CN113748548B - 燃料电池系统和燃料电池系统脱水方法 - Google Patents

燃料电池系统和燃料电池系统脱水方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于从燃料电池系统(1)中脱水的方法，该燃料电池系统包括具有阳极部(3)和阴极部(4)的燃料电池堆(2)、在该阳极部(3)下游的用于控制该阳极部(3)内的吹扫压力的吹扫阀(5)以及在该阴极部(4)下游的用于控制该阴极部(4)内的背压的背压阀(6)，该方法具有以下步骤：在吹扫阀(5)关闭的情况下将该阳极部(3)内的吹扫压力增大到规定的吹扫压力目标值(AP1)；在该背压阀(6)关闭的情况下将该阴极部(4)内的背压增大到规定的背压目标值(KP1)；然后通过打开该吹扫阀(5)和该背压阀(6)以脉冲方式降低增大的吹扫压力和增大的背压。本发明还涉及一种燃料电池系统(1)和一种用于执行本发明方法的计算机程序产品(10)以及一种存储有计算机程序产品(10)的存储装置。

Description

燃料电池系统和燃料电池系统脱水方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统和一种燃料电池系统脱水方法。本发明还涉及一种用于在燃料电池系统中执行吹扫过程的计算机程序产品以及一种存储有计算机程序产品的存储装置。
背景技术
在现有技术中知道了从燃料电池系统中脱水的各种方法。脱水一般在吹扫过程范围内进行，此时借助至少一种吹扫流体来吹扫燃料电池系统的管线段并由此去除残留水。这种吹扫过程可以在专用吹扫和干燥工作期间和/或在燃料电池系统发电工作期间进行。
国际专利申请WO 2017/089466 A1公开了一种用于在燃料电池系统发电时吹扫燃料电池系统的方法。准确地说，描述了一种用于在阳极侧和/或阴极侧吹扫燃料电池系统的吹扫室。如果燃料电池系统被用作电解槽，则可以吹扫阴极侧。如果燃料电池系统被用来发电，则可以吹扫阳极侧。
吹扫和干燥工作期间的吹扫过程尤其是为了避免在燃料电池系统内结冰且为了针对燃料电池系统的启动过程作好准备，这是因为在燃料电池系统内残留的水尤其可能在冷启动时导致系统损坏并在燃料电池系统启动时带来问题。尤其在冷启动时规定这样的过程，由此这可以是低温停机过程的一部分。在阳极侧，吹扫和干燥通常是在吹扫阀打开时通过氢气进行的。与之相反，在阴极侧，用空气进行吹扫和干燥过程。为此，通常将低湿度且低气压的大量气流供应给阴极侧。通常，在可以确定高频薄膜电阻(HFR)明显下降之前，持续进行吹扫和干燥过程。为此，一方面需要相应的测量技术；另一方面，在有测量误差时薄膜会出现不希望的干燥。在过度干燥的情况下可能在电解质膜上形成机械应力，其可能导致薄膜的使用寿命缩短。因此值得期待的是将电解质膜干燥降到最低程度并加速整个干燥过程。
发明内容
本发明的任务是至少部分消除上述问题。特别是，本发明的任务是提供一种燃料电池系统和一种用于从燃料电池系统中以加速和/或有效的方式脱水的方法。此外，任务是提供一种用于执行这种方法的计算机程序产品和一种存储有这种计算机程序产品的存储装置。
在此，关于方法所描述的特征和细节自然也与本发明燃料电池系统、本发明计算机程序产品、本发明存储装置相关地是适用的，反之亦然，因此关于各个发明方面的公开内容总是相互参照或可相互参照。
根据本发明的第一方面，提供一种从燃料电池系统中脱水的方法，其中，该燃料电池系统包括具有阳极部和阴极部的燃料电池堆、在阳极部下游的用于控制阳极部内的吹扫压力的吹扫阀和在阴极部下游的用于控制阴极部内的背压的背压阀。该方法具有以下步骤：a)将阳极部内的吹扫压力增大到规定吹扫压力目标值，b)将阴极部内的背压增大到规定背压目标值，然后c)通过打开所述吹扫阀和背压阀使增大的吹扫压力以及增大的背压以脉冲方式减小。
就是说，根据本发明，燃料电池系统中的燃料电池堆之内和周围的体积首先因相应压力增大而处于压力下，随后因共同打开阀被突然减压。在传统的吹扫和/或干燥方法中，在所提到的体积中存在相对恒定的化学当量压力，或者压力即便在脉冲式吹扫过程中也仅相对缓慢地变化。例如，通过压缩机(供气)或压力阀(供氢)产生脉冲式吹扫过程。因本发明的做法而出现了急速泄压，可以说能够产生(负)压力脉冲，比之以前可能的或可有效实现的情况，这将导致明显更高的流速和相应最大剪切力。由此，尤其呈液态的位于燃料电池系统的各不同管路段和/或功能部件如加湿器、截止阀和/或排出阀内的水可以从那里被有效地输送到燃料电池系统的周围环境。因此可以显著缩短燃料电池系统的干燥和/或吹扫时间。
在根据步骤c)打开吹扫阀和背压阀的同时，或许可以阳极侧打开排泄阀。由此可以达成更快速的泄压，在此，重要的是在吹扫期间不超过最大氢气排放量。
根据本发明的做法对应于系统所包含的体积的“膨胀”或者说加压和泄压。例如在汽车行业内的PEM系统中，从压缩机到背压阀的阴极路径可能装有超过5升的空气量。压缩空气可以具有相应多的能量。因此，根据本发明的吹扫或干燥过程较少通过流入的流体来达成，而是通过系统的突然泄压来达成。由此一来，储存在流体压力中的能量可以在短时间内被转化为具有暂时高风速的吹扫气浪，由此可以有效快速地从燃料电池系统中脱水。
期望的压力增大可以通过燃料电池系统的至少一个压缩机执行。这可以在燃料电池系统的最小负载点或其它的低负载点实现。然后可以进行常规干燥过程。
吹扫压力目标值可以对应于标称系统压力或标称工作压力或者说燃料电池系统以发电模式工作时的相应的工作压力值。就是说，吹扫压力和/或背压可被增大到标称工作压力或被基本增大到标称工作压力。
该方法优选在燃料电池车辆中执行，尤其在包含燃料电池系统的燃料电池车辆停放之后。因此可以防止在低于0℃的环境温度下在燃料电池系统中形成有害的冰，冰可能有损于燃料电池系统的各不同部件的功能。
吹扫阀可以紧接在阳极部的下游。背压阀也可以紧接在阴极部的下游。但还可行的是，其它功能部件且特别是其它阀单元可以在流动方向上布置在相应电极部和吹扫阀或背压阀之间。有利的是在阳极侧将本来已有的阀用于吹扫过程。
如上所述，“增大的压力以脉冲方式降低”可被理解为急剧降低，这通过打开吹扫阀和背压阀来引起。“阀的关闭”或“关闭的阀”可以是指处于锁闭位置的阀，在锁闭位置，阻止或基本阻止流体流过阀所在的流体管线。“阀的打开”或“打开的阀”可以是指处于连通位置的阀，在该连通位置，允许流体流过阀所在的流体管线，或者流体管线将被或被开通以使流体至少在相应阀区域内流动。
所述步骤a)和b)优选同时或基本同时进行。因此能够防止在阳极部和阴极部之间的电解质膜中的应力。出于相同的原因，所述吹扫阀和背压阀也优选同时或基本同时被打开，以便使增大的吹扫压力和增大的背压以脉冲方式降低。
根据本发明的另一实施方式，可以在方法中接连多次执行所述步骤a)、b)和c)以从燃料电池系统脱水。就是说，在阳极部之内和之处的体积以及在阴极部之内和之处的体积被定期加压和泄压。由此可以很有效地从燃料电池系统脱水。在本发明范围内的实验中出乎意料地表明，这种做法未对燃料电池系统的功能部件造成损坏风险。相反，水能够因所用工艺流体的高脉冲强度而以快速、可靠和爱护部件的方式从燃料电池系统中被吹扫。
还可行的是，在本发明的方法中，将阳极部内的吹扫压力增大到在阳极部内的最大允许吹扫压力或近似最大允许吹扫压力，并将阴极部内的背压增大到阴极部内的最大允许背压或近似最大允许背压。因此可以针对用于对燃料电池系统进行吹扫或干燥的阵涌流体脉冲获得相应大的值，在该值下无需担心燃料电池系统受损或毁坏。“将阳极部内的吹扫压力增大到阳极部内的最大允许吹扫压力或近似最大允许吹扫压力”可以是指将吹扫压力增大到吹扫压力最大值，其对应于在发电期间在阳极部内的最大允许系统压力或工作压力。“将阴极部内的背压增大到阴极部内的最大允许背压或近似最大允许背压”可以是指将背压增大到背压最大值，其对应于在发电期间在阴极部内的最大允许系统压力或工作压力。
根据本发明的另一变型设计方案，可以在方法中将阳极部内的吹扫压力和阴极部内的背压分别增大到在2巴至5巴之间的值。这个或这些值在本发明范围内的试验中已被证明是尤其适用于实现有效且还是爱护部件的吹扫过程。但所述压力也可以更高或更低。可能进一步有利的是，在本发明的方法中将阳极部内的吹扫压力和阴极部内的背压增大到相等的值或近似相等的值。因此，该方法能以特别爱护膜的方式运行。尤其在此情况下应当注意的是所述背压和吹扫压力在增大到相应的目标压力或最大压力时始终保持彼此相同或基本相同或没有大差异。然而，也出于排气路径中的最大氢气排放量(通常小于8％体积)的考虑，也可能需要比阳极压力更快速地使该阴极压力泄压。尤其当吹扫阀具有比阴极侧背压阀更小的开口横截面时，这是有利的。
在实践中还被证明有利的是，在背压阀关闭情况下通过压缩机出现期望的背压或相应的阴极压力，并且使吹扫压力或相应的阳极压力追随该背压。在此情况下，可以出于安全原因而确保在阳极部内的如呈氢气压力形式的吹扫压力总是被调置或调节到以最低程度高于阴极部内的压力，例如高100毫巴。
还可能的是，在本发明的方法中，燃料电池系统可以按照用于发电的发电模式和按照用于对燃料电池系统进行吹扫和干燥的吹扫和干燥模式来运行，其中，所述步骤a)、b)和c)在吹扫和干燥工作期间进行。就是说，该方法应该尽量只在吹扫和干燥工作中进行、而不在燃料电池系统的发电工作期间进行。换言之，根据本发明的步骤优选与发电工作分开执行。因此，发电工作始终不受影响。在吹扫和干燥操作期间，燃料电池系统可以在燃料电池系统的最小负载点或另一低负载点运行。一旦车辆内的两侧均被吹扫，则在燃料电池堆处存在电压。但因为燃料电池堆在没有任何电流负载的空载电压(OCV)下受损，故有利的是至少达到最小负载点，即，耗用足够多电流，使得单池电压降至低于约直流0.85伏。
根据本发明的另一方面，提供一种燃料电池系统，其包括：具有阳极部和阴极部的燃料电池堆、在阳极部下游的用于控制阳极部内的吹扫压力的吹扫阀以及在阴极部下游的用于控制阴极部内的背压的背压阀。燃料电池系统还具有控制器，其具有用于在吹扫阀关闭下将阳极部内的吹扫压力增大到规定的吹扫压力目标值并用于在背压阀关闭的情况下将阴极部内的背压增大到规定的背压目标值的增压单元以及用于通过打开所述吹扫阀和背压阀来使增大的吹扫压力和增大的背压以脉冲方式且尤其急剧降低的降压单元。
因此，根据本发明的燃料电池系统带来了与关于本发明方法所详细描述的相同的优点。这尤其可以通过将增压单元和降压单元配置和设计成执行如上所详述的方法来确保。
此外，在本发明范围内提出一种计算机程序产品，其所包含的指令在计算机程序产品由计算机运行时促使计算机执行如上所述的方法。为此还提供一种存储装置，其上存储有根据该实施方式的计算机程序产品。存储装置能以安装有计算机程序产品的控制器形式来提供。因此，计算机程序产品和存储装置也带来如上所述的优点。该控制器可被理解为计算机或者具有执行该计算机程序产品的计算机。
计算机程序产品能作为计算机可读指令代码以任何合适的编程语言如JAVA、PYTHON、C++和/或C#实现。计算机程序产品可被存储在计算机可读存储介质如数据盘、移动驱动器、易失性存储器或非易失性存储器或内置存储器/处理器上。指令代码可以如此对计算机或其它可编程设备如控制器进行编程，即，执行期望的功能。此外，计算机程序产品可以在网络如互联网中提供或将被提供，用户可根据需要从网络下载计算机程序产品。计算机程序产品可以不仅通过计算机程序、即软件来实现，也可以借助一个或多个专用电子电路、即硬件来实现，或以任何混合形式、即借助软件组件和硬件组件来实现。
附图说明
改进本发明的其它措施来自以下对本发明的如图示意所示的各不同实施例的说明，附图分别示意性示出：
图1示出根据本发明的一个优选实施方式的燃料电池系统，
图2示出用于说明根据本发明的方法的曲线图，以及
图3示出用于说明本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出呈PEM系统形式的燃料电池系统1。燃料电池系统1具有燃料电池堆2，其具有阳极部3、阴极部4和布置在阳极部3和阴极部4之间的电解质膜15。燃料电池系统1还具有在阳极部3下游的用于控制阳极部3中的吹扫压力的吹扫阀5、在阴极部4下游的用于控制阴极部4中的回压的背压阀6以及控制器7。控制器7具有增压单元8，其用于在吹扫阀5关闭的情况下将阳极部3内的吹扫压力增大到图2所示的规定吹扫压力目标值AP1并用于在背压阀6关闭的情况下将阴极部4内的背压增大到也如图2所示的规定背压目标值KP1。此外，控制器7具有降压单元9，其用于通过打开吹扫阀5和背压阀6而使增大的吹扫压力和增大的背压以脉冲方式降低。
图1所示的实施例还具有呈氢罐形式的燃料源11以及用于向燃料电池系统1的引射喷注器13以计量方式供应氢气的调节阀12。引射喷注器13在阳极部3的上游设计用于给阳极部3供应燃料。呈二次流体形式的阳极废气可通过再循环路径16由引射喷注器13吸入，其又可被送至阳极部3。在阴极部4的上游设置有压缩机14，用于将空气输送到阴极部4并用于对阴极部4施加压力。除了所示的功能部件之外，燃料电池系统1还可以具有其它BOP部件，如换热器、加湿器和/或附加切换阀。
控制器7具有内置的计算机程序产品10，其所包括的指令在计算机程序产品10由控制器7运行时促使控制器执行如下所述的用于从如图1所示的燃料电池系统1中脱水的方法。
接着，参照图2和图3来说明该方法。在第一步骤S1中，在吹扫阀5关闭情况下，阳极部3内的吹扫压力首先被增大至吹扫压力目标值AP1，其根据所示例子对应于约3巴的近似最大的允许系统压力。
在第二步骤S2中，在背压阀6关闭的情况下，阴极部4内的背压被同时增大到背压目标值KP1，该背压目标值根据所示例子对应于例如近似最大的允许系统压力，例如为约3巴或约2.5巴，在此，背压总是保持比吹扫压力低约100毫巴。在第三步骤S3中，吹扫阀5和背压阀6被打开，以便使增大的吹扫压力和增大的背压以脉冲方式或急剧降低至环境压力或近似环境压力。这在图2中可以通过在达到相应的最大目标值AP1或KP1之后的阳极部3内的压力曲线A1的突降和阴极部4内的压力曲线K1的骤降来表明。如图2所示，在图3中所表明的过程还被重复两次，其中，当然也可以进行更多次重复。参照图2和图3所说明的方法是在燃料电池系统1的吹扫和干燥工作期间来执行的。
除了所示实施例之外，本发明还允许其它设计原理。即，本发明不应被视为局限于参照附图所解释的实施例。
附图标记列表
1 燃料电池系统
2 燃料电池堆
3 阳极部
4 阴极部
5 吹扫阀
6 背压阀
7 控制器
8 增压单元
9 降压单元
10 计算机程序产品
11 燃料源
12 调节阀
13 引射喷注器
14 压缩机
15 电解质膜
16 再循环路径
A1 阳极部内的压力曲线
AP1 吹扫压力目标值(最大吹扫压力)
K1 阴极部内的压力曲线
KP1 背压目标值(最大背压)

Claims (9)

1.一种用于从燃料电池系统(1)中脱水的方法，该燃料电池系统包括：具有阳极部(3)和阴极部(4)的燃料电池堆(2)、在该阳极部(3)下游的用于控制该阳极部(3)内的吹扫压力的吹扫阀(5)以及在该阴极部(4)下游的用于控制该阴极部(4)内的背压的背压阀(6)，
该方法具有以下步骤：
a)在该吹扫阀(5)关闭的情况下将该阳极部(3)内的吹扫压力增大到规定的吹扫压力目标值(AP1)，
b)在该背压阀(6)关闭的情况下将该阴极部(4)内的背压增大到规定的背压目标值(KP1)，并且然后
c)通过打开该吹扫阀(5)和该背压阀(6)以脉冲方式降低所述增大的吹扫压力和所述增大的背压；
其中，该燃料电池系统(1)能够按照用于发电的发电模式来运行，以及
按照用于吹扫和干燥该燃料电池系统(1)的吹扫和干燥方式在一低负载点运行工作，其中，所述步骤a)、b)和c)在所述吹扫和干燥方式期间执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于从该燃料电池系统(1)中脱水的步骤a)、b)和c)被接连进行多次。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该阳极部(3)内的吹扫压力被增大到该阳极部(3)内的最大允许吹扫压力，该阴极部(4)内的背压被增大到该阴极部(4)内的最大允许背压。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该阳极部(3)内的吹扫压力和该阴极部(4)内的背压被分别增大到在2巴至5巴之间的值。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该阳极部(3)内的吹扫压力和该阴极部(4)内的背压被增大到彼此相同的值。
6.一种用于执行根据权利要求1至5之一所述的方法的燃料电池系统(1)，包括：具有阳极部(3)和阴极部(4)的燃料电池堆(2)、在该阳极部(3)下游的用于控制该阳极部(3)内的吹扫压力的吹扫阀(5)、在该阴极部(4)下游的用于控制该阴极部(4)内的背压的背压阀(6)以及控制器(7)，该控制器具有用于在该吹扫阀(5)关闭的情况下将该阳极部(3)内的吹扫压力增大到规定吹扫压力目标值(AP1)并用于在该背压阀(6)关闭的情况下将该阴极部(4)内的背压增大到规定背压目标值(KP1)的增压单元(8)和用于通过打开该吹扫阀(5)和该背压阀(6)来降低所述增大的吹扫压力和所述增大的背压的降压单元(9)。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统(1)，其中，所述增压单元(8)和所述降压单元(9)被配置和设计用于执行根据权利要求1至5之一所述的方法。
8.一种计算机程序产品(10)，当该计算机程序产品(10)由计算机运行时，该计算机程序产品所包括的指令促使该计算机执行根据权利要求1至5之一所述的方法。
9.一种存储装置，其存储有根据权利要求8所述的计算机程序产品(10)。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113745578B (zh) * 2021-07-22 2023-12-19 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池背压阀的破冰控制方法及系统
CN114614048A (zh) * 2022-03-18 2022-06-10 苏州溯驭技术有限公司 一种氢燃料电池吹扫系统及其用阳极波动氢压吹扫方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095384A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の停止装置
CN101170185A (zh) * 2006-10-25 2008-04-30 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的气体吹扫除水的方法
CN101390239A (zh) * 2006-04-11 2009-03-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
JP2009117189A (ja) * 2007-11-07 2009-05-28 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御方法
JP2009123588A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN101859909A (zh) * 2009-01-26 2010-10-13 通用汽车环球科技运作公司 用于改进水管理的关闭方案
JP2010272372A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその制御方法
CN101971400A (zh) * 2007-12-11 2011-02-09 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及移动体
CN103259030A (zh) * 2012-02-15 2013-08-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于简化的燃料电池系统的操作方法
WO2013132536A1 (ja) * 2012-03-08 2013-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2013243007A (ja) * 2012-05-18 2013-12-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2016072081A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP2017157317A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP2018113126A (ja) * 2017-01-10 2018-07-19 トヨタ自動車株式会社 車両用燃料電池システム

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4864224B2 (ja) * 2001-04-03 2012-02-01 本田技研工業株式会社 燃料電池の残留水排出装置
JP4028544B2 (ja) * 2004-11-30 2007-12-26 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及び該システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法
JP4807357B2 (ja) * 2005-07-27 2011-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4758707B2 (ja) * 2005-08-08 2011-08-31 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
WO2008007690A1 (fr) * 2006-07-14 2008-01-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Système de pile à combustible
JP6155596B2 (ja) * 2012-10-29 2017-07-05 日産自動車株式会社 燃料電池システム
KR101592683B1 (ko) * 2014-04-14 2016-02-12 현대자동차주식회사 연료전지 퍼지 제어 방법
JP6210051B2 (ja) * 2014-11-14 2017-10-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の排水方法および燃料電池システム
JP6187431B2 (ja) * 2014-11-14 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
GB2534138A (en) * 2015-01-12 2016-07-20 Intelligent Energy Ltd Exhaust processing unit
WO2017089466A1 (de) 2015-11-25 2017-06-01 Hps Home Power Solutions Gmbh Dynamische purgekammer
DE102017209181A1 (de) * 2017-05-31 2018-12-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem mit zusätzlicher Steuereinrichtung
CN109830709B (zh) * 2019-02-01 2020-01-14 清华大学 燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095384A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の停止装置
CN101390239A (zh) * 2006-04-11 2009-03-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101170185A (zh) * 2006-10-25 2008-04-30 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的气体吹扫除水的方法
JP2009117189A (ja) * 2007-11-07 2009-05-28 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御方法
JP2009123588A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN101971400A (zh) * 2007-12-11 2011-02-09 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及移动体
CN101859909A (zh) * 2009-01-26 2010-10-13 通用汽车环球科技运作公司 用于改进水管理的关闭方案
JP2010272372A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその制御方法
CN103259030A (zh) * 2012-02-15 2013-08-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于简化的燃料电池系统的操作方法
WO2013132536A1 (ja) * 2012-03-08 2013-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
CN104160538A (zh) * 2012-03-08 2014-11-19 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
JP2013243007A (ja) * 2012-05-18 2013-12-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2016072081A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP2017157317A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP2018113126A (ja) * 2017-01-10 2018-07-19 トヨタ自動車株式会社 車両用燃料電池システム

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Publication number Publication date
AT522522B1 (de) 2021-06-15
US11843140B2 (en) 2023-12-12
AT522522A1 (de) 2020-11-15
JP2022531833A (ja) 2022-07-12
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