acumular o gás reformado gerado pelo reformador em um estado de alta pressão pode ser adotado como a fonte de abastecimento de combustível no lugar do tanque de hidrogênio 3 0. Adicionalmente, um tanque que tem. uma liga de oclusão de hidrogênio pode ser adotado como a fonte de abastecimento de combustível.

15 A linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 é provida de uma válvula de fechamento 33 para interromper e permitir o abastecimento de gás hidrogênio do tanque de hidrogênio 30, um regulador 34 para regular a pressão do gás hidrogênio, e um injetor 35. Adicionalmente, um sensor de pressão auxiliar primário 41 e um sensor de temperatura 4 2 para detectar a pressão e a temperatura do gás hidrogênio dentro da linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 são fornec idos à montante do inj etor 3 5. Adicionalmente, um sensor de pressão auxiliar secundário 43 para detectar a pressão de gás hidrogênio dentro da linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 é fornecido à montante da seção de união da linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 e a linha de fluxo de circulação 32, à jusante do injetor 35.

Um regulador 34 é um dispositivo para regular a pressão à montante (pressão primária) em relação a uma pressão secundária pré-ajustada. Na presente modalidade, uma válvula de descompressão mecânica para reduzir a pressão primária é adotada como a válvula do regulador 34. Uma construção publicamente conhecida pode ser adotada para a válvula de descompressão mecânica, formando um alojamento com uma câmara de pressão de retorno e uma câmara de ajuste da pressão separada por um diafragma para reduzir a pressão

16 primária na câmara de ajuste da pressão por uma pressão pré-determinada em relação à pressão secundária por meio da pressão de retorno dentro da câmara de pressão de retorno. Na presente modalidade, a pressão à montante do injetor 35 pode ser efetivamente reduzida dispondo dois dos reguladores 34 â montante do injetor 35, tal como mostrado na Figura 1. 0 desenho de construção mecânica (como o corpo da válvula, o alojamento, a linha de fluxo, e o equipamento de acionamento) do injetor 35 pode ser feito menos restritivo. Adicionalmente, devido à pressão à montante do injetor 35 poder ser reduzida, é possível aliviar a dificuldade para mover o corpo da válvula do injetor 3 5 ocasionado por um aumento na pressão diferencial das pressões à montante e à jusante do injetor 35. É, por isso, possível aumentar a amplitude da regulação variável da pressão à jusante do injetor 35 e minorar a redução na capacidade de resposta do injetor 35.

0 injetor 35 é uma válvula, do tipo liga-desliga, de acionamento magnético capaz de regular a taxa de fluxo de gás e a pressão de gás por acionamento direto do corpo da válvula com uma força de acionamento eletromagnética em ciclos de acionamento pré-determinados e isolando o corpo da válvula da base da válvula. O injetor 3 5 compreende um assento de válvula possuindo um orifício de injeção para

17 injetar o gás hidrogênio e outros gases combustíveis bem como compreendendo um corpo de bocal para guiar e fornecer o gás combustível ao orifício de injeção e um corpo da válvula alojado e mantido móvel na direção axial (a direção de fluxo de gás) do corpo de bocal para abrir e fechar o orifício de injeção. 0 corpo da válvula do injetor 35 é acionado por um solenóide, por exemplo, e pode alterar a área superficial da abertura do orifício de injeção entre dois ou mais níveis por um dispositivo de ligar e desligar uma corrente de excitação do tipo pulso fornecida ao solenóide. Pelo controle do tempo de injeção de gás e cronometrando o injetor 3 5 com um sinal de controle transmitido a partir do dispositivo de controle 4, a taxa de fluxo e a pressão do gás hidrogênio podem ser controladas com a alta precisão. 0 injetor 35 aciona diretamente a válvula (corpo da válvula e base) para abrir e fechar com uma força motriz eletromagnética e tem uma alta capacidade de resposta porque o seu ciclo de acionamento pode ser controlado até uma região de elevada capacidade de resposta.

Na presente modalidade, o injetor 35 é instalado à montante de uma seção de união Al da linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 e a linha de fluxo de circulação 32 tal como mostrado na Figura 1. Se diversos

18 tanques de hidrogênio 3 0 forem adotados como a fonte de abastecimento de combustível, tal como mostrado pelas linhas quebradas na Figura 1, o inj etor 3 5 é colocado à jusante da seção do ponto de união do gás hidrogênio fornecido pelos tanques de hidrogênio 30 (uma seção A2 de união de gás hidrogênio).

Uma linha de fluxo de descarga 38 é conectada a linha de fluxo de circulação 3 2 através do separador líquido-gás

36 e de uma válvula de exaustão água/ar 37. 0 separador líquido-gás 3 6 coleta a umidade do hidrogênio do gás de

retorno (off-gas). A válvula de exaustão água/ar 37 funciona em resposta a uma ordem do dispositivo de controle 4 para esgotar externamente (purgar) a umidade coletada pelo separador líquido-gás 36 e as impurezas compreendendo o hidrogênio em excesso (off-gas) na linha de fluxo de circulação 32. Adicionalmente, uma bomba de hidrogênio 39 para pressurização do gás hidrogênio dentro da linha de fluxo de circulação 32 e alimentando o mesmo para a linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 auxiliar é fornecida na linha de fluxo de circulação 32. O hidrogênio do gás de retorno esgotado pela válvula de exaustão ar/água

37 e a 1 inha de fluxo de descarga 3 8 é diluído por um diluidor 40 e se une ao excesso do gás (off-gas) de oxidação dentro da linha de fluxo de exaustão de ar 23.

19 O dispositivo de controle 4 detecta a quantidade da operação de um membro de operação de aceleração (um acelerador ou algo semelhante) fornecido no veiculo S acionado por célula de combustível, recebe a informação de controle tal como o valor solicitado de aceleração (a quantidade de geração de eletricidade solicitada por um dispositivo de carga tal como o motor de tração 12, por exemplo), e controla a operação de cada aparelho no sistema. 0 dispositivo de carga é referido coletivamente para acionar dispositivos de consumo de potência incluindo os dispositivos auxiliares necessários para fazer funcionar a célula de combustível 10 (como o compressor 24, a bomba de hidrogênio 39, e um motor para uma bomba de resfriamento, por exemplo), os acionadores usados em dispositivos implicados na corrida do veículo S acionado por célula de combustível (como uma transmissão, um dispositivo de controle de roda, um dispositivo de direção, e um dispositivo de suspensão), um condicionador de ar (A/C) para o espaço de passageiros, a iluminação, os dispositivos de áudio e assim por diante, além do motor de tração 12.

O dispositivo de controle 4 é construído de um sistema de computador não ilustrado. O s i stema de computador compreende uma CPU, um ROM, uma RAM, uma unidade de disco

20 rígido, uma interface de entrada-saida, e ura visor, e pode implementar várias operações de controle quando a CPU lê e executa programas de controle escritos no ROM.

Em um detalhe adicional, o dispositivo de controle 4 calcula a quantidade de gás hidrogênio consumido pela célula de combustível 10 (daqui por diante referido como "quantidade de consumo de hidrogênio") baseado no estado operacional da célula de combustível 10 (o valor da corrente detectado pelo sensor de corrente 13 quando a célula de combustível 10 está gerando a eletricidade) tal como mostrado na Figura 2 (função de cálculo de quantidade de consumo de combustível: BI). Na presente modalidade, uma fórmula de cálculo específica para expressar a relação do valor da corrente da célula de combustível 10 e a quantidade de consumo de hidrogênio é usada para calcular e atualizar a quantidade de consumo de hidrogênio em cada ciclo de cálculo do dispositivo de controle 4.

Adicionalmente, o dispositivo de controle 4 calcula um valor de pressão a ser atingido pelo gás hidrogênio (a pressão de objetivo para abastecimento do gás à célula de combustível 10) em uma posição à jusante do injetor 35, baseado no estado operacional da célula de combustível 10 (o valor da corrente detectado pelo sensor de corrente 13 quando a célula de combustível 10 está gerando a

21 eletricidade) (função de cálculo de valor de pressão a ser atingido: B2) . Na presente modalidade, um mapa específico para exprimir a relação do valor da corrente e o valor de pressão a ser atingido pela célula de combustível 10 é usado para calcular e atualizar o valor de pressão a ser atingido na posição (a posição de ajuste da pressão onde o ajuste da pressão é solicitado) onde o sensor de pressão auxiliar secundário 43 está colocado, em cada ciclo de cálculo do dispositivo de controle 4.

Adicionalmente, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação baseada no desvio entre o valor de pressão a ser atingido calculado e o valor da pressão {valor de detecção da pressão) na posição à jusante (posição de regulação da pressão) do injetor 35 detectada pelo sensor de pressão auxiliar secundário 43 (função de cálculo da taxa de fluxo de correção de retro-alimentação: B3) . A taxa de fluxo de correção de retro-alimentação é a taxa de fluxo do gás hidrogênio (taxa de fluxo de correção de redução da pressão diferencial) acrescentado à quantidade de consumo de hidrogênio para reduzir o desvio entre o valor de pressão a ser atingido e o valor de detecção da pressão.

Na presente modalidade, uma regra de controle de retro-alimentação do tipo PI é usada para calcular e

22 atualizar a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação para cada ciclo de cálculo do dispositivo de controle 4. Em um detalhe adicional, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação do tipo proporcional (termo de proporção P = Kp χ e) pela multiplicação do ganho proporcional (Kp) pelo desvio (e) entre o valor de pressão a ser atingido e o valor da pressão detectada, calcula a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação do tipo integral (termo integral I = K1 χ J(e)dt) multiplicando o ganho integral (Ki) pelo tempo do valor integral (/(e)dt), e calcula a taxa de correção do fluxo de retro-alimentação inclusive esses valores adicionados no mesmo.

Adicionalmente, o dispositivo de controle 4 modifica o valor do ganho proporcional (Kp) usado no cálculo da taxa de fluxo de correção de retro-alimentação do tipo proporcional de acordo com o estado operacional da célula de combustível 10. O dispositivo de controle 4 na presente modalidade estabelece o ganho proporcional a um valor limite mais baixo (Kpl) quando o valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 é menor do que um primeiro valor de limiar (Al) e estabelece o ganho proporcional em um valor do limiar superior (Kp2) quando o valor da geração da corrente elétrica da célula de

23 combustível 10 excede um segundo valor de limiar (A2) (A2 > Al), tal como mostrado no mapa da Figura 3. 0 dispositivo de controle 4 varia linearmente o ganho proporcional do valor do limiar mais baixo (Kpl) em relação ao valor do limiar superior (Kp2) em proporção ao valor de geração da corrente elétrica de tal modo a aumentar monotonicamente quando o valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 está entre o primeiro valor de limiar (Al) e o segundo valor de limiar (A2) . Isto é, se o valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 estiver entre os primeiros e segundos valores de limiar, o valor das reduções de ganho proporcionais como as reduções de valor de geração da corrente elétrica, e se o valor de geração da corrente elétrica estiver abaixo do primeiro valor de limiar, o ganho proporcional é estabelecido em um valor fixo (limite mais baixo) . Além disso, se o valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 estiver entre os primeiros e segundos valores de limiar, o valor de ganho proporcional aumenta assim como o valor de geração da corrente elétrica aumenta, e se o valor de geração da corrente elétrica exceder o segundo valor de limiar, o ganho proporcional é estabelecido em um valor fixo (limite superior). Os primeiros e segundos valores de limiar bem como os valores de limite superiores e

24 inferiores podem ser adequadamente estabelecidos de acordo com as especificações, e assim por diante, da célula de

combustível 10.

Quando o ganho proporcional (Kp) é estabelecido em um valor fixo, o valor da pressão de abastecimento do gás hidrogênio a partir do injetor 3 5 tenta seguir o valor de pressão a ser atingido com uma capacidade de resposta fixa mesmo quando o estado operacional da célula de combustível se altera. Se um ganho proporcional (Kp) similar àquele durante uma carga alta for adotado em um estado operacional onde a quantidade de geração de eletricidade da célula de combustível 10 é relativamente baixa (durante uma carga baixa), o gás hidrogênio fornecido pelo injetor 35 não é consumido adequadamente pela célula de combustível 10, portanto a pulsação pode ocorrer na 1inha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 e na linha de fluxo de circulação 32, causando instabilidade no estado de abastecimento de gás hidrogênio. A ocorrência desta pulsação pode ser minorada fazendo o ganho proporcional (Kpl) durante uma carga baixa (quando o valor da corrente é menor do que o primeiro valor de limiar) menor do que o ganho proporcional (Kp2) durante uma carga alta (quando o valor da corrente excede o segundo valor de limiar) tal como na presente modalidade. Se um ganho proporcional (Kp)

25 semelhante àquele que ocorre durante uma carga baixa for adotado durante uma carga alta, o gás hidrogênio fornecido pelo injetor 35 é consumido pela célula de combustível 10 em uma grande quantidade, portanto a quantidade para abastecimento do gás hidrogênio pode ser inadequada, reduzindo a capacidade de resposta ao valor de pressão a ser atingido. O ganho proporcional (Kp2) durante uma carga alta, desse modo, pode ser tornado maior do que o ganho proporcional (Kpl) durante uma carga baixa tal como na presente modalidade, melhorando assim a capacidade de resposta ao valor de pressão a ser atingido. Por conseguinte, o gás hidrogênio pode ser fornecido de maneira estável em uma ampla faixa de estados operacionais (durante uma carga baixa e uma carga alta).

Além disso, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa do fluxo de correção antecipada correspondente ao desvio entre o valor de pressão a ser atingido anteriormente calculado e a pressão a ser atingida atualmente calculada (função de cálculo da taxa do fluxo de correção antecipada: B4) . A taxa do fluxo de correção antecipada é a quantidade da flutuação (diferença de pressão correspondente à taxa de f luxo de correção) na taxa de f luxo de gás hidrogênio devido à flutuação no valor de pressão a ser atingido. Na presente modalidade, uma fórmula de cálculo específica para

26 representar a relação entre o desvio de valor de pressão a ser atingido e a taxa de fluxo de correção antecipada é usada para calcular e atualizar a taxa de fluxo de correção antecipada a cada ciclo de calculo do dispositivo de controle 4.

Além disso, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa estática de fluxo ã montante do injetor 3 5 baseado no estado do gás (a pressão do gás hidrogênio detectada pelo sensor de pressão auxiliar primário 41 e a temperatura do gás hidrogênio detectada pelo sensor de temperatura 42) à montante do injetor 35 (função de cálculo de taxa estática de fluxo: B5) . Na presente modalidade, uma fórmula de cálculo específica para representar a relação entre a pressão e temperatura e a taxa estática de fluxo do gás hidrogênio à montante do injetor 35 é usada para calcular e atualizar a taxa de fluxo estático a cada ciclo de cálculo do dispositivo de controle 4.

Além disso, o dispositivo de controle 4 calcula o tempo de injeção inativa do injetor 35 baseado no estado do gás (a pressão de gás hidrogênio e a temperatura) e a voltagem aplicada à montante do injetor 35 (função de cálculo de tempo de injeção inativa: B6). Aqui, o tempo de injeção inativa significa o tempo necessário quando o injetor 35 recebe um sinal de controle do dispositivo de

27 controle 4 até que ele de fato comece a inj eção. Na presente modalidade, um mapa específico para representar a relação da pressão e de temperatura do gás hidrogênio à montante do injetor 3 5 bem como a voltagem aplicada e o tempo de injeção inativa é usado para calcular e atualizar o tempo de injeção inativa a cada ciclo de cálculo do dispositivo de controle 4.

Além disso, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa de fluxo de injeção do injetor 35 acrescentando a quantidade de consumo de hidrogênio, as alimentações da taxa de fluxo de correção de retro-alimentação, e a taxa de fluxo de correção antecipada (função de cálculo da taxa de fluxo de injeção: B7) . Além disso, o dispositivo de controle 4 calcula o tempo de injeção total do injetor 35 dividindo a taxa de fluxo de injeção do injetor 3 5 pela taxa estática de fluxo e multiplicando pelo ciclo de acionamento do injetor 35 para calcular o tempo básico de injeção do injetor 35, acrescentando então o tempo básico de injeção ao tempo de injeção inativa (função do cálculo do tempo de injeção total: B8) . Aqui, o ciclo de acionamento significa o ciclo em forma de onda da etapa (liga/desliga) para representar os estados aberto e fechado do orifício de injeção do injetor 35. Na presente

28 modalidade, o ciclo de acionamento é estabelecido para um valor fixo pelo dispositivo de controle 4.

0 dispositivo de controle 4 então produz um sinal de controle para implementar o tempo de injeção total do injetor 35 calculado pelo procedimento descrito acima, controlando desse modo o tempo de injeção de gás e cronometrando a injeção de gás do injetor 35 e regulando a taxa de fluxo e a pressão do gás hidrogênio fornecido à célula de combustível 10. Em seguida, a operação do sistema da célula de

combustível 1, de acordo com a presente modalidade, é descrita usando o fluxograma da Figura 4.

Durante a operação normal do sistema da célula de combustível 1, o gás hidrogênio do tanque de hidrogênio 3 0 é fornecido a um eletrodo de combustível da célula de combustível 10 pela linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31, e o ar com umidade regulada é fornecido a um eletrodo de oxidação da célula de combustível 10 através da linha de fluxo de abastecimento de ar 21, gerando assim eletricidade. A eletricidade extraída da célula de combustível 10 (a potência necessária) é calculada pelo dispositivo de controle 4, e a quantidade de gás oxigênio e ar correspondente àquela quantidade da geração de eletricidade é fornecida na célula de combustível 10. Na

29 Ql fli

presente modalidade, a pressão do gás hidrogênio fornecido à célula de combustível 10 é controlada com alta precisão durante tal operação normal.

Ou seja, primeiro, o dispositivo de controle 4 do sistema de célula de combustível 1 detecta o valor da corrente durante a geração de eletricidade da célula de combustível 10 utilização do sensor de corrente 13 (etapa de detecção da corrente: Sl) . Depois, o dispositivo de controle 4 calcula a quantidade de gás hidrogênio consumido pela célula de combustível 10 (a quantidade de consumo de hidrogênio) baseado no valor da corrente detectada pelo sensor de corrente 13 (etapa de cálculo da quantidade consumida de combustível: S2).

Em seguida, o dispositivo de controle 4 calcula o valor de pressão a ser atingido pelo gás hidrogênio na posição à jusante (a posição de ajuste da pressão) do injetor 35 baseado no valor da corrente detectado pelo sensor de corrente 13 (etapa de cálculo do valor de pressão a ser atingido: S3) . Então, o dispositivo de controle 4 2 0 calcula a taxa do fluxo de correção antecipada correspondente ao desvio entre o valor de pressão a ser atingido anteriormente calculado e o valor de pressão a ser atingido atualmente calculado {etapa de cálculo da taxa de fluxo de correção avançada: S4).

30 A seguir, o dispositivo de controle 4 detecta o valor da pressão da posição à jusante (a posição de ajuste da pressão) do injetor 35 através da utilização do sensor de pressão auxiliar secundário 43 (etapa de detecção de valor da pressão: S5). Então, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação baseado no desvio entre o valor de pressão a ser atingido calculado na etapa de calculo de pressão a ser atingida S3 e o valor da pressão (valor de detecção da pressão) detectada na etapa de detecção de valor da pressão S5 (etapa de cálculo da taxa de fluxo de retro-alimentação: S6) - Na etapa de cálculo da taxa de fluxo de retro-alimentação S6, o dispositivo de controle 4 usa o mapa da Figura 3 para variar o valor do ganho proporcional (Kp) de modo a calcular a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação do tipo proporcional de acordo com o valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 detectada na etapa de detecção da corrente SI.

Depois, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa de fluxo de injeção do injetor 35 acrescentando a quantidade de consumo de hidrogênio calculada na etapa de cálculo da taxa de fluxo de consumo de combustível S2, a taxa do fluxo de correção antecipada calculada na etapa do cálculo da taxa de fluxo de correção antecipada S4, e a taxa de fluxo

31 de correção de retro-alimentação calculada na etapa de calculo da taxa de fluxo de retro-alimentação S6 (etapa de cálculo da taxa de fluxo de injeção: S7).

A seguir, o dispositivo de controle 4 calcula a taxa estática de fluxo à montante do injetor 3 5 baseado na pressão do gás hidrogênio à montante do inj etor 3 5 detectada pelo sensor de pressão auxiliar primário 41 e a temperatura de gás hidrogênio à montante do injetor 3 5 detectada pelo sensor de temperatura 42 (etapa de cálculo da taxa de fluxo estático: S8). O dispositivo de controle 4 calcula então o tempo básico de injeção do injetor 35 dividindo a taxa de fluxo de inj eção do inj etor 3 5, calculada na etapa de cálculo da taxa de fluxo de injeção S7, pela taxa estática de fluxo calculada na etapa de cálculo da taxa de fluxo estático S8 e multiplicando pelo ciclo de acionamento do indicador 35 (etapa de cálculo de tempo básico de injeção: S9).

A seguir, o dispositivo de controle 4 calcula o tempo de injeção inativa do injetor 35 baseado na pressão do gás hidrogênio à montante do injetor 35 detectada pelo sensor de pressão auxiliar primário 41, a temperatura do gás hidrogênio à montante do injetor 3 5 detectada pelo sensor de temperatura 42, e a voltagem aplicada (etapa de cálculo do tempo de injeção inativa: S10). 0 dispositivo de

32 controle' 4 então calcula o tempo de inj eção total do injetor 3 5 acrescentando o tempo básico de injeção do injetor 35 calculado na etapa de cálculo de tempo básico de injeção S9 e o tempo de injeção inativa calculado na etapa de cálculo de tempo de injeção inativa SlO (etapa de cálculo de tempo de injeção total: Sll).

O dispositivo de controle 4 então controla o tempo de injeção de gás e cronometra a injeção de gás do injetor 35 pela produção de um sinal de controle que se relaciona com o tempo de injeção total calculado do injetor 3 5 calculado na etapa de cálculo de tempo de inj eção total Slli regulando a taxa de fluxo e pressão do gás hidrogênio fornecido à célula de combustível 10.

O estado de trabalho (tempo de injeção) do injetor 35 pode ser estabelecido em resposta ao estado operacional (valor da corrente durante a geração de eletricidade) da célula de combustível 10 no sistema de célula de combustível 1 de acordo com a modalidade acima descrita. Conseqüentemente, a pressão de abastecimento de gás hidrogênio pode ser adequadamente variada em resposta ao estado operacional da célula de combustível 10, melhorando a capacidade de resposta. Além disso, a alta precisão da regulação da pressão (a regulação da pressão de abastecimento de gás hidrogênio para a célula de combustível 10) é possível porque o Injetor 35 é adotado como a taxa de fluxo que regula a válvula de pressão variável regulando a válvula do gás hidrogênio. Em um detalhe adicional, como o injetor 35 é capaz de regular o tempo de injeção e a cronometragem da injeção do gás hidrogênio depois de receber um sinal de controle do dispositivo de controle 4 em resposta ao estado operacional da célula de combustível 10, a pressão pode ser regulada mais rapidamente e precisamente do que com uma válvula mecânica reguladora de pressão variável convencional. Além disso, como o injetor 35 é menor e mais leve, bem como menos dispendioso do que uma válvula mecânica reguladora de pressão variável convencional, o sistema total pode ser fabricado de forma menor e menos dispendiosa.

Além disso, como o regulador 34 está disposto entre o tanque de hidrogênio 30 e o injetor 35 no sistema de célula de combustível 1 de acordo com a modalidade acima descrita, a pressão do gás hidrogênio fornecido da fonte de abastecimento de hidrogênio 3 0 pode ser reduzida pelo regulador 34 mesmo quando for elevada. Conseqüentemente, como a pressão à montante do injetor 35 pode ser reduzida, é possível reduzir a dificuldade para mover o corpo da válvula do injetor 35 devido a um aumento na pressão diferencial das pressões à montante e à jusante do injetor

34 35. A queda na capacidade de resposta do injetor 35, por isso, pode ser minorada.

Além disso, como o injetor 35 é instalado à montante da seção de união Al da linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 com a linha de fluxo de circulação 32 no sistema de célula de combustível l de acordo com a modalidade acima descrita, o impacto da pressão de união do gás hidrogênio que flui dentro da linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31 e o caminho do hidrogênio em excesso (off-gas) dentro da linha de fluxo de circulação 32 pode ser minorado. Além disso, até no caso onde o fluxo de gás dentro da linha de fluxo de circulação 32 é impedido devido ao congelamento da umidade residual na linha de fluxo de circulação 32 ou algo parecido, a pressão de abastecimento de gás hidrogênio pode ser regulada sem ser . afetada pelo congelamento.

Além disso, como o dispositivo de controle 4 calcula a taxa estática de fluxo e o tempo de injeção inativa baseado no estado do gás (pressão e temperatura) à montante do injetor 35 e estabelece o estado de trabalho (tempo de injeção) do injetor 35 com referência a dita taxa estática de fluxo e tempo de injeção inativa no sistema de célula de combustível 1 de acordo com a modalidade acima descrita, é possível minorar as discrepâncias de injeção baseadas na

35 variação no estado do gás à montante do injetor 3 5 durante o abastecimento de gás hidrogênio.

Além disso, como o dispositivo de controle 4 calcula a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação para reduzir o desvio entre o valor de pressão a ser atingido na posição de ajuste da pressão estabelecida baseado no estado operacional (valor da corrente durante a geração de eletricidade) da célula de combustível 10 e o valor de detecção da pressão detectada pelo sensor de pressão auxiliar secundário 43, e estabelece o estado de trabalho (tempo de injeção) do injetor 3 5 baseado na taxa de fluxo de correção de retro-alimentação no sistema de célula de combustível 1 de acordo com a modalidade acima descrita, o valor de detecção da pressão se aproxima do valor de pressão a ser atingido.

Além disso, como o dispositivo de controle 4 pode modificar o ganho proporcional (Kp) usado no cálculo da taxa de fluxo de correção de retro-alimentação baseada no valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 no sistema de célula de combustível 1 de acordo com a modalidade acima descrita, o injetor 35 pode ser adequadamente controlado em resposta ao estado operacional da célula de combustível 10. O gás hidrogênio, por isso, pode ser de maneira estável fornecido em uma ampla faixa de estados operacionais.

Além disso, como o dispositivo de controle 4 calcula e atualiza o valor de pressão a ser atingido a cada intervalo pré-determinado baseado no estado operacional da célula de combustível 10, calcula a taxa do fluxo de correção antecipada correspondente ao desvio entre o valor de pressão a ser atingido anteriormente calculado e o valor de pressão a ser atingido atualmente calculado, e estabelece o estado de trabalho (tempo de injeção) do injetor 35 baseado nas alimentações da taxa de fluxo de correção antecipada, o estado de trabalho do injetor 35 pode ser rapidamente variado em resposta à flutuação no valor de pressão a ser atingido, aumentando também a capacidade de resposta. Se a taxa de fluxo de correção antecipada não for adotada, é necessário compensar todos os desvios entre os valores da pressão a ser atingida e os valores da pressão de detecção devido à flutuação no valor de pressão a ser atingido com a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação, e por isso hã riscos do aumento do valor da taxa de fluxo de correção de retro-alimentação, e conseqüentemente o controle do injetor 35 pode ser retardado (a capacidade de resposta pode diminuir). Em contraste, se a taxa de fluxo de correção antecipada correspondente à quantidade da

37 flutuação no valor de pressão a ser atingido é usada tal como.na presente modalidade, o aumento no valor da taxa de fluxo de retro-alimentação pode ser minorado, e o controle do indicador 35 feito mais rapidamente.

Além disso, como o veículo S acionado por célula de combustível (artigo móvel) de acordo com a modalidade acima descrita é provido de um sistema de célula de combustível 1 capaz de adequadamente variar a pressão de abastecimento de gás hidrogênio em resposta à condição operacional da célula de combustível 10, a potência pode ser produzida com elevada capacidade de resposta para fornecimento ao motor de tração 12 quando houver uma grande exigência de aceleração em curto período de tempo ou quando houver repetida aceleração e desaceleração. Além disso, a amplitude do ajuste da pressão pode ser variada com precisão em relação ao valor da potência necessária, restringindo consumo de hidrogênio desperdiçado e de circulação de hidrogênio, e reduzindo o consumo de combustível. Além disso, como o veículo S sendo acionado por uma célula de combustível de acordo com a presente modalidade, é fornecido com o sistema de célula de combustível 1 no qual o injetor 35 é adotado da válvula reguladora da taxa de fluxo e da válvula reguladora da

38 pressão variável, ele pode ser produzido compacto e menos dispendioso.

Na modalidade acima descrita, um exemplo foi indicado no qual a linha de fluxo de circulação 32 é fornecida no sistema de tubo de gás hidrogênio 3 do sistema de célula de combustível 1, porém a linha de fluxo de descarga 3 8 pode estar diretamente ligada à célula de combustível 10 tal como mostrado na Figura 5, por exemplo, eliminando a linha de fluxo de circulação 32. No caso onde essa estrutura (sem saída) é adotada, efeitos operacionais semelhantes à modalidade acima descrita podem ser obtidos controlando o estado de trabalho do injetor 35 com o dispositivo de controle 4 do mesmo modo da modalidade.

Além disso, na modalidade acima descrita, um exemplo foi indicado no qual a bomba de hidrogênio 3 9 foi fornecida na linha de fluxo de circulação 32, mas um ejetor pode ser adotado no lugar da bomba de hidrogênio 39. Além disso, na modalidade acima descrita, um exemplo foi indicado no qual a válvula de exaustão ar/água 3 7 para drenar tanto o ar como a água foi fornecida na linha de fluxo de circulação 32, mas uma válvula de drenagem de água para drenar para fora a água coletada pelo separador líquido-gás 36 e uma válvula de escapamento aérea para esgotar externamente o gás dentro da linha de fluxo de circulação 32 pode ser

39 fornecida separadamente, com a válvula de escapamento aérea controlada pelo dispositivo de controle 4.

Além disso, na modalidade acima descrita, um exemplo

foi indicado no qual o sensor de pressão auxiliar

secundário 43 está montado em uma posição à jusante (a

posição de ajuste da pressão: a posição onde o ajuste da

pressão é necessário) do injetor 35 da linha de fluxo de

abastecimento de hidrogênio 31 do sistema de tubo de gás

hidrogênio 3, e o estado de trabalho (tempo de injeção) do

injetor 35 foram estabelecidos de modo a regular a pressão

(retirar mais perto ao valor pré-determinado da pressão a

ser atingida) naquela posição, mas a posição na qual o

sensor de pressão auxiliar secundário 43 está montado não está limitada a isso.

Por exemplo, uma posição perto da entrada de gás hidrogênio (na linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31) da célula de combustível 10, uma posição perto da passagem de gás hidrogênio (na linha de fluxo de circulação 32) da célula de combustível 10, e uma posição perto da passagem da bomba de hidrogênio 3 9 (na linha de fluxo de circulação 32) pode ser estabelecida, tal como as posições de ajuste da pressão, e os sensores de pressão auxiliares secundários são arrumados naquele local. Em tal caso, um mapa está preparado no qual o valor de pressão a

40 ser atingido é registrado para cada posição de ajuste da pressão onde um sensor de pressão secundário esta montado,

e a taxa de fluxo de correção de retro-alimentação é

calculada baseado no valor de pressão a ser atingido

registrado no mapa e o valor da pressão detectada pelo

sensor de pressão auxiliar secundário (o valor de detecção da pressão).

Além disso, na modalidade acima descrita, é indicado um exemplo no qual a válvula de fechamento 33 e o regulador 34 são fornecidos na linha de fluxo de abastecimento de hidrogênio 31, mas a válvula de fechamento 33 e o regulador 34 não necessariamente precisam ser fornecidos, já que o injetor 35 pode funcionar como uma válvula reguladora de pressão variável e funcionar como uma válvula de fechamento para interromper o abastecimento de gás hidrogênio. Como a válvula de interrupção 33 e o regulador 34 podem ser eliminados se for adotado o injetor 35, o sistema, dessa forma, pode ser feito mais compacto e menos dispendioso.

Além disso, na modalidade acima descrita, é indicado um exemplo no qual o valor da corrente é detectado durante a geração de eletricidade da célula de combustível 10, e o valor de pressão a ser atingido e a quantidade de consumo de gás hidrogênio são calculados baseados no valor da corrente para estabelecer o estado de trabalho (tempo de

41 injeção) do injetor 35, mas uma outra quantidade física indicando o estado operacional da célula de combustível 10 (tal como o valor de voltagem ou valor da potência durante a geração de eletricidade da célula de combustível 10 ou a temperatura da célula de combustível 10) pode ser detectada, e o estado de trabalho do injetor 35 pode ser ajustado de acordo com aquela quantidade física descoberta.

Além disso, o modo do estado operacional da célula de

combustível 10 (tal como um estado de partida, um estado

3 operacional intermitente, um estado operacional normal, um

estado de esvaziamento, um estado anormal da própria célula

de combustível, ou um estado anormal do sistema de célula

de combustível) pode ser determinado pelo dispositivo de

controle, e o estado de trabalho (tal como o grau da

abertura do corpo da válvula do injetor 35 (a área de

passagem de gás), e o tempo em que se abre do corpo da

válvula do injetor 35 (o tempo de injeção de gás)) pode ser

estabelecido em resposta ao modo daqueles estados operacionais.

Além disso, na modalidade acima descrita, é indicado um exemplo no qual só o ganho proporcional (Kp) usado no cálculo da taxa de fluxo de correção de retro-alimentação do tipo proporcional é variado em resposta ao estado operacional da célula de combustível 10 (o valor da

42 corrente durante a geração de eletricidade), mas o ganho integral (K1) usado no cálculo da taxa de fluxo de correção de retro-alimentação do tipo integral pode ser variado em vez disso em resposta ao estado operacional da célula de combustível 10. Fazendo assim, o ganho integral (K1) pode ser estabelecido menor conforme o valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 é reduzido (o ganho integral (K1) pode ser estabelecido maior conforme o do valor de geração da corrente elétrica da célula de combustível 10 aumenta), por exemplo. 0 injetor 35 pode ser assim controlado adequadamente em uma ampla faixa de estados operacionais da célula de combustível 10 para fornecer de maneira estável o gás hidrogênio. Além disso, tanto o ganho proporcional (Kp) como o ganho integral (K1) podem ser variados em resposta ao estado operacional da célula de combustível 10.

Além disso, na modalidade acima descrita, um exemplo foi indicado no qual o ganho proporcional foi estabelecido em resposta ao valor da corrente durante a geração de eletricidade da célula de combustível 10, mas o ganho proporcional (Kp) e o ganho integral (K1) podem ser estabelecidos em vez disso baseado no valor da potência e no valor da voltagem durante a geração da eletricidade da célula de combustível 10. Fazendo assim, um mapa para

43 representar a relação entre o valor da potência (valor de voltagem) da célula de combustível 10 e o ganho proporcional (Kp) e o ganho integral (K1) pode ser usado para estabelecer o ganho proporcional (Kp) e o ganho integral (K1) .

Na modalidade acima descrita, um exemplo foi indicado

no qual o mapa da Figura 3 para indicar a relação entre o

valor de geração da corrente elétrica da célula de

combustível 10 e o ganho proporcional foi usado para

estabelecer o ganho proporcional, mas a relação entre o

valor de geração da corrente elétrica e o ganho

proporcional não é limitada a um modo, tal como indicado no

mapa da Figura 3. Além disso, na modalidade descrita acima,

foi indicado um exemplo no qual uma regra de controle de

retro-alimentação do tipo PI foi usada para calcular a taxa

de fluxo de correção de retro-alimentação, mas outro

controle do tipo de rastreamento de objetivo (controle do

tipo PID posterior, por exemplo) pode ser usado em vez

disso para calcular a correção de retro-alimentação da taxa de fluxo.

O sistema de célula de combustível de acordo com a presente invenção pode ser montado em um veículo de célula de combustível tal como indicado na modalidade acima descrita e montado também em artigos móveis diferentes de

44 um veículo de célula de combustível (bem como um robô, navio, ou avião). Além disso, o sistema de célula de combustível de acordo com a presente invenção também pode ser aplicado a sistemas de geração de eletricidade estacionãrios usados como equipamento de geração de eletricidade de estruturas (como casas e edifícios).

45

Claims

1. Sistema de célula de combustível, compreendendo: uma célula de combustível; um sistema de abastecimento de combustível para fornecer gás combustível à célula de combustível; um injetor para regular um estado do gás à montante do sistema de abastecimento de combustível e fornecer o gás à jusante; e um meio de controle para acionar e controlar o injetor em um ciclo pré-determinado de acionamento, caracterizado pelo fato de o meio de controle estabelecer um estado de trabalho do dito injetor em resposta a um estado operacional da dita célula de combustível.

2. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sistema de abastecimento de combustível possuir uma linha de fluxo de abastecimento de combustível para fornecer o gás combustível fornecido de uma fonte de abastecimento de combustível à dita célula de combustível, e o dito injetor estarem montados na linha de fluxo de abastecimento do dito combustível.

3. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o sistema de abastecimento de combustível possuir um regulador montado entre a dita fonte de abastecimento de combustível e o dito injetor.

4. Sistema de célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de o sistema de abastecimento de combustível ter uma linha de fluxo de abastecimento de combustível para fornecer o gás combustível proveniente da fonte de abastecimento de combustível para a dita célula de combustível, e uma linha de fluxo de circulação para retornar o combustível excedente descarregado da dita célula de combustível para a linha de fluxo de abastecimento do dito combustível, e o dito injetor é instalado à montante de uma seção de união da linha de fluxo para abastecimento do dito combustível e da dita linha de circulação de fluxo.

5. Sistema de célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular uma taxa estática de fluxo à montante do dito injetor baseado no estado do gás à montante do mesmo e estabelece um estado de trabalho do dito injetor em resposta à taxa estática de fluxo.

6. Sistema de célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de o meio de controle estabelecer um tempo de injeção inativa do dito injetor baseado no estado do gás à montante do dito injetor.

7. Sistema de célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, também compreendendo um sensor de pressão disposto em uma posição de ajuste da pressão na qual o ajuste da pressão é necessário no dito sistema de abastecimento de combustível, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular uma taxa de fluxo de correção da redução diferencial da pressão para diminuir um desvio comportamental de um valor da pressão a ser atingido na dita posição estabelecida de ajuste da pressão com base no estado operacional da dita célula de combustível e em um valor de detecção da pressão detectado pelo dito sensor de pressão, e estabelece um estado de trabalho do dito injetor baseado na taxa de fluxo de correção de redução da pressão diferencial.

8. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular uma quantidade de consumo de combustível na dita célula de combustível baseado no estado operacional da dita célula de combustível, e estabelecer um estado de trabalho do dito injetor baseado na quantidade de consumo de combustível e na dita taxa de fluxo de correção de redução da pressão diferencial.

9. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular e atualizar um valor da pressão a ser atingido na dita posição de ajuste da pressão para cada período de tempo pré-determinado baseado no estado operacional da dita célula de combustível, calcular um diferencial da pressão correspondendo à taxa de fluxo de correção que corresponde a um desvio entre um valor da pressão a ser atingido anteriormente calculado e um valor da pressão a ser atingido atualmente calculado, e calcular uma taxa de fluxo de injeção do dito injetor pela adição da taxa de pressão diferencial correspondente à taxa de fluxo de correção, a dita quantidade de consumo de combustível, e a dita taxa de fluxo de correção de redução da pressão diferencial.

10. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular uma taxa estática de fluxo à montante do dito injetor baseado no estado do gás à montante do mesmo, e calcular um tempo básico de inj eção do dito inj etor multiplicando o dito ciclo de acionamento por um valor obtido dividindo a taxa de fluxo de injeção do dito injetor pela dita taxa estática de fluxo.

11. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o meio de controle estabelecer um tempo de injeção inativa do dito injetor baseado no estado do gás à montante do dito injetor, e calcular um tempo de injeção total do injetor acrescentando o dito tempo básico de injeção mais o dito tempo de injeção inativa.

12. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular uma taxa de fluxo de correção da redução de pressão diferencial do tipo proporcional multiplicando um ganho proporcional por um desvio do dito valor da pressão a ser atingido e o dito valor de detecção da pressão, e variar o dito valor do ganho proporcional baseado no estado operacional da dita célula de combustível.

13. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular uma taxa de fluxo de correção da redução de pressão diferencial do tipo integral multiplicando um ganho integral por um desvio do dito valor de pressão a ser atingido e o dito valor de detecção da pressão, e variar o dito valor do ganho integral baseado no estado operacional da dita célula de combustível.

14. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o meio de controle calcular uma taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial do tipo proporcional multiplicando um ganho proporcional por um desvio do dito valor de pressão a ser atingido e o dito valor de detecção da pressão, calcular uma taxa de fluxo de correção da redução da pressão diferencial do tipo integrado, multiplicando o ganho integrado por um valor integrado do dito desvio, e variar pelo menos um dito ganho proporcional e um dito ganho integrado com base no estado operacional da dita célula de combustível.

15. Sistema de célula de combustível de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o dito meio de controle diminuir pelo menos um dito ganho proporcional e o dito ganho integral de acordo com a diminuição da quantidade de eletricidade gerada pela dita célula de combustível.

16. Artigo móvel, caracterizado pelo fato de compreender o sistema de célula de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 15.