DE102013210098A1 - Brennstoffzellen-System und Brennstoffzellen-System-Steuer-/Regelverfahren - Google Patents

Brennstoffzellen-System und Brennstoffzellen-System-Steuer-/Regelverfahren Download PDF

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Kaoru Yamazaki
Kenichiro Ueda
Nobuki Koiwa
Kenji Taruya
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Abstract

Eine Steuer-/Regeleinrichtung (60) (Steuer-/Regelabschnitt) von einem Brennstoffzellen-System (100) ist mit einer Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung (61) ausgestattet, die ein Thermostatventil (45) (Strömungspfad-Umschaltventil) umschaltet, so dass, nachdem eine Brennstoffzelle (1) aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, ein Kühlmittel einem Kühler-Zirkulationspfad (53) zugeführt wird, bis die Kühlmittel-Temperatur gleich einem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, der kleiner ist als ein erster Temperatur-Schwellenwert.

Description

  • Hintergrund
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellen-System und auf ein Brennstoffzellen-System-Steuer-/Regelverfahren.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Als eine Brennstoffzelle ist ein Brennstoffzellen-Stapel bekannt, wobei: eine Membran-Elektroden-Struktur ausgebildet ist, indem eine Festkörper-Polymer-Elektrolyt-Membran von beiden Seiten zwischen einer Anoden-Elektrode und einer Kathoden-Elektrode aufgenommen ist, ein Paar von Separatoren an beiden Seiten von dieser Membran-Elektroden-Struktur angeordnet sind, um eine flache, plattenförmige Brennstoffzellen-Einheit zu bilden (nachfolgend als Einheitszelle bezeichnet) und wobei eine Mehrzahl von diesen Einheitszellen aufeinander geschichtet sind.
  • Bei dieser Brennstoffzelle wird Wasserstoff-Gas, das als ein Brenngas dient, einem Anoden-Gas-Strömungspfad zugeführt, der zwischen der Anoden-Elektrode und dem anodenseitigen Separator ausgebildet ist, und Luft, die als ein oxidierendes Gas dient, wird einem Kathoden-Gas-Strömungspfad zugeführt, der zwischen der Kathoden-Elektrode und dem kathodenseitigen Separator ausgebildet ist. Im Ergebnis dringen Wasserstoff-Ionen, die an der Anoden-Elektrode als Ergebnis einer katalytischen Reaktion erzeugt werden, durch die Festkörper-Polymer-Elektrolyt-Membran und bewegen sich zu der Kathoden-Elektrode, und an der Kathoden-Elektrode reagieren sie elektrochemisch mit Sauerstoff innerhalb der Luft, wodurch bewirkt wird, dass die Erzeugung elektrischer Energie durchgeführt wird.
  • Ein Brennstoffzellen-System ist mit einer Kühl-Einrichtung ausgestattet, um eine Brennstoffzelle zu kühlen, die Wärme erzeugt, wenn Elektrizität erzeugt wird. Beispielsweise ist das in der japanischen Patentanmeldung JP 2010067394 A offenbarte Brennstoffzellen-System an einem Fahrzeug angebracht, und es ist mit einem kühlerseitigen Strömungspfad ausgestattet, der Kühlmittel einem Kühler zuführt, mit einem Bypass-Strömungspfad, der das Kühlmittel, welches einen Brennstoffzellen-Stapel gekühlt hat, den Kühler umgehen lässt, und mit einem Thermostatventil, welches bewirkt, dass die Strömungsrate von dem Kühlmittel, welches in den kühlerseitigen Strömungspfad fließt größer ist, wenn die Kühlmittel-Temperatur hoch ist, im Vergleich zu dem Fall, in welchem die Kühlmittel-Temperatur niedrig ist. Die Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil wird auf einen festen Wert auf Basis einer Fahrt bei geringer Höhe eingestellt.
  • Das Thermostatventil schließt den Bypass-Strömungspfad und ermöglicht es, dass Kühlmittel nur in dem kühlerseitigen Strömungspfad fließt, wenn die Temperatur des Kühlmittels höher wird als die Umschalt-Temperatur. Andererseits schließt es den kühlerseitigen Strömungspfad und ermöglicht es, das Kühlmittel nur in den Bypass-Strömungspfad fließt, wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger als die Umschalt-Temperatur wird.
  • Weiterhin ist das in der japanischen Patentanmeldung JP 2010067394 A offenbarte Brennstoffzellen-System mit einem elektrischen Heizer ausgestattet, der Kühlmittel erwärmt, und mit einer Steuer-/Regeleinrichtung, welche die Temperatur des Kühlmittels steuert/regelt. Die Steuer-/Regeleinrichtung steuert/regelt den elektrischen Heizer auf Basis einer Kühlmittel-Temperatur und einer Außenluft-Temperatur und steuert/regelt die Temperatur von Kühlmittel, das in die Brennstoffzelle fließt entsprechend der Außenluft-Temperatur.
  • Beispielsweise an einem Ort mit hoher Höhe, wo der Luftdruck niedrig ist, wird der elektrische Heizer betrieben, um Kühlmittel zu erwärmen, das in das Thermostatventil fließt, und das Thermostatventil wird dazu gezwungen, so zu arbeiten, dass es den Strömungspfad zu dem kühlerseitigen Strömungspfad umschaltet, um dadurch die Kühlmittel-Temperatur-Steuerung/Regelung durchzuführen. Weiterhin schaltet das Thermostatventil an einem Ort mit geringer Höhe, an welchem der Luftdruck hoch ist, wobei die Umschalt-Temperatur auf Grundlage einer Fahrt bei niedriger Höhe eingestellt ist, automatisch zwischen dem kühlerseitigen Pfad, um Kühlmittel zu ermöglichen, durch den Kühler hindurch zufließen und dem Bypass-Strömungspfad um, um den Kühler zu umgehen, um dadurch eine Kühlmittel-Temperatur-Steuerung/Regelung durchzuführen.
  • Gemäß der japanischen Patentanmeldung JP 2010067394 A wird behauptet das es möglich ist an einem Ort großer Höhe, an dem der Luftdruck niedrig, ist zu verhindern, dass die Membran austrocknet, indem die Temperatur von Kühlmittel, das der Brennstoffzelle zuzuführen ist so gesteuert/geregelt wird, dass es eine niedrigere Temperatur hat, und es ist möglich an einem Ort niedriger Höhe, an dem der Luftdruck hoch ist, übermäßige Feuchtigkeit zu verhindern, indem die Temperatur des Kühlmittels, das der Brennstoffzelle zuzuführen ist, auf eine höhere Temperatur gesteuert/geregelt wird, und daher kann der feuchte Zustand der Membran der Brennstoffzelle immer innerhalb von einem angemessenen Bereich gehalten werden, unabhängig von der Fahrt-Umgebung des Fahrzeugs.
  • Im Übrigen können in einem Brennstoffzellen-System in einigen Fällen Sauerstoff und Wasserstoff in dem Inneren der Brennstoffzelle verbleiben, nachdem eine Erzeugung von elektrischer Energie gestoppt wurde. Es ist bekannt, dass dieser verbleibende Sauerstoff und dieser verbleibende Wasserstoff die Anoden-Elektrode und die Kathoden-Elektrode oxidieren und bewirken, dass sich die Brennstoffzelle verschlechtert. Folglich ist ein schnelles Kühlen von einer Brennstoffzelle nach der Erzeugung elektrischer Energie erwünscht, um eine Oxidation der Anoden-Elektrode und der Kathoden-Elektrode zu unterdrücken.
  • Übersicht
  • Allerdings besteht das folgende Problem bei dem Brennstoffzellen-System, das in der japanischen Patentanmeldung JP 2010067394 A offenbart ist.
  • In dem Fall, in welchem die Brennstoffzelle gekühlt wird, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, schaltet das Thermostatventil, falls die Temperatur des Kühlmittels niedriger als die Umschalt-Temperatur des Thermostatventils wird, so um, dass das Kühlmittel den Kühler umgeht und durch den Bypass-Strömungspfad strömt. Daher kann der Kühler die Wärme des Kühlmittels nicht abführen, und die Brennstoffzelle kann nicht schnell auf eine Temperatur abgekühlt werden, die niedriger als die Umschalt-Temperatur des Thermostatventils ist. Im Ergebnis besteht eine Möglichkeit, dass die Brennstoffzelle sich in einigen Fällen verschlechtert.
  • Zusätzlich wird bei der Brennstoffzelle, die in der japanischen Patentanmeldung JP 2010067394 A offenbart ist, um die Kühlmittel-Temperatur auf eine niedrigere Temperatur einzustellen, indem Kühlmittel durch den kühlerseitigen Strömungspfad geliefert wird, das Kühlmittel so aufgeheizt, dass das Thermostatventil umgeschaltet wird. Daher ist eine Kühl-Effizienz des Kühlmittels schlecht.
  • Folglich hat ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Aufgabe, ein Brennstoffzellen-System und ein Brennstoffzellen-System-Steuer-/Regelverfahren bereitzustellen, das dazu in der Lage ist, eine Brennstoffzelle schnell abzukühlen, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, und dazu, eine Verschlechterung der Brennstoffzelle zu unterdrücken.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung setzt die folgenden Maßnahmen ein, um die obige Aufgabe zu lösen.
    • (1) Ein Brennstoffzellen-System gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellen-System, umfassend: eine Brennstoffzelle, die elektrische Energie bei einer Reaktion zwischen einem Brenngas und einem oxidierenden Gas erzeugt, einen Kühler, der Wärme eines Kühlmittels abführt, welches die Brennstoffzelle kühlt, eine Kühlmittelpumpe, die das Kühlmittel umwälzt, eine Temperatur-Erfassungseinrichtung, welche die Temperatur des Kühlmittels erfasst, einen Kühlmittel-Einleitungspfad, der das Kühlmittel in die Brennstoffzelle einleitet, einen Kühlmittel-Ausgabepfad, welcher das Kühlmittel ausgibt, das bereits durch die Brennstoffzelle geströmt ist, einen Kühler-Zirkulationspfad, der das Kühlmittel durch den Kühler fördert und es von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, einen Bypass-Zirkulationspfad, der den Kühler umgeht und das Kühlmittel von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, ein Strömungspfad-Umschaltventil, das an einem Verbindungsteil zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Einleitungspfad oder zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Ausgabepfad vorgesehen ist, und das so eingestellt ist, dass in einem Fall, in welchem eine Temperatur von dem Kühlmittel kleiner oder gleich einem ersten Temperatur-Schwellenwert wird, während die Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, das Kühlmittel zu dem Bypass-Zirkulationspfad geliefert wird, und einen Steuer-/Regelabschnitt, der eine Steuerung/Regelung zu schnellen Kühlung der Brennstoffzelle durchführt, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, wobei der Steuer-/Regelabschnitt mit einer Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung ausgestattet ist, welche das Strömungspfad-Umschaltventil bei der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle so steuert/regelt, dass das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zugeführt wird, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich einem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, der kleiner als der erste Temperatur-Schwellenwert ist.
  • Gemäß dem obigen Aspekt (1) liefert die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung dem Kühler-Zirkulationspfad Kühlmittel, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen. Daher kann eine Abführung von Wärme des Kühlmittels effektiv mit dem Kühler durchgeführt werden. Folglich kann mit der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, die Brennstoffzelle schnell abgekühlt werden, bis der zweite Temperatur-Schwellenwert erreicht wird, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist. Im Ergebnis kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden.
    • (2) Bei dem obigen Aspekt (1) kann das Strömungspfad-Umschaltventil ein Thermostatventil sein, das Thermostatventil kann mit einem Heizer ausgestattet sein, der das Thermostatventil heizt, und die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung kann das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuführen, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, aufgrund der Steuerung/Regelung der Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil, die durch den Heizer durchgeführt wird, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
  • In dem obigen Fall (2) kann das Brennstoffzellen-System mit niedrigeren Kosten im Vergleich zu dem Fall aufgebaut werden, in dem beispielsweise ein Drei-Wege-Ventil verwendet wird, da das Strömungspfad-Umschaltventil als ein Thermostatventil vorgesehen ist. Indem die Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, ist es weiterhin möglich, ohne eine spezielle Steuerung/Regelung durchzuführen, automatisch zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad und dem Bypass-Zirkulationspfad umzuschalten, wenn die Temperatur des Kühlmittels gleich der Umschalt-Temperatur wird. Indem das Strömungspfad-Umschaltventil als ein Thermostatventil vorgesehen wird, ist es folglich möglich, auf einfache Weise zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad und dem Bypass-Zirkulationspfad umzuschalten.
  • Da ein Heizer vorgesehen ist, der das Thermostatventil erwärmt, ist es weiterhin möglich, durch Steuern/Regeln der Temperatur des Heizers zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad und dem Bypass-Zirkulationspfad unabhängig von der Temperatur des Kühlmittels umzuschalten. Indem das Thermostatventil mit dem Heizer erwärmt wird und es auf eine Temperatur gebracht wird, die höher als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, kann folglich das Kühlmittel, das künstlich so behandelt wird, als ob es sich bei einer Temperatur befindet, die höher als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, dem Kühler-Zirkulationspfad zugeführt werden, auch wenn die Kühlmittel-Temperatur tatsächlich kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist. Zusätzlich, anders als bei dem Brennstoffzellen-System, das in der japanischen Patentanmeldung JP 2010067394 A offenbart ist, wird das Thermostatventil erwärmt und umgeschaltet, ohne dass Wärme auf das Kühlmittel angewendet wird, und dadurch kann die Kühl-Effizienz des Kühlmittels verbessert werden. Nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen kann das Kühlmittel entsprechend dem Kühler-Zirkulationspfad zugeführt werden, bis die Temperatur von dem Kühlmittel den zweiten Temperatur-Schwellenwert erreicht. Daher kann die Brennstoffzelle schnell abgekühlt werden und eine Verschlechterung der Brennstoffzelle kann unterdrückt werden. Indem das Strömungspfad-Umschaltventil als ein Thermostatventil vorgesehen wird, und indem ein Heizer vorgesehen wird, der das Thermostatventil erwärmt, kann, wie oben beschrieben, eine Steuerung/Regelung vereinfacht werden und zur gleichen Zeit kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden.
    • (3) In dem Fall, in dem die Steuerung/Regelung zu schnellen Kühlung der Brennstoffzelle begonnen hat und dann eine vorgeschriebene Zeitdauer verstrichen ist, kann bei dem obigen Aspekt (2) der Steuer-/Regelabschnitt eine durch den Heizer durchgeführte Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil stoppen und kann die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle beenden.
  • In dem obigen Fall (3) wird die Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil gestoppt, wenn die vorgeschriebene Zeitdauer verstrichen ist. Daher ist es möglich, unnötigen Verbrauch elektrischer Energie zu unterdrücken, nachdem die Brennstoffzelle hinreichend abgekühlt wurde.
  • Da die Kühlmittelpumpe durch Beenden der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle gestoppt werden kann, ist es weiterhin möglich, ein Betriebsgeräusch der Kühlmittelpumpe zu unterdrücken und ebenfalls ein abnormales Geräusch, das auftritt, wenn Kühlmittel zirkuliert. Im Ergebnis kann die Geräusch-Armut des Brennstoffzellen-Systems sichergestellt werden. Daher ist es möglich, ein Geräuschinduziertes Gefühl des Unbehagens für den Benutzer zu unterdrücken und die Vermarktbarkeit eines Produkts zu verbessern, an welchem das Brennstoffzellen-System angebracht ist.
  • In einem Fall, in dem die vorgeschriebene Zeitdauer verstrichen ist, auch wenn die Temperatur des Kühlmittels nicht kleiner als der zweite Temperatur-Schwellenwert geworden ist, nachdem die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung gestartet hat, kann weiter eine Fehlfunktion von einer Einrichtung angenommen werden, die das Brennstoffzellen-System bildet. Daher ist eine frühe Erkennung einer Fehlfunktion von einer Einrichtung möglich, die das Brennstoffzellen-System bildet.
    • (4) In einem Fall, in dem die Temperatur des Kühlmittels zu der Zeit, zu der eine Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle gestoppt wird, höher ist, als der erste Temperatur-Schwellenwert kann bei dem obigen Aspekt (2) oder (3) der Steuer-/Regelabschnitt damit beginnen, Wärme auf das Thermostatventil unter Verwendung des Heizers anzuwenden, und er kann beginnen, das Kühlmittel unter Verwendung der Kühlmittelpumpe umzuwälzen, und in dem Fall, in dem die Temperatur des Kühlmittels zu der Zeit, zu der die Brennstoffzelle aufhört, elektrische Energie zu erzeugen, kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist, kann der Steuer-/Regelabschnitt beginnen, das Kühlmittel unter Verwendung der Kühlmittelpumpe umzuwälzen, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Moment verstrichen ist, zu dem der Heizer begonnen hat, Wärme auf das Thermostatventil anzuwenden.
  • In dem Fall, in dem die Temperatur des Kühlmittels kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist, besteht eine Möglichkeit, dass die Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil noch nicht erreicht wurde, und dass das Thermostatventil eventuell nicht das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad geöffnet hat. In dem Fall, in dem die Kühlmittelpumpe beginnt, das Kühlmittel in einem Zustand umzuwälzen, in welchem das Thermostatventil das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad nicht geöffnet ist, kann nicht nur das Kühlmittel nicht durch den Kühler geliefert werden und eine Abgabe von Wärme kann nicht effizient durchgeführt werden, sondern es wird auch elektrische Energie zum Antreiben der Kühlmittelpumpe in verschwenderischer Weise verbraucht. Wenn die Temperatur des Kühlmittels kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist, beginnt die Kühlmittelpumpe jedoch in dem obigen Fall (4) damit, das Kühlmittel umzuwälzen, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Moment verstrichen ist, zu dem eine Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil begonnen wurde. Daher kann das Kühlmittel umgewälzt werden, nachdem die Temperatur von dem Thermostatventil angestiegen ist, und das Thermostatventil das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad geöffnet hat. Im Ergebnis kann das Kühlmittel durch den Kühler geliefert werden, und eine Abführung von Wärme kann effizient durchgeführt werden, ohne in verschwenderischer Weise elektrische Energie zum Antreiben der Kühlmittelpumpe zu verbrauchen.
    • (5) Bei einem der obigen Aspekte (1) bis (4) kann die Drehgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe höher werden, wenn die Temperatur von dem Kühlmittel höher wird. Wenn die Temperatur des Kühlmittels hoch ist, kann in dem obigen Fall (5) eine Abführung von Wärme des Kühlmittels gefördert werden, indem die Drehgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe vergrößert wird und dadurch die Zirkulation-Strömungsrate des Kühlmittels vergrößert wird. Wenn die Temperatur von dem Kühlmittel niedrig ist, kann weiterhin ein Verbrauch elektrischer Energie der Kühlmittelpumpe reduziert werden, indem die Drehgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe reduziert wird. Daher kann ein Kühlen der Brennstoff-Zelle in effizienter Weise durchgeführt werden.
    • (6) Bei einem der Aspekte (1) bis (5) kann eine Außenluft-Temperatur-Erfassungseinrichtung vorgesehen sein, die eine Außenluft-Temperatur erfasst, der Steuer-/Regelabschnitt kann mit einer Bestimmungseinrichtung ausgestattet sein, die bestimmt, ob die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle durchzuführen ist, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, oder nicht, und die Bestimmungseinrichtung kann die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle in dem Fall nicht durchführen, in welchem die Außenluft-Temperatur niedriger als eine vorbestimmte Außenluft-Temperatur ist, die kleiner als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, oder in dem Fall, in dem die Temperatur von dem Kühlmittel, die erfasst wurde, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, niedriger als eine vorbestimmte Kühlmittel-Temperatur ist, die niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist.
  • In dem obigen Fall (6) ist es möglich, eine Durchführung der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung in den Fällen zu verhindern, in denen ein schnelles Kühlen der Brennstoffzelle nicht erforderlich ist, so wie in einem Fall, in dem die Außenluft-Temperatur hinreichend gering ist, etwa im Winter, und in einem Fall, in dem die Temperatur von dem Kühlmittel hinreichend kleiner als der erste Temperatur-Schwellenwert ist. Daher kann ein verschwenderischer Verbrauch elektrischer Energie unterdrückt werden.
  • Da die Effizienz einer Erzeugung von elektrischer Energie einer Brennstoffzelle bei niedrigen Temperaturen im Allgemeinen sinkt, ist weiterhin ein Aufwärm-Vorgang erforderlich, wenn ein Brennstoffzellen-System bei niedrigen Temperaturen aktiviert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, zu verhindern, dass die Kühlmittel-Temperatur niedriger als notwendig wird. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Zeit für den Aufwärm-Vorgang verlängert wird, wenn das Brennstoffzellen-System angehalten und dann wieder aktiviert wird. Folglich kann das Brennstoffzellen-System schnell reaktiviert werden.
    • (7) In einem der obigen Aspekte (1) bis (6) kann vorgesehen sein: eine elektrische Speichereinrichtung, die durch die Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie speichert und die zum Start der Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle erforderliche elektrische Energie liefert, und ein Kapazität-Erfassungsabschnitt, der die Kapazität der elektrischen Speichereinrichtung erfasst, und die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle kann beendet werden, bevor die Kapazität der elektrischen Speichereinrichtung, die von dem Kapazität-Erfassungsabschnitt erfasst wird, kleiner als eine vorbestimmte Kapazität wird, die zum Starten einer Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle erforderlich ist.
  • In dem obigen Fall (7) endet die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle in dem Zustand, in dem die zum Start einer Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle erforderliche Kapazität noch in der elektrischen Speichereinrichtung verbleibt. Daher kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden, und die Brennstoffzelle kann auf zuverlässige Weise reaktiviert werden, nachdem sie angehalten wurde.
    • (8) In einem der obigen Aspekte (1) bis (7) kann der Steuer-/Regelabschnitt mit einer Wärme-Abführungsmenge-Berechnungseinrichtung ausgestattet sein, die eine Wärme-Abführungsmenge des Kühlmittels berechnet, und die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle kann beendet werden, falls die Wärme-Abführungsmenge des Kühlmittels, die von der Wärme-Abführungsmenge-Berechnungseinrichtung berechnet wurde, größer als eine vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge wird.
  • In dem obigen Fall (8) endet die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle, wenn die Wärme-Abführungsmenge des Kühlmittels größer als die vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge wird. Daher ist es möglich, einen verschwenderischen Verbrauch elektrischer Energie zu unterdrücken, nachdem die Brennstoffzelle hinreichend durch das Kühlmittel gekühlt wurde. In einem Fall, in dem die Wärme-Abführungsmenge des Kühlmittels größer geworden ist als die vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge, auch wenn die Temperatur des Kühlmittels nicht kleiner als der zweite Temperatur-Schwellenwert geworden ist, nachdem die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung gestartet wurde, kann weiterhin eine Fehlfunktion einer Einrichtung angenommen werden, die zu dem Brennstoffzellen-System gehört. Daher ist eine frühe Erfassung einer Fehlfunktion einer Einrichtung möglich, die zu dem Brennstoffzellen-System gehört.
    • (9) Bei dem obigen Aspekt (1) kann der Steuer-/Regelabschnitt mit einer Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung ausgestattet sein, die eine Fehlfunktion von einer Kühlsystem-Einheit erfasst, die als Kühlsystem-Einrichtungen wenigstens mit dem Kühler-Lüfter, der Kühlmittelpumpe, der Temperatur-Erfassungseinrichtung und dem Strömungspfad-Umschaltventil versehen ist, und die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung kann eine Fehlfunktion von der Kühlsystem-Einheit in dem Fall erfassen, in dem, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, die Temperatur von dem Kühlmittel kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist, und sie höher ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert.
  • Gemäß dem obigen Aspekt (9) liefert die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung dem Kühler-Strömungspfad Kühlmittel, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, bis die Temperatur von dem Kühlmittel der zweite Temperatur-Schwellenwert wird, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist. Daher kann eine Abführung von Wärme des Kühlmittels effektiv unter Verwendung des Kühlers durchgeführt werden. Im Ergebnis kann die Brennstoffzelle schnell gekühlt werden, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, und daher kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden.
  • Da eine Fehlfunktion von der Kühlsystem-Einheit zu jeder Zeit erfasst werden kann, zu der die Brennstoffzelle aufhört, elektrische Energie zu erzeugen, kann weiterhin eine Fehlfunktion von der Kühlsystem-Einheit häufiger erfasst werden als in dem Fall, in dem eine Fehlfunktion von der Kühlsystem-Einheit nur erfasst wird, wenn die Brennstoffzelle beginnt, elektrische Energie zu erzeugen, zum Beispiel nachdem sie für eine lange Zeitdauer eingeweicht war. Daher kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit schnell erfasst werden. Zusätzlich wird eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit erfasst, indem das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zugeführt wird, bis die Temperatur des Kühlmittels den zweiten Temperatur-Schwellenwert erreicht, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, und indem sie dadurch mit einem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert verglichen wird, wenn die Verringerungsrate der Kühlmitteltemperatur hoch ist. Daher neigt die Differenz zwischen einer vorhergesagten Temperatur und der erfassten Temperatur dazu, groß zu sein, wenn eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit vorliegt. Folglich kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit zuverlässig mit einem hohen Maß an Genauigkeit erfasst werden.
    • (10) Bei dem obigen Aspekt (9) kann der Steuer-/Regelabschnitt ausgestattet sein mit: einer Zeitgeber-Einrichtung, welche die Zeitdauer misst, die seit dem Moment verstrichen ist, zu welchem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, einer Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung, welche die Temperatur des Kühlmittels auf Basis von wenigstens der verstrichenen Zeitdauer vorhersagt, die durch die Zeitgeber-Einrichtung bestimmt wurde, und einer Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung, die eine vorhergesagte Temperatur, die durch die Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung vorhergesagt wurde, mit einer erfassten Temperatur vergleicht, die von der Temperatur-Erfassungseinrichtung erfasst wurde, und die dadurch die Temperaturdifferenz zwischen der vorhergesagten Temperatur und der erfassten Temperatur berechnet, wobei die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung bestimmen kann, dass eine Fehlfunktion in irgend einer der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen vorliegt, falls die Temperaturdifferenz, die von der Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet wurde, größer oder gleich einem zuvor eingestellten Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert ist.
  • In dem obigen Fall (10) ist eine Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung vorgesehen, und eine Fehlfunktion wird bestimmt, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, indem die Temperaturdifferenz zwischen der vorhergesagten Kühlmitteltemperatur und der erfassten Temperatur mit dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert verglichen wird. Daher kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit genau erfasst werden.
    • (11) Bei dem obigen Aspekt (9) oder (10) kann die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung entsprechend der Temperaturdifferenz, die durch die Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet wurde, bestimmen, in welcher Kühlsystem-Einrichtung unter den jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen eine Fehlfunktion vorliegt.
  • In dem obigen Fall (11) kann eine Kühlsystem-Einrichtung mit einer Fehlfunktion auf einfache Weise identifiziert werden. Daher können danach Wartungsarbeiten schnell durchgeführt werden.
    • (12) Ein Brennstoffzellen-System-Steuer-/Regelverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Brennstoffzellen-Systems, umfassend: eine Brennstoffzelle, die elektrische Energie bei einer Reaktion zwischen einem Brenngas und einem oxidierenden Gas erzeugt, einen Kühler, der Wärme eines Kühlmittels abführt, das die Brennstoffzelle kühlt, eine Kühlmittelpumpe, die das Kühlmittel umwälzt, eine Temperatur-Erfassungseinrichtung, welche die Temperatur des Kühlmittels erfasst, einen Kühlmittel-Einleitungspfad, der das Kühlmittel in die Brennstoffzelle einleitet, einen Kühlmittel-Ausgabepfad, der das Kühlmittel ausgibt, welches bereits durch die Brennstoffzelle geströmt ist, einen Kühler-Zirkulationspfad, der das Kühlmittel durch den Kühler liefert und es von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, einen Bypass-Zirkulationspfad, der den Kühler umgeht und das Kühlmittel von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, ein Strömungspfad-Umschaltventil, das an einem Verbindungsteil zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Einleitungspfad oder zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Ausgabepfad vorgesehen ist, und das so eingestellt ist, dass das Kühlmittel dem Bypass-Zirkulationspfad in einem Fall zugeführt wird, in dem eine Temperatur des Kühlmittels kleiner oder gleich einem ersten Temperatur-Schwellenwert wird, während die Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, und einen Steuer-/Regelabschnitt, der eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle durchführt, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, wobei ein Schritt vorgesehen ist, das Strömungspfad-Umschaltventil zu steuern/regeln, um, bei der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuzuführen, bis die von der Temperatur-Erfassungseinrichtung erfasste Temperatur des Kühlmittels gleich einem zweiten Temperatur-Schwellenwert geworden ist, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist.
  • Bei dem obigen Aspekt (12) gibt es einen Schritt, das Strömungspfad-Umschaltventil zu steuern/regeln, um das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuzuführen, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert geworden ist, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist. Daher ist es möglich, eine Abführung von Wärme des Kühlmittels unter Verwendung des Kühlers effektiv durchzuführen. Durch die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, kann die Brennstoffzelle folglich schnell gekühlt werden, bis der zweite Temperatur-Schwellenwert erreicht wurde, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist. Im Ergebnis kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden.
    • (13) Bei dem obigen Aspekt (12) kann ein Schritt vorgesehen sein, eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit zu erfassen, die als Kühlsystem-Einrichtungen ausgestattet ist wenigstens mit dem Kühler-Lüfter, der Kühlmittelpumpe, der Temperatur-Erfassungseinrichtung und dem Strömungspfad-Umschaltventil, und in dem Schritt der Erfassung einer Fehlfunktion von der Kühlsystem-Einheit kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit erfasst werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert und größer als der zweite Temperatur-Schwellenwert ist, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
  • In dem obigen Aspekt (13) gibt es einen Schritt, das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuzuführen, bis die Temperatur des Kühlmittels der zweite Temperatur-Schwellenwert geworden ist, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist. Daher ist es möglich, eine Abführung von Wärme des Kühlmittels unter Verwendung des Kühlers effizient durchzuführen. Im Ergebnis kann die Brennstoffzelle schnell abgekühlt werden, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, und daher kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden.
  • Da ein Schritt vorgesehen ist, eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit zu erfassen, nachdem die Brennstoffzelle aufhört, elektrische Energie zu erzeugen, kann weiterhin eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit häufiger erfasst werden als in dem Fall, in dem eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit nur erfasst wird, wenn die Brennstoffzelle anfängt, elektrische Energie zu erzeugen, beispielsweise nachdem sie längere Zeit eingeweicht war. Daher kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit prompt erfasst werden. Zusätzlich ist ein Schritt vorgesehen, Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuzuführen, bis die Temperatur von dem Kühlmittel den zweiten Temperatur-Schwellenwert erreicht, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, und eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit wird erfasst, indem sie mit einem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert verglichen wird, wenn eine Abnahmerate der Kühlmitteltemperatur hoch ist. Daher neigt die Differenz zwischen einer vorhergesagten Temperatur und der erfassten Temperatur dazu, besonders groß zu sein, wenn eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit vorliegt. Folglich kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit zuverlässig mit einem hohen Niveau von Präzision erfasst werden.
  • Nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, liefert gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung dem Kühler-Zirkulationspfad Kühlmittel, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist. Daher kann eine Abführung von Wärme des Kühlmittels effizient mit dem Kühler durchgeführt werden. Durch eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, kann die Brennstoffzelle folglich schnell abgekühlt werden, bis der zweite Temperatur-Schwellenwert, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, erreicht wurde. Im Ergebnis kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden.
  • Da eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit zu jeder Zeit erfasst werden kann, zu der die Brennstoffzelle aufhört, elektrische Energie zu erzeugen, kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit häufiger erfasst werden als in dem Fall, in dem eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit nur dann erfasst wird, wenn die Brennstoffzelle beginnt, elektrische Energie zu erzeugen, zum Beispiel nachdem sie für eine lange Zeitdauer eingeweicht war. Daher kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit prompt erfasst werden. Zusätzlich wird eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit erfasst, indem das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zugeführt wird, bis die Temperatur des Kühlmittels den zweiten Temperatur-Schwellenwert erreicht, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, und indem sie dadurch mit einem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert verglichen wird, wenn die Abnahmerate der Kühlmitteltemperatur hoch ist. Daher neigt die Differenz zwischen einer vorhergesagten Temperatur und der erfassten Temperatur dazu, groß zu sein, wenn eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit vorliegt. Folglich kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit zuverlässig mit einem hohen Niveau von Präzision erfasst werden.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau von einem Brennstoffzellen-System von einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein Flussdiagramm von einem Stopp-Steuer-/Regelverfahren einer Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Flussdiagramm von einem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Graph, in dem die vertikale Achse die Drehgeschwindigkeit einer ersten Kühlmittelpumpe (zweiten Kühlmittelpumpe) darstellt, und die horizontale Achse eine Kühlmittel-Temperatur darstellt.
  • 5 ist ein Graph, in dem die vertikale Achse die Drehgeschwindigkeit eines Kühler-Lüfters darstellt, und die horizontale Achse eine Kühlmittel-Temperatur darstellt.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines Brennstoffzellen-Systems einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Stopp-Steuer-/Regelverfahrens der Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen, wobei die vertikale Achse eine Temperatur darstellt und die horizontale Achse die verstrichene Zeitdauer seit dem Moment darstellt, zu dem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
  • 9 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen, wobei die vertikale Achse vorhergesagte Temperaturen darstellt und die horizontale Achse erfasste Außenluft-Temperaturen darstellt.
  • 10 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen, wobei die vertikale Achse vorhergesagte Temperaturen darstellt und die horizontale Achse erfasste Temperaturen in einem Stopp-Zustand darstellt.
  • 11 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen, wobei die vertikale Achse vorhergesagte Temperaturen darstellt und die horizontale Achse Antriebs-Betriebszyklen von dem Kühler-Lüfter darstellt.
  • 12 ist ein erklärendes Diagramm für eine Fehlfunktion-Erfassung im Schritt S114.
  • 13 ist ein erklärendes Diagramm für ein modifiziertes Beispiel einer Fehlfunktion-Erfassung im Schritt S114.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzelle
    3
    elektrische Speichereinrichtung
    4
    SOC-Erfassungsabschnitt (Kapazität-Erfassungsabschnitt)
    40
    Kühlsystem-Einheit
    41
    erste Kühlmittelpumpe (Kühlmittelpumpe)
    42
    zweite Kühlmittelpumpe (Kühlmittelpumpe)
    43
    Kühler
    44
    Kühler-Lüfter
    45
    Thermostatventil (Strömungspfad-Umschaltventil)
    46
    Heizer
    47
    Kühlmittel-Temperatur-Sensor (Temperatur-Erfassungseinrichtung)
    48
    Außenluft-Temperatur-Sensor (Außenluft-Temperatur-Erfassungseinrichtung)
    51
    Kühlmittel-Einleitungspfad
    52
    Kühlmittel-Ausgabepfad
    53
    Kühler-Zirkulationspfad
    55
    Bypass-Zirkulationspfad
    61
    Strömungspfad-Umschaft-Steuer-/Regeleinrichtung
    63
    Bestimmungseinrichtung
    67
    Wärme-Abführungsmenge-Berechnungseinrichtung
    BL
    vorbestimmte Kapazität
    Bsoc
    Kapazität
    QL
    vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge
    Qout
    Wärme-Abführungsmenge
    TL1
    erster Temperatur-Schwellenwert
    TL2
    zweiter Temperatur-Schwellenwert
    Tout
    Außenluft-Temperatur
    tout
    vorgeschriebene Zeitdauer
    160
    Steuer-/Regeleinrichtung (Steuer-/Regelabschnitt)
    161
    Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung
    163
    Zeitgeber-Einrichtung
    165
    Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung
    167
    Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung
    169
    Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung
    200
    Brennstoffzellen-System
    T1
    Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert
    TF
    vorhergesagte Temperatur
    Ts
    Temperaturdifferenz
    TW
    erfasste Kühlmitteltemperatur (erfasste Temperatur)
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird ein an einem Fahrzeug anzubringendes Brennstoffzellen-System als ein Beispiel betrachtet.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine schematische Konfiguration von einem Brennstoffzellen-System 100 zeigt.
  • Das Brennstoffzellen-System 100 ist mit einem Brennstoffzellen-Stapel 1 versehen (nachfolgend einfach als ”Brennstoffzelle” bezeichnet), der elektrische Energie bei einer Reaktion zwischen einem Brenngas und einem oxidierenden Gas erzeugt. Die Brennstoffzelle 1 ist eine, bei der eine Anzahl von Einheit-Brennstoffzellen (nachfolgend als „Einheitszellen” bezeichnet) aufeinander geschichtet und elektrisch in Reihe verbunden sind. Die Einheitszelle weist eine Sandwich-Struktur auf, bei der Separatoren an den beiden Seiten von einer Membran-Elektroden-Struktur angeordnet sind. Um es im Detail zu beschreiben, ist die Membran-Elektroden-Struktur so konfiguriert, dass eine Anoden-Elektrode und eine Kathoden-Elektrode auf beiden Seiten von einer Festkörper-Polymer-Elektrolyt-Membran (Elektrolyt-Membran) angeordnet sind, die beispielsweise aus einem Elektrolyt-Material auf Fluor-Basis gebildet ist. Ein anodenseitiger Separator ist so angeordnet, dass er der Anoden-Elektrode von der Membran-Elektroden-Struktur zugewandt ist, und ein Anoden-Gas-Strömungspfad 11 ist dazwischen ausgebildet. Weiterhin ist ein kathodenseitiger Separator so angeordnet, dass er der Kathoden-Elektrode von der Membran-Elektroden-Struktur zugewandt ist, und ein Kathoden-Gas-Strömungspfad 21 ist dazwischen ausgebildet.
  • In dieser Brennstoffzelle 1 wird ein Brenngas wie beispielsweise Wasserstoff-Gas als ein Anoden-Gas dem Anoden-Gas-Strömungspfad 11 zugeführt, und ein oxidierendes Gas, beispielsweise Luft, das Sauerstoff enthält, wird als ein Kathoden-Gas dem Kathoden-Gas-Strömungspfad 21 zugeführt. Im Ergebnis dringen Wasserstoff-Ionen, die an der Anoden-Elektrode durch eine katalytische Reaktion erzeugt werden, durch die Festkörper-Polymer-Elektrolyt-Membran und bewegen sich zu der Kathoden-Elektrode. Diese Wasserstoff-Ionen reagieren elektrochemisch mit Sauerstoff an der Kathoden-Elektrode, um elektrische Energie zu erzeugen, und Wasser wird auf der Kathoden-Seite als Ergebnis der Erzeugung elektrischer Energie erzeugt.
  • Mit der Eingangsseite von dem Anoden-Gas-Strömungspfad 11 der Brennstoffzelle 1 ist ein Anoden-Gas-Zufuhrpfad 12 verbunden. Mit der stromaufwärtigen Seite von dem Anoden-Gas-Zufuhrpfad 12 ist ein Wasserstoff-Zufuhrsystem 10 verbunden. In dem Wasserstoff-Zufuhrsystem 10 sind ein (in der Figur nicht gezeigter) Wasserstoff-Tank, ein (in der Figur nicht gezeigtes) elektromagnetisches Absperrventil, das eine Zufuhr von Brenngas absperrt, ein (in der Figur nicht gezeigtes) Druckreduktionsventil, welches Druck von dem Brenngas gemäß dem Druck des oxidierenden Gases reduziert, und eine (in der Figur nicht gezeigte) Ausstoßeinrichtung vorgesehen, welche bewirkt, dass ein Anoden-Abgas in den Anoden-Gas-Zufuhrpfad 12 fließt.
  • Weiterhin ist auf der Ausgangsseite von dem Anoden-Gas-Strömungspfad 11 der Brennstoffzelle 1 ein Anoden-Zirkulationspfad 14 vorgesehen. Der Anoden-Zirkulationspfad 14 ist mit der Ausstoßeinrichtung verbunden.
  • Das von dem Wasserstoff-Tank des Wasserstoff-Zufuhrsystems 10 gelieferte Brenngas bewegt sich durch den Anoden-Gas-Zufuhrpfad 12 und wird zu dem Anoden-Gas-Strömungspfad 11 der Brennstoffzelle 1 geliefert. Anoden-Abgas zirkuliert in einer solchen Weise, dass es sich durch den Anoden-Zirkulationspfad 14 bewegt, in die Ausstoßeinrichtung eingesaugt wird, zusammen mit dem von dem Wasserstoff-Tank gelieferten Brenngas strömt und wieder der Brennstoffzelle 1 zugeführt wird.
  • Ein (in der Figur nicht gezeigtes) Anoden-Abgas-Ausgaberohr zweigt von dem Anoden-Zirkulationspfad 14 über ein (in der Figur nicht gezeigtes) elektromagnetisch angetriebenes Spülungsventil ab. In solchen Fällen, in denen die Konzentration von Verunreinigungen (wie Feuchtigkeit, Luft und Stickstoff) innerhalb des Anoden-Abgases, welches durch die Brennstoffzelle 1 zirkuliert, hoch wird, öffnet das Spülungsventil periodisch gemäß dem Betriebszustand der Brennstoffzelle 1, und das Anoden-Abgas wird zu dem Anoden-Abgas-Ausgaberohr ausgegeben. Das Anoden-Abgas-Ausgaberohr ist mit einem (in der Figur nicht gezeigten) Verdünnen verbunden. Der Verdünner verdünnt nicht reagiertes Brenngas, das in dem Anoden-Abgas enthalten ist, mit Kathoden-Abgas und gibt es nach außen ab.
  • Mit der Eingangsseite von dem Kathoden-Gas-Strömungspfad 21 der Brennstoffzelle 1 ist ein Kathoden-Gas-Zufuhrpfad 22 verbunden. Mit der stromaufwärtigen Seite von dem Kathoden-Gas-Zufuhrpfad 22 ist ein Luft-Zufuhrsystem 20 verbunden. In dem Luft-Zufuhrsystem 20 sind ein (in der Figur nicht gezeigter) Kompressor, der oxidierendes Gas liefert, und ein (in der Figur nicht gezeigter) Befeuchter vorgesehen, der das oxidierende Gas unter Verwendung von dem Kathoden-Abgas befeuchtet.
  • Weiterhin ist auf der Ausgangsseite von dem Kathoden-Gas-Strömungspfad 21 ein Kathoden-Abgas-Ausgaberohr 24 vorgesehen. Das Kathoden-Abgas-Ausgaberohr 24 läuft durch den Befeuchter und ist mit einem (in der Figur nicht gezeigten) Verdünner über ein (in der Figur nicht gezeigtes) Gegendruck-Ventil verbunden.
  • Die Luft, die durch den Kompressor von dem Luft-Zufuhrsystem 20 unter Druck gesetzt wurde, bewegt sich durch den Kathoden-Gas-Zufuhrpfad 22, um dem Kathoden-Gas-Strömungspfad 21 der Brennstoffzelle 1 zugeführt zu werden. Als ein Oxidationsmittel dienender Sauerstoff innerhalb dieser Luft wird für die Erzeugung elektrischer Energie geliefert und wird dann als Kathoden-Abgas aus der Brennstoffzelle 1 abgegeben.
  • Die Brennstoffzelle 1 ist elektrisch mit der elektrischen Speichereinrichtung 3 über einen DC/DC-Wandler oder dergleichen verbunden (in der Figur nicht gezeigt) und in der Brennstoffzelle 1 erzeugte elektrische Energie kann in der elektrischen Speichereinrichtung 3 gespeichert werden.
  • Die Brennstoffzelle 1 und die elektrische Speichereinrichtung 3 sind mit einer (in der Figur nicht gezeigten) externen Last verbunden, beispielsweise einem Motor von einem Fahrzeug, so dass sie elektrische Energie dorthin liefern können. Das Fahrzeug verwendet von der Brennstoffzelle 1 und der elektrischen Speichereinrichtung 3 gelieferte elektrische Energie, um den Motor anzutreiben und zu fahren. In dem Fall, in welchem eine Ausgabe der Brennstoffzelle 1 in Bezug auf die von dem Fahrzeug angeforderte Ausgabe unzureichend ist, zum Beispiel wenn das Fahrzeug beschleunigt oder bei niedrigen Temperaturen aktiviert wird, liefert die elektrische Speichereinrichtung 3 gespeicherte elektrische Energie und kompensiert eine zu geringe Ausgabe der Brennstoffzelle 1.
  • Weiterhin ist die elektrische Speichereinrichtung 3 mit einem SOC-Erfassungsabschnitt 4 (Kapazität-Erfassungsabschnitt) ausgestattet, der die Kapazität (Ladungszustand: SOC) der elektrischen Speichereinrichtung 3 erfasst. Der SOC Erfassungsabschnitt 4 gibt elektrische Signale aus, die dem SOC der elektrischen Speichereinrichtung 3 entsprechen, zu einer später beschriebenen Steuer-/Regeleinrichtung 60.
  • (Kühlsystem-Einheit)
  • Das Brennstoffzellen-System 100 ist mit einer Kühlsystem-Einheit 40 ausgestattet, welche die Brennstoffzelle durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel wie Kühlwasser abkühlt.
  • Die Kühlsystem-Einheit 40 ist ausgestattet mit: einem Kühlmittel-Zirkulationspfad 50, durch welchen Kühlmittel zirkuliert, einem Kühler 43, der Wärme des Kühlmittels abführt, einem Kühler-Lüfter, der Luft zu dem Kühler 43 sendet, einer ersten Kühlmittelpumpe 41 und einer zweiten Kühlmittelpumpe 42, welche das Kühlmittel umwälzen, einem Kühlmittel-Temperatursensor 47 (Temperatur-Erfassungseinrichtung), der die Temperatur von dem durch den Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 zirkulierenden Kühlmittel erfasst, einem Thermostatventil 45 (Strömungspfad-Umschaltventil), welches Strömungspfade von dem Kühlmittel umschaltet, und einem Heizer 46, der Wärme auf das Thermostatventil 45 anwendet. Nachfolgend können unter den jeweiligen Einrichtungen, welche die Kühlsystem-Einheit 40 bilden, der Kühler-Lüfter 44, die erste Kühlmittelpumpe 41, die zweite Kühlmittelpumpe 42, der Kühlmittel-Temperatursensor 47, das Thermostatventil 45 und der Heizer 46 alle als Kühlsystem-Einrichtungen bezeichnet werden.
  • Der Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 ist mit einem Kühlmittel-Verbindungspfad 58 verbunden, der innerhalb der Brennstoffzelle 1 ausgebildet ist, und ist ausgebildet mit einem Kühlmittel-Einleitungspfad 51, einem Kühlmittel-Ausgabepfad 52, einem Kühler-Zirkulationspfad 53 und mit einem Bypass-Zirkulationspfad 55, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Brennstoffzelle 1 zirkuliert.
  • Der Kühlmittel-Einleitungspfad 51 ist ein Strömungspfad, um das Kühlmittel in die Brennstoffzelle 1 einzuleiten. Der Kühlmittel-Einleitungspfad 51 ist mit der bezüglich der Kühlmittel-Zirkulationsrichtung stromaufwärtigen Seite von dem Kühlmittel-Verbindungspfad 58 von der Brennstoffzelle 1 verbunden.
  • Der Kühlmittel-Ausgabepfad 52 ist ein Strömungspfad, um das Kühlmittel, das in die Brennstoffzelle 1 eingeleitet wurde und diese durchquert hat, aus der Brennstoffzelle 1 heraus auszugeben. Der Kühlmittel-Ausgabepfad 52 ist mit der bezüglich der Kühlmittel-Zirkulationsrichtung stromabwärtigen Seite von dem Kühlmittel-Verbindungspfad 58 der Brennstoffzelle 1 verbunden.
  • Der Kühler-Zirkulationspfad 53 ist ein Strömungspfad, um es zu ermöglichen, dass das Kühlmittel durch den Kühler 43 strömt und um es von dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 zirkulieren zu lassen. Der Kühler-Zirkulationspfad 53 ist mit einem Kühler-Einleitungspfad 53a und mit einen Kühler-Ausgabepfad 53b ausgebildet.
  • Der Kühler-Einleitungspfad 53a ist ein Strömungspfad, um das Kühlmittel in den Kühler 43 einzuleiten. Die stromaufwärtige Seite davon ist mit dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 verbunden, und die stromabwärtige Seite davon ist mit den Kühler 43 verbunden.
  • Der Kühler-Ausgabepfad 53b ist ein Strömungspfad, um das Kühlmittel von dem Kühler 43 auszugeben. Die stromaufwärtige Seite davon ist mit dem Kühler 43 verbunden, und die stromabwärtige Seite davon ist mit dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 verbunden.
  • Der Bypass-Zirkulationspfad 55 ist ein Strömungspfad, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel den Kühler 43 umgeht, und um es von dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 zirkulieren zu lassen. Der Bypass-Zirkulationspfad 55 ist so ausgebildet, dass er die stromaufwärtige Seite von dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 und die stromabwärtige Seite von dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 verbindet. Das Kühlmittel bewegt sich durch den Bypass-Zirkulationspfad 55, umgeht dadurch den Kühler 53 und zirkuliert durch den Kühlmittel-Zirkulationspfad 50. Der Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 kann durch das später beschriebene Thermostatventil zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und dem Bypass-Zirkulationspfad 55 umgeschaltet werden.
  • An dem Kühler-Zirkulationspfad 53 ist der Kühler 43 angeordnet. Der Kühler 43 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel, das innerhalb des Kühlers 43 zirkuliert, und der Außenluft an dem Außenumfang von dem Kühler 43 durch, um die Wärme von dem Kühlmittel abzuführen.
  • Der Kühler-Lüfter 44 wird es mit einem vorbestimmten Antrieb-Betriebszyklus (driving duty) auf Basis von Befehlen von der später beschriebenen Steuer-/Regeleinrichtung 60 (Steuer-/Regelabschnitt) angetrieben. Der Kühler-Lüfter 44 liefert Kühl-Luft an den Kühler 43 und fördert einen Wärmeaustausch zwischen dem innerhalb des Kühlers 43 zirkulierenden Kühlmittel und der Außenluft. Hierbei bezieht sich der Betriebszyklus auf das Verhältnis der Leitung-AN-Zeit zu der Antriebszeit von dem Kühler-Lüfter 44. Daher wird die Drehgeschwindigkeit von dem Kühler-Lüfter 44 höher, wenn der Antrieb-Betriebszyklus höher wird.
  • An dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 ist die erste Kühlmittelpumpe 41 angeordnet. Weiterhin ist an dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 die zweite Kühlmittelpumpe 42 angeordnet. Die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 werden mit einem vorbestimmten Antrieb-Betriebszyklus (Drehgeschwindigkeit) auf Basis von Befehlen von der Steuer-/Regeleinrichtung 60 angetrieben, die später beschrieben wird, und sie speisen das Kühlmittel unter Druck ein und lassen es innerhalb von dem Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 zirkulieren.
  • An dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 ist der Kühlmittel-Temperatursensor 47 angeordnet. Der Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfasst die Temperatur von dem Kühlmittel, das aus der Brennstoffzelle 1 ausgegeben wurde. Der Kühlmittel-Temperatursensor 47 ist sehr nahe an der Brennstoffzelle 1 an dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 angeordnet. Daher wird die Temperatur des Kühlmittels, die von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfasst wird, im Wesentlichen die gleiche wie die innere Temperatur von der Brennstoffzelle 1.
  • (Thermostatventil)
  • An dem Verbindungsteil zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad 55, dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 und dem Kühler-Zirkulationspfad 53 (dem Kühler-Einleitungspfad 53a) ist das Thermostatventil 45 angeordnet. Das Thermostatventil 45 ist beispielsweise derart aufgebaut, dass es die thermische Ausdehnung und die thermische Kontraktion von einem eingeschlossenen Wachs ausnutzt, so dass das Ventil automatisch seine Öffnung ändert. Das Thermostatventil 45 öffnet das Ventil entweder auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55 oder auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und schließt das Ventil auf der anderen Seite, um dadurch den Strömungspfad von dem Kühlmittel zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad 55 und dem Kühler-Zirkulationspfad 53 umzuschalten.
  • Die Umschalt-Temperatur, bei welcher das Thermostatventil 45 umschaltet, wird auf einen vorbestimmten ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 (beispielsweise 65°C) eingestellt.
  • Während die Brennstoffzelle 1 elektrische Energie erzeugt, schaltet das Thermostatventil insbesondere den Strömungspfad von dem Kühlmittel in der folgenden Weise.
  • Wenn die Temperatur des Kühlmittels höher ist als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1, öffnet das Thermostatventil 45 das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und schließt das Ventil auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55. Im Ergebnis zirkuliert das Kühlmittel innerhalb von dem Kühler 43 und kann Wärme abführen, nachdem es Wärme von der Brennstoffzelle 1 aufgenommen hat. Daher kann die Brennstoffzelle 1 schnell abgekühlt werden.
  • Wenn die Temperatur von dem Kühlmittel andererseits kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, öffnet das Thermostatventil 45 das Ventil auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55 und schließt das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53. Im Ergebnis kann das Kühlmittel den Kühler 43 umgehen, was einen deutlichen Druckabfall verursacht, und daher kann es effizient durch den Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 zirkulieren. Da weiterhin ein Temperaturabfall in dem Kühlmittel durch Umgehen von dem Kühler 43 unterdrückt werden kann, kann ein Aufwärm-Vorgang effizient durchgeführt werden, beispielsweise unmittelbar nachdem die Brennstoffzelle 1 beginnt, elektrische Energie zu erzeugen.
  • Das Thermostatventil 45 ist mit einem Heizer 46 ausgestattet, der das Thermostatventil 45 erwärmt. Der Heizer 46 ist beispielsweise an einer Seite des Thermostatventils 45 befestigt. Der Heizer 46 ist ein so genannter elektrischer Heizer, der beispielsweise aus einem elektrischen Widerstand aufgebaut ist, und er erzeugt Wärme, wenn Strom hindurch fließt. Wie später beschrieben wendet der Heizer 46 Wärme auf das Thermostatventil 45 auf Basis von Befehlen von der Steuer-/Regeleinrichtung 60 an, bei der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung von der Brennstoffzelle 1, die durchgeführt wird, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen. Auch wenn die Temperatur des Kühlmittels kleiner als oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, kann im Ergebnis das Thermostatventil 45 automatisch den Strömungspfad des Kühlmittels aufgrund der Wärme von dem Heizer 46 umschalten, und das Kühlmittel kann dem Kühler-Zirkulationspfad 53 zugeführt werden.
  • (Steuer-/Regeleinrichtung)
  • Das Brennstoffzellen-System 100 ist mit der Steuer-/Regeleinrichtung 60 ausgestattet. Die Steuer-/Regeleinrichtung 60 ist elektrisch mit dem Wasserstoff-Zufuhrsystem 10, dem Luft-Zufuhrsystem 20, dem SOC-Erfassungsabschnitt 4, der die Kapazität der elektrischen Speichereinrichtung 3 erfasst, dem Außenluft-Temperatursensor 48 (Außenluft-Temperatur-Erfassungseinrichtung), der die Temperatur der Außenluft erfasst und mit den jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen verbunden, welche die Kühlsystem-Einheit 40 bilden. Die Steuer-/Regeleinrichtung 60 führt eine Stopp-Steuerung/Regelung der Brennstoffzelle 1 durch, wie später beschrieben, indem die jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen gesteuert/geregelt werden. Die Steuer-/Regeleinrichtung 60 ist mit einer Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 61, einer Bestimmungseinrichtung 63, einer Zeitgeber-Einrichtung 65 und einer Wärme-Abführungsmenge-Berechnungseinrichtung 67 ausgestattet.
  • Die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 61 steuert/regelt eine Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil 45, die durch den Heizer 46 durchgeführt wird, so dass das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad 53 zugeführt wird, bis die Temperatur von dem Kühlmittel gleich einem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 (beispielsweise 50°C) wird, der kleiner als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen. Der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2 ist ein Temperatur-Zielwert des Kühlmittels bei der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1, die später beschrieben wird.
  • Nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, bestromt die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 61 den Heizer 46, um Wärme auf das Thermostatventil 45 anzuwenden, öffnet das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 von dem Thermostatventil 45 und schließt das Ventil auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55. Im Ergebnis zirkuliert das Kühlmittel innerhalb von dem Kühler 43 und führt Wärme ab, nachdem es Wärme von der Brennstoffzelle 1 absorbiert hat, und die Temperatur des Kühlmittels wird schnell reduziert. Die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 61 bestromt den Heizer 46, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 wird. Im Ergebnis fließt das Kühlmittel durch den Kühler-Zirkulationspfad 53, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 wird, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, und daher kann der Kühler 43 Wärme des Kühlmittels effektiv abführen.
  • Die Bestimmungseinrichtung 63 bestimmt, ob eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle durchzuführen ist, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, oder nicht. Die Bestimmungseinrichtung 63 wird später beschrieben.
  • Die Zeitgeber-Einrichtung 65 misst die verstrichene Zeitdauer seit dem Moment, zu dem die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1 begonnen hat.
  • Die Wärme-Abführungsmenge-Berechnungseinrichtung 67 berechnet die Menge von Wärme, die von dem Kühlmittel bei der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung abgeführt wurde. Das Verfahren zum Berechnen einer Wärme-Abführungsmenge wird später beschrieben.
  • (Brennstoffzellen-Stopp-Steuer-/Regelverfahren)
  • Nachfolgend wird ein Stopp-Steuer/Regel-Verfahren der Brennstoffzelle 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • 2 und 3 sind Flussdiagramme von dem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1 (vergleiche 1) gemäß der Ausführungsform. Nachfolgend wird jeder Schritt (Schritt S1 bis Schritt S25) von dem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1 unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. 2 zeigt das Flussdiagramm (Schritt S1 bis Schritt S5) von dem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1 bevor eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchgeführt wird. Weiterhin zeigt 3 das Flussdiagramm (Schritt S7 bis Schritt S25) der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1 von dem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1. Im Hinblick auf Bezugszeichen der jeweiligen Komponenten in der Beschreibung der Flussdiagramme von 2 und 3 und auf die in der Beschreibung der Graphen von 4 und danach wird auf 1 verwiesen.
  • Wie in 2 gezeigt, wird zunächst in Schritt S1 bestimmt, ob sich die Brennstoffzelle 1 in einem elektrische-Energie-Erzeugung-Stopp-Zustand befindet, oder nicht. Um zu bestimmen, ob sich die Brennstoffzelle 1 im elektrische-Energie-Erzeugung-Zustand befindet, oder nicht, liest beispielsweise die Steuer-/Regeleinrichtung 60 den Zustand von einem (in der Figur nicht gezeigten) Zündschalter aus. Insbesondere falls sich der Zündschalter im AUS-Zustand befindet, wird im Schritt S1 „JA” bestimmt, wobei die Brennstoffzelle 1 als sich im elektrische-Energie-Erzeugung-Stopp-Zustand befindend behandelt wird, und das Verfahren geht weiter zu dem nächsten Schritt S3. Wenn sich der Zündschalter andererseits im EIN-Zustand befindet, wird im Schritt S1 ”NEIN” bestimmt, wobei die Brennstoffzelle 1 als sich in dem elektrische-Energie-Erzeugung-Zustand befindend behandelt wird, und der Zustand von dem Zündschalter wird erneut ausgelesen.
  • Im Schritt S3, unmittelbar nachdem die Brennstoffzelle 1 als in dem elektrische-Energie-Erzeugung-Stopp-Zustand im Schritt S1 bestimmt wurde, erfasst der Kühlmittel-Temperatursensor 47 die Kühlmittel-Temperatur zu der Zeit, zu der die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen (nachfolgend bezeichnet als Stoppzeit-Temperatur TW0) und gibt diese zu der Steuer-/Regeleinrichtung 60 aus.
  • Im Schritt S5 wird bestimmt, ob eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchgeführt wird, oder nicht. Insbesondere wird in Schritt 5 bestimmt, ob eine kalte Jahreszeit (Winter) vorliegt (nachfolgend als kalte-Jahreszeit-Bestimmungsschritt S5A bezeichnet), und die Temperatur von dem Kühlmittel auf Basis der Stoppzeit-Temperatur TW0 wird bestimmt (nachfolgend bezeichnet als Stoppzeit-Temperatur-Bestimmungsschritt S5B), um dadurch zu bestimmen, ob die Bestimmungseinrichtung 63 der Steuer-/Regeleinrichtung 60 die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchführt, oder nicht.
  • Bei dem kalte-Jahreszeit-Bestimmungsschritt S5A wird beispielsweise bestimmt, dass eine kalte Jahreszeit vorliegt, wenn die Außenluft-Temperatur Tout, die von dem Außenluft-Temperatursensor 48 erfasst wird, noch niedriger als eine vorbestimmte Außenluft-Temperatur (beispielsweise 5°C) ist, die niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist. Wenn eine kalte Jahreszeit vorliegt, ist die Außenluft-Temperatur Tout hinreichend niedrig, und dadurch wird berücksichtigt, dass die Temperatur des Kühlmittels schnell abfällt, ohne die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchzuführen. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchzuführen, und im Schritt S5 wird „JA” bestimmt.
  • In dem Stoppzeit-Temperatur-Bestimmungsschritt S5B wird bestimmt, ob die Temperatur des Kühlmittels hinreichend niedrig ist, oder nicht, indem die Stoppzeit-Temperatur TW0 und die vorbestimmte Kühlmittel-Temperatur TL0 verglichen werden. Hierbei ist die vorbestimmte Kühlmitteltemperatur TL0 eine Temperatur, die niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, und sie wird auf die gleiche Temperatur (zum Beispiel 50°C) eingestellt wie beispielsweise der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2.
  • Wenn die Stoppzeit-Temperatur TW0 geringer als die vorbestimmte Kühlmitteltemperatur TL0 ist, ist die Temperatur des Kühlmittels hinreichend gering, so dass keine Notwendigkeit besteht, die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchzuführen. Entsprechend wird im Schritt S5 „JA” bestimmt.
  • D. h., im Schritt S5, falls bei dem kalte-Jahreszeit-Bestimmungsschritt S5A bestimmt wird, dass eine kalte Jahreszeit vorliegt, oder falls bei dem Stoppzeit-Temperatur-Bestimmungsschritt S5B bestimmt wird, dass die Stoppzeit-Temperatur TW0 kleiner als die vorbestimmte Kühlmitteltemperatur PL0 ist, wird im Schritt S5 „JA” bestimmt, und das Verfahren beendet die Stopp-Steuerung/Regelung der Brennstoffzelle 1, ohne zum Schritt S7 und zu den nachfolgenden Schritten fortzuschreiten (d. h., ohne die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchzuführen) (vergleiche 3).
  • Wenn andererseits im Schritt S5, in dem kalte-Jahreszeit-Bestimmungsschritt S5 bestimmt wird, dass keine kalte Jahreszeit vorliegt, und in dem Stoppzeit-Temperatur-Bestimmungsschritt S5B bestimmt wird, dass die Stoppzeit-Temperatur TW0 größer oder gleich der vorbestimmten Kühlmittel-Temperatur PL0 ist, wird im Schritt S5 „NEIN” bestimmt, und das Verfahren schreitet zu Schritt S7 und zu den nachfolgenden Schritten fort, um die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchzuführen (vergleiche 3).
  • Indem im Schritt S5 bestimmt wird, ob die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchgeführt wird, oder nicht, ist es auf diese Weise möglich, zu verhindern, dass die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchgeführt wird, wenn die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1 nicht erforderlich ist. Daher kann ein verschwenderischer Verbrauch elektrischer Energie unterdrückt werden.
  • Da im Allgemeinen die Effizienz einer Erzeugung elektrischer Energie einer Brennstoffzelle 1 bei niedrigen Temperaturen abfällt, ist weiterhin ein Aufwärm-Vorgang erforderlich, wenn ein Brennstoffzellen-System 100 bei niedrigen Temperaturen aktiviert wird. Wie oben beschrieben, ist es jedoch möglich, im Schritt S5 zu verhindern, dass die Kühlmittel-Temperatur niedriger wird, als notwendig. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Aufwärm-Vorgang-Zeit ausgedehnt wird, wenn das Brennstoffzellen-System gestoppt und dann erneut aktiviert wird. Folglich kann das Brennstoffzellen System 100 schnell reaktiviert werden.
  • (Verfahren zur Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle)
  • Nachfolgend wird ein Steuer-/Regelverfahren zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1 (Schritt S7 und nachfolgende Schritte) beschrieben.
  • Wie in 3 gezeigt, beginnt im Schritt S7 die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 61 von der Steuer-/Regeleinrichtung 60 damit, den Heizer 46 zu bestromen, um Wärme auf das Thermostatventil 45 anzuwenden.
  • Im Schritt S9 wird bestimmt, ob das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 geöffnet wird, und das Ventil auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55 geschlossen wird, oder nicht (nachfolgend bezeichnet als „Ventilöffnung-Bestimmungsschritt S9 des Thermostatventils 45)”. Der Ventilöffnung-Bestimmungsschritt S9 des Thermostatventils 45 wird auf solche Weise durchgeführt, dass die Steuer-/Regeleinrichtung 60 die von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 detektierte Kühlmitteltemperatur ausliest.
  • In dem Fall, in dem die Stoppzeit-Temperatur TW0 des Kühlmittels höher ist als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1, der gleich der Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil 45 ist, wird beispielsweise berücksichtigt, dass das Thermostatventil 45 bereits die Umschalt-Temperatur erreicht hat, bevor begonnen wurde, den Heizer 46 zu bestromen (Schritt S7) und er das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 geöffnet hat. Daher wird in dem Ventilöffnung-Bestimmungsschritt S9 des Thermostatventils 45 „JA” bestimmt, und das Verfahren geht weiter zu Schritt S13.
  • Andererseits, in dem Fall, in dem die Stoppzeit-Temperatur TW0 von dem Kühlmittel kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, der die Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil 45 ist, besteht eine Möglichkeit, dass das Thermostatventil 45 noch nicht die Umschalt-Temperatur erreicht hat, und es nicht das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 geöffnet hat. Daher wird in dem Thermostatventil-45-Ventilöffnung-Bestimmungsschritt S9 „NEIN” bestimmt, und das Verfahren geht weiter zu Schritt S13, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist (Schritt S11). Hier bezieht sich die vorbestimmte Zeitdauer im Schritt S11 auf eine Zeitdauer, während der beispielsweise das Thermostatventil 45, das durch den Heizer 46 geheizt wird (Schritt S7), die Umschalt-Temperatur erreicht hat, und angenommen wird, dass das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 offen ist. Die vorbestimmten Zeiten werden innerhalb der Steuer-/Regeleinrichtung 60 abgestimmt, so dass sie beispielsweise der im Schritt S3 bestimmten erfassten Stoppzeit-Temperatur TW0 entsprechen.
  • Auf diese Weise wird es durch den Ventilöffnung-Bestimmungsschritt S9 des Thermostatventils 45 ermöglicht, dass das Verfahren in zuverlässiger Weise zu den nächsten Schritten (Schritt S13 und die danach folgenden Schritte) fortschreitet, nachdem das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 geöffnet wurde. Daher ist es möglich, Kühlmittel durch den Kühler 43 zu liefern und eine Wärmeabführung kann effizient durchgeführt werden, indem die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 im Schritt S13 angetrieben werden, ohne in verschwenderischer Weise elektrische Energie zu verbrauchen.
  • 4 ist ein Graph, in dem die vertikale Achse die Drehgeschwindigkeit der ersten Kühlmittelpumpe 41 (zweiten Kühlmittelpumpe 42) darstellt, und die horizontale Achse Kühlmittel-Temperaturen darstellt.
  • Im Schritt 13 werden die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 angetrieben. Das Kühlmittel innerhalb des Kühlmittel-Zirkulationspfads 50 wird unter Druck durch die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 geliefert und fließt durch den Kühler 43, um zwischen der Innenseite und der Außenseite der Brennstoffzelle 1 zu zirkulieren.
  • Wie in 4 gezeigt, entspricht die Drehgeschwindigkeit der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 der von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfassten Kühlmittel-Temperatur, und sie ist so eingestellt, dass die Drehgeschwindigkeit der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 höher wird, wenn die Kühlmitteltemperatur höher wird.
  • Im Ergebnis kann die Abführung von Wärme des Kühlmittels gefördert werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels hoch ist, indem die Drehgeschwindigkeit der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 vergrößert wird, und dadurch die Zirkulation-Strömungsrate des Kühlmittels vergrößert wird.
  • Weiterhin kann dann, wenn die Kühlmittel-Temperatur niedrig ist, ein Verbrauch elektrischer Energie der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 reduziert werden, indem die Drehgeschwindigkeit der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 gesenkt wird. Daher kann ein Kühlen der Brennstoffzelle 1 effizient durchgeführt werden.
  • 5 ist ein Graph, in dem die vertikale Achse die Drehgeschwindigkeit von einem Kühler-Lüfter 44 darstellt, und die horizontale Achse eine Kühlmittel-Temperatur darstellt.
  • Im Schritt S15 wird der Kühler-Lüfter 44 angetrieben. Der Kühler-Lüfter 44 liefert Kühl-Luft an den Kühler 43. Wenn Kühlmittel innerhalb von dem Kühler 43 zirkuliert, nachdem es Wärme von der Brennstoffzelle 1 absorbiert hat, wird im Ergebnis ein Wärmeaustausch mit der Luft außerhalb von dem Kühler 43 gefördert, und Wärme von dem Kühler 43 kann effizient abgeführt werden. Daher kann die Brennstoffzelle 1 schnell abgekühlt werden.
  • Wie in 5 gezeigt, entspricht die Drehgeschwindigkeit von dem Kühler-Lüfter 44 der von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfassten Kühlmittel-Temperatur und ist so eingestellt, dass die Drehgeschwindigkeit von dem Kühler-Lüfter 44 höher wird, wenn die Kühlmitteltemperatur höher wird. Im Ergebnis wird die dem Kühler 43 zugeführte Luftmenge vergrößert, wenn die Kühlmittel-Temperatur höher wird. Daher wird ein Wärmeaustausch zwischen dem innerhalb des Kühlers 43 zirkulierenden Kühlmittel und der Luft außerhalb von dem Kühler 43 gefördert, und die Brennstoffzelle 1 kann schnell abgekühlt werden. Weiterhin ist es möglich, einen Verbrauch elektrischer Energie des Kühler-Lüfters 44 zu reduzieren, wenn die Kühlmittel-Temperatur niedrig ist. Daher kann ein Abkühlen der Brennstoffzelle 1 effizient durchgeführt werden.
  • Wie in 3 gezeigt, werden im Schritt S17 ein Kühlmittel-Temperatur-Erfassungsschritt S17A, ein SOC-Erfassungsschritt S17B und ein Wärme-Abführungsmenge-Berechnungsschritt S17C durchgeführt, um dadurch den Zustand von dem Brennstoffzellen-System 100 zu erfassen.
  • In dem Kühlmittel-Temperatur-Erfassungsschritt S17A, erfasst der Kühlmittel-Temperatursensor 47 die Temperatur von dem Kühlmittel (nachfolgend bezeichnet als ”erfasste Kühlmitteltemperatur TW”), und gibt diese an die Steuer-/Regeleinrichtung 60 aus.
  • Im SOC-Erfassungsschritt S17B, erfasst der SOC-Erfassungsabschnitt 4 den SOC (nachfolgend bezeichnet als ”Kapazität Bsoc”) von der elektrischen Speichereinrichtung 3, und gibt diesen an die Steuer-/Regeleinrichtung 60 aus. Während der Steuerung/Regelung zum schnellen Kühlen, nimmt die Kapazität Bsoc von der elektrischen Speichereinrichtung 3 allmählich ab, aufgrund des Verbrauchs elektrischer Energie durch den Heizer 46, die erste Kühlmittelpumpe 41, die zweite Kühlmittelpumpe 42 und den Kühler-Lüfter 44.
  • Der Wärme-Abführungsmenge-Berechnungsschritt S17C wird auf Basis der folgenden Berechnungsformeln durchgeführt. D. h., wenn die Wärme-Abführungsmenge des Kühlmittels zu der Zeit der Durchführung der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung als Qout, das Gewicht des durch den Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 von der Kühlsystem-Einheit 40 zirkulierenden Kühlmittels als m und die spezifische Wärme von dem Kühlmittel als C bezeichnet werden, wird die Wärme-Abführungsmenge wie folgt berechnet: Qout = m·C(TW0 – TW). (1)
  • Die erfasste Kühlmitteltemperatur TW, die in dem Kühlmittel-Temperatur-Erfassungsschritt S17A erfasst wurde, die Kapazität Bsoc der elektrischen Speichereinrichtung 3, die in dem SOC-Erfassungsschritt S17B erfasst wurde, und die Wärme-Abführungsmenge Qout, die in dem Wärme-Abführungsmenge-Berechnungsschritt S17C berechnet wurde, werden an die Steuer-/Regeleinrichtung 60 ausgegeben.
  • Im Schritt S19 wird auf Basis der jeweiligen Bestimmungsfaktoren von dem erfasste-Kühlmitteltemperatur-Bestimmungsschritt S19A, dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Zeit-Bestimmungsschritt S19B, dem elektrische-Speichereinrichtung-Kapazität-Bestimmungsschritt S19C und dem Wärme-Abführungsmenge-Bestimmungsschritt S19D bestimmt, ob die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung gestoppt wird, oder nicht (nachfolgend bezeichnet als ”Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Stopp-Bestimmungsschritt S19”). Nachfolgend werden Einzelheiten der jeweiligen Bestimmungsfaktoren beschrieben.
  • In dem erfasste-Kühlmittel-Temperatur-Bestimmungsschritt S19A, wird bestimmt, ob die erfasste Kühlmittel-Temperatur TW niedriger als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2 ist, oder nicht. Wenn die erfasste Kühlmittel-Temperatur TW niedriger als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2 ist, wird in dem erfasste-Kühlmittel-Temperatur-Bestimmungsschritt S19A „JA” bestimmt, und in dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Stopp-Bestimmungsschritt S19 wird ”JA” bestimmt, und das Verfahren geht weiter zu Schritt S21 und dann nachfolgenden Schritten, um die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung zu stoppen.
  • Bei dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Zeit-Bestimmungsschritt S19B, wird bestimmt, ob die verstrichene Zeit t von dem Start der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung, die von der Zeitgeber-Einrichtung 65 erfasst wurde, die vorgeschriebenen Zeitdauer tout überschritten hat, oder nicht. Hierbei ist die vorgeschriebene Zeitdauer tout beispielsweise eine Zeitdauer, von der angenommen wird, das während dieser die erfasste Kühlmitteltemperatur TW niedriger geworden ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2, wenn die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung normal durchgeführt wird. In dem Fall, in dem die Zeitdauer t, die seit dem Start der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung verstrichen ist, die vorgeschriebene Zeitdauer tout überschritten hat, wird entweder angenommen, dass die erfasste Kühlmitteltemperatur TW niedriger geworden ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2, oder dass irgend eine der Einrichtungen, die das Brennstoffzellen-System 100 bilden, eine Fehlfunktion aufweist. Entsprechend wird in dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Zeit-Bestimmungsschritt S19B ”JA” bestimmt, und in dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Stopp-Bestimmungsschritt S19 wird ”JA” bestimmt, und das Verfahren schreitet fort zum Schritt S21 und danach folgenden Schritten, um die Schnell-Kühl-Steuerung/Regelung zu stoppen.
  • Durch den Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Zeit-Bestimmungsschritt S19B, wird eine Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil 45 durch den Stopp-Vorgang der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung, wie später beschrieben (Schritt S21) gestoppt, wenn die vorgeschriebene Zeitdauer tout verstrichen ist. Im Ergebnis kann ein verschwenderischer Verbrauch elektrischer Energie unterdrückt werden, nachdem die Brennstoffzelle 1 hinreichend abgekühlt ist. Da die erste Kühlmittelpumpe 41, die zweite Kühlmittelpumpe 42 und der Kühler-Lüfter 44 gestoppt werden (Schritt S23 und Schritt S25), ist es weiterhin möglich, ein Betriebsgeräusch der ersten Kühlmittelpumpe 41, der zweite Kühlmittelpumpe 42 und des Kühler-Lüfters 44 sowie ein abnormales Geräusch, das auftritt, wenn das Kühlmittel zirkuliert, zu unterdrücken. Im Ergebnis kann eine Geräuscharmut von dem Brennstoffzellen-System 100 sichergestellt werden. Daher ist es möglich, ein lärminduziertes Gefühl des Unbehagens für den Benutzer zu unterdrücken, und die Vermarktbarkeit des Fahrzeugs mit dem darin angebrachten Brennstoffzellen-System 100 zu verbessern.
  • In einem Fall, in dem die vorgeschriebene Zeitdauer tout verstrichen ist, auch wenn die Temperatur des Kühlmittels nicht niedriger als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2 geworden ist, kann weiterhin eine Fehlfunktion von einer Einrichtung, die zu dem Brennstoffzellen-System 100 gehört, angenommen werden. Daher ist eine frühe Erkennung einer Fehlfunktion von einer Einrichtung, die zu dem Brennstoffzellen-System 100 gehört, möglich.
  • In dem elektrische-Speichereinrichtung-Kapazität-Bestimmungsschritt S19C wird bestimmt, ob die Kapazität Bsoc der elektrischen Speichereinrichtung 3, die während der Schnell-Kühl-Steuerung/Regelung allmählich abnimmt, eine vorbestimmte Kapazität BL erreicht hat, oder nicht. Hierbei ist die vorbestimmte Kapazität BL eine Kapazität der elektrischen Speichereinrichtung 3, die der elektrischen Energie entspricht, die erforderlich ist, damit die Brennstoffzelle 1 beginnt, elektrische Energie zu erzeugen.
  • Um die Brennstoffzelle 1 dazu in die Lage zu versetzen, wieder elektrische Energie zu erzeugen, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen (d. h., um diese zu reaktivieren), ist es notwendig, sicherzustellen, dass die Kapazität Bsoc von der elektrischen Speichereinrichtung 3 bei der vorbestimmten Kapazität BL liegt oder höher ist, und es ist notwendig, die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung zu stoppen, bevor die Kapazität Bsoc von der elektrischen Speichereinrichtung 3 niedriger wird als die vorbestimmte Kapazität BL. In dem Fall, in dem die Kapazität Bsoc von der elektrischen Speichereinrichtung 3, die allmählich abnimmt, die vorbestimmte Kapazität BL erreicht hat, wird in dem elektrische-Speichereinrichtung-Kapazität-Bestimmungsschritt S19C ”JA” bestimmt, und in dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Stopp-Bestimmungsschritt S19 wird ”JA” bestimmt. Dann geht das Verfahren weiter zum Schritt S21 und danach folgenden Schritten, um die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung zu stoppen.
  • Durch den elektrische-Speichereinrichtung-Kapazität-Bestimmungsschritt S19C wird der Vorgang des Stoppens der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1 in dem Zustand durchgeführt, in dem die zum Starten der Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle 1 erforderliche Kapazität noch in der elektrischen Speichereinrichtung 3 verbleibt. Daher kann eine Verschlechterung von der Brennstoffzelle 1 unterdrückt werden, und das Brennstoffzellen-System 100 kann zuverlässig reaktiviert werden, nachdem es gestoppt wurde.
  • Bei dem Wärme-Abführungsmenge-Bestimmungsschritt S19D wird bestimmt, ob die Wärme-Abführungsmenge Qout, die in dem Wärme-Abführungsmenge-Berechnungsschritt S17C berechnet wurde, größer geworden ist als eine vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge QL. Hierbei ist die vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge QL beispielsweise eine Wärme-Abführungsmenge, bei der angenommen wird, dass die erfasste Kühlmittel-Temperatur TW niedriger geworden ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2, wenn die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung normal durchgeführt wird. In dem Fall, in dem die berechnete Wärme-Abführungsmenge Qout größer geworden ist als die vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge QL, wird entweder angenommen, dass die erfasste Kühlmitteltemperatur TW niedriger geworden ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2, oder dass eine der Einrichtungen, die das Brennstoffzellen-System 100 bilden, eine Fehlfunktion aufweist. Entsprechend wird in dem Wärme-Abführungsmenge-Bestimmungsschritt S19D ”JA” bestimmt, und in dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Stopp-Bestimmungsschritt S19 wird ”JA” bestimmt, und das Verfahren geht weiter zu Schritt S21 und nachfolgenden Schritten um die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung zu stoppen.
  • Durch den Wärme-Abführungsmenge-Bestimmungsschritt S19D endet die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1, wenn die Wärme-Abführungsmenge Qout des Kühlmittels größer als die vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge QL wird. Dadurch ist es möglich, einen verschwenderischen Verbrauch elektrischer Energie zu unterdrücken, nachdem die Brennstoffzelle 1 hinreichend durch das Kühlmittel abgekühlt wurde. In einem Fall, in dem die Wärme-Abführungsmenge Qout des Kühlmittels größer geworden ist als die vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge QL, auch wenn die Kühlmitteltemperatur nicht kleiner geworden ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert, wird weiterhin eine Fehlfunktion von einer Einrichtung angenommen, die zu dem Brennstoffzellen-System 1 gehört. Daher ist eine Früherkennung einer Fehlfunktion einer Einrichtung, die zu dem Brennstoffzellen-System 100 gehört, möglich.
  • In dem Fall, in dem in irgend einem von dem erfasste-Kühlmitteltemperatur-Bestimmungsschritt S19A, dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Zeit-Bestimmungsschritt S19B, dem elektrische-Speichereinrichtung-Kapazität-Bestimmungsschritt S19C und dem Wärme-Abführungsmenge-Bestimmungsschritt S19D ”JA” bestimmt wurde, wird in dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Stopp-Bestimmungsschritt S19 ”JA” bestimmt, das Verfahren geht weiter zu Schritt S21 und danach folgenden Schritten um den Vorgang durchzuführen, die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung zu stoppen.
  • Falls andererseits bei all den Bestimmungsfaktoren von dem erfasste-Kühlmittel-Temperatur-Bestimmungsschritt S19A, dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Zeit-Bestimmungsschritt S19B, dem elektrische-Speichereinrichtung-Kapazität-Bestimmungsschritt S19C und dem Wärme-Abführungsmenge-Bestimmungsschritt S19D „NEIN” bestimmt wurde, wird in dem Schnell-Kühl-Steuer/Regel-Stopp-Bestimmungsschritt S19 ”NEIN” bestimmt, und das Verfahren kehrt zurück zu Schritt S17, um damit fortzufahren, die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung durchzuführen und den Zustand von dem Brennstoffzellen-System 100 zu erfassen.
  • Im Schritt S21 hört die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 61 von der Steuer-/Regeleinrichtung 60 damit auf, den Heizer 46 zu bestromen und stoppt die Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil 45. Das Thermostatventil 45 wird auf eine Temperatur abgekühlt, die kleiner oder gleich der Umschalt-Temperatur ist (d. h., kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1), indem das Kühlmittel bei einer Temperatur liegt, die kleiner als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2 ist. Im Ergebnis schließt das Thermostatventil 45 das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und öffnet das Ventil auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55.
  • Im Schritt 23 werden die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 gestoppt. Im Schritt S25, wird der Kühler-Lüfter 44 gestoppt.
  • Zu der Zeit, zu der der Kühler-Lüfter 44 gestoppt wird, endet die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle 1, und die Stopp-Steuerung/Regelung der Brennstoffzelle 1 endet.
  • (Wirkung)
  • Nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, liefert gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 61 Kühlmittel zu dem Kühler-Zirkulationspfad 53, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 wird, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist (Schritt S7 bis Schritt S13). Daher kann eine Wärmeabführung effektiv mit dem Kühler 43 durchgeführt werden. Mit der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, kann folglich die Brennstoffzelle 1 schnell abgekühlt werden, bis der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, erreicht wurde. Im Ergebnis kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle 1 unterdrückt werden.
  • Da weiterhin das Strömungspfad-Umschaltventil als das Thermostatventil 45 vorgesehen ist, kann das Brennstoffzellen-System 100 im Vergleich beispielsweise zur Verwendung eines Drei-Wege-Ventils mit niedrigeren Kosten hergestellt werden. Indem weiterhin die Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil 45 auf einem vorbestimmten Wert gesetzt wird, ist es möglich, automatisch zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und dem Bypass-Zirkulationspfad 55 umzuschalten, wenn die Temperatur von dem Kühlmittel gleich der Umschalt-Temperatur wird, ohne eine spezielle Steuerung/Regelung durchzuführen. Durch Bereitstellen von dem Strömungspfad-Umschaltventil als einem Thermostatventil 45 ist es folglich möglich, auf einfache Weise zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und den Bypass-Zirkulationspfad 55 umzuschalten.
  • Da weiterhin ein Heizer 46 vorgesehen ist, der das Thermostatventil 45 erwärmt, ist es möglich, durch Steuern/Regeln der Temperatur von dem Heizer 46 zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und dem Bypass-Zirkulationspfad 55 umzuschalten, unabhängig von der Temperatur des Kühlmittels. Durch Heizen von dem Thermostatventil 45 mit dem Heizer 46 und indem dieses auf eine Temperatur gebracht wird, die größer als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, kann das Kühlmittel, welches künstlich so behandelt wird, als ob es sich bei einer Temperatur befindet, die höher als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, folglich dem Kühler-Zirkulationspfad 53 zugeführt werden, auch wenn die Kühlmittel-Temperatur tatsächlich kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 ist. Anders als bei dem Brennstoffzellen-System, das in der japanischen Patentanmeldung JP 2010067394 A offenbart ist, wird das Thermostatventil 45 zusätzlich geheizt und umgeschaltet, ohne Wärme auf das Kühlmittel anzuwenden, und daher kann die Kühl-Effizienz von dem Kühlmittel verbessert werden. Nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, kann das Kühlmittel entsprechend dem Kühler-Zirkulationspfad 53 zugeführt werden, bis die Temperatur von dem Kühlmittel den zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 erreicht. Daher kann die Brennstoffzelle 1 schnell abgekühlt werden und eine Verschlechterung von der Brennstoffzelle 1 kann unterdrückt werden. Wie oben beschrieben, kann durch Bereitstellen des Strömungspfad-Umschaltventils in Form des Thermostatventils 45 und durch Vorsehen des Heizers 46, der das Thermostatventil erwärmt, die Steuerung/Regelung vereinfacht werden und gleichzeitig kann eine Verschlechterung von der Brennstoffzelle 1 unterdrückt werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Auf ähnliche Weise wird bei der folgenden Beschreibung ein Brennstoffzellen-System als ein Beispiel betrachtet, das an einem Fahrzeug anzubringen ist. Den Bestandteilen, die ebenso in dem obigen Ausführungsbeispiel verwendet werden, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, und detaillierte Beschreibungen davon können ausgelassen werden.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration von einem Brennstoffzellen-System 200 zeigt.
  • Eine Brennstoffzelle 1 erzeugt elektrische Energie bei einer elektrochemischen Reaktion zwischen einem Brenngas und einem oxidierenden Gas. Elektrische Energie, die von der Brennstoffzelle 1 erzeugt wird, wird einer (in der Figur nicht gezeigten) externen Last wie einem Motor eines Fahrzeugs zugeführt. Das Fahrzeug treibt den Motor mit der elektrischen Energie an, die von der Brennstoffzelle 1 erzeugt wird, um zu fahren.
  • An einem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 ist eine erste Kühlmittelpumpe 41 angeordnet. Weiterhin ist an einem Kühler-Ausgabepfad 53b eine zweite Kühlmittelpumpe 42 angeordnet. Die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 werden auf Basis von Befehlen von einer Steuer-/Regeleinrichtung 160 (Steuer-/Regelabschnitt) angetrieben, die später beschrieben wird, und sie liefern das Kühlmittel unter Druck und wälzen es innerhalb von dem Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 um.
  • An einem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 ist ein Kühlmittel-Temperatursensor 47 vorgesehen. Der Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfasst die Temperatur von dem Kühlmittel, das von der Brennstoffzelle 1 ausgegeben wird. Der Kühlmittel-Temperatursensor 47 ist nahe an der Brennstoffzelle 1 an dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 angeordnet. Daher wird die Temperatur von dem Kühlmittel, die durch den Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfasst wird (die erfasste Temperatur, bzw. erfasste Kühlmitteltemperatur TW) im Wesentlichen die gleiche wie die innere Temperatur von der Brennstoffzelle 1.
  • (Thermostatventil)
  • An dem Verbindungsteil zwischen einem Bypass-Zirkulationspfad 55, dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 und dem Kühler-Zirkulationspfad 53 (Kühler-Ausgabepfad 53b), ist ein Thermostatventil 45 angeordnet.
  • Das Thermostatventil 45 ist mit einem Heizer 46 ausgestattet, der das Thermostatventil 45 erwärmt. Der Heizer 46 ist beispielsweise an einer Seite von dem Thermostatventil 45 befestigt. Der Heizer 46 ist ein sogenannter elektrischer Heizer, der beispielsweise aus einem elektrischen Widerstand gebildet ist, und der Wärme erzeugt, wenn er bestromt wird. Wie später beschrieben, wendet der Heizer 46 bei der Stopp-Steuerung/Regelung der Brennstoffzelle 1, die durchgeführt wird, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, Wärme auf das Thermostatventil 45 auf Basis von Befehlen von der Steuer-/Regeleinrichtung 160 an. Im Ergebnis kann auch dann, wenn die Temperatur von dem Kühlmittel kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, das Thermostatventil 45 automatisch den Strömungspfad von dem Kühlmittel aufgrund der Wärme von dem Heizer 46 umschalten, und das Kühlmittel kann dem Kühler-Zirkulationspfad 53 zugeführt werden.
  • (Steuer-/Regeleinrichtung)
  • Das Brennstoffzellen-System 200 ist mit einer Steuer-/Regeleinrichtung 160 ausgestattet. Die Steuer-/Regeleinrichtung 160 ist elektrisch mit einem Wasserstoff-Zufuhrsystem 10, einem Luft-Zufuhrsystem 20, einem Außenluft-Temperatursensor 48, der eine Außenluft-Temperatur erfasst, und den jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen, welche eine Kühlsystem-Einheit 40 bilden, verbunden. Die Steuer-/Regeleinrichtung 160 führt eine Stopp-Steuerung/Regelung der Brennstoffzelle 1, wie später beschrieben durch, indem sie die jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen steuert/regelt.
  • Die Steuer-/Regeleinrichtung 160 ist mit einer Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 161 ausgestattet. Die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 161 steuert/regelt eine Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil 45, die von dem Heizer 46 ausgeführt wird, so dass das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad 53 zugeführt wird, bis die erfasste Kühlmittel-Temperatur TW gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 wird (beispielsweise ungefähr 25°C, was der Außenlufttemperatur entspricht), der niedriger ist als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
  • Nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, bestromt insbesondere die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 161 den Heizer 46, um Wärme auf das Thermostatventil 45 auszuüben, öffnet das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 43 von dem Thermostatventil 45 und schließt das Ventil auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55. Im Ergebnis zirkuliert das Kühlmittel innerhalb von dem Kühler 43 und führt Wärme ab, nachdem es Wärme von der Brennstoffzelle 1 absorbiert hat, und die Temperatur des Kühlmittels wird schnell reduziert. Die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 161 bestromt den Heizer 46, bis die erfasste Kühlmitteltemperatur TW gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 wird. Im Ergebnis fließt das Kühlmittel durch den Kühler-Zirkulationspfad 53, bis die Temperatur von dem Kühlmittel gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 wird, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, und daher kann der Kühler 43 effektiv Wärme von dem Kühlmittel abführen.
  • Weiterhin ist die Steuer-/Regeleinrichtung 160 mit einer Zeitgeber-Einrichtung 163, einer Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung 165, einer Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung 167 und einer Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169 ausgestattet.
  • Die Zeitgeber-Einrichtung 163 misst eine Zeitdauer, die seit dem Moment verstrichen ist, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, und sie bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Moment verstrichen ist, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
  • Die Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung 165 sagt die Kühlmitteltmperatur vorher auf Basis von: der von der Zeitgeber-Einrichtung 163 gemessenen Zeitdauer, der von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 zu der Zeit erfasste Kühlmitteltemperatur, bei der die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen (nachfolgend bezeichnet als „erfasste Stoppzeit-Temperatur TW0”), der Außenluft-Temperatur, die von dem Außenluft-Temperatursensor 48 erfasst wurde (nachfolgend bezeichnet als „erfasste Außenluft-Temperatur TO” und dem Antrieb-Betriebszyklus von dem Kühler-Lüfter 44. Das Verfahren, mit dem die Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung 165 die Kühlmitteltemperatur vorhersagt, wird später beschrieben.
  • Die Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung 167 vergleicht die von der Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung 165 vorhergesagte Kühlmitteltemperatur (nachfolgend bezeichnet als ”vorhergesagte Temperatur TF”) mit der erfassten Kühlmitteltemperatur TW, die von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfasst wurde, um dadurch die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW zu berechnen.
  • Die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169 bestimmt, ob in irgend einer der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen eine Fehlfunktion vorliegt, auf Basis davon, ob die Temperaturdifferenz Ts, die von der Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung 167 berechnet wird, größer oder gleich einem vorbestimmten Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, oder nicht. Das Verfahren, mit dem die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169 eine Fehlfunktion der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen erfasst, wird später beschrieben.
  • (Brennstoffzellen-Stopp-Steuer-/Regelverfahren)
  • Als nächstes wird ein Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben.
  • 7 ist ein Flussdiagramm von dem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1 (vergleiche 6) gemäß der Ausführungsform. Nachfolgend wird jeder Schritt (Schritt S101 bis Schritt S123) von dem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1 unter Verwendung der Figuren beschrieben. Im Hinblick auf Bezugszeichen der jeweiligen Komponenten, welche das Brennstoffzellen-System bilden, in der Beschreibung von dem Flussdiagramm in 7 und in den Beschreibungen der Graphen in 8 und den nachfolgenden Figuren wird auf 6 verwiesen.
  • Wie in 7 gezeigt, wird zunächst, im Schritt S101, bestimmt, ob die Brennstoffzelle 1 sich in dem elektrische-Energieerzeugung-Stopp-Zustand befindet, oder nicht. Um zu bestimmen, ob die Brennstoffzelle 1 sich in dem elektrische-Energieerzeugung-Stopp-Zustand befindet oder nicht, liest die Steuer-/Regeleinrichtung 160 beispielsweise den Zustand von einem (in der Figur nicht gezeigten) Zündschalter aus. Im Einzelnen wird dann, wenn der Zündschalter sich im AUS-Zustand befindet, im Schritt S101 ”JA” bestimmt, wobei die Brennstoffzelle 1 als sich in dem elektrische-Energieerzeugung-Stopp-Zustand befindend behandelt wird und das Verfahren geht weiter zum nächsten Schritt S102. Wenn sich der Zündschalter andererseits in dem AN-Zustand befindet, wird im Schritt S101 ”NEIN” bestimmt, wobei die Brennstoffzelle 1 als sich in dem elektrische Energieerzeugung-Zustand befindend behandelt wird, und der Zustand von dem Zündschalter wird erneut ausgelesen.
  • Im Schritt S102, unmittelbar nachdem die Brennstoffzelle 1 im Schritt S101 als sich in dem elektrische-Energieerzeugung-Stopp-Zustand befindend bestimmt wurde, wird die erfasste Stoppzeit-Temperatur TW0, die von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfasst wurde, in der Steuer-/Regeleinrichtung 160 gespeichert. Die in der Steuer-/Regeleinrichtung 160 erfasste Stoppzeit-Temperatur TW0 wird für die Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung 165 verwendet, um eine vorhergesagte Kühlmitteltemperatur TF zu berechnen.
  • Im Schritt S103 beginnt die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 161 der Steuer-/Regeleinrichtung 160 damit, den Heizer 46 zu bestromen und wendet Wärme auf das Thermostatventil 45 an. Im Ergebnis öffnet das Thermostatventil 45 das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und schließt das Ventil auf der Seite von dem Bypass-Zirkulationspfad 55.
  • Im Schritt 104 werden die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 angetrieben. Das Kühlmittel innerhalb von dem Kühlmittel-Zirkulationspfad 50 wird durch die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 unter Druck gefördert und es fließt durch den Kühler 43, um zwischen der Innenseite und der Außenseite von der Brennstoffzelle 1 zu zirkulieren.
  • Im Schritt S105 wird der Kühler-Lüfter 44 mit einem vorbestimmten Antrieb-Betriebszyklus angetrieben. Der Kühler-Lüfter 44 liefert Kühl-Luft an den Kühler 43. Im Ergebnis kann das Kühlmittel Wärme von dem Kühler effektiv abführen, nachdem es Wärme von der Brennstoffzelle 1 absorbiert hat, und daher kann die Brennstoffzelle 1 schnell abgekühlt werden.
  • (Fehlfunktion-Erfassung der Kühlsystem-Einheit).
  • Schritt S111 bis Schritt S116 bilden eine Subroutine zur Erfassung einer Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40, und werden von der Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169 der Steuer-/Regeleinrichtung 160 durchgeführt. Im Schritt S111 wird bestimmt, ob die von der Zeitgeber-Einrichtung 163 der Steuer-/Regeleinrichtung 160 gemessene Zeitdauer eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Moment überschritten hat, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen. Hierbei bezieht sich die vorbestimmte Zeitdauer auf eine Zeitdauer, in der angenommen wird, dass die Kühlmitteltemperatur kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 geworden ist, der gleich der Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil 45 ist.
  • In dem Fall, in dem die vorbestimmte Zeitdauer seit dem Moment verstrichen ist, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, wird im Schritt S111 ”JA” bestimmt, und es wird bestimmt, dass die Kühlmitteltemperatur kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1, ist, der gleich der Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil 45 ist. Dann schreitet das Verfahren fort zu dem nächsten Schritt S112.
  • Andererseits, falls die vorbestimmte Zeitdauer seit dem Moment, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, nicht verstrichen ist, wird im Schritt S111 ”NEIN” bestimmt, und es wird bestimmt, dass die Kühlmitteltemperatur höher als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, der gleich der Umschalt-Temperatur von dem Thermostatventil 45 ist. Dann wird die gemessene Zeitdauer, die von der Zeitgeber-Einrichtung 163 gemessen wird, erneut ausgelesen.
  • 8 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen TF, wobei die vertikale Achse die Temperatur darstellt und die horizontale Achse die seit dem Moment verstrichene Zeit t darstellt, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
  • 9 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen, wobei die vertikale Achse vorhergesagte Temperaturen TF darstellt, und die horizontale Achse erfasste Außenluft-Temperaturen TO darstellt.
  • 10 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen, wobei die vertikale Achse vorhergesagte Temperaturen TF darstellt und die horizontale Achse erfasste Stoppzeit-Temperaturen TW0 darstellt.
  • 11 ist ein erklärendes Diagramm für vorhergesagte Temperaturen, wobei die vertikale Achse vorhergesagte Temperaturen TF darstellt und die horizontale Achse Antrieb-Betriebszyklen von dem Kühler-Lüfter 44 darstellt.
  • Im Schritt S112 sagt die Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung 165 von der Steuer-/Regeleinrichtung 160 die Temperatur des Kühlmittels vorher. Die vorhergesagte Temperatur TF auf Basis von der verstrichenen Zeit t, der erfassten Stoppzeit-Temperatur TW0, der erfassten Außenluft-Temperatur TO und dem Antrieb-Betriebszyklus von dem Kühler-Lüfter 44 werden beispielsweise vorläufig als ein Kennfeld in der Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung 165 von der Steuer-/Regeleinrichtung 160 gespeichert.
  • Wie In 8 gezeigt ist, fließt das Kühlmittel durch den zu kühlenden Kühler 43 (Schritt S103 und nachfolgende Schritte in 7), nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen. Daher nimmt die vorhergesagte Temperatur TF ausgehend von der erfassten Startzeit-Temperatur TW0 monoton ab, wenn die verstrichene Zeit t länger wird.
  • Wie in 9 gezeigt, tendiert die Kühlmitteltemperatur dazu, groß zu werden, wenn die erfasste Außenluft-Temperatur TO hoch ist, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen. Daher wird die vorhergesagte Temperatur TF monoton höher wenn die erfasste Außenluft-Temperatur TO höher wird. Wenn die Zeitdauer t, die seit dem Moment verstrichen ist, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, kurz ist, wird weiterhin die Länge einer Kühlmittel-Kühlzeit ebenfalls kurz, und daher wird die vorhergesagte Temperatur TF hoch.
  • Wie in 10 gezeigt, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, tendiert die Kühlmitteltemperatur dazu, hoch zu werden, wenn die erfasste Stoppzeit-Temperatur TW0 hoch ist. Daher wird die vorhergesagte Temperatur TF monoton höher, wenn die erfasste Stoppzeit-Temperatur TW0 höher wird. Weiterhin wird dann, wenn die verstrichene Zeitdauer t seit dem Moment, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, kurz ist, die Länge einer Kühlmittel-Kühlzeit ebenso kurz, und daher wird die vorhergesagte Temperatur TF hoch.
  • Weiterhin wird, wie in 11 gezeigt, wenn der Antrieb-Betriebszyklus von dem Kühler-Lüfter 44 hoch ist, die Drehgeschwindigkeit von dem Kühlerlüfter 44 hoch, und die Abführung von Wärme des Kühlmittels wird gefördert. Daher wird die vorhergesagte Temperatur TF monoton kleiner, wenn der Antrieb-Betriebszyklus von dem Kühler-Lüfter 44 größer wird. Weiterhin wird dann, wenn die seit dem Moment, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, verstrichene Zeitdauer t lang ist, die Länge der Kühlmittel-Kühlzeit ebenfalls lang, und daher wird die vorhergesagte Temperatur TF niedrig.
  • Die vorhergesagte Temperatur TF wird im Schritt S112 auf Basis von dem Kennfeld berechnet, das kombiniert: das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF auf Basis der verstrichenen Zeit t, wie in 8 gezeigt, das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF auf Basis der erfassten Außenluft-Temperatur TO, wie in 9 gezeigt, das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF auf Basis der erfassten Stoppzeit-Temperatur TW0, das in 10 gezeigt ist, und das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF auf Basis von dem Antrieb-Betriebszyklus, das in 11 gezeigt ist.
  • Wenn beispielsweise die erfasste Außentemperatur TO hoch ist, wird insbesondere die Temperatur zu der Startzeit der Kühlmittel-Kühlung hoch. Daher zeigt in diesem Fall das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF (vergleiche die Strich-Punkt-Linie im Graph von 8), dass die Temperatur zu der hohen Seite verschoben wird und die Abnahmerate der Temperatur kleiner wird. Auch in dem Fall, in dem die erfasste Stoppzeit-Temperatur TW0 hoch ist, verschiebt sich die Temperatur zu der hohen Seite und die Abnahmerate der Kühlmitteltemperatur wird aus dem gleichen Grund kleiner.
  • Weiterhin wird beispielsweise, wenn der Antrieb-Betriebszyklus von dem Kühler-Lüfter 44 hoch ist, eine Wärme-Abführung des Kühlmittel gefördert. Daher zeigt, das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF in diesem Fall (vergleiche die Strich-Punkt-Punkt-Linie in dem Graph von 8), dass die Temperatur zu der niedrigen Seite verschoben wird und die Abnahmerate der Temperatur größer wird.
  • Wenn die vorhergesagte Temperatur TF zu der vorbestimmten Zeit t1 berechnet wurde, geht das Verfahren weiter zu dem nächsten Schritt S113.
  • Im Schritt S113 liest die Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung 167 der Steuer-/Regeleinrichtung 160 die erfasste Kühlmitteltemperatur zu der vorbestimmten Zeit t1 aus, und berechnet die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF, die im Schritt S112 berechnet wurde, und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW zu der vorbestimmten Zeit t1. Hierbei ist die Temperaturdifferenz Ts ein Absolutwert der Differenz zwischen der vorhergesagten Temperatur TF zu der vorbestimmten Zeit t1 und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW.
  • 12 ist ein erklärendes Diagramm für eine Fehlfunktion-Erfassung im Schritt S114. Im Schritt S114 vergleicht die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169 der Steuer-/Regeleinrichtung 160 die im Schritt S113 berechnete Temperaturdifferenz Ts mit einem vorbestimmten Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1, und bestimmt, ob die Temperaturdifferenz Ts größer oder gleich dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist, oder nicht.
  • Insbesondere, wie in 12 gezeigt, wird im Schritt S114 ”JA” bestimmt, falls die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW (vergleiche die Strich-Punkt-Punkt-Linie im Graphen von 12) größer oder gleich dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist. Im Ergebnis wird bestimmt, dass sich die Kühlsystem-Einheit 40 in einem abnormalen Zustand befindet (Schritt S115), und es wird bestimmt, dass eine der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen, die die Kühlsystem-Einheit 40 bilden, eine Fehlfunktion aufweist.
  • Andererseits wird im Schritt S114 ”NEIN” bestimmt, falls die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW (vergleiche die Strich-Punkt-Linie im Graphen von 12) kleiner als der Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist. Im Ergebnis wird bestimmt, dass sich die Kühlsystem-Einheit 40 in einem normalen Zustand befindet (Schritt S116), und es wird bestimmt, dass in keiner der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen, welche die Kühlsystem-Einheit 40 bilden, eine Fehlfunktion vorliegt.
  • Wenn bestimmt wurde, ob eine Fehlfunktion in der Kühlsystem-Einheit 40 vorliegt oder nicht, endet die Subroutine für das Verfahren der Fehlfunktion-Erfassung der Kühlsystem-Einheit 40, und das Verfahren geht weiter zu dem nächsten Schritt S120.
  • Im Schritt S120 wird bestimmt, ob die erfasste Kühlmitteltemperatur TW kleiner oder gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 ist, oder nicht.
  • Falls die erfasste Kühlmitteltemperatur TW kleiner oder gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 ist, wird im Schritt S120 ”JA” bestimmt, und es wird bestimmt, dass die Kühlmitteltemperatur hinreichend abgenommen hat, und das Verfahren geht zu dem nächsten Schritt S121 über.
  • In dem Fall, in dem die erfasste Kühlmitteltemperatur TW höher als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2 ist, wird andererseits im Schritt S120 ”NEIN” bestimmt, und es wird bestimmt, dass die Kühlmitteltemperatur nicht hinreichend abgenommen hat, und die erfasste Kühlmitteltemperatur TW wird erneut ausgelesen.
  • Im Schritt S121 hört die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 161 der Steuer-/Regeleinrichtung 160 damit auf, den Heizer 46 zu bestromen, und hört damit auf, Wärme auf das Thermostatventil 45 anzuwenden. Im Ergebnis wird das Thermostatventil 45 auf eine Temperatur abgekühlt, die kleiner oder gleich der Umschalt-Temperatur ist (d. h. kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1) durch das Kühlmittel bei einer Temperatur, die kleiner oder gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 ist, und es schließt das Ventil auf der Seite von dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und öffnet das Ventil auf der Seite von den Bypass-Zirkulationspfad 55.
  • Im Schritt S122 werden die erste Kühlmittelpumpe 41 und die zweite Kühlmittelpumpe 42 gestoppt. Im Schritt S123 wird der Kühler-Lüfter 44 gestoppt.
  • Wenn der Kühler-Lüfter 44 gestoppt wurde, endet der Verfahrensablauf von dem Stopp-Steuer-/Regelverfahren der Brennstoffzelle 1.
  • (Wirkung)
  • Nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, liefert gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung 161 Kühlmittel an den Kühler-Zirkulationspfad 53, bis die Temperatur des Kühlmittels gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 ist, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist (Schritt S120). Daher kann eine Abführung von Wärme des Kühlmittels mit dem Kühler 43 effektiv durchgeführt werden. Im Ergebnis kann die Brennstoffzelle 1 schnell abgekühlt werden, nachdem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, und daher kann eine Verschlechterung von der Brennstoffzelle 1 unterdrückt werden.
  • Da weiterhin eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 jedes Mal dann erfasst werden kann, wenn die Brennstoffzelle 1 aufhört, elektrische Energie zu erzeugen, kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 häufiger erfasst werden als in dem Fall, in dem eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 nur erfasst wird, wenn die Brennstoffzelle 1 elektrische Energie erzeugt. Daher kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 schnell erfasst werden. Zusätzlich wird eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 erfasst, indem das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad 53 zugeführt wird, bis die Temperatur des Kühlmittels den zweiten Temperatur-Schwellenwert TL2 erreicht, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, und in dem diese daher mit einem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 verglichen wird, wenn die Abnahmerate von der Kühlmitteltemperatur hoch ist. Daher tendiert die Differenz zwischen einer vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW dazu, groß zu sein, wenn eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 vorliegt. Folglich kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 zuverlässig mit einem hohen Niveau an Genauigkeit erfasst werden.
  • Modifiziertes Beispiel der Ausführungsform
  • 13 ist ein erklärendes Diagramm für eine Fehlfunktion-Erfassung gemäß einem modifizierten Beispiel der Ausführungsform.
  • In der Ausführungsform, werden im Schritt S114 die Temperaturdifferenz Ts und der Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 verglichen, und es wird bestimmt, ob die Temperaturdifferenz Ts größer als oder gleich dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist, oder nicht, um zu bestimmen, ob eine Fehlfunktion in irgendeiner der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen vorliegt oder nicht.
  • Andererseits unterscheidet sich das modifizierte Beispiel der Ausführungsform von der Ausführungsform darin, dass im Schritt S114 zusätzlich zum Vergleichen der Temperaturdifferenz Ts und dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 und der Bestimmung, ob die Temperaturdifferenz Ts größer als oder gleich dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist, um zu bestimmen, ob eine Fehlfunktion in einer der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen vorliegt, darin, dass bestimmt wird, in welcher der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen eine Fehlfunktion vorliegt. Beschreibungen der Bestandteile die ähnlich zu denjenigen in der Ausführungsform sind, werden weggelassen.
  • Wie in 13 gezeigt, werden bei der Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169 zusätzlich zu dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 vorläufig ein zweiter Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T2, der größer als der Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist, ein dritter Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T3, der größer als der zweite Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T2 ist, und ein vierter Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T4, der größer als der dritte Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T3 ist, eingestellt.
  • In dem Fall, in dem die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW (vergleiche die Strich-Punkt-Punkt-Linie in dem Graphen von 13) größer als oder gleich dem Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert T1 ist, wird im Schritt S114 „JA” bestimmt. Im Ergebnis wird bestimmt, dass sich die Kühlsystem-Einheit 40 in einem abnormalen Zustand befindet, (Schritt S115) und es wird bestimmt das eine Fehlfunktion in irgendeiner der jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen (erste Kühlmittelpumpe 41, zweite Kühlmittelpumpe 42, Kühler-Lüfter 44, Thermostatventil 45, Heizer 46 und Kühlmittel-Temperatursensor 47) vorliegt, die die Kühlsystem-Einheit 40 bilden.
  • Weiterhin bestimmt im Schritt S114 das Verfahren, in welcher Einrichtung von der ersten Kühlmittelpumpe 41, der zweiten Kühlmittelpumpe 42, dem Kühler-Lüfter 44, dem Thermostatventil 45, dem Heizer 46 und dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 eine Fehlfunktion vorliegt, entsprechend der Größe der Temperaturdifferenz Ts.
  • Insbesondere wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist, bestimmt die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169, dass in wenigstens einer von der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 eine Fehlfunktion vorliegt. T1 ≤ Ts < T2 (1)
  • Der Grund hierfür ist, dass die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW als nicht besonders signifikant betrachtet wird, da, auch wenn eine von der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 eine Fehlfunktion aufweist, die andere Pumpe noch in der Lage ist, zu arbeiten, und Kühlmittel immer noch umgewälzt werden kann.
  • Weiterhin bestimmt die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169 dann, wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist, dass wenigstens der Kühler-Lüfter 44 eine Fehlfunktion aufweist. T2 ≤ Ts < T3 (2)
  • Der Grund hierfür ist, dass berücksichtigt wird, dass die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW nicht extrem signifikant ist, da Wärme immer noch von dem Kühler 43 abgeführt werden kann, auch wenn eine Fehlfunktion in den Kühler-Lüfter 44 vorliegt.
  • Wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist, bestimmt weiterhin die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169, dass wenigstens eines von dem Thermostatventil 45 und dem Heizer 46 eine Fehlfunktion aufweist. T3 ≤ Ts < T4 (3)
  • Der Grund hierfür ist, dass die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW als signifikant betrachtet wird, da Kühlmittel nicht durch den Kühler 43 fließen kann, wenn eine Fehlfunktion in dem Thermostatventil 45 oder dem Heizer 46 vorliegt.
  • Wenn weiterhin die folgende Ungleichung erfüllt ist, wird bestimmt, dass wenigstens der Kühlmittel-Temperatursensor 47 eine Fehlfunktion aufweist. T4 ≤ Ts (4)
  • Der Grund hierfür ist, dass die Temperaturdifferenz TS als sehr signifikant betrachtet wird, da, wenn der Kühlmittel Temperatursensor 47 eine Fehlfunktion aufweist, die erfasste Kühlmitteltemperatur TW beispielsweise bei 0°C stehen bleiben würde und einen abnormalen Wert zeigen würde.
  • 13 zeigt ein Beispiel von dem Graph der erfassten Kühlmittel-Temperaturen TW. Die erfasste Kühlmitteltemperatur TW (vergleiche die Strich-Punkt-Punkt-Linie), die in 13 gezeigt ist, illustriert, dass die Temperaturdifferenz Ts zwischen der vorhergesagten Temperatur TF und der erfassten Kühlmitteltemperatur TW die Ungleichung (3) erfüllt. Daher bestimmt im Schritt S114 die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung 169, dass wenigstens eine Einrichtung von dem Thermostatventil 45 und dem Heizer 46 eine Fehlfunktion aufweist.
  • Gemäß dem modifizierten Beispiel der Ausführungsform kann eine Kühlsystem-Einrichtung mit einer Fehlfunktion auf einfache Weise unter einer Mehrzahl von Kühlsystem-Einrichtungen identifiziert werden, und daher können Reparaturvorgänge danach schnell durchgeführt werden.
  • Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifizierungen können durchgeführt werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen.
  • In den obigen Ausführungsformen wird ein Thermostatventil 45 als ein Strömungspfad-Umschaltventil verwendet. Es kann jedoch auch ein Drei-Wege-Ventil eingesetzt werden. Jedoch ist das Thermostatventil 45 in der Lage, automatisch zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und dem Bypass-Zirkulationspfad 55 umzuschalten, daher sind die obigen Ausführungsformen dahingehend überlegen, dass auf einfache Weise zwischen dem Kühler-Zirkulationspfad 53 und dem Bypass-Zirkulationspfad 55 umgeschaltet werden kann, ohne eine spezielle Steuerung/Regelung durchzuführen, und die Brennstoffzellen-Systeme 100, 200 mit niedrigen Kosten hergestellt werden können.
  • In den obigen Ausführungsformen sind zwei Kühlmittelpumpen vorgesehen, nämlich eine erste Kühlmittelpumpe 41 und eine zweite Kühlmittelpumpe 42. Allerdings ist die Anzahl der Kühlmittelpumpen nicht auf diejenige in den Ausführungsformen beschränkt, und es kann eine einzelne Pumpe vorgesehen sein. Allerdings sind die obigen Ausführungsformen dahingehend überlegen, dass, indem zwei Kühlmittelpumpe vorgesehen sind, die Strömungsrate des Kühlmittels vergrößert werden kann, im Vergleich zu dem Fall, in dem eine einzelne Kühlmittelpumpe eingesetzt wird, und zur gleichen Zeit kann eine präzise Steuerung/Regelung in Bezug auf den Kühlmittel-Strömungsrate-Zielwert durchgeführt werden.
  • In der ersten Ausführungsform wird eine Bestimmung, ob eine kalte Jahreszeit vorliegt, unter Verwendung der Außenluft-Temperatur Tout durchgeführt, die von dem Außenluft-Temperatursensor 48 erfasst wird. Andererseits kann eine Bestimmung, ob eine kalte Jahreszeit vorliegt, beispielsweise auf Basis von verfügbaren Kalenderinformationen innerhalb der Steuer-/Regeleinrichtung 60 durchgeführt werden, oder auf Basis von Wetterinformationen, die von einer Kommunikationseinrichtung oder einem GPS (Global Positioning System) erhalten werden, das in dem Fahrzeug vorgesehen ist.
  • In den obigen Ausführungsformen beziehen sich die Beschreibungen auf das Beispiel der Brennstoffzellen-Systeme 100, 200, die in einem Fahrzeug anzubringen sind. Allerdings ist eine Anwendung der Brennstoffzellen-Systeme 100, 200 der vorliegenden Erfindung nicht auf ein Fahrzeug beschränkt.
  • In den obigen Ausführungsformen sind zwei Kühlmittelpumpen vorgesehen, nämlich eine erste Kühlmittelpumpe und eine zweite Kühlmittelpumpe 42. Allerdings kann die Anzahl der vorgesehenen Kühlmittelpumpen auch eins sein. Allerdings sind die obigen Ausführungsformen dahingehend überlegen, dass durch Bereitstellung von zwei Kühlmittelpumpen die Strömungsrate des Kühlmittels im Vergleich zu dem Fall, in dem eine einzelne Kühlmittelpumpe verwendet wird, vergrößert ist, und zur gleichen Zeit eine präzise Steuerung/Regelung in Bezug auf den Kühlmittel-Strömungsrate-Zielwert erreicht werden kann.
  • In der ersten Ausführungsform ist die erste Kühlmittelpumpe 41 an dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 angeordnet, während die zweite Kühlmittelpumpe 42 an dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 vorgesehen ist, und in der zweiten Ausführungsform ist die erste Kühlmittelpumpe 41 an dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 angeordnet, während die zweite Kühlmittelpumpe 42 an dem Kühler-Zirkulationspfad 53 vorgesehen ist. Allerdings ist die Position der Anordnung der ersten Kühlmittelpumpe 41 und der zweiten Kühlmittelpumpe 42 nicht auf diejenigen in den Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann die erste Kühlmittelpumpe 41 an dem Kühlmittel-Einleitungspfad 51 vorgesehen sein, und die zweite Kühlmittelpumpe 42 kann an dem Kühlmittel-Ausgabepfad 52 vorgesehen sein.
  • In der zweiten Ausführungsform wird das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF erzeugt auf Basis aller folgenden Faktoren: verstrichene Zeit t, erfasste Außenluft-Temperatur TO und erfasste Stoppzeit-Temperatur TW0. Es kann jedoch auf Basis wenigstens von der verstrichenen Zeit erzeugt werden. Weiterhin kann das Kennfeld der vorhergesagten Temperatur TF erzeugt werden, indem die verstrichene Zeit mit irgend einem der Faktoren von der erfassten Außenluft-Temperatur TO, der erfassten Stoppzeit-Temperatur TW0 und dem Antrieb-Betriebszyklus kombiniert wird.
  • Bei der zweiten Ausführungsform wird im Schritt S111 bestimmt, ob die Kühlmitteltemperatur kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, oder nicht, indem bestimmt wird, ob die von der Zeitgeber-Einrichtung 163 der Steuer-/Regeleinrichtung 160 gemessene Zeitdauer die vorbestimmte Zeitdauer von dem Moment an überschritten hat, zu dem die Brennstoffzelle 1 aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen. Andererseits kann beispielsweise die erfasste Kühlmittel-Temperatur TW, die von dem Kühlmittel-Temperatursensor 47 erfasst wird, direkt ausgelesen werden, und es kann bestimmt werden, ob sie kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert TL1 ist, oder nicht.
  • Bei der zweiten Ausführungsform wird in dem Fall, in dem die erfasste Kühlmitteltemperatur TW größer ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert TL2, im Schritt S120 „NEIN” bestimmt, und es wird bestimmt, dass die Kühlmitteltemperatur nicht hinreichend abgenommen hat, und die erfasste Kühlmitteltemperatur TW wird erneut ausgelesen. Andererseits kann beispielsweise dann, wenn im Schritt S120 „NEIN” bestimmt wird, und bestimmt wird, dass die Kühlmitteltemperatur nicht hinreichend abgenommen hat, das Verfahren zum Schritt S111 zurückkehren. Im Ergebnis kann eine Fehlfunktion-Erfassung der Kühlsystem-Einheit 40 wiederholt durchgeführt werden, wenn die Abnahmerate der Kühlmittel-Temperatur hoch ist. Folglich kann eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit 40 zuverlässig mit einem hohen Niveau von Genauigkeit erfasst werden.
  • Eine Steuer-/Regeleinrichtung (60) (Steuer-/Regelabschnitt) von einem Brennstoffzellen-System (100) ist mit einer Strömungspfad-Umschalt Steuer-/Regeleinrichtung (61) ausgestattet, die ein Thermostatventil (45) (Strömungspfad-Umschaltventil) umschaltet, so dass, nachdem eine Brennstoffzelle (1) aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, ein Kühlmittel einem Kühler-Zirkulationspfad (53) zugeführt wird, bis die Kühlmittel-Temperatur gleich einem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, der kleiner ist als ein erster Temperatur-Schwellenwert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (13)

  1. Brennstoffzellen-System, umfassend: eine Brennstoffzelle, die elektrische Energie bei einer Reaktion zwischen einem Brenngas und einem oxidierenden Gas erzeugt, einen Kühler, der Wärme von einem Kühlmittel abführt, welches die Brennstoffzelle kühlt, eine Kühlmittelpumpe, welche das Kühlmittel umwälzt, eine Temperatur-Erfassungseinrichtung, die eine Temperatur von dem Kühlmittel erfasst, einen Kühlmittel-Einleitungspfad, der das Kühlmittel in die Brennstoffzelle einleitet, einen Kühlmittel-Ausgabepfad, der das Kühlmittel ausgibt, welches bereits durch die Brennstoffzelle geströmt ist, einen Kühler-Zirkulationspfad, welcher das Kühlmittel durch den Kühler leitet und es von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, einen Bypass-Zirkulationspfad, der den Kühler umgeht und das Kühlmittel von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, ein Strömungspfad-Umschaltventil, das an einem Verbindungsteil zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Einleitungspfad oder zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Ausgabepfad vorgesehen ist, und das so eingestellt ist, dass es das Kühlmittel dem Bypass-Zirkulationspfad in einem Fall zuführt, in dem eine Temperatur von dem Kühlmittel kleiner oder gleich einem ersten Temperatur-Schwellenwert wird, während die Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, und einen Steuer-/Regelabschnitt, der eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle durchführt, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, wobei der Steuer-/Regelabschnitt mit einer Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung versehen ist, die das Strömungspfad-Umschaltventil bei der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle steuert/regelt, um das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuzuführen, bis eine Temperatur von dem Kühlmittel gleich einem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, der kleiner als der erste Temperatur-Schwellenwert ist.
  2. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, wobei: das Strömungspfad-Umschaltventil ein Thermostatventil ist, das Thermostatventil mit einem Heizer versehen ist, der das Thermostatventil erwärmt, und wobei die Strömungspfad-Umschalt-Steuer-/Regeleinrichtung das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuführt, bis die Temperatur von dem Kühlmittel gleich dem zweiten Temperatur-Schwellenwert wird, aufgrund einer Steuerung/Regelung der durch den Heizer durchgeführten Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
  3. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 2, wobei: in einem Fall, in welchem eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle gestartet hat, und dann eine vorgeschriebene Zeitdauer verstrichen ist, der Steuer-/Regelabschnitt die durch den Heizer durchgeführte Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil stoppt, und die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle beendet.
  4. Brennstoffzellen-System nach einem von Anspruch 2 und 3, wobei: der Steuer-/Regelabschnitt die Anwendung von Wärme auf das Thermostatventil unter Verwendung des Heizers beginnt und das Umwälzen des Kühlmittels unter Verwendung der Kühlmittelpumpe beginnt, falls eine Temperatur von dem Kühlmittel zu der Zeit, bei welcher die Erzeugung elektrischer Energie durch die Brennstoffzelle gestoppt wird, höher ist als der erste Temperatur-Schwellenwert, und das Umwälzen des Kühlmittels unter Verwendung der Kühlmittelpumpe startet, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Moment verstrichen ist, zu dem der Heizer begonnen hat, Wärme auf das Thermostatventil anzuwenden, falls eine Temperatur von dem Kühlmittel zu der Zeit, wenn die Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle gestoppt wird, kleiner als oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist.
  5. Brennstoffzellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Drehgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe größer wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels höher wird.
  6. Brennstoffzellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: eine Außenluft-Temperatur-Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, die eine Außenluft-Temperatur erfasst, der Steuer-/Regelabschnitt mit einer Bestimmungseinrichtung versehen ist, die bestimmt, ob eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle durchzuführen ist, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, oder nicht, und die Bestimmungseinrichtung die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle in einem Fall nicht durchführt, in welchem eine Außenluft-Temperatur noch geringer als eine vorbestimmte Außenluft-Temperatur ist, die niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist, oder in einem Fall, in welchem eine Temperatur von dem Kühlmittel, die erfasst wird, nachdem die Brennstoffzelle die Erzeugung elektrischer Energie eingestellt hat, noch niedriger als eine vorbestimmte Kühlmittel-Temperatur ist, die kleiner als der erste Temperatur-Schwellenwert ist.
  7. Brennstoffzellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: vorgesehen sind: eine elektrische Speichereinrichtung, welche von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie speichert, und welche für den Start der elektrischen Energieerzeugung der Brennstoffzelle notwendige elektrische Energie Liefert, und ein Kapazität-Erfassungsabschnitt, der eine Kapazität der elektrischen Speichereinrichtung erfasst und wobei die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle endet, bevor die von dem Kapazität-Erfassungsabschnitt erfasste Kapazität der elektrischen Speichereinrichtung kleiner als eine vorbestimmte Kapazität wird, die erforderlich ist, um die Erzeugung elektrischer Energie der Brennstoffzelle zu starten.
  8. Brennstoffzellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: der Steuer-/Regelabschnitt mit einer Wärme-Abführungsmenge-Berechnungseinrichtung ausgestattet ist, die eine Wärme-Abführungsmenge des Kühlmittels berechnet, und die Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle in einem Fall endet, in dem eine Wärme-Abführungsmenge des Kühlmittels, die durch die Wärme-Abführungsmenge-Berechnungseinrichtung berechnet wurde, größer wird als eine vorbestimmte Wärme-Abführungsmenge.
  9. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, wobei der Steuer-/Regelabschnitt versehen ist mit: einer Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung, die eine Fehlunktion von einer Kühlsystem-Einheit erfasst, die als Kühlsystem-Einrichtungen versehen ist mit wenigstens dem Kühler-Lüfter, der Kühlmittelpumpe, der Temperatur-Erfassungseinrichtung und dem Strömungspfad-Umschaltventil, und wobei die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit in einem Fall erfasst, in welchem, nachdem die Brennstoffzelle damit aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, eine Temperatur von dem Kühlmittel kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist und sie größer ist als der zweite Temperatur-Schwellenwert.
  10. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 9, wobei: der Steuer-/Regelabschnitt versehen ist mit: einer Zeitgeber-Einrichtung, die eine Zeitdauer bestimmt, die seit dem Moment verstrichen ist, zu welchem die Brennstoffzelle damit aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, einer Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung, welche die Temperatur von dem Kühlmittel auf Basis wenigstens der verstrichenen Zeitdauer vorhersagt, die durch die Zeitgeber-Einrichtung bestimmt wurde, und einer Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung, die eine vorhergesagte Temperatur, die durch die Kühlmitteltemperatur-Vorhersageeinrichtung vorhergesagt wurde mit einer erfassten Temperatur vergleicht, die von der Temperatur-Erfassungseinrichtung erfasst wurde, und dadurch eine Temperaturdifferenz zwischen der vorhergesagten Temperatur und der erfassten Temperatur berechnet, und wobei die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung in einem Fall bestimmt, dass eine Fehlfunktion in einer von den jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen vorliegt, in dem die Temperaturdifferenz, die von der Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet wird, größer oder gleich einem voreingestellten Fehlfunktion-Bestimmung-Schwellenwert ist.
  11. Brennstoffzellen-System nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die Fehlfunktion-Erfassungseinrichtung entsprechend der Temperaturdifferenz, die von der Temperaturdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet wird, bestimmt, welche Kühlsystem-Einrichtung unter den jeweiligen Kühlsystem-Einrichtungen eine Fehlfunktion aufweist.
  12. Verfahren zum Steuern/Regeln eines Brennstoffzellen-Systems, welches umfasst: eine Brennstoffzelle, die elektrische Energie bei einer Reaktion zwischen einem Brenngas und einem oxidierenden Gas erzeugt, einen Kühler, der Wärme von einem Kühlmittel abführt, welches die Brennstoffzelle kühlt, eine Kühlmittelpumpe, welche das Kühlmittel umwälzt, eine Temperatur-Erfassungseinrichtung, die eine Temperatur von dem Kühlmittel erfasst, einen Kühlmittel-Einleitungspfad, der das Kühlmittel in die Brennstoffzelle einleitet, einen Kühlmittel-Ausgabepfad, der das Kühlmittel ausgibt, welches bereits durch die Brennstoffzelle geströmt ist, einen Kühler-Zirkulationspfad, der das Kühlmittel durch den Kühler leitet und es von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, einen Bypass-Zirkulationspfad, der den Kühler umgeht und das Kühlmittel von dem Kühlmittel-Ausgabepfad zu dem Kühlmittel-Einleitungspfad zirkulieren lässt, ein Strömungspfad-Umschaltventil, das an einem Verbindungsteil zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Einleitungspfad oder zwischen dem Bypass-Zirkulationspfad und dem Kühlmittel-Ausgabepfad vorgesehen ist, und das so eingestellt ist, dass es das Kühlmittel dem Bypass-Zirkulationspfad in einem Fall zuführt, in dem eine Temperatur von dem Kühlmittel kleiner oder gleich einem ersten Temperatur-Schwellenwert wird, während die Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, und einen Steuer-/Regelabschnitt, der eine Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle durchführt, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen, wobei ein Schritt vorgesehen ist, das Strömungspfad-Umschaltventil zu steuern/regeln um, bei der Steuerung/Regelung zur schnellen Kühlung der Brennstoffzelle, das Kühlmittel dem Kühler-Zirkulationspfad zuzuführen, bis die Temperatur von dem Kühlmittel, die durch die Temperatur-Erfassungseinrichtung erfasst wird, gleich einem zweiten Temperatur-Schwellenwert geworden ist, der niedriger als der erste Temperatur-Schwellenwert ist.
  13. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellen-Systems nach Anspruch 12, umfassend einen Schritt, eine Fehlfunktion von einer Kühlsystem-Einheit zu erfassen, die als Kühlsystem-Einrichtungen wenigstens mit dem Kühler-Lüfter, der Kühlmittelpumpe, der Temperatur-Erfassungseinrichtung und dem Strömungspfad-Umschaltventil ausgestattet ist, und bei dem Schritt der Erfassung einer Fehlfunktion von der Kühlsystem-Einheit eine Fehlfunktion der Kühlsystem-Einheit erfasst wird, wenn eine Temperatur von dem Kühlmittel kleiner oder gleich dem ersten Temperatur-Schwellenwert ist und größer als der zweite Temperatur-Schwellenwert ist, nachdem die Brennstoffzelle aufgehört hat, elektrische Energie zu erzeugen.
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