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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Bestimmung der Zeitdauer,
in der ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet worden ist, und insbesondere
ein Verfahren zur Bestimmung, wie lang ein Brennstoffzellensystem
in einem Fahrzeug abgeschaltet worden ist, das eine Kombination
eines Bereitschaftszeitgebers, der eine Zeitzählung bereitstellt, wenn die
Fahrzeugzündung
immer noch eingeschaltet ist, jedoch das Brennstoffzellensystem
abgestellt ist, und einen Abschaltzeitgeber umfasst, der eine Zeitzählung bereitstellt,
wenn die Fahrzeugzündung
abgestellt ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Wasserstoff
ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet
werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle
zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische
Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt
dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die
Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird
in der Anode aufgespalten, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen.
Die Proto nen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Protonen
reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode,
um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht
durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in
der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
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Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen
(PEMFC) stellen eine populäre
Brennstoffzelle für Fahrzeuge
dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran
auf, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran.
Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische
Partikel auf, gewöhnlich
Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem
Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten
Seiten der Membran abgeschieden. Die Kombination der katalytischen
Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran
definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
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Typischerweise
werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel
kombiniert, um die gewünschte
Leistung zu erzeugen. Für
den oben genannten Kraftfahrzeug-Brennstoffzellenstapel kann der
Stapel zweihundert oder mehr Brennstoffzellen besitzen. Der Brennstoffzellenstapel
nimmt ein Kathodenreaktandengas, typischerweise eine Luftströmung auf,
die durch den Stapel über
einen Kompressor getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff
von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas
ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann.
Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffreaktandengas
auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
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Der
Brennstoffzellenstapel weist eine Serie von Bipolarplatten auf,
die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind,
wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert
sind. Die Bipolarplatten weisen eine Anodenseite und eine Kathodenseite
für benachbarte
Brennstoffzellen in dem Stapel auf. An der Anodenseite der Bipolarplatten
sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen,
die ermöglichen,
dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann.
An der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die
ermöglichen,
dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann.
Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte
weist Kathodengasströmungskanäle auf.
Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitenden Material,
wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Komposit. Die Endplatten
leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem
Stapel heraus. Die Bipolarplatten weisen auch Strömungskanäle auf,
durch die ein Kühlfluid
strömt.
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In
der Technik ist es vorgeschlagen worden, ein Umschalten der Stapelreihenfolge
oder ein Umschalten der Anodenströmung in einem Brennstoffzellensystem
bereitzustellen, das geteilte Stapel verwendet. Insbesondere sind
Ventile und eine Verrohrung in dem System vorgesehen, so dass auf
eine zyklische Art und Weise das einen ersten Substapel verlassende
Anodenabgas an die Anodenseite eines zweiten Substapels geliefert
wird und das den zweiten Substapel verlassende Anodenabgas an die
Anodenseite des ersten Substapels geliefert wird.
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Wenn
ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet ist, verbleibt nicht reagiertes
Wasserstoffgas in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels. Dieses
Wasserstoffgas ist in der Lage, durch die Membran zu diffundieren
oder diese zu überqueren
und mit dem Sauerstoff in der Kathodenseite zu rea gieren. Wenn das
Wasserstoffgas an die Kathodenseite diffundiert, wird der Gesamtdruck
auf der Anodenseite des Stapels unter Umgebungsdruck reduziert.
Diese Druckdifferenz zieht Luft aus der Umgebung in die Anodenseite
des Stapels. Wenn die Luft in die Anodenseite des Stapels eintritt,
erzeugt sie eine Wasserstoff/Luft-Front, die einen Kurzschluss in
der Anodenseite erzeugt, was in einem Querfluss von Wasserstoffionen
von dem wasserstoffgefluteten Abschnitt der Anodenseite zu dem luftgefluteten
Abschnitt der Anodenseite resultiert. Dieser hohe Ionenstrom kombiniert
mit dem hohen Querionenwiderstand der Membran erzeugt einen signifikanten Querpotentialabfall
(~ 0,5 V) über
die Membran. Dies erzeugt ein lokal hohes Potential zwischen der
Kathodenseite gegenüberliegend
dem luftgefüllten
Abschnitt der Anodenseite und benachbart des Elektrolyten, das eine
schnelle Kohlenstoffkorrosion antreibt und zur Folge hat, dass die
Kohlenstoffschicht dünner
wird. Dies verringert die Abstützung
für die
Katalysatorpartikel, was die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle
herabsetzt.
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Beim
nächsten
Systemstart werden unter der Annahme, dass ausreichend Zeit vergangen
ist, sowohl die Kathoden- als auch Anodenströmungskanäle allgemein mit Luft gefüllt. Wenn
Wasserstoff in die Anodenströmungskanäle beim
Systemstart eingeführt
wird, drückt
der Wasserstoff die Luft in den Anodenströmungskanälen heraus, was ebenfalls eine
Wasserstoff/Luft-Front erzeugt, die durch die Anodenströmungskanäle gelangt.
Die Wasserstoff/Luft-Front bewirkt eine katalytische Reaktion entlang
der Länge
der Membran in jeder Brennstoffzelle, wenn sich die Front bewegt,
die in Kombination mit der Reaktion über die Membran ein hohes elektrisches
Spannungspotential erzeugt. Dieses kombinierte elektrische Spannungspotential
ist hoch genug, um den Katalysator und die Kohlenstoffpartikel, an
denen der Katalysator ausgebildet ist, ernsthaft zu schädigen, wodurch
die Lebensdauer der MEAs in dem Brennstoffzellenstapel redu ziert
wird. Insbesondere ist die durch die Wasserstoff/Luft-Front erzeugte Reaktion
in Kombination mit der normalen Brennstoffzellenreaktion um Größenordnungen
größer als nur
die Brennstoffzellenreaktion über
die Membran. Beispielsweise ist es gezeigt worden, dass es ohne Berücksichtigung
der Schädigungseffekte
der Wasserstoff/Luft-Front beim Systemstart nur etwa 100 Abschalt-
und Startzyklen benötigt,
um den Brennstoffzellenstapel auf diese Weise zu zerstören.
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In
der Technik ist es vorgeschlagen worden, den Schädigungseffekt der Wasserstoff/Luft-Front beim
Systemstart dadurch zu reduzieren, dass Wasserstoff durch die Anodenströmungskanäle so schnell
wie möglich
getrieben wird, um die Zeitdauer zu reduzieren, in der die Schädigung auftritt.
Es ist auch vorgeschlagen worden, Wasserstoff in die Anodenströmungskanäle mit einer
langsamen Rate einzuführen,
um ein aktives Mischen der Luft und des Wasserstoffs vorzusehen,
um die Wasserstoff/Luft-Front zu beseitigen. In der Technik ist
es auch vorgeschlagen worden, die Brennstoffzelle vor Entfernung
des Wasserstoffs aus den Anodenströmungskanälen zu kühlen. Jedoch haben all diese
Lösungen
die Wasserstoff/Luft-Schädigung
nicht ausreichend reduziert, um eine gewünschte Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels
bereitzustellen. Insbesondere beseitigt eine schnelle Bewegung der
Wasserstoff/Luft-Front die Schädigung
des Katalysators nicht vollständig
und erfordert eine übergroße Verrohrung
und andere Komponenten, um die Luft schnell aus den Anodenströmungskanälen zu spülen. Eine
langsame Einführung
des Wasserstoffs beim Start besitzt den Nachteil, dass eine Umwälzpumpe
erforderlich ist, die mehrere Minuten benötigt, um die Luft vollständig aus
den Anodenströmungskanälen zu entfernen.
Ferner ist das Erfordernis einer präzisen Steuerung der Wasserstoffmenge
in die Anodenströmungskanäle schwierig
zu implementieren.
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In
der Technik ist es auch vorgeschlagen worden, eine Last über den
Brennstoffzellenstapel, wie einen Widerstand, bereitzustellen, um
das durch die Wasserstoff/Luft-Front erzeugte elektrische Potential
zu reduzieren. Jedoch erfordert eine Last mit äußerst geringem Widerstand elektrische
Komponenten mit einer hohen Nennleistung. Auch kann ein Strömungsausgleich
zwischen Zellen in einem Brennstoffzellenstapel eine Korrosion an
den Zellenanoden zur Folge haben. Ferner ist bei den meisten Ausführungsformen
ein Widerstand für
sich allein typischerweise nicht ausreichend, um eine Kohlenstoffkorrosion
zu minimieren.
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Auf
Grundlage der Diskussion oben ist es offensichtlich, dass es erwünscht ist,
die Gasbestandteile in der Anoden- und Kathodenseite eines Brennstoffzellenstapels
beim Systemstart für
eine effizientere und sicherere Startabfolge zu kennen. Auf Grundlage
der Zeitdauer seit der letzten Systemabschaltung können Simulationen
betrieben werden, um zu zeigen, welche Gasbestandteile sich in dem Brennstoffzellenstapel
befinden. Daher ist es erwünscht,
Kenntnis darüber
zu besitzen, wie lange ein Brennstoffzellenstapel abgeschaltet worden
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren offenbart, um eine
genaue Zeitdauer bereitzustellen, die ein Brennstoffzellensystem
abgeschaltet worden ist, so dass Kenntnis über die Gasbestandteile in
der Anoden- und Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels für eine effiziente
nächste
Systemstartabfolge erlangt werden kann. Das Verfahren verwendet
zwei Zeitgeber, nämlich
einen Bereitschaftszeitgeber, der eine Zeitzählung bereitstellt, für wie lange
das Brennstoffzellensystem abgestellt worden ist, jedoch die Fahrzeugzündung immer
noch eingeschaltet ist, als auch einen Abschaltzeitgeber, der eine
Zeitzählung
bereitstellt, für
wie lange die Fahrzeugzündung
abgestellt worden ist. Die beiden Zeitzählungen werden addiert, um
eine vollständige
Zeitzählung
darüber
zu ergeben, für
wie lange der Brennstoffzellenstapel abgeschaltet worden ist.
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Zusätzliche
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
und den angefügten
Ansprüchen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das
geteilte Stapel verwendet, die über
ein Umschalten der Anodenströmung
betrieben werden;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das eine Startabfolge eines Brennstoffzellensystems
zeigt, die eine Zeitzählung
der Erfindung verwendet; und
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3 ist
ein Flussdiagramm, das ein Verfahren, um eine Zeitzählung vorzusehen,
für wie
lange ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet worden ist, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Diskussion der Ausführungsformen
der Erfindung, die auf ein Verfahren gerichtet ist, um zu bestimmen,
wie lange ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet worden ist, ist
lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung,
ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch einzuschränken.
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10 mit
einem ersten geteilten Brennstoffzellenstapel 12 und einem
zweiten geteilten Brennstoffzellenstapel 14. Ein Kompressor 16 liefert
Kathodeneingangsluft auf einer Kathodeneingangsleitung 18 an
die geteilten Stapel 12 und 14 durch ein normalerweise
geschlossenes Kathodeneingangsventil 20. Kathodenabgas
wird von dem geteilten Stapel auf Leitung 24 ausgegeben
und Kathodenabgas wird von dem geteilten Stapel 14 auf Leitung 26 ausgegeben,
wobei das Kathodenabgas in eine einzelne Kathodenausgangsleitung 28 kombiniert
wird. Ein normalerweise geschlossenes Kathodengegendruckventil 30 steuert
die Strömung
des Kathodenabgases durch die Leitung 28. Eine Kathodenbypassleitung 32 zwischen
der Eingangsleitung 18 und der Ausgangsleitung 28 erlaubt,
dass die Kathodeneingangsluft die Stapel 12 und 14 umgehen kann.
Ein normalerweise geschlossenes Bypassventil 34 steuert,
ob die Kathodenluft die Stapel 12 und 14 umgeht.
Wenn die Ventile 20 und 30 geschlossen sind und
das Ventil 34 offen ist, dann umgeht Luft von dem Kompressor 16 die
Stapel 12 und 14. Typischerweise ist eine Kathodenbefeuchtungseinheit
(nicht gezeigt) an einem geeigneten Ort in der Kathodeneingangsleitung 18 vorgesehen.
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Bei
dieser nicht beschrankenden Ausführungsform
verwenden die geteilten Stapel 12 und 14 ein Umschalten
der Anodenströmung,
bei dem das Anodenreaktandengas durch die geteilten Stapel 12 und 14 in
einem vorbestimmten Zyklus auf eine Art und Weise vor und zurück strömt, die
dem Fachmann gut bekannt ist. In einer abwechselnden Folge injiziert
ein Injektor 38 Wasserstoffgas von einer Wasserstoffgasquelle 40 durch
die Anodenleitung 42 an den geteilten Stapel 12 und
ein Injektor 44 injiziert Wasserstoffgas von einer Wasserstoffquelle 46 durch die
Anodenleitung 48 an den geteilten Stapel 14. Normalerweise
geschlossene Anodenströmungsumschaltventile 50 und 52 werden
dazu verwendet, das Umschalten der Anodenströmung bereitzustellen. Wenn
das Ventil 50 geschlossen ist und das Ventil 52 geöffnet ist,
strömt
Wasserstoffgas von der Quelle 40 in den Stapel 12 auf
der Leitung 42, durch eine Verbinderleitung 54 zwischen
den geteilten Stapeln 12 und 14, in den geteilten
Stapel 14 und aus der Anodenleitung 46 durch das
Ventil 52 zur Mischung mit dem Kathodenabgas in der Kathodenabgasausgangsleitung 28 heraus. Ähnlicherweise
strömt, wenn
das Ventil 52 geschlossen ist und das Ventil 50 geöffnet ist,
Wasserstoffgas von der Wasserstoffquelle 46 in den geteilten
Stapel 14 auf der Leitung 46, durch die Verbinderleitung 54,
in den geteilten Stapel 12 und durch das Ventil 50 zur
Mischung mit dem Kathodenabgas in der Leitung 28 heraus.
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Ein
Wasserabscheider 60 ist mit der Verbinderleitung 54 gekoppelt
und sammelt Wasser in der Anodengasströmung zwischen den geteilten
Stapeln 12 und 14. Ein normalerweise geschlossenes
Ablassventil 62 wird periodisch geöffnet, um das Wasser auf Leitung 64 an
die Kathodenabgasleitung 28 abzulassen. Ferner ist ein
Anodenabgasspülventil 66 mit
der Verbinderleitung 54 und der Leitung 64 aus Gründen gekoppelt,
die nachfolgend aus der Diskussion offensichtlich werden.
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Die
Brennstoffzellenstapel 12 und 14 erzeugen Strom.
Im normalen Stapelbetrieb wird der von den Stapeln 12 und 14 erzeugte
Strom dazu verwendet, Systemlasten zu betreiben, wie ein elektrisches Traktionssystem
(ETS) 70 an einem Fahrzeug. Während einer Abschaltfolge kann
der durch die Stapel 12 und 14 erzeugte Strom
dazu verwendet werden, eine Batterie 72 zu laden, oder
kann durch andere Systemkomponenten dissipiert werden und dann durch
einen Widerstand 74 dissipiert werden.
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Für eine Systemabschaltabfolge
wird der Kompressor 16 gestoppt und die Ventile 20 und 30 werden
geschlossen, um die Kathodenseite der Stapel 12 und 14 abzudichten.
Die Wasserstoffströmung wird
fortgesetzt, so dass jeglicher verbleibende Sauerstoff in den Stapeln 12 und 14 verbraucht
wird. Wenn die Stapelleistung auf einen vorbestimmten Pegel abfällt, wird
der durch die Stapel 12 und 14 erzeugte Strom
von dem ETS 70 auf die Batterie 72 geschaltet.
Wenn die Stapelleistung auf einen anderen vorbestimmten Pegel abnimmt,
wird die Stapellast an den Widerstand 74 geschaltet. Insbesondere
wird, sobald die Spannung sich auf eine fixierte kritische Spannung
bzw. Endspannung verschlechtert hat, die Stapellast an den Widerstand 74 geschaltet.
Die Endspannung kann die untere Grenze eines DC/DC-Wandlers (nicht
gezeigt) oder die untere Grenze einer Leistungsvorrichtung sein.
Die Aufgabe der Batterielast besteht darin, jegliche Energie zu verbrauchen
und/oder zu speichern, die ansonsten ungenutzt wäre. Sie verringert auch die
Energieverbrauchsanforderungen der Widerstandslast.
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Sobald
der Sauerstoff von den Stapeln 12 und 14 verbraucht
worden ist, wird die Wasserstoffströmung abgeschaltet und die Ventile 50, 52, 62 und 66 werden
geschlossen, um die Anodenseite der Stapel 12 und 14 abzudichten.
Wenn das System 10 auf diese Weise abgeschaltet wird, umfassen
die Stapel 12 und 14 eine N2/H2-Mischung in sowohl der Kathodenseite als
auch der Anodenseite. Mit der Zeit leckt Luft in die Stapel 12 und 14,
und der Wasserstoff in dem Stapel 12 und 14 verbraucht
anfänglich
den Sauerstoff. Zusätzlich
leckt der Wasserstoff langsam aus den Stapeln 12 und 14.
Infolgedessen variiert die Zusammensetzung der Gase in den Stapeln 12 und 14 über die
Zeit zwischen einer wasserstoffreichen Mischung in Stickstoff und
Wasser zu einer Luftmischung.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren verwendet, um zu bestimmen, wie lange das Brennstoffzellensystem 10 abgeschaltet
worden ist oder ein Schnellstopp aufgetreten ist, so dass eine Schätzung der
Gaskonzentration und -zusammensetzung in den geteilten Stapeln 12 und 14 für eine richtige
Startabfolge erhalten werden kann. Die ungefähre Gaskonzentration in der
Kathodenseite und der Anodenseite kann über die Zeit auf Grundlage
von Gaskinetik und Annahmen über
das System 10 vorhergesagt werden. Durch Kenntnis der Gaskonzentrationen
in dem System während
der Zeit, in der sich das System 10 in Bereitschaft oder
einem Zustand mit abgezogenem Schlüssel befindet, können bestimmte
Verfahren verwendet werden, um sicherzustellen, dass eine optimierte
nächste
Startabfolge stattfindet. Es existieren bestimmte Anforderungen,
die Sicherheit, Emissionen, Zuverlässigkeit wie auch Haltbarkeit
betreffen und die durch Beeinflussung der Zustände erreicht werden können, die
die Startabfolge definieren.
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Um
dies zu erreichen, schlägt
die vorliegende Erfindung einen Bereitschaftszeitgeber, der die Zeitdauer
zählt,
die das System 10 abgestellt ist, jedoch sich der Schlüssel immer
noch in der Fahrzeugzündung
befindet und in der EIN- oder Zubehör-(ACC)-Position ist, und einen
Abschaltzeitgeber vor, der die Zeitdauer zählt, in der die Zündung abgestellt
ist. Daher können
sowohl gewünschte
Stopps als auch Schnellstopps des Systems 10 abgedeckt werden,
um zu bestimmen, wie viel Zeit seit der letzten Stapelabschaltung
vergangen ist. Wenn das System 10 abgestellt ist, jedoch
der Schlüssel
sich immer noch in der Zündung
befindet, akkumuliert der Bereitschaftszeitgeber die Zeitdauer von
dem Zeitpunkt an, wenn das System abgeschaltet wurde. Wenn der Schlüssel aus
der Zündung
entfernt wird, wird der Bereitschaftszeitwert gespeichert und der
Abschaltzeitgeber wird gestartet. Wenn der Schlüssel zurück in die Zündung geführt und das System 10 gestartet wird,
werden die Bereitschaftszeit und die Ab schaltzeit addiert, um einen
vollständigen
Abstellzeitwert zur Bestimmung der Gaskonzentration in den Anoden-
und Kathodenseiten der geteilten Stapel 12 und 14 bereitzustellen.
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Wenn
der Abstellzeitwert kleiner als 500 Sekunden ist, ist die Wasserstoffkonzentration
an der Anodenseite hoch und wird verbraucht. Der Anodendruck nimmt
aufgrund einer hohen Sauerstoffverbrauchsrate schnell ab. Wenn der
Abstellzeitwert zwischen 500 und 1000 Sekunden liegt, ist die Wasserstoffkonzentration
in der Anodenseite aufgrund eines fortgesetzten Sauerstoffverbrauchs
gesunken. Der Anodendruck stellt einen großen Unterdruck aufgrund einer
reduzierten Wasserstoffkonzentration bereit. Wenn der Abstellzeitwert
zwischen 1000 und 10.000 Sekunden liegt, ist der Wasserstoff in
der Anodenseite weiter gesunken, da Sauerstoff in der Kathode zurück in die
Anodenseite diffundiert. Die Kathodenkonzentration beginnt nach
einer Spitze zu sinken. Der Anodendruck erholt sich, wenn Stickstoff in
der Luft in die Anodenseite eintritt, um die Partialdruckdifferenz
zu kompensieren. Wenn der Abstellzeitwert größer als 10.000 Sekunden ist,
ist die Wasserstoffkonzentration in der Anodenseite gering, eine Diffusion
von der Anodenseite zu der Kathodenseite hält jedoch weiterhin an. Der
Anodendruck erreicht Umgebungsdruck, wenn Luft in die Anodenseite
eintritt.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das einen Startprozess eines Brennstoffzellensystems
zeigt, der die Bereitschafts- und Abschaltzeitwerte verwendet. Während sich
das Brennstoffzellensystem bei Kasten 82 in dem abgestellten
Zustand befindet, zählt
der Abschaltzeitgeber bei Kasten 84. Das Brennstoffzellensystem 10 nimmt
bei Kasten 86 eine Startanforderung auf, und das System
hält den
Abschaltzeitwert bei Kasten 88. Der Kompressor 16 wird
bei Kasten 90 hochgefahren, um Verdünnungsluft an dem Stapelausgang
für das
Anodenwasserstoffgas von der Anodenseite der ge teilten Stapel 12 und 14 bereitzustellen.
Das System 10 bestimmt bei Entscheidungsraute 92,
ob ein Fehlstart, ein abgebrochener Start oder ein Schnellstopp
aufgetreten ist. Wenn dies der Fall ist, nimmt der Abschaltzeitgeber
bei Kasten 94 die Zählung
wieder auf, die gehalten worden ist. Wenn bei der Entscheidungsraute 92 kein
Fehlstart, abgebrochener Start oder Schnellstopp aufgetreten ist,
bestimmt das System 10 bei Entscheidungsraute 96,
ob der Anodendruck größer als
ein vorbestimmter Wert ist, wie 150 kPa. Wenn der Anodendruck an
der Entscheidungsraute 96 größer als der vorbestimmte Wert
ist, fährt
das System 10 mit dem nächsten
Schritt in der Startabfolge fort, der bei Kasten 98 eine
Kathodenluftbefüllung
für die Kathodenseite
der geteilten Stapel 12 und 14 bereitstellt und
einen anodenseitigen Differenzdrucksollwert bereitstellt. Das System 10 sieht
dann bei Kasten 100 eine parallele Lieferung einer Wasserstoffgasströmung an
die Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 vor
und stellt bei Kasten 102 einen Normalbetrieb bereit.
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Wenn
der anodenseitige Druck an der Entscheidungsraute 96 kleiner
als der vorbestimmte Wert ist, dann stellt die Systemstartabfolge
bei Kasten 104 eine Sammelleitungsspülung für die Anodenseite der geteilten
Stapel 12 und 14 bereit. Sobald der Anodendruck
bei Kasten 106 einen vorbestimmten Wert, wie 107 kPa, erreicht,
stellt das System 10 bei Kasten 108 eine normale
Anodenströmungsumschaltung
und bei Kasten 110 eine Stapelbefüllung bereit. Der Systembetrieb
kehrt dann zu dem Kasten 98 für einen Normalsystembetrieb
zurück.
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3 ist
ein Flussdiagramm 120, das einen Betriebsablauf zeigt,
um während
der Systemabschaltung die Bereitschaftszeitzählung wie auch die Abschaltzeitgeberzählung, wie
oben diskutiert ist, bereitzustellen. Wenn das System 10 bei
Kasten 122 läuft,
bestimmt der Algorithmus an der Entscheidungsraute 124 periodisch,
ob eine Systemabschaltung vorhan den ist. Wenn eine Systemabschaltung an
der Entscheidungsraute 124 vorhanden ist, bestimmt der
Algorithmus an der Entscheidungsraute 126, ob eine nächste Startabfolge
einen bestimmten Zustand erreicht hat, bei dem Kathodenverdünnungsluft
bereitgestellt wird. Wenn die Startabfolge diesen Zustand nicht
erreicht hat, dann fährt
der Bereitschaftszeitgeber bei Kasten 132 mit einem Zählen von
einer vorhergehenden Bereitschaftszählung aus fort. Wenn die Startabfolge
an der Entscheidungsraute 126 den Kathodenverdünnungszustand
erreicht hat, setzt der Algorithmus dann bei Kasten 128 die Bereitschaftszeit
auf Null. Der Algorithmus startet dann bei Kasten 130 eine
Erhöhung
des Bereitschaftszeitgebers.
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Der
Algorithmus bestimmt dann an der Entscheidungsraute 134,
ob die Zündung
ausgeschaltet worden ist. Wenn die Zündung an der Entscheidungsraute 134 ausgeschaltet
worden ist, stoppt der Algorithmus dann eine Erhöhung des Bereitschaftszeitgebers
bei Kasten 136. Der Bereitschaftszeitgeber, der die Systemabstellzählung bereitstellt,
während
die Zündung
eingeschaltet ist, wird gespeichert. Der Abschaltzeitgeber erhöht nun die
Zeitdauer, in der das Brennstoffzellensystem 10 abgeschaltet
worden ist.
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Der
Algorithmus bestimmt dann an der Entscheidungsraute 138,
ob die Zündung
nach der vorhergehenden Abschaltung des Brennstoffzellensystems 10 eingeschaltet
worden ist. Wenn die Zündung nicht
eingeschaltet worden ist, fährt
der Abschaltzeitgeber dann bei dem Kasten 136 mit einer
Erhöhung fort.
Wenn die Zündung
an der Entscheidungsraute 138 eingeschaltet worden ist,
bestimmt der Algorithmus an der Entscheidungsraute 140,
ob die Abschaltzeitzählung
auf Null gestellt ist, um zu bestimmen, ob während der Zeitdauer, in der
das Brennstoffzellensystem 10 abgeschaltet war, ein Verlust
an Batterieleistung aufgetreten ist. Wenn die Abschaltzeit an der
Entscheidungsraute 140 nicht Null ist, was bedeutet, dass
der Zeitgeber während
der Abschaltzeitdauer geeignet Leistung hatte, addiert der Algorithmus
die gespeicherte Bereitschaftszeit bei Kasten 142 zu der
gespeicherten Abschaltzeit, um die Gesamtabstellzeit zu ergeben,
die die geteilten Stapel 12 und 14 abgeschaltet
und abgesperrt worden sind, so dass der Algorithmus dann die richtige
Startabfolge für
die Wasserstoffströmung
zu der Anodenseite der geteilten Stapel 12 und 14 bestimmen
kann. Der Abstellzeitalgorithmus kehrt dann zu der Entscheidungsraute 134 zurück, um zu
bestimmen, ob die Zündung
ausgeschaltet worden ist. Wenn die Abschaltzeit an der Entscheidungsraute 140 Null
ist, besitzt der Algorithmus dann Kenntnis darüber, dass Batterieleistung
verloren gegangen ist, und setzt die Abschaltzeitdauer bei Kasten 144 auf
Null.
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Wenn
an der Entscheidungsraute 134 kein Zündungsabstellereignis stattgefunden
hat, bestimmt der Algorithmus kontinuierlich an der Entscheidungsraute 146,
ob das System 10 gestartet worden ist, und kehrt, wenn
dies der Fall ist, zu dem Systembetriebskasten 122 zurück, um an
der Entscheidungsraute 124 auf die nächste Systemabschaltung zu warten.
Wenn die Zündung
an der Entscheidungsraute 134 nicht abgestellt ist und
an der Entscheidungsraute 146 kein Startereignis stattgefunden
hat, bestimmt der Algorithmus dann an der Entscheidungsraute 148,
ob Batterieleistung verlorengegangen ist, und erhöht, wenn
dies nicht der Fall ist, den Bereitschaftszeitgeber an dem Kasten 130.
Somit läuft
der Brennstoffzellencontroller, wenn die Zündung nicht abgeschaltet worden
ist, kein Startereignis stattgefunden hat und kein Batterieleistungsverlust
aufgetreten ist, jedoch ist das System 10 nicht gestartet
worden. Somit fährt
der Bereitschaftszeitgeber mit einer Erhöhung fort. Wenn an der Entscheidungsraute 148 ein
Batterieleistungsverlust stattgefunden hat, dann setzt der Algorithmus
bei Kasten 150 den Abschaltzeitgeber auf Null und kehrt
zu der Entscheidungsraute 146 zurück, um ein Startereignis abzuwarten.
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Die
vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte
Ausführungsformen der
Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen Diskussion
und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen,
Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken
und Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert
ist, durchgeführt
werden können.