DE102007062241A1

DE102007062241A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102007062241A1
Application number: DE102007062241A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Iwata Muramatsu
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2008-07-24
Also published as: JP2008181871A; TW200843184A; US20080160368A1

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das in der Lage ist, auf einfache Weise einen Fehler in einer Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, einer Zirkulationseinrichtung oder einer Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zu erfassen. Ein Brennstoffzellensystem 100 enthält einen Tank 116 für wässrige Lösung, der wässrige Methanollösung aufnimmt, einen Pegelsensor 122, der entsprechend dem Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung eines der Erfassungssignale HIGH oder LOW ausgibt, eine Pumpe 132 für wässrige Lösung, die einem Zellenstapel 102 wässrige Methanollösung zirkulierend zuführt, eine Wasserpumpe 140, die dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zuführt, und eine CPU 152, die Funktion des Brennstoffzellensystems 100 steuert. Die CPU 152 erfasst auf Basis eines Vergleichs zwischen einer ersten vorgegebenen Zeit und einer erforderlichen Zeit (LOW-Zeit), die eine Zeit für Änderung eines Erfassungssignals von LOW zu HIGH ist, oder eines Vergleichs zwischen einer zweiten vorgegebenen Zeit und einer erforderlichen Zeit (HIGH-Zeit), die eine Zeit für Änderung des Erfassungssignals von HIGH zu LOW ist, dass ein Fehler vorhanden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellensysteme und insbesondere ein Brennstoffzellensystem, in dem der Brennstoffzelle wässrige Brennstofflösung zirkulierend zugeführt wird.
Beschreibung der verwandten Technik
Allgemein ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, in dem wässrige Brennstofflösung, die in einer Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung aufgenommen ist, der Brennstoffzelle durch eine Zirkulationseinrichtung zirkulierend zugeführt wird, während der Brennstoffzelle gleichzeitig Luft, die Sauerstoff enthält, zugeführt wird. Wenn die zirkulierende Zufuhr von wässriger Brennstofflösung während der Energieerzeugung aufgrund eines in der Zirkulationseinrichtung vorhandenen Fehlers unterbrochen wird, unterbricht die Brennstoffzelle in einem derartigen Brennstoffzellensystem die Energieerzeugung, nachdem sie die Energieerzeugung über einen bestimmten Zeitraum unter Verwendung in der Brennstoffzelle verbliebener wässriger Brennstofflösung fortgesetzt hat. Da Sauerstoffzufuhr zu der Kathode (Luftelektrode) der Brennstoffzelle nicht gleichmäßig ist, nimmt Brennstoffverbrauch an der Anode (Brennstoffelektrode) der Brennstoffzelle in Bereichen zu, die Bereichen der Kathode entsprechen, denen mehr Sauerstoff zugeführt wird. Daher wird Verteilung des Brennstoffs in der Brennstoffzelle ungleichmäßig, wenn Energieerzeugung ohne die zirkulierende Zufuhr wässriger Brennstofflösung fortgesetzt wird. Eine derartige ungleichmäßige Verteilung des Brennstoffs beschleunigt den Verschleiß der Brennstoffzelle und führt zu kürzerer Lebensdauer der Brennstoffzelle.
Des Weiteren ist allgemein bekannt, dass in Brennstoffzellensystemen, in denen wässrige Brennstofflösung zirkulierend zugeführt wird, eine Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung einen Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung in einem vorgegebenen Bereich hält. Da die wässrige Brennstofflösung durch die Brennstoffzelle verbraucht wird, fällt der Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung unter den vorgegebenen Bereich, wenn ein Fehler in der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung auftritt und es unmöglich geworden ist, der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung Wasser und Brennstoff zuzuführen (nachzufüllen). Normalerweise wird Konzentrationsregulierung der wässrigen Brennstofflösung durchgeführt, indem der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung Brennstoff in der Annahme zugeführt wird, dass der Flüssigkeitspegel innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt. Aus diesem Grund wird, wenn es unmöglich wird, der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung Wasser zuzuführen, Brennstoff in der Annahme, dass der Flüssigkeitspegel innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, trotz der Tatsache zugeführt, dass der Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung niedriger ist als der vorgegebene Bereich. Daher nimmt die Konzentration von wässriger Brennstofflösung in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung zu stark zu, wodurch es zu einer instabilen Abgabe von der Brennstoffzelle kommt. Des Weiteren nimmt, wenn es aufgrund eines Fehlers der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung unmöglich geworden ist, der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung Brennstoff zuzuführen, die Konzentration der wässrigen Brennstofflösung bei weiterer Energieerzeugung in der Brennstoffzelle ab, und dadurch verringert sich Abgabe von der Brennstoffzelle. Regulierung auf geeignete Konzentration wird, wie beschrieben, unmöglich, und normale Energieerzeugung kann nicht aufrechterhalten werden, wenn ein Fehler in der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhanden ist.
Des Weiteren besteht, wenn es aufgrund eines Fehlers der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung unmöglich wird, der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung Wasser und Brennstoff zuzuführen, eine Gefahr dahingehend, dass sich die Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung leert. Die gleiche Gefahr besteht, wenn es zu einem Fehler, wie beispielsweise Bruch oder Riss, in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung kommt. Wenn die Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung sich leert, wird es unmöglich, wässrige Brennstofflösung zirkulierend zuzuführen, wodurch die Energieerzeugung unterbrochen wird und die Brennstoffzelle verschleißt.
Patentdokument 1 offenbart ein Brennstoffzellensystem, in dem durch einen Kondensator aus Abgas zurückgewonnenes Wasser einem Tank durch eine Rückführpumpe zugeführt wird und in dem Tank aufgenommenes Wasser der Brennstoffzelle durch eine Zuführpumpe zugeführt wird. In dem Brennstoffzellensystem gemäß Patentdokument 1 wird eine Änderung der in dem Tank aufgenommenen Wassermenge gemessen, während die Rückführpumpe angehalten wird und die Zuführpumpe aktiviert wird, und auf Basis des gemessenen Betrages der Änderung wird ein Fehler in der Zuführpumpe erfasst.
Patentdokument 1: JP-A 2006-128012
Gemäß der in Patentdokument 1 offenbarten Methode ist es jedoch nicht möglich, Fehler (wie beispielsweise Austritt von Wasser aufgrund eines Bruchs in einem Strömungskanal) zu erfassen, die zwischen der Zuführpumpe und der Brennstoffzelle vorhanden sind. Wenn eine Methode gemäß Patentdokument 1, wie beschrieben, bei Brennstoffzellensystemen eingesetzt wird, in denen wässrige Brennstofflösung zirkulierend zugeführt wird, ist es wahrscheinlich, dass das System nicht in der Lage ist, in der Zirkulationseinrichtung vorhandene Fehler zu erfassen.
Brennstoffzellensysteme, in denen wässrige Brennstofflösung zirkulierend zugeführt wird, erfordern eine Vielzahl von Erfassungseinrichtungen zum Erfassen einer Strömungsmenge wässriger Brennstofflösung und eines Strömungsdrucks derselben, um Fehler in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung und der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zu erfassen. Aus diesem Grund bestand ein Problem in einer komplizierten Konfiguration von Systemen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das in der Lage ist, einen Fehler in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung auf einfache Weise zu erfassen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das eine Brennstoffzelle, eine Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung zum Aufnehmen der Brennstoffzelle zuzuführender wässriger Brennstofflösung, eine Zirkulationseinrichtung zum zirkulierenden Zuführen der in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung aufgenommenen wässrigen Brennstofflösung zu der Brennstoffzelle, eine Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, eine Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zum Durchführen von Regulierung auf Basis eines Ergebnisses der Erfassung durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung, um den Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu halten, und eine Fehler-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhandenen Fehlers auf Basis einer zeitabhängigen Änderung des Ergebnisses der durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung vorgenommenen Erfassung enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Vergleich zwischen einer laufenden zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung und einer zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung im Normalfall vorgenommen. Wenn die Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, die Zirkulationseinrichtung und die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung normal arbeiten, läuft in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung ein sich wiederholender Zyklus von Flüssigkeitspegel-Abnahme, die durch Verbrauch wässriger Brennstofflösung in der Brennstoffzelle verursacht wird, und Flüssigkeitspegel-Zunahme, die durch die Zufuhr von Wasser und Brennstoff verursacht wird, d. h. ein Vorgang, der durch die Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung bewirkt wird, ab. Dadurch durchläuft in Normalfällen der Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung eine zyklische Änderung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches. Daher ist es einfach, einen in wenigstens der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhandene Fehler über Vergleich zwischen der laufenden zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels und der zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels im Normalfall zu erfassen.
Es ist zu bemerken, dass die Wendung "zirkulierendes Zuführen wässriger Brennstofflösung zu der Brennstoffzelle", wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeutet, dass der Brennstoffzelle wässrige Brennstofflösung zugeführt wird, die wässrige Brennstofflösung enthält, die aus der Brennstoffzelle stammt.
Vorzugsweise erfasst die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung, dass der Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung entweder eine Obergrenze oder eine Untergrenze des vorgegebenen Bereiches erreicht hat, während die Fehler-Erfassungseinrichtung die Fehler auf Basis eines Vergleichs zwischen einer vorgegebenen Zeitdauer und einer erforderlichen Zeit erfasst, die eine Zeit ist, in der sich das durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung bereitgestellte Erfassungsergebnis von der Obergrenze zur Untergrenze des vorgegebenen Bereiches oder umgekehrt ändert. Da der Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung in Normalfällen eine zyklische Auf-und-Ab-Bewegung innerhalb des vorgegebenen Bereiches durchläuft, ist es möglich, einen Fehler durch Vergleich zwischen der erforderlichen Zeit, die eine Zeitdauer für Änderung des Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung von der Obergrenze zur Untergrenze des vorgegebenen Bereiches oder umgekehrt ist, und der vorgegebenen Zeit zu erfassen, die auf Basis einer normalen zeitabhängigen Änderung ermittelt wird. Wenn Erfassung von Fehlern auf die beschriebene Weise durchgeführt wird, kann die Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung so einfach sein, dass sie lediglich in der Lage sein sollte, zu erfassen, dass der Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung die Obergrenze oder die Untergrenze des vorgegebenen Bereiches erreicht hat. Dadurch können Kosten des Systems reduziert werden.
Vorzugsweise stellt die Fehler-Erfassungseinrichtung fest, dass ein Fehler vorliegt, wenn die erforderliche Zeit, die eine Zeitdauer für Änderung des Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung von der Obergrenze zur Untergrenze des vorgegebenen Bereiches oder umgekehrt ist, die vorgegebene Zeit überschritten hat. in diesem Fall sollte die Fehler-Erfassungseinrichtung nur feststellen, ob die erforderliche Zeit die vorgegebene Zeit überschritten hat oder nicht, wodurch es einfach wird, einen Fehler zu erfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das eine Brennstoffzelle, eine Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung zum Aufnehmen von der Brennstoffzelle zuzuführender wässriger Brennstofflösung, eine Zirkulationseinrichtung zum zirkulierenden Zuführen der in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung aufgenommenen wässrigen Brennstofflösung zu der Brennstoffzelle, eine Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, eine Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zum Durchführen von Regulierung auf Basis eines Ergebnisses von Erfassung durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung, um den Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu halten, und eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen von Energieerzeugung in der Brennstoffzelle auf Basis einer zeitabhängigen Änderung des Ergebnisses der durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung durchgeführten Erfassung enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Energieerzeugung in der Brennstoffzelle unterbrochen, wenn sich die laufende zeitabhängige Änderung des Flüssigkeitspegels von der normalen zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels unterscheidet. Das heißt, Energieerzeugung in der Brennstoffzelle wird unterbrochen, wenn ein Fehler in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorliegt und es der Brennstoffzelle nicht möglich ist, normale Energieerzeugung fortzusetzen. Diese Anordnung ermöglicht es, die Brennstoffzelle und damit das Brennstoffzellensystem zu schützen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das eine Brennstoffzelle, eine Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung zum Aufnehmen von der Brennstoffzelle zuzuführender wässriger Brennstofflösung, eine Zirku lationseinrichtung zum zirkulierenden Zuführen der in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung aufgenommenen wässrigen Brennstofflösung zu der Brennstoffzelle, eine Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, eine Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zum Durchführen von Regulierung auf Basis eines Ergebnisses von Erfassung durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung, um den Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu halten, sowie eine Mitteilungseinrichtung, die auf Basis einer zeitabhängigen Änderung des Ergebnisses der durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung durchgeführten Erfassung mitteilt, dass ein Fehler in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhanden ist, enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dem Benutzer des Brennstoffzellensystems einen Fehler mitzuteilen, der in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhanden ist, wenn sich die laufende zeitabhängige Änderung des Flüssigkeitspegels von der normalen zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels unterscheidet. Diese Anordnung bietet dem Benutzer, wenn es nicht möglich ist, normale Energieerzeugung fortzusetzen, eine Möglichkeit, einen Vorgang, wie beispielsweise Unterbrechung der Energieerzeugung durchzuführen. Dadurch ist es möglich, die Brennstoffzelle und damit das Brennstoffzellensystem zu schützen.
Verglichen mit Brennstoffzellensystemen, die in stationären Einrichtungen eingesetzt werden, neigen Brennstoffzellensysteme, die in Transporteinrichtungen eingesetzt werden, aufgrund von Schwingung und so weiter während des Betriebes der Transporteinrichtung eher dazu, Fehler in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung und der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zu entwickeln. Bei dem Brennstoffzellensystem, das mit der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, ist es einfach, einen in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhandene Fehler zu erfassen, und es ist möglich, das System zuverlässig zu schützen. Daher eignet sich das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung für den Einsatz in Transporteinrichtungen.
Die oben beschriebene Aufgabe, weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Motorrades als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von links.
2 ist ein Plan des Systems, der Rohrleitungen in einem Brennstoffzellensystem einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Blockschaltbild, das eine elektrische Konfiguration des Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4A bis 4C sind Diagramme, die zeitabhängige Änderungen eines Flüssigkeitspegels, eines Erfassungssignals und einer Abgabe in einem Normalfall zeigen.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Funktion des Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6A bis 6C sind Diagramme, die ein Beispiel zeitabhängiger Änderungen des Flüssigkeitspegels, des Erfassungssignals und der Abgabe in einem Fall zeigen, in dem eine LOW-Zeit eine erste vorgegebene Zeit überschreitet.
7A bis 7C sind Diagramme, die ein Beispiel zeitabhängiger Änderungen des Flüssigkeitspegels, des Erfassungssignals und der Abgabe in einem Fall zeigen, in dem eine HIGH-Zeit eine zweite vorgegebene Zeit überschreitet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Ausführungsform ist ein Fall, in dem ein Brennstoffzellensystem 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Motorrad 10 als ein Beispiel eines Transportmittels vorhanden ist.
Die Beschreibung bezieht sich zunächst auf das Motorrad 10. Es ist zu bemerken, dass die Begriffe "links" und "rechts", "vordere" und "hintere" "nach oben" und "nach unten", wie sie in der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ausgehend vom norma len Fahrzustand bestimmt werden, d. h. von dem Fahrer aus gesehen, der auf dem Fahrersitz des Motorrades 10 sitzt, wobei der Fahrer einem Griff 24 zugewandt ist.
Das Motorrad 10 enthält, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, vorzugsweise einen Fahrzeugrahmen 12. Der Fahrzeugrahmen 12 hat ein Kopfrohr 14, einen vorderen Rahmen 16, der einen I-förmigen Vertikalschnitt aufweist und sich von dem Kopfrohr 14 nach hinten und nach unten erstreckt, sowie einen hinteren Rahmen 18, der mit einem hinteren Ende des vorderen Rahmens 16 verbunden ist und nach hinten und nach oben ansteigt.
Der vordere Rahmen 16 enthält vorzugweise ein Plattenelement 16a, das eine Breite in der vertikalen Richtung aufweist und sich im Wesentlichen senkrecht zu den Querrichtungen des Fahrzeugs nach hinten und nach unten erstreckt, Flansche 16b, 16c, die sich an einer oberen Abschlusskante bzw. einer unteren Abschlusskante des Plattenelementes 16 befinden und sich nach hinten und nach unten erstrecken und eine Breite in den Querrichtungen haben, sowie verstärkende Rippen 16d, die von Oberflächen des Plattenelementes 16a vorstehen. Die verstärkenden Rippen 16d und die Flansche 16b, 16c weisen Aufbewahrungswände auf, die Kammern an beiden Oberflächen des Plattenelementes 16a schaffen und Aufbewahrungsräume für Komponenten des Brennstoffzellensystems 100 bilden, die weiter unten beschrieben werden.
Der hintere Rahmen 18 enthält vorzugsweise ein Paar aus einem linken und einem rechten Plattenelement, die jeweils eine Breite in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung haben, sich nach hinten und nach oben erstrecken und ein hinteres Ende des vorderen Rahmens 16 einschließen. Die oberen Endabschnitte des Paars Plattenelemente des hinteren Rahmens 18 sind mit Sitzschienen 20 versehen, die daran zur Installation eines nicht dargestellten Sitzes befestigt sind. Es ist zu bemerken, dass 1 das linke Plattenelement des hinteren Rahmens 18 zeigt.
Eine Lenkwelle 22 ist schwenkbar in das Kopfrohr 14 eingeführt. Ein Griffträger 26 ist an einem oberen Ende der Lenkwelle 22 vorhanden, wobei der Griff 24 daran befestigt ist. Der Griffträger 26 weist ein oberes Ende auf, das mit einem Anzeige-/Bedienfeld 28 versehen ist.
Das Anzeige-/Bedienfeld 28 ist, wie ebenfalls unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, vorzugsweise ein integriertes Armaturenbrett, das eine Messeinrichtung 28a zum Messen und Anzeigen verschiedener Daten bezüglich eines Elektromotors 40 (weiter unten beschrieben), eine Anzeigeeinrichtung 28b, die beispielsweise durch eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gebildet wird und dem Fahrer eine Vielzahl von Informationen bezüglich der Fahrt bereitstellt, und einen Eingabeabschnitt 28c zum Eingeben einer Vielzahl von Befehlen und Daten enthält. Der Eingabeabschnitt 28c enthält einen Start-Knopf 30a zum Erteilen eines Energieerzeugungs-Startbefehls für einen Brennstoffzellen-Stapel (im Folgenden einfach als Zellenstapel bezeichnet) 102 sowie einen Stopp-Knopf 30b zum Erteilen eines Energieerzeugungs-Stoppbefehls des Zellenstapels 102.
Ein Paar aus einer linken und einer rechten Vorderradgabel 32 erstreckt sich, wie in 1 gezeigt, von einem unteren Ende der Lenkwelle 22 aus. Jede der Vorderradgabeln 32 enthält ein unteres Ende, das ein Vorderrad 34 drehbar trägt.
Der hintere Rahmen 18 enthält ein unteres Ende, das einen Schwingarm (hinteren Arm) 36 schwenkbar trägt. Der Schwingarm 36 weist ein hinteres Ende 36a auf, das den Elektromotor 40, beispielsweise von Axialspalt-Typ, enthält, der mit dem Hinterrad 38 verbunden ist, um das Hinterrad 38 in Drehung zu versetzen. Der Schwingarm 36 enthält des Weiteren eine Antriebseinheit 42, die elektrisch mit dem Elektromotor 40 verbunden ist. Die Antriebseinheit 42 enthält eine Motor-Steuereinheit 44, die den Drehantrieb des Elektromotors 40 steuert, sowie eine Ladungsmengen-Erfassungseinrichtung 46, die die Ladungsmenge in der Sekundärbatterie 126 (weiter unten beschrieben) erfasst.
Das beschriebene Motorrad 10 ist mit einem Brennstoffzellensystem 100 versehen, wobei seine Bestandteile an dem Fahrzeugrahmen 12 angeordnet sind. Das Brennstoffzellensystem 100 erzeugt elektrische Energie zum Antreiben des Elektromotors 40 und anderer Komponenten des Systems.
Im Folgenden wird das Brennstoffzellensystem 100 unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Das Brennstoffzellensystem 100 ist vorzugsweise ein direktes Methanol-Brennstoffzellensystem, das Methanol (eine wässrige Lösung von Methanol) direkt ohne Reformation zur Erzeugung elektrischer Energie (Energieerzeugung) verwendet.
Das Brennstoffzellensystem 100 enthält den Zellenstapel 102. Der Zellenstapel 102 ist, wie in 1 gezeigt, an dem Flansch 16c aufgehängt und ist unter dem vorderen Rahmen 16 angeordnet.
Der Zellenstapel 102 enthält, wie in 2 dargestellt, eine Vielzahl von Brennstoffzellen (einzelne Brennstoffzellen) 104, die abwechselnd mit Separatoren 106 geschichtet (gestapelt) sind. Jede Brennstoffzelle 104 ist in der Lage, elektrische Energie über elektrochemische Reaktionen zwischen Wasserstoffionen auf Basis von Methanol und Sauerstoff zu erzeugen. Jede Brennstoffzelle 104 in dem Zellenstapel 102 enthält einen Elektrolytfilm 104, wie beispielsweise einen festen Polymerfilm, und ein Paar aus einer Anode (Brennstoffelektrode) 104b und einer Kathode (Luftelektrode) 104c, die einander gegenüberliegen, wobei der Elektrolytfilm 104a dazwischen angeordnet ist. Die Anode 104b und die Kathode 104c sind jeweils mit dem Elektrolytfilm 104a verbunden. Der Elektrolytfilm 104a, die Anode 104b und die Kathode 104c bilden eine MEA (Membran-Elektroden-Einheit). Die Anode 104b und die Kathode 104c enthalten jeweils eine Platin-Katalysatorschicht, die an der Seite vorhanden ist, die näher an dem Elektrolytfilm 104a liegt.
Eine Kühlereinheit 108 ist, wie in 1 dargestellt, unter dem vorderen Rahmen 16 oberhalb des Zellenstapels 102 angeordnet.
In die Kühlereinheit 108 sind, wie in 2 gezeigt, ein Kühler 108a für wässrige Lösung und ein Kühler 108b für Gas-Flüssigkeits-Trennung integriert. An einer Rückseite der Kühlereinheit 108 befindet sich ein Gebläse 110, das vorhanden ist, um den Kühler 108a zu kühlen, und es ist ein weiteres Gebläse 112 (siehe 3) zum Kühlen des Kühlers 108b vorhanden. In 1 sind die Kühler 108a und 108b nebeneinander angeordnet, d. h. einer auf der linken Seite und der andere auf der rechten Seite, und die Figur zeigt das Gebläse 110 zum Kühlen des Kühlers 108a der linken Seite.
Ein Brennstofftank 114, ein Tank 116 für wässrige Lösung und ein Wassertank 118 sind in dieser Reihenfolge von oben nach unten zwischen dem Paar Plattenelementen in dem hinteren Rahmen 18 angeordnet.
Der Brennstofftank 114 enthält einen Methanol-Brennstoff (hoch konzentrierte wässrige Lösung von Methanol) mit einem hohen Konzentrationspegel (enthält beispielsweise ungefähr 50 Gew.-% Methanol), der als Brennstoff für die elektrochemische Reaktion in dem Zellenstapel 102 dient. Der Tank 116 für wässrige Lösung enthält wässrige Methanollösung, die eine Lösung des Methanol-Brennstoffs aus dem Brennstofftank 114 ist, der auf eine für die elektrochemische Reaktion in dem Zellenstapel 102 geeignete Konzentration (beispielsweise ungefähr 3 Gew.-% Methanol enthaltend) verdünnt ist. Der Wassertank 118 enthält Wasser, das bei der elektrochemischen Reaktion in dem Zellenstapel 102 erzeugt wird.
Der Brennstofftank 114 ist mit einem Pegelsensor 120 versehen, während der Tank 116 für wässrige Lösung mit einem Pegelsensor 122 versehen ist und der Wassertank 118 mit einem Pegelsensor 124 versehen ist. Die Pegelsensoren 120, 122 und 124 sind beispielsweise Schwimmsensoren, die jeweils einen nicht dargestellten Schwimmkörper aufweisen, um die Höhe von Flüssigkeit (Flüssigkeitspegel) in den jeweiligen Tanks durch die Position des sich bewegenden Schwimmkörpers zu erfassen.
Vor dem Brennstofftank 114 und oberhalb des vorderen Rahmens 16 befindet sich die Sekundärbatterie 126. Die Sekundärbatterie 126 speichert die elektrische Energie von dem Zellenstapel 102 und führt die elektrische Energie den elektrischen Komponenten in Reaktion auf Befehle von einer Steuereinheit 138 (weiter unten beschrieben) zu. Über der Sekundärbatterie 126 ist eine Brennstoffpumpe 128 angeordnet. Des Weiteren ist ein Auffangtank 130 vor dem Kraftstofftank 114, d. h. oberhalb und hinter der Sekundärbatterie 126, angeordnet.
Eine Pumpe 132 für wässrige Lösung und eine Luftpumpe 134 sind in dem Aufbewahrungsraum an der linken Seite des vorderen Rahmens 16 aufgenommen. An der linken Seite der Luftpumpe 134 befindet sich eine Luftkammer 136. Die Steuereinheit 138 und eine Wasserpumpe 140 sind in dem Aufbewahrungsraum an der rechten Seite des vorderen Rahmens 16 angeordnet.
Des Weiteren ist ein Hauptschalter 142 im vorderen Rahmen 16 vorhanden, der den Aufbewahrungsraum in dem vorderen Rahmen 16 von rechts nach links durchdringt. Beim Anschalten des Hauptschalters 142 wird ein Funktions-Startbefehl für die Steuereinheit 138 erzeugt, und beim Abschalten des Hauptschalters 142 wird ein Funktions-Stoppbefehl für Steuereinheit 138 erzeugt.
Der Brennstofftank 114 und die Brennstoffpumpe 128 sind, wie in 12 dargestellt, über ein Rohr P1 miteinander verbunden. Die Brennstoffpumpe 128 und der Tank 116 für wässrige Lösung sind über ein Rohr P2 miteinander verbunden. Der Tank 116 für wässrige Lösung und die Pumpe 132 für wässrige Lösung sind über ein Rohr P3 miteinander verbunden. Die Pumpe 132 für wässrige Lösung und der Zellenstapel 102 sind über ein Rohr P4 miteinander verbunden. Das Rohr P4 ist mit einem Anodeneinlass I1 des Zellenstapels 102 verbunden. Indem die Pumpe 132 für wässrige Lösung angetrieben wird, wird dem Zellenstapel 102 wässrige Methanollösung zugeführt.
Ein Spannungssensor 144 ist in der Nähe des Anodeneinlasses I1 des Zellenstapels 102 vorhanden, um unter Verwendung einer elektrochemischen Eigenschaft der wässrigen Methanollösung Konzentrationsinformationen zu erfassen, die die Konzentration wässriger Methanollösung (der Anteil von Methanol in der wässrigen Methanollösung) widerspiegeln, die dem Zellenstapel 102 zugeführt wird. Der Spannungssensor 144 erfasst eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 104, und der Wert der erfassten Spannung definiert die Informationen über die elektrochemische Konzentration. Auf Basis der Konzentrationsinfor mationen erfasst die Steuereinheit 138 die Konzentration der dem Zellenstapel 102 zugeführten wässrigen Methanollösung. In der Nähe des Anodeneinlasses I1 des Zellenstapels 102 ist ein Temperatursensor 146 vorhanden, um die Temperatur der dem Zellenstapel 102 zugeführten wässrigen Methanollösung zu erfassen.
Der Zellenstapel 102 und der Kühler 108a für wässrige Lösung sind über ein Rohr P5 miteinander verbunden, und der Kühler 108a sowie der Tank 116 für wässrige Lösung sind über ein Rohr P6 miteinander verbunden. Das Rohr P5 ist mit einem Anodenauslass I2 des Zellenstapels 102 verbunden.
Die Rohre P1 bis P6 dienen primär als Strömungsweg für Brennstoff.
Ein Rohr P7 ist mit der Luftkammer 136 verbunden. Die Luftkammer 136 und die Luftpumpe 134 sind über ein Rohr P8 miteinander verbunden, während die Luftpumpe 134 und der Brennstoffzellenstapel 102 über ein Rohr P9 miteinander verbunden sind. Das Rohr P9 ist mit einem Kathodeneinlass I3 des Zellenstapels 102 verbunden. Indem die Luftpumpe 134 angetrieben wird, wird dem Zellenstapel 102 Luft von außen zugeführt.
Der Zellenstapel 102 und der Kühler 108 für Gas-Flüssigkeits-Trennung sind über ein Rohr P10 miteinander verbunden. Der Kühler 108b und der Wassertank 118 sind über ein Rohr P11 miteinander verbunden. Der Wassertank 118 ist mit einem Rohr (Abgasrohr) P12 verbunden. Das Rohr P12 ist an einem Abgas-Ausstoßauslass des Wassertanks 118 vorhanden und stößt Abgas aus dem Zellenstapel 102 nach außen aus.
Die Rohr P7 bis P12 dienen primär als Strömungsweg für Oxidationsmittel.
Der Wassertank 118 und die Wasserpumpe 140 sind über ein Rohr P13 miteinander verbunden, während die Wasserpumpe 140 und der Tank 116 für wässrige Lösung über ein Rohr P14 miteinander verbunden sind.
Die Rohre P13, P14 dienen als ein Strömungsweg für Wasser.
Des Weiteren ist ein Rohr 115 mit einem Abzweigungsabschnitt A des Rohrs P4 so verbunden, dass ein Teil der wässrigen Methanollösung, die durch das Rohr P4 strömt, einströmt. Ein Ultraschallsensor 148 ist an dem Rohr P15 angebracht. Der Ultraschallsensor 148 ist so angeordnet, dass er die Methanolkonzentration wässriger Methanollösung auf Basis des Prinzips erfasst, demzufolge sich eine Laufzeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit) von Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Konzentration ändert. Der Ultraschallsensor 148 enthält eine Sendereinheit 148a und eine Empfängereinheit 148b. Eine Ultraschallwelle, die von der Sendereinheit 148a gesendet wird, wird von der Empfängereinheit 148b empfangen, um eine Ultraschallwellen-Laufzeit in dem Rohr P15 zu erfassen, und ein Spannungswert, der der Laufzeit entspricht, wird als Information über die physikalische Konzentration verwendet. Die Steuereinheit 138 erfasst die Konzentration der wässrigen Methanollösung in dem Rohr P15 auf Basis der Konzentrationsinformationen.
Ein Erfassungsventil 150 ist mit dem Rohr P15 verbunden. Das Erfassungsventil 150 und der Tank 116 für wässrige Lösung sind über ein Rohr P16 miteinander verbunden. Beim Erfassen der Konzentration wird das Erfassungsventil 150 geschlossen, um den Strom von wässriger Methanollösung in dem Rohr P15 zu unterbrechen. Nach der Erfassung der Konzentration wird das Erfassungsventil 150 geöffnet, um die wässrige Methanollösung, deren Konzentration erfasst worden ist, wieder in den Tank 116 für wässrige Methanollösung abzulassen.
Die Rohre P15, P16 dienen als ein Strömungsweg für Konzentrationserfassung.
Der Tank 116 für wässrige Lösung und der Auffangtank 130 sind über Rohre P17, P18 miteinander verbunden. Der Auffangtank 130 und die Luftkammer 136 sind über ein Rohr P19 miteinander verbunden.
Die Rohre P17 bis P19 bilden einen Strömungsweg für Brennstoffverarbeitung.
Im Folgenden wird auf 3 Bezug genommen, um eine elektrische Konfiguration des Brennstoffzellensystems 100 zu erläutern.
Die Steuereinheit 138 des Brennstoffzellensystems 100 enthält vorzugsweise eine CPU 152 zum Durchführen erforderlicher Berechnungen und zum Steuern von Funktionen des Brennstoffzellensystems 100, eine Taktschaltung 154, die der CPU 152 ein Taktsignal zur Verwendung bei Zeitmessung usw. bereitstellt, einen Speicher 156, der beispielsweise durch einen EEPROM gebildet wird, zum Speichern von Programmen und Daten zum Steuern der Funktionen des Brennstoffzellensystems 100 sowie von Berechnungsdaten, eine Spannungserfassungseinheit 160 zum Erfassen einer Spannung in einem Stromkreis 158, der den Zellenstapel 102 mit einem Elektromotor 40 verbindet, der das Motorrad 10 antreibt, eine Stromerfassungsschaltung 162 zum Erfassen eines elektrischen Stroms, der durch die Brennstoffzellen 104, d. h. den Zellenstapel 102, fließt, eine AN/AUS-Schaltung 164 zum Öffnen und Schließen des Stromkreises 158, eine Diode 166, die in dem Stromkreis 158 vorhanden ist, sowie eine Energiequellen-Schaltung 168, die dem Stromkreis 158 eine vorgegebene Spannung bereitstellt.
Der CPU 152 der Steuereinheit 138, die oben beschrieben ist, werden Erfassungssignale von den Pegelsensoren 120, 122 und 124 sowie Erfassungssignale von dem Spannungssensor 144, dem Temperatur-Sensor 146, dem Ultraschall-Sensor 148 und dem Ladungsmengen-Detektor 46 zugeführt.
Ein Pegelsensor 142 gibt beispielsweise, wie auch unter Bezugnahme auf 4A und 4B zu sehen ist, ein Erfassungssignal HIGH in die CPU 152 ein, bis der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung von einer Obergrenze (erster Schwellenwert) auf eine Untergrenze (zweiter Schwellenwert) eines vorgegebenen Bereiches abnimmt, während er ein Erfassungssignal LOW in die CPU 152 eingibt, bis der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung von dem zweiten Schwellenwert auf den ersten Schwellenwert zunimmt. Dadurch erfasst die CPU 152, dass der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung den zweiten Schwellenwert von dem ersten Schwellenwert ausgehend erreicht hat und dass der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung den ersten Schwellenwert von dem zweiten Schwellenwert ausgehend erreicht hat.
Der CPU 152 werden auch Eingangssignale von dem Hauptschalter 142 zum AN- oder AB-Schalten der elektrischen Energie sowie Eingangssignale von dem Start-Knopf 30a und dem Stopp-Knopf 30b in dem Eingabeabschnitt 28c zugeführt.
Des Weiteren werden der CPU 152 durch die Spannungs-Erfassungsschaltung 160 erfasste Spannungswerte und durch die Strom-Erfassungsschaltung 142 erfasste Stromwerte zugeführt. Die CPU 152 berechnet eine Abgabe des Zellenstapels 102 unter Verwendung der zugeführten Werte der Spannung und des elektrischen Stroms.
Die CPU 152 steuert Systemkomponenten, wie beispielsweise die Brennstoffpumpe 128, die Pumpe 132 für wässrige Lösung, die Luftpumpe 134, die Wasserpumpe 140, das Erfassungsventil 150 und die Gebläse 110, 112. Die Pumpe 132 für wässrige Lösung und die Wasserpumpe 140 werden beispielsweise durch die CPU 152 jeweils so gesteuert, dass ihre Abgabe (die Menge pro Zeiteinheit gepumpter Flüssigkeit) konstant ist. Des Weiteren steuert die CPU 152 die Anzeigeeinrichtung 28b, die verschiedenartige Informationen für den Fahrer des Motorrades 10 anzeigt.
Der Zellenstapel 102 ist mit der Sekundärbatterie 126 und der Antriebseinheit 42 verbunden. Die Sekundärbatterie 126 und die Antriebseinheit 42 sind mit dem Elektromotor 40 verbunden. Die Sekundärbatterie 126 ergänzt die Abgabe von dem Zellenstapel 102, indem sie mit elektrischer Energie von dem Zellenstapel 102 geladen wird und die Elektrizität entladen wird, um dem Elektromotor 40, den Systemkomponenten usw. Energie zuzuführen.
Der Elektromotor 40 ist mit der Messeinrichtung 28a zum Messen verschiedener Daten bezüglich des Elektromotors 40 verbunden. Die Daten und die Statusinformationen des Elektromotors 40, die mit der Messeinrichtung 28a ermittelt werden, werden der CPU 152 über die Schnittstellenschaltung 170 zugeführt.
Der Speicher 156, der die Speichereinrichtung bildet, speichert Programme zum Durchführen der in 5 gezeigten Funktionen, den ersten und den zweiten vorgegebenen Zeitwert, Berechnungsdaten usw.
In der vorliegenden Ausführung bildet der Tank 116 für wässrige Lösung die Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung. Die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung schließt den Pegelsensor 122 ein. Die Zirkulationseinrichtung schließt den Kühler 108a, die Pumpe 132 für wässrige Lösung und die Rohre P3 bis P6 ein. Die Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung schließt den Wassertank 118, die Wasserpumpe 140, die CPU 152 und die Rohre P13, P14 ein. Die Mitteilungseinrichtung schließt den Anzeigeabschnitt 28b und die CPU 152 ein. Die CPU 152 dient auch als die Fehler-Erfassungseinrichtung und die Unterbrechungseinrichtung.
Die Brennstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von Methanol-Brennstoff aus dem Brennstofftank 114, der die Brennstoff-Aufnahmeeinrichtung bildet, zu dem Tank 116 für wässrige Lösung wird durch die Brennstoffpumpe 128 und die Rohre P1, P2 gebildet. Die Wasserzuführeinrichtung zum Zuführen von Wasser aus dem Wassertank 118, der die Wasser-Aufnahmeeinrichtung bildet, zu dem Tank 116 für wässrige Lösung wird durch die Wasserpumpe 140 und die Rohre P13, P14 gebildet. Es sollte bemerkt werden, dass die Brennstoff-Zuführeinrichtung wenigstens die Brennstoffpumpe 128 enthält und die Wasser-Zuführeinrichtung wenigstens die Wasserpumpe 140 enthält. Des Weiteren wird die Zeitmesseinrichtung zum Messen einer erforderlichen Zeit (LOW-Zeit), d. h. der Zeitdauer für Änderung des Erfassungssignals von dem Pegelsensor 122 von LOW auf HIGH, und einer erforderlichen Zeit (HIGH-Zeit), d. h. der Zeitdauer für Änderung des Erfassungssignals von dem Pegelsensor 122 von HIGH auf LOW, durch die CPU 152 und die Taktschaltung 154 gebildet.
Im Folgenden wird eine Grundfunktion des Brennstoffzellensystems 100 beschrieben.
Wenn der Hauptschalter 142 angeschaltet wird, startet das Brennstoffzellensystem 100 die Steuereinheit 138 und beginnt seine Funktion. Nachdem die Steuereinheit 138 gestartet worden ist, und wenn der Start-Knopf 30a gedrückt wird, werden Systemkomponenten, wie beispielsweise die Pumpe 132 für wässrige Lösung und die Luftpumpe 134, unter Verwen dung von Elektrizität von der Sekundärbatterie 126 gestartet, und so wird Energieerzeugung in dem Zellenstapel 102 gestartet.
Wässrige Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung wird, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, durch die Pumpe 132 für wässrige Lösung gepumpt und direkt der Anode 104b in jeder der Brennstoffzellen 104, die den Zellenstapel 102 bilden, über die Rohre P3, P4 sowie einen nicht dargestellten Filter für wässrige Lösung und den Anodeneinlass I1 zugeführt.
Gleichzeitig wird Gas (das hauptsächlich Kohlendioxid, verdampftes Methanol und Wasserdampf enthält) in dem Tank 116 für wässrige Lösung über das Rohr P17 dem Auffangtank 130 zugeführt. Der Methanoldampf und der Wasserdampf werden in dem Auffangtank 130 gekühlt, und die in dem Auffangtank 130 gewonnene wässrige Methanollösung wird über das Rohr P18 zu dem Tank 116 für wässrige Lösung zurückgeführt. Weiterhin wird Gas (das Kohlendioxid, nicht verflüssigtes Methanol und Wasserdampf enthält) in dem Auffangtank 130 über das Rohr P19 der Luftkammer 136 zugeführt.
Luft, die durch die Luftpumpe 134 über die Rohre P7 und einen nicht dargestellten Luftfilter eingeleitet wird, tritt in eine Luftkammer 136 ein, in der sie beruhigt wird. Die Luft, die in die Luftkammer 136 eingeleitet wurde, und Gas aus dem Auffangtank 130 strömen über das Rohr P8 zu der Luftpumpe 134 und dann über das Rohr P9 und den Kathodeneinlass I3 in die Kathode 104c in jeder der Brennstoffzellen 104, die den Zellenstapel 102 bilden.
An der Anode 104b in jeder Brennstoffzelle 104 reagieren Methanol und Wasser in der zugeführten wässrigen Methanollösung chemisch miteinander, so dass Kohlendioxid und Wasserstoffionen entstehen. Die erzeugten Wasserstoffionen strömen über den Elektrolytfilm 104a zu der Kathode 104 und reagieren elektrochemisch mit Sauerstoff in der der Kathode 104c zugeführten Luft, so dass Wasser (Wasserdampf) und Elektroenergie entstehen. So wird Energieerzeugung in dem Zellenstapel 102 durchgeführt. Die Elektrizität von dem Zellenstapel 102 wird verwendet, um die Sekundärbatterie 126 zu laden, das Motorrad 10 anzutreiben, usw. Die Temperatur des Zellenstapels 102 wird durch Wärme von den elektrochemischen Reaktionen erhöht. Die Abgabe von dem Zellenstapel 102 nimmt mit steigender Temperatur zu. Das Brennstoffzellensystem 100 erreicht einen normalen Betriebszustand, in dem es konstant elektrische Energie erzeugen kann, wenn der Zellenstapel 102 beispielsweise eine Temperatur von ungefähr 50°C erreicht hat. Die Temperatur des Zellenstapels 102 kann anhand der durch den Temperatursensor 146 erfassten Temperatur wässriger Methanollösung überprüft werden.
Kohlendioxid, das an der Anode 104b jeder Brennstoffzelle 104 erzeugt wird, und wässrige Methanollösung, die nicht genutztes Methanol enthält, werden durch die Wärme von den elektrochemischen Reaktionen erhitzt. Das Kohlendioxid und die wässrige Methanollösung strömen von dem Anodenauslass I2 des Zellenstapels 102 über das Rohr P5 in den Kühler 108a, in dem sie gekühlt werden. Das Kühlen des Kohlendioxids und des Methanols wird erleichtert, indem das Gebläse 110 angetrieben wird. Das Kohlendioxid und die wässrige Methanollösung, die gekühlt worden sind, strömen dann durch das Rohr P6 und kehren in den Tank 116 für wässrige Lösung zurück.
Das heißt, wässrige Methanollösung, die in dem Tank 116 für wässrige Lösung aufgenommen ist, wird dem Zellenstapel 102 durch die Funktion der Pumpe 132 für wässrige Lösung zirkulierend zugeführt.
Während der Energieerzeugung entstehen Blasen in der wässrigen Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung aufgrund von Zirkulationsstrom wässriger Methanollösung von dem Zellenstapel 102, einem eingehenden Strom des Kohlendioxids aus dem Zellenstapel 102 usw., und so wird der Schwimmkörper des Pegelsensors 122 um ein Maß angehoben, das der Menge an Blasen entspricht.
Dabei wird der Großteil des Wasserdampfs, der an der Kathode 104c in jeder Brennstoffzelle 104 erzeugt wird, verflüssigt und in Form von Wasser über den Kathodenauslass I4 des Zellenstapels 102 abgeleitet, wobei gesättigter Wasserdampf in Form von Gas abgeleitet wird. Der Wasserdampf, der über den Kathodenauslass I4 abgeleitet wurde, wird dem Kühler 108b über das Rohr P10 zugeführt, in dem er gekühlt wird und sein Anteil verflüssigt wird, wenn die Temperatur auf oder unter den Taupunkt sinkt. Der Verflüssigungsvorgang des Wasserdampfes durch den Kühler 108b wird durch die Funktion des Gebläses 112 erleichtert. Der Strom aus dem Kathodenauslass I4, der Wasser (flüssiges Wasser und Wasserdampf), Kohlendioxid und ungenutzte Luft enthält, wird über das Rohr P10, den Kühler 108b und das Rohr P11 dem Wassertank 118 zugeführt, in dem Wasser aufgefangen wird, und anschließend über das Rohr P12 nach außen abgeleitet.
An der Kathode 104c in jeder Brennstoffzelle 104 reagieren das verdampfte Methanol aus dem Auffangtank 130 und das Methanol, das aufgrund von Überkreuzung zu der Kathode 104 gelangt, ist mit Sauerstoff in der Platin-Katalysatorschicht und werden so zu den harmlosen Substanzen Wasser und Kohlendioxid zersetzt. Das Wasser und Kohlendioxid, die aus dem Methanol erzeugt werden, werden über den Kathodenauslass I4 abgeleitet und dem Wassertank 118 über den Kühler 108b zugeführt. Des Weiteren wird Wasser, das aufgrund von Wasser-Überkreuzung zu der Kathode 104c jeder Brennstoffzelle gelangt ist, über den Kathodenauslass I4 abgeleitet und dem Wassertank 118 über den Kühler 108b zugeführt.
Wasser in dem Wassertank 118 wird durch die Funktion der Wasserpumpe 140 über die Rohre P13, P14 dem Tank 116 für wässrige Lösung in geeigneter Weise zugeführt. Die Wasserpumpe 140 wird durch die CPU auf Basis des Erfassungssignals von dem Pegelsensor 122 so gesteuert, dass der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung in dem vorgegebenen Bereich gehalten wird.
Es sollte bemerkt werden, dass der Pegelsensor 122 das Erfassungssignal HIGH in die CPU 152 als einen Anfangswert eingibt, wenn der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung nicht niedriger ist als der erste Schwellenwert (siehe 4A), wenn die Funktion des Sensors gestartet wird (wenn gemäß dem vorliegenden Beispiel Energieerzeugung gestartet wird). Dann ändert, wenn der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung auf den zweiten Schwellenwert abgesunken ist (siehe 4A), der Pegelsensor 122 sein Erfassungssignal, das in die CPU 152 eingegeben wird, von dem Anfangswert, d. h., HIGH, zu LOW. Wenn hingegen der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung niedriger ist als der erste Schwellenwert, wenn die Funktion des Sensors gestartet wird, gibt der Pegelsensor 122 das Erfassungssignal LOW in die CPU 152 als den Anfangswert ein, und dann ändert der Pegelsensor 122 sein in die CPU 152 eingegebenes Erfassungssignal von dem Anfangswert, d. h. LOW, zu HIGH, wenn der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung auf den ersten Schwellenwert angestiegen ist. Nach Ändern des Erfassungssignals von dem Anfangswert arbeitet der Pegel 122 wie oben beschrieben und ändert das Erfassungssignal entsprechend der Änderung des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung von einem zum anderen, d. h. von HIGH zu LOW oder umgekehrt.
Im Folgenden wird auf 4A und 4B Bezug genommen, um zeitabhängige Änderungen des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung und des Erfassungssignals des Pegelsensors 122 in einem normalen Zustand zu beschreiben. Bei dieser Beschreibung ist die Abgabe von dem Zellenstapel 102, wie in 4C dargestellt, konstant. Das heißt, die verbrauchte Menge an wässriger Methanollösung in dem Zellenstapel 102 ist konstant, und die Rate der Verringerung des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung ist konstant.
Wenn, wie dies in 4A dargestellt ist, der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung von dem ersten Schwellenwert (der Obergrenze in dem vorgegebenen Bereich) auf den zweiten Schwellenwert (die Untergrenze in dem vorgegebenen Bereich) abge nommen hat, ändert sich das Erfassungssignal des Pegelsensors 122, wie in 4B dargestellt, von HIGH zu LOW. In Reaktion darauf veranlasst die CPU 4B, dass die Wasserpumpe 140 dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zuzuführen (nachzufüllen) beginnt.
Nach dem Beginn der Zufuhr von Wasser ändert sich, wenn, wie dies in 4A dargestellt ist, der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung von dem zweiten Schwellenwert auf den ersten Schwellenwert ansteigt, das Erfassungssignal des Pegelsensors 122 von LOW zu HIGH, wie dies in 4B dargestellt ist. In Reaktion darauf veranlasst die CPU 152 die Wasserpumpe 140, die Zufuhr von Wasser zu dem Tank 116 für wässrige Lösung zu unterbrechen. Dadurch beginnt der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung wieder von dem ersten Schwellenwert abzunehmen. Wenn der Pegel wässriger Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung dieses Muster der Zunahme und Abnahme wiederholt, durchläuft der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung eine zyklische Änderung (Auf-und-Ab-Bewegung) zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert (in dem vorgegebenen Bereich) (siehe 4A).
Eine erforderliche Zeit, d. h. eine Zeitdauer für die Abnahme des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung von dem ersten Schwellenwert auf den zweiten Schwellenwert aufgrund des Verbrauchs wässriger Methanollösung durch den Zellenstapel 102 beträgt beispielsweise ungefähr 10 Sekunden. Das heißt, die erforderliche Zeit (HIGH-Zeit), die eine Zeitdauer vor Änderung des Erfassungssignaleingangs in die CPU 152 von HIGH zu LOW ist, beträgt beispielsweise ungefähr 10 Sekunden.
Eine erforderliche Zeit, d. h. eine Zeitdauer für die Zunahme des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung von dem zweiten Schwellenwert auf den ersten Schwellenwert aufgrund der Zufuhr von Wasser, beträgt beispielsweise ungefähr 2 Sekunden. Das heißt, die erforderliche Zeit (LOW-Zeit), die eine Zeitdauer vor Änderung des Erfassungssignaleingangs in die CPU 152 von LOW zu HIGH ist, beträgt beispielsweise ungefähr 2 Sekunden. Wenn die Pumpe 132 für wässrige Lösung angehalten wird, d. h., wenn die zirkulierende Zufuhr wässriger Methanollösung unterbrochen wird, verschwinden Blasen, die in der wässrigen Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung vorhanden sind, und der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung nimmt ab. Dadurch kommt es, wenn der Pegel zum Zeitpunkt der Unterbrechung von zirkulierender Zufuhr der zweite Schwellenwert ist, zu einer starken Abnahme des Flüssigkeitspegels nach der Unterbrechung der zirkulierenden Zufuhr von dem zweiten Schwellenwert, und die LOW-Zeit beim nächsten Start von zirkulierender Zufuhr (Beginn der Energieerzeugung) wird die längste (beispielsweise annähernd 6 Sekunden) normalerweise annehmbarer LOW-Zeiten.
Es sollte bemerkt werden, dass, da die Abgabe von der Pumpe 132 für wässrige Lösung und die Abgabe von der Wasserpumpe 140 konstant sind und da die verbrauchte Menge an wässriger Methanollösung aufgrund von Betriebsbedingungen (Energieerzeugungsbedingungen) nur geringfügig variiert, sich der Flüssigkeitspegel und das Erfassungssignal, wie in 4A und 4B dargestellt, im Allgemeinen unabhängig von den Betriebsbedingungen ändern.
Es sollte des Weiteren bemerkt werden, dass beim tatsächlichen Betrieb Methanol-Brennstoff dem Tank 116 für wässrige Lösung in einem vorgegebenen Intervall zugeführt wird, wie dies weiter unten beschrieben wird. 4A zeigt dies jedoch nicht, da die zugeführte Menge des Methanol-Brennstoffs klein genug ist, um einen wahrnehmbaren Unterschied des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung zu bewirken.
Methanol-Brennstoff in dem Brennstofftank 114 wird, wie wiederum unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, dem Tank 116 für wässrige Lösung durch eine Pumpfunktion der Brennstoffpumpe 128 auf geeignete Weise über die Rohre P1, P2 zugeführt. Die Brennstoffpumpe 128 wird durch die CPU 152 auf Basis der Konzentration wässriger Methanollösung gesteuert, die durch einen Spannungssensor 144 oder einen Ultraschallsensor 148 erfasst wird. Das heißt, die CPU 152 veranlasst die Brennstoffpumpe 128, Methanol-Brennstoff so zuzuführen, dass wässrige Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung eine Konzentration (beispielsweise 3 Gew.-%) hat, die auf Basis eines Ergebnisses der Konzentrationserfassung auf Basis einer Annahme, dass sich beispielsweise der Flüssigkeitspegel auf dem zweiten Schwellenwert befindet, für Energieerzeugung geeignet ist. Das heißt, die CPU 152 veranlasst die Pumpe 128 Methanol-Brennstoff auf Basis eines Ergebnisses der Konzentrationserfassung in einer Annahme zuzuführen, dass eine vorgegebene Menge an wässriger Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung enthalten ist. Eine derartige Konzentrationsregulierung wird beispielsweise alle 5 Sekunden durchgeführt. Da die Sollkonzentration der wässrigen Methanollösung beispielsweise 3 Gew.-% beträgt, ist die Menge an Methanol-Brennstoff, die dem Tank 116 für wässrige Lösung bei der Konzentrationsregulierung zugeführt wird, erheblich geringer als die Flüssigkeitsmenge in dem Tank 116 für wässrige Lösung.
Das Brennstoffzellensystem 100, wie es oben beschrieben wird, erfasst auf Basis der HIGH-Zeit und der LOW-Zeit einen Fehler, der in dem Tank 116 für wässrige Lösung, der die Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung bildet, der Zirkulationseinrichtung, die den Kühler 108a, die Pumpe 132 für wässrige Lösung und die Rohre P3 bis P6 enthält, und der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung, die den Wassertank 118, die Wasserpumpe 140 und die Rohre P13, P14 enthält, vorhanden sein kann.
Im Folgenden wird auf 5 Bezug genommen, um ein Beispiel der Funktion des Brennstoffzellensystems 100 zu beschreiben.
Zunächst werden, wenn der Start-Knopf 30a gedrückt wird, Systemkomponenten, wie beispielsweise die Pumpe 132 für wässrige Lösung und die Luftpumpe 134, gestartet, und Energieerzeugung wird gestartet. Gleichzeitig wird die Eingabe des Erfassungssignals von dem Pegelsensor 122 in die CPU 152 in Gang gesetzt (Schritt S1).
Wenn in Schritt S1 der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung niedriger ist als der erste Schwellenwert (siehe 4A), wird die Eingabe des Erfassungssignals LOW, das anzeigt, dass der Flüssigkeitspegel erhöht werden muss, in die CPU 152 gestartet. Wenn hingegen der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung nicht niedriger ist als der erste Schwellenwert, wird die Eingabe des Erfassungssignals HIGH, das anzeigt, dass es nicht erforderlich ist, den Flüssigkeitspegel zu erhöhen, in die CPU 152 in Gang gesetzt. Dann startet in Schritt S3, wenn die CPU 152 einen Eingang des Erfassungssignals LOW hat, die CPU 152 Funktion der Wasserpumpe 140 und beginnt, die LOW-Zeit auf Basis des Taktsignals von der Taktschaltung 154 zu messen (Schritt S5).
Anschließend startet die CPU 152 Vergleich zwischen der LOW-Zeit und der ersten vorgegebenen Zeit, die ein im Voraus in dem Speicher 156 gespeicherter Wert ist, um festzustellen, ob die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit überschritten hat oder nicht (Schritt S7). Die erste vorgegebene Zeit ist in normalem Betrieb länger als die längste annehmbare LOW-Zeit (sechs Sekunden). Bei diesem Beispiel ist die erste vorgegebene Zeit auf sieben Sekunden eingestellt.
Wenn beispielsweise ein Defekt der Wasserpumpe 140 oder ein Bruch in dem Wassertank 118 oder in den Rohren P13, P14 es unmöglich gemacht hat, dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zuzuführen (aufzufüllen), überschreitet die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit. Methanol-Brennstoff wird, wie bereits beschrieben, dem Tank 116 für wässrige Lösung auf Basis der Annahme zugeführt, dass der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung der zweite Schwellenwert ist, und wenn es unmöglich wird, Wasser in den Tank 116 für wässrige Lösung nachzufüllen, wird so die Konzentration der flüssigen Methanollösung zu hoch. Das heißt, es wird unmöglich, angemessene Konzentrationsregulierung durchzuführen. Des Weiteren wird der Tank 116 für wässrige Lösung schließlich leer, so dass es unmöglich wird, die zirkulierende Zufuhr von wässriger Methanollösung fortzusetzen. Wenn zirkulierende Zufuhr wässriger Methanollösung bei Energieerzeugung (wenn die Luftpumpe 134 in Betrieb ist) unterbrochen wird, wird Energieerzeugung über eine gewisse Zeit unter Verwendung in dem Zellenstapel 102 zurückgebliebener wässriger Methanollö sung fortgesetzt. Nach Ablauf von ungefähr dreißig Sekunden nach der Unterbrechung zirkulierender Zufuhr wird jedoch Methanolverbrauch in einem Ausmaß fortgesetzt, in dem die Abgabe von dem Zellenstapel 102 abzufallen beginnt, und schließlich hört die Energieerzeugung auf. In der einzelnen Brennstoffzelle 104 wird der Kathode 104c Sauerstoff ungleichmäßig zugeführt. Daher steigt, wenn Energieerzeugung fortgesetzt wird, während die zirkulierende Zufuhr wässriger Methanollösung unterbrochen wird, der Methanolverbrauch an der Anode 104b in Bereichen an, die Bereichen der Kathode 104c entsprechen, denen mehr Sauerstoff zugeführt wird. In dieser Situation wird, wenn die Abgabe von der Brennstoffzelle 102 abzufallen beginnt, Verteilung von Methanol in der MEA der Brennstoffzelle 104 ungleichmäßig. Ungleichmäßige Verteilung von Methanol beschleunigt Verschleiß der MEA, d. h. der Brennstoffzelle 104, wodurch die Lebensdauer des Zellenstapels 102 verkürzt wird. Desgleichen ist in jeder der Brennstoffzellen 104, die den Zellenstapel 102 bilden, die Menge an Sauerstoff, die jeder Kathode 104c zugeführt wird, ungleichmäßig. Daher unterscheidet sich das Ausmaß von Verschleiß von einer Brennstoffzelle 104 zur anderen.
Wenn die LOW-Zeit in Schritt S7 die erste vorgegebene Zeit überschritten hat, stellt die CPU 152 fest, dass ein Fehler vorhanden ist (Schritt S9) und unterbricht die Energiezufuhr zu den Systemkomponenten (Schritt S11). Das heißt, die CPU 152 erfasst auf Basis eines Ergebnisses des Vergleichs zwischen der LOW-Zeit und der ersten vorgegebenen Zeit, dass ein Fehler in dem Kühler 108a, dem Tank 116 für wässrige Lösung, dem Wassertank 118, der Pumpe 132 für wässrige Lösung, der Wasserpumpe 140 oder den Rohren P3 bis P6, P13 und P14 vorhanden ist. Die CPU 142 stellt fest, dass ein Fehler vorhanden ist, wenn die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit überschritten hat. In diesem Fall unterbricht die CPU 152 zwangsweise die Funktion von Systemkomponenten aufgrund der Gefahr von Verschleiß der Brennstoffzelle 104, der durch die Unmöglichkeit weiterer Energieerzeugung (normaler Energieerzeugung) verursacht wird. Durch diese Anordnung wird Energieerzeugung in dem Zellenstapel 102 zwangsweise unterbrochen, wodurch es möglich wird, Verschleiß der Brennstoffzelle 104 zu reduzieren und das Brennstoffzellensystem 100 zu schützen.
Anschließend veranlasst der Anzeigeabschnitt 28b die Anzeige einer Mitteilung, um so dem Benutzer des Brennstoffzellensystems 100 (in dieser Ausführungsform dem Fahrer des Motorrades 10) einen Fehler mitzuteilen (Schritt S13), und der Betrieb wird beendet.
Wenn hingegen das in die CPU 152 eingegebene Erfassungssignal in Schritt S15 von LOW auf HIGH geändert wird, bevor die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit in Schritt S7 überschritten hat, unterbricht die CPU 152 Funktion der Wasserpumpe 140 und unterbricht gleichzeitig die Messung der LOW-Zeit und löscht die LOW-Zeit (Schritt S17). Dann startet die CPU 152 Messung der HIGH-Zeit (Schritt S19).
Anschließend startet die CPU 152 Vergleich zwischen der HIGH-Zeit und der zweiten vorgegebenen Zeit, die ein im Voraus in dem Speicher 156 gespeicherter Wert ist, um festzustellen, ob die HIGH-Zeit die zweite vorgegebene Zeit überschritten hat oder nicht (Schritt S21). Die zweite vorgegebene Zeit ist länger als die normale HIGH-Zeit (beispielsweise zehn Sekunden), ist jedoch kürzer als eine Zeitdauer (bei der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise dreißig Sekunden) von der Unterbrechung der zirkulierenden Zufuhr bei Energieerzeugung bis zur Verringerung der Abgabe aus dem Zellenstapel 102. In der vorliegenden Ausführung ist die zweite vorgegebene Zeit beispielsweise auf elf Sekunden festgelegt. Wenn die Abgabe aus dem Zellenstapel 102 nach Unterbrechung von zirkulierender Zufuhr abzunehmen beginnt, ist, wie bereits beschrieben, Verteilung von Methanol in der MEA der Brennstoffzelle 104 ungleichmäßig, und in dieser Situation wird Verschleiß der Brennstoffzelle 104 beschleunigt. Um dies zu verhindern, ist die zweite vorgegebene Zeit kürzer als eine Zeitdauer vor Verringerung der Abgabe des Zellenstapels 102 nach einer Unterbrechung zirkulierender Zufuhr.
Wenn zirkulierende Zufuhr wässriger Methanollösung während Energieerzeugung aufgrund eines Defektes der Pumpe 132 für wässrige Lösung unterbrochen wird, nimmt beispielsweise der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung nicht mehr ab, und die HIGH-Zeit überschreitet die zweite vorgegebene Zeit. In diesem Fall ist, da zirkulierende Zufuhr wässriger Methanollösung unterbrochen worden ist, ein zu erwartendes Ergebnis Unterbrechung von Energieerzeugung und Verschleiß der Brennstoffzelle 104.
Daher wird, wenn die HIGH-Zeit in Schritt S21 die zweite vorgegebene Zeit überschritten hat, festgestellt, dass ein Fehler vorhanden ist, und der Prozess geht zu Schritt S9 über, in dem die Systemkomponenten zwangsweise angehalten werden.
Wenn hingegen das in die CPU 152 eingegebene Erfassungssignal in Schritt S23 von HIGH auf LOW geändert wird, bevor die zweite vorgegebene Zeit in Schritt S21 überschritten wird, unterbricht die CPU 152 Messung der HIGH-Zeit und löscht die HIGH-Zeit (Schritt S25). Anschließend kehrt der Prozess zu Schritt S5 zurück.
Des Weiteren kehrt der Prozess zu Schritt S7 zurück, bis das Erfassungssignal in Schritt S15 HIGH wird. Der Prozess kehrt zu Schritt S21 zurück, bis das Erfassungssignal in Schritt S23 LOW wird. Der Prozess geht zu Schritt S19 über, wenn das in Schritt S3 in die CPU 152 eingegebene Erfassungssignal HIGH ist.
Es sollte bemerkt werden, dass nach Schritt S9 einer der Schritte S11 und S13 durchgeführt werden kann. Das heißt, nachdem festgestellt wird, dass normale Energieerzeugung nicht mehr möglich ist, kann das System entweder Energiezufuhr zu den Systemkomponenten unterbrechen oder dem Fahrer den Fehler mitteilen.
Im Folgenden wird auf 6A und 6B Bezug genommen, um ein Beispiel zeitabhängiger Änderungen des Flüssigkeitspegels und des Erfassungssignals in dem Fall zu beschreiben, in dem die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit überschreitet. 6A und 6B zeigen zeitabhängige Änderungen in einem Fall, in dem es aufgrund eines Defektes der Wasserpumpe 140 unmöglich wird, dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zuzuführen.
Wenn es unmöglich wird, dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zuzuführen, nimmt, wie in 6A dargestellt, der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung weiter ab, während der Zellenstapel 102 wässrige Methanollösung verbraucht. Dadurch überschreitet, wie in 6B dargestellt, die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit.
Wenn es, wie oben beschrieben, unmöglich wird, Wasser zuzuführen, wird es, wie bereits beschrieben, unmöglich, angemessene Konzentrationsregulierung durchzuführen, und die Abgabe von dem Zellenstapel 102 wird instabil. Das heißt, Methanol-Brennstoff, der bei der Konzentrationsregulierung zugeführt wird, erhöht, wie aus 6C verständlich wird, die Konzentration wässriger Methanollösung zu stark, so dass die Abgabe von dem Zellenstapel 102 abnimmt. Die Abgabe von dem Zellenstapel 102 nimmt zu, wenn die Konzentration wässriger Methanollösung aufgrund von Energieerzeugung abnimmt (näher an 3 Gew.-% kommt). Da jedoch dem Tank 116 für wässrige Lösung wieder Methanol-Brennstoff zugeführt wird, nimmt die Abgabe von dem Zellenstapel 102 ab. Die Abgabe von dem Zellenstapel 102 wird, wie oben beschrieben, instabil, wenn es unmöglich wird, dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zuzuführen.
Des Weiteren wird, wenn es unmöglich wird, dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zuzuführen, der Tank 116 für wässrige Lösung schließlich leer, so dass es unmöglich wird, die zirkulierende Zufuhr der wässrigen Methanollösung fortzusetzen. Wenn zirkulierende Zufuhr bei Energieerzeugung unterbrochen wird, wird Energieerzeugung in dem Zellenstapel 102 für eine gewisse Zeit unter Verwendung von wässriger Methanollösung fortgesetzt, die an der Anode 104b jedes Zellenstapels 102 vorhanden ist. Nach Ablauf von beispielsweise ungefähr dreißig Sekunden nach der Unterbrechung zirkulierender Zufuhr jedoch erreicht Methanolverbrauch an der Anode 104b ein Maß, bei dem die Abgabe von dem Zellenstapel 102 abzufallen beginnt (siehe 6C). Zu der Zeit, zu der die Abgabe von dem Zellenstapel 102 abzufallen beginnt, ist Verteilung von Methanol in der MEA der Brennstoffzelle 104 ungleichmäßig, und durch diese Situation wird Verschleiß der Brennstoffzelle 104 beschleunigt. Dadurch wird die Lebensdauer des Zellenstapels 102 verkürzt.
Es ist auch wahrscheinlich, dass die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit überschreitet, selbst wenn der Wassertank 118, die Wasserpumpe 140 und die Rohre P13 P14 sämtlich normal funktionieren. Es kann beispielsweise einen Fall geben, in dem wenigstens der Kühler 108a, der Tank 116 für wässrige Lösung, die Pumpe 132 für wässrige Lösung oder die Rohre P3 bis P6 beschädigt sind, so dass wässrige Methanollösung nach außen austritt. 6A zeigt ein Beispiel zeitabhängiger Änderung des Flüssigkeitspegels in diesem Fall mit Zwei-Punkt-Strich-Linien. In dieser Situation wird die Rate der Verringerung des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung größer als in dem normalen Fall, d. h. der Flüssigkeitspegel erreicht den zweiten Schwellenwert in kürzerer Zeit. Wenn der Flüssigkeitspegel den zweiten Schwellenwert erreicht, wird die Zufuhr von Wasser gestartet, und die Rate der Verringerung des Flüssigkeitspegels wird geringer. Wenn jedoch das Maß der Verringerung der wässrigen Methanollösung größer ist als die Menge der Wasserzufuhr, ist es unmöglich, den Flüssigkeitspegel zu erhöhen, und daher überschreitet die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit. In diesem Fall wiederum wird es unmöglich, geeignete Konzentrationsregulierung zu gewährleisten. Des Weiteren wird der Tank 116 für wässrige Lösung schließlich leer, so dass es zur Unterbrechung von zirkulierender Zufuhr kommt und die Energieerzeugung unterbrochen wird und die Brennstoffzelle 104 verschleißt.
Neben diesen Fällen kann es beispielsweise einen Fall geben, in dem das Maß der Verringerung und das Maß der Wasserzufuhr aufgrund eines Fehlers im Wesentlichen gleich werden. Auch in diesem Fall wird es unmöglich, den Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung auf den ersten Schwellenwert zu bringen, und so übersteigt die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit.
Es kann, wie beschrieben, verschiedene Fälle geben, in denen die LOW-Zeit die erste vorgegebene Zeit übersteigt. In jedem dieser Fälle besteht ein Fehler in dem Kühler 108, dem Tank 116 für wässrige Lösung, dem Wassertank 118, der Pumpe 132 für wässrige Lösung, der Wasserpumpe 140 oder den Rohren P3 bis P6, P13, P14.
Im Folgenden wird auf 7A und 7B Bezug genommen, um ein Beispiel zeitabhängiger Änderungen des Flüssigkeitspegels und des Erfassungssignals in dem Fall zu beschreiben, in dem die HIGH-Zeit die zweite vorgegebene Zeit überschreitet. 7A und 7B zeigen zeitabhängige Änderungen in einem Fall, in dem es aufgrund eines Defektes der Pumpe 132 für wässrige Lösung bei Energieerzeugung unmöglich wird, dem Zellenstapel 102 wässrige Methanollösung zirkulierend zuzuführen.
Wenn zirkulierende Zufuhr von wässriger Methanollösung aufgrund eines Defektes der Pumpe 132 für wässrige Lösung bei Energieerzeugung unterbrochen wird, beginnen, wie in 7A dargestellt, Blasen in dem Tank 116 für wässrige Lösung zu verschwinden, und der Flüssigkeitspegel fällt schnell ab, bis der zweite Schwellenwert erreicht ist. Wenn der Flüssigkeitspegel den zweiten Schwellenwert erreicht, wird die Zufuhr von Wasser gestartet. Da jedoch die Rate der Abnahme des Flüssigkeitspegels aufgrund verschwindender Blasen groß ist, ist es unmöglich, den Flüssigkeitspegel zu erhöhen, obwohl die Rate der Abnahme des Flüssigkeitspegels geringfügig kleiner wird als vor dem Beginn der Zufuhr von Wasser. So nimmt der Flüssigkeitspegel weiter ab, bis die Blasen vollständig verschwunden sind. Dann nimmt, wenn die Blasen vollständig verschwunden sind, der Flüssigkeitspegel mit der Zufuhr von Wasser zu, und wenn der Flüssigkeitspegel den ersten Schwellenwert erreicht, wird die Zufuhr von Wasser unterbrochen. Anschließend nimmt der Flüssigkeitspegel nicht ab, da die zirkulierende Zufuhr unterbrochen ist und die HIGH-Zeit, wie in 7B dargestellt, die zweite vorgegebene Zeit überschreitet. Wenn zirkulierende Zufuhr aufgrund eines Defektes der Pumpe 132 für wässrige Lösung unterbrochen wird, beginnt, wie beschrieben, die Abgabe von dem Zellenstapel 102 aufgrund fortgesetzten Methanolverbrauchs an der Anode 104b (siehe 7C) abzunehmen, wodurch es zur Unterbrechung der Energieerzeugung und Verschleiß der Brennstoffzelle 104 kommt.
Es ist zu bemerken, dass, selbst wenn zirkulierende Zufuhr unterbrochen worden ist und der Flüssigkeitspegel, wie beschrieben, den ersten Schwellenwert erreicht hat, es Fälle geben kann, in denen der Flüssigkeitspegel aufgrund von Vibration, Neigung usw. des Motorrades 10 auf oder unter den zweiten Schwellenwert absinkt, wodurch es zu einer Eingabe des Erfassungssignals LOW in die CPU 152 kommt, bevor die zweite vorgegebene Zeit überschritten ist. In einem derartigen Fall, in dem das Erfassungssignal LOW aufgrund einer fehlerhaften Erfassung eingegeben wird, wird dem Tank 116 für wässrige Lösung Wasser zugeführt, so dass der Flüssigkeitspegel schließlich aufgrund von Vibration, Neigung usw. nicht mehr auf einen Pegel abfällt, der nicht höher ist als der zweite Schwellenwert. Das heißt, wenn zirkulierende Zufuhr aufgrund eines Defektes (Stillstand) der Pumpe 132 für wässrige Lösung unterbrochen wird, ergibt sich schließlich einfach eine Situation, in der die CPU 152 nur das Erfassungssignal HIGH empfängt, wodurch die HIGH-Zeit die zweite vorgegebene Zeit überschreitet.
Neben diesen Fällen kann es einen Fall geben, in dem es beispielsweise unmöglich wird, Wasserzufuhr aufgrund eines Defektes der Wasserpumpe 140 zu unterbrechen. In diesem Fall nimmt, wie in 7A mit Zwei-Punkt-Strich-Linien dargestellt, der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung weiter zu, und die HIGH-Zeit überschreitet die zweite vorgegebene Zeit. Da zirkulierende Zufuhr fortgesetzt wird und die Konzentrationsregulierung in einem vorgegebenen Intervall durchgeführt wird, wird Energieerzeugung fortgesetzt. Da jedoch die Konzentration von wässriger Methanollösung abnimmt, fällt die Abgabe von dem Zellenstapel 102 ab. Des Weiteren besteht eine Gefahr dahingehend, dass wässrige Methanollösung aus dem Tank 116 für wässrige Lösung überfließt.
Ein weiteres Beispiel ist Verstopfung der Rohre P3 bis P6 usw., durch die die Rate der Abnahme des Flüssigkeitspegels in dem Tank 116 für wässrige Lösung reduziert wird. Auch in dieser Situation überschreitet die HIGH-Zeit die zweite vorgegebene Zeit. In diesem Fall nimmt die zugeführte Menge von wässriger Methanollösung zu dem Zellenstapel 102 ab, wodurch eine Gefahr verringerter Abgabe von dem Zellenstapel 102 und Verschleiß der Brennstoffzelle 104 entsteht.
Es kann, wie beschrieben, verschiedene Fälle geben, in denen die HIGH-Zeit die zweite vorgegebene Zeit überschreitet. In jedem dieser Fälle liegt jedoch ein Fehler in dem Kühler 108a, dem Tank 116 für wässrige Lösung, der Pumpe 132 für wässrige Lösung, der Wasserpumpe 140 oder den Rohren P3 bis P6 vor.
Es sollte bemerkt werden, dass, obwohl Vibration von dem Motorrad 10 fluktuierende Bewegung wässriger Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung bewirkt, normalerweise der Zyklus der Fluktuation erheblich kürzer ist als eine normale LOW-Zeit (beispielsweise zwei Sekunden, siehe 4B). Daher kann, wenn sich das Erfassungssignal innerhalb einer halben Periode (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise eine Sekunde) der normalen LOW-Zeit von LOW auf HIGH oder von HIGH auf LOW ändert, eine derartige Änderung einfach ignoriert werden. Durch dieses Vorgehen werden die Möglichkeiten von Fehlerfassung reduziert.
Bei dem beschriebenen Brennstoffzellensystem 100 ist es leicht, einen Fehler, der in dem Kühler 108a, dem Tank 116 für wässrige Lösung, dem Wassertank 118, der Pumpe 132 für wässrige Lösung, der Wasserpumpe 140 oder den Rohren P3 bis P6, P13, P14 vorhanden ist, auf Basis eines Ergebnisses des Vergleichs zwischen der LOW-Zeit und der ersten vorgegebenen Zeit sowie eines Ergebnisses des Vergleichs zwischen der HIGH-Zeit und der zweiten vorgegebenen Zeit zu erfassen. Das heißt, es ist möglich, einen Feh ler auf einfache Weise über den Vergleich zwischen einer virtuell laufenden zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels bis zu dem aktuellen Zeitpunkt mit einem normalen Muster zeitabhängiger Änderungen des Flüssigkeitspegels zu erfassen. Wenn ein Fehler vorhanden ist, wird Funktion der Systemkomponenten zwangsweise unterbrochen, um Energieerzeugung in dem Zellenstapel 102 zu unterbrechen. Durch diese Vorkehrung wird es möglich, Verschleiß der Brennstoffzelle 104 zu reduzieren und zu verhindern, dass sich die Lebensdauer des Zellenstapels 102 verkürzt. Des Weiteren wird es möglich, zu verhindern, dass wässrige Methanollösung aus dem Tank 116 für wässrige Lösung überläuft, wenn der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung weiter steigt. Des Weiteren wird es aufgrund von Mitteilung über das Vorhandensein eines Fehlers unter Verwendung des Anzeigeabschnitts 28b möglich, dass der Benutzer des Brennstoffzellensystem 100 korrigierende Vorgänge, wie beispielsweise Reparatur, durchführt. Energieerzeugung in dem Zellenstapel 102 wird, wie beschrieben, unterbrochen, und eine Mitteilung über Fehler wird erzeugt, wenn ein Fehler vorliegt, so dass es möglich wird, das Brennstoffzellensystem 100 zu schützen.
Das System kann einen einfachen Pegelsensor 122 enthalten, der lediglich in der Lage ist, zu erfassen, dass der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung den ersten Schwellenwert oder den zweiten Schwellenwert erreicht hat, und so ist es möglich, Kosten des Brennstoffzellensystems 100 zu reduzieren.
Die CPU 152 sollte lediglich in der Lage sein, festzustellen, ob die LOW-Zeit länger ist als die erste vorgegebene Zeit und ob die HIGH-Zeit länger ist als die zweite vorgegebene Zeit, und so ist es einfach, den Fehler zu erfassen.
Verglichen mit stationären Einrichtungen ist das Motorrad 10 anfälliger für Fehler, die in den Einzelteilen des Brennstoffzellensystems 100 aufgrund von Vibration usw. entstehen, die mit dem Einsatz verbunden sind. Bei dem Brennstoffzellensystem 100 ist es einfach, Vorhandensein eines Fehlers zu erfassen, und es ist möglich, die Zuverlässigkeit des Systems zu schützen. Daher kann das Brennstoffzellensystem 100 geeigneterweise bei Transporteinrichtungen, wie beispielsweise dem Motorrad 10 eingesetzt werden.
Es sollte bemerkt werden, dass die erste vorgegebene Zeit auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann, solange sie länger ist als die längste normal annehmbare LOW-Zeit und kürzer ist als die Zeit von der Unterbrechung zirkulierende Zufuhr bis zur Verringerung der Abgabe. Desgleichen kann die zweite vorgegebene Zeit auf jeden beliebigen Wert festgelegt werden, solange sie länger ist als eine normale HIGH-Zeit und kürzer als die Zeit von der Unterbrechung zirkulierender Zufuhr bis zur Verringerung der Abgabe.
Die erste und die zweite vorgegebene Zeit können variabel sein. Die erste vorgegebene Zeit kann beispielsweise variiert werden, um Alterungsverschleiß des Zellenstapels 102 zu kompensieren. Das heißt, die erste vorgegebene Zeit kann entsprechend einer Gesamt-Energieerzeugungszeit des Zellenstapels 102 variiert werden. Die Menge an wässriger Methanollösung, die durch den Zellenstapel 102 verbraucht wird, nimmt ab, wenn der Zellenstapel 102 älter wird. So ist es möglich, eine geeignete erste vorgegebene Zeit auf Basis einer Gesamt-Energieerzeugungszeit des Zellenstapels 102 festzulegen. Desgleichen kann die zweite vorgegebene Zeit variiert werden, wenn die Wasserpumpe 140 älter wird und ihre Leistung (Abgabe) abnimmt. Das heißt, die zweite vorgegebene Zeit kann entsprechend einer Gesamt-Betriebszeit der Wasserpumpe 140 variiert werden. Eine erforderliche Zeit, die eine Zeitdauer ist, die erforderlich ist, um den Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung von dem zweiten Schwellenwert auf den ersten Schwellenwert zu erhöhen, wird länger, wenn die Wasserpumpe 140 älter wird und ihre Leistung abnimmt. So ist es möglich, eine geeignete zweite vorgegebene Zeit auf Basis einer Gesamt-Betriebszeit der Wasserpumpe 140 festzulegen. Dagegen können andere Vorkehrungen Variieren der ersten und der zweiten vorgegebenen Zeit auf Basis von Betriebs(Lauf)-Bedingungen des Motorrades 10, Design usw. einschließen.
Des Weiteren wurde in der obenstehenden Ausführungsform ein Fall beschrieben, in dem der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung von dem zweiten Schwellenwert auf den ersten Schwellenwert erhöht wurde, indem Wasser zugeführt wurde. Der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung kann jedoch erhöht werden, indem Wasser und Methanol-Brennstoff zugeführt (aufgefüllt) werden. In diesem Fall enthält die Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung nicht nur den Wassertank 118, die Wasserpumpe 140, die CPU 152 und die Rohre P13, P14, sondern auch den Brennstofftank 114, der die Brennstoff-Aufnahmeeinrichtung bildet, sowie die Brennstoffpumpe 128, die die Brennstoff-Zuführeinrichtung bildet, und die Rohre P1, P2. In diesem Fall sollte die Menge an Methanol-Brennstoff, die zugeführt wird, auf einen Wert eingestellt werden, der die Methanollösung in dem Tank 116 für wässrige Lösung nach Zuführen des Wassers und des Methanol-Brennstoffs auf eine geeignete Konzentration (beispielsweise 3 Gew.-%) zur Energieerzeugung bringt. Es liegt auf der Hand, dass, wenn ein Fehler in der Brennstoff-Aufnahmeeinrichtung oder auch der Brennstoff-Zuführeinrichtung einer derartigen Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhanden ist, es unmöglich wird, geeignete Konzentrationsregulierung durchzuführen.
Es sollte bemerkt werden, dass in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Ereignis dahingehend erfasst wird, dass der Flüssigkeitspegel in dem Tank 116 für wässrige Lösung den ersten Schwellenwert oder den zweiten Schwellenwert erreicht hat. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das heißt, Erfassung eines Fehlers kann auf einer tatsächlichen zeitabhängigen Änderung des Flüssigkeitspegels basieren. So kann Erfassung eines Fehlers beispielsweise auf dem Maß der Änderung des Flüssigkeitspegels pro Zeiteinheit basieren.
Des Weiteren wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Fall beschrieben, in dem ein Fehler-Ereignis unter Verwendung des Anzeigeabschnitts 28b mitgeteilt wurde. Die Mitteilungseinrichtung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann die Mitteilungseinrichtung beispielsweise so konfiguriert sein, dass z. B. ein Lautsprecher eingesetzt wird, so dass der Fehler in Form einer Sprachmeldung, eines Warntons usw. mitgeteilt wird.
Des Weiteren wurde in der oben aufgeführten Ausführungsform ein Fall beschrieben, in dem Methanol als der Brennstoff verwendet wird und wässrige Methanollösung als die wässrige Brennstofflösung verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Brennstoff kann auch aus anderem alkoholischen Brennstoff, wie beispielsweise Ethanol, bestehen, und die wässrige Brennstofflösung kann durch wässrige Lösung des Alkohols, wie beispielsweise wässrige Ethanollösung, gebildet werden.
Es sollte bemerkt werden, dass das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung geeigneterweise nicht nur bei Motorrädern sondern auch bei beliebigen anderen Transportmitteln eingesetzt werden kann, so beispielsweise Pkw und Wasserfahrzeugen.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung bei stationären Brennstoffzellensystemen eingesetzt werden, solange flüssiger Brennstoff verwendet wird. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung bei tragbaren Brennstoffzellensystemen für elektronische Geräte, wie beispielsweise Personalcomputer und mobile elektronische Geräte, eingesetzt werden.
Es liegt auf der Hand, dass, was die beschriebene und ausführlich dargestellte Erfindung angeht, die Beschreibung und Zeichnungen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung darstellen und nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen sind. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird nur durch die in den beigefügten Ansprüchen verwendeten Formulierungen abgegrenzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-128012 A [0005]

Claims

Brennstoffzellensystem, das umfasst: eine Brennstoffzelle; eine Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung zum Aufnehmen der Brennstoffzelle zuzuführender wässriger Brennstofflösung; eine Zirkulationseinrichtung zum zirkulierenden Zuführen der in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung aufgenommenen wässrigen Brennstofflösung zu der Brennstoffzelle; eine Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung; eine Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zum Durchführen von Regulierung auf Basis eines Ergebnisses von Erfassung durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung, um den Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu halten; und eine Fehler-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhandenen Fehlers, auf Basis einer zeitabhängigen Änderung des Ergebnisses der durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung durchgeführten Erfassung.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung erfasst, dass der Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung entweder eine Obergrenze oder eine Untergrenze des vorgegebenen Bereiches erreicht hat, und die Fehler-Erfassungseinrichtung den Fehler auf Basis von Vergleich zwischen einem vorgegebenen Zeitmaß und einer erforderlichen Zeit erfasst, die eine Zeit ist, in der sich das durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung bereitgestellte Erfassungsergebnis von der Obergrenze zu der Untergrenze des vorgegebenen Bereiches oder umgekehrt ändert.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die Fehler-Erfassungseinrichtung feststellt, dass der Fehler vorhanden ist, wenn die erforderliche Zeit die vorgegebene Zeit überschritten hat.
Brennstoffzellensystem, das umfasst: eine Brennstoffzelle; eine Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung zum Aufnehmen von der Brennstoff zelle zuzuführender wässriger Lösung; eine Zirkulationseinrichtung zum zirkulierenden Zuführen der in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung aufgenommenen wässrigen Brennstofflösung zu der Brennstoffzelle; eine Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung; eine Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zum Durchführen von Regulierung auf Basis des Ergebnisses von Erfassung durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung, um den Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu halten; und eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen von Energieerzeugung in der Brennstoffzelle auf Basis einer zeitabhängigen Änderung des Ergebnisses der durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung durchgeführten Erfassung.
Brennstoffzellensystem, das umfasst: eine Brennstoffzelle; eine Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung zum Aufnehmen von der Brennstoffzelle zuzuführender wässriger Brennstofflösung; eine Zirkulationseinrichtung zum zirkulierenden Zuführen der in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung aufgenommenen wässrigen Brennstofflösung zu der Brennstoffzelle; eine Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung; eine Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung zum Durchführen von Regulierung auf Basis eines Ergebnisses von Erfassung durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung, um den Flüssigkeitspegel in der Aufnahmeeinrichtung für flüssige Lösung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu halten; und eine Mitteilungseinrichtung, die auf Basis einer zeitabhängigen Änderung des Ergebnisses der durch die Flüssigkeitspegel-Erfassungseinrichtung vorgenommenen Erfassung mitteilt, dass ein Fehler in der Aufnahmeeinrichtung für wässrige Lösung, der Zirkulationseinrichtung oder der Flüssigkeitspegel-Reguliereinrichtung vorhanden ist.
Transporteinrichtung, die das Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.