DE102014200892A1 - Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

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Abstract

Vorgesehen ist ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems, umfassend einen Stopp-Befehl-Erfassungsprozess (S101) zur Erfassung einer Stopp-Befehl-Ausgabe, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt, einen Anodendruck-Erhöhungsprozess (S103) zum Erhöhen eines Drucks, so dass der Druck von der Anode einen ersten vorbestimmten Druckwert erreicht, und einen Stoppzeit-Entladungsprozess (S105) zur Durchführung einer Entladung, indem innerhalb eines Oxidationsmittel-Abgases übriger Sauerstoff verbraucht wird, während eine Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe angetrieben wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der vorliegenden Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Eine Brennstoffzelle kann beispielsweise ein Stapel sein, welcher konfiguriert ist, indem eine Mehrzahl von Zellen gestapelt werden, von denen jede ausgebildet ist, indem eine Festpolymer-Elektrolythmembran, welche eine Festpolymer-Ionenaustauschermembran oder dergleichen umfasst, von beiden Seiten von einer Anode und einer Kathode dazwischenliegend aufgenommen wird und ferner äußere Seiten davon durch ein Paar von Separatoren geklemmt werden. Diese Brennstoffzelle erzeugt Energie, indem Wasserstoffgas als ein Brennstoff-Gas der Anode von jeder Zelle zugeführt wird und Luft, welche Sauerstoff enthält, als ein Oxidationsmittel-Gas der Kathode zugeführt wird.
  • Zusätzlich ist es bekannt, dass ein Brennstoffzellenfahrzeug, welches mit einer solchen Brennstoffzelle ausgestattet ist, den Brennstoffverbrauch verbessert, indem ein Leerlaufstopp (nachfolgend als ein „Leerlaufstopp von einem Brennstoffzellensystem” bezeichnet) durchgeführt wird, um vorübergehend eine Energieerzeugung in der Brennstoffzelle zu stoppen.
  • Im Übrigen ist es bekannt, dass bei dieser Art von Brennstoffzelle, bei dem Stopp von der Energieerzeugung von der Brennstoffzelle einschließlich des Leerlaufstopps von dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem ein sogenannter Übergang oder Crossover stattfindet, bei dem Wasserstoffgas, welches innerhalb der Brennstoffzelle zurückbleibt, von der Seite der Anode durch die Festpolymer-Elektrolytmembran übertragen wird und auf die Seite der Kathode diffundiert und Sauerstoff in der Luft von der Seite der Kathode durch die Festpolymer-Elektrolytmembran übertragen wird und auf die Seite der Anode diffundiert. Wenn der Übergang stattfindet, reagiert ein Reaktionsgas elektrochemisch in der Umgebung von der Festpolymer-Elektrolythmembran und die Festpolymer-Elektrolythmembran wird wahrscheinlich verschlechtert. Daher, wenn die Energieerzeugung von der Brennstoffzelle gestoppt wird, ist es notwendig, eine Sauerstoffkonzentration zu reduzieren, indem auf der Kathodenseite von der Brennstoffzelle übriger Sauerstoff verbraucht wird und eine stickstoffreiche Atmosphäre ausgebildet wird.
  • Beispielsweise ist in der veröffentlichten japanischen Übersetzung Nr. 2007-506243 von der Internationalen PCT-Publikation eine Verbrennungseinheit offenbart, welche dazu konfiguriert ist, die Reaktion zwischen einem Brennstoff (Brennstoff-Gas) und Sauerstoff (einem Oxidationsmittel-Gas) zu unterstützen, und ein Verfahren, das Brennstoffzellensystem zu steuern/regeln, welches Stickstoffgas, nachdem Sauerstoff durch die Verbrennungseinheit verbraucht wurde, der Anode und der Kathode von der Brennstoffzelle zuführt, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt wird.
  • Zusätzlich ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, erste Publikation Nr. 2003-115317 ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems offenbart, welches ein von einer Kathode von einer Brennstoffzelle abgeführtes Abgas unter Verwendung eines Kompressors rezirkuliert, um das rezirkulierte Abgas der Kathode zuzuführen, wenn eine Energieerzeugung von der Brennstoffzelle gestoppt wird, die Energieerzeugung gemäß in dem Abgas übrigen Sauerstoff fortdauert und die Energieerzeugung stoppt, wenn eine Energieerzeugungsspannung kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
  • ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
  • Jedoch sind in dem Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems, welches in der veröffentlichten japanischen Übersetzung Nr. 2007-506243 der Internationalen PCT-Publikation offenbart ist, die Verbrennungseinheit (Combustor)) ein Ventil (Brennstoffdeaktivierungsventil), um der Verbrennungseinheit ein Brennstoff-Gas zuzuführen, usw. notwendig und eine Konfiguration von dem Brennstoffzellensystem wird kompliziert.
  • Zusätzlich wird in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, erste Publikation Nr. 2003-115317 der übrige Sauerstoff verbraucht, wenn die Energieerzeugung von der Brennstoffzelle gemäß einer Systemkonfiguration gestoppt wird, welche einfacher ist als in der veröffentlichten japanischen Übersetzung Nr. 2007-506243 von der Internationalen PCT-Publikation. Wenn jedoch eine Menge an Brennstoff-Gas von der Anode nicht ausreicht, besteht eine Möglichkeit, dass eine Energie nicht stabilisiert wird aufgrund eines Mangels an einer sogenannten Anodenstoichiometrie (eine Zufuhrmenge zu der Brennstoffzelle/eine theoretische Wasserstoff-Verbrauchsmenge) und die Verschlechterung von den Elektroden von der Zelle oder dergleichen wird induziert. Zusätzlich besteht eine Möglichkeit, dass der Wechsel oder Crossover auftritt, bei dem Sauerstoff von der Kathodenseite und der Anodenseite übertragen wird und die Verschlechterung von einer Festpolymer-Elektrolythmembran induziert wird.
  • Auf diese Weise besteht bei der verwandten Technik eine Notwendigkeit für eine Verbesserung, die Verschlechterung von der Brennstoffzelle zu unterdrücken.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt angesichts der oben beschriebenen Umstände, und es ist eine Aufgabe davon, ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Verschlechterung einer Brennstoffzelle zu unterdrücken, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist.
  • Ein Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Mittel, um das Ziel zu erreichen, welches mit der Lösung der Probleme in Beziehung steht.
    • (1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems vorgesehen, umfassend eine Brennstoffzelle, welche Energie erzeugt, indem ein Brennstoff-Gas einer Anode zugeführt wird und ein Oxidationsmittel-Gas einer Kathode zugeführt wird; einen Brennstoff-Gas-Zufuhrweg, durch welchen das der Anode zugeführte Brennstoff-Gas strömt; einen Brennstoff-Abgas-Auslassweg, durch welchen ein von der Anode abgeführtes Brennstoff-Abgas strömt; einen Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg, durch welchen das der Kathode zugeführte Oxidationsmittel-Gas strömt; einen Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg, durch welchen ein von der Kathode abgeführtes Oxidationsmittel-Abgas strömt; einen Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg, welcher den Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg und den Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg verbindet; eine Oxidationsmittel-Gas-Zufuhreinheit, welche das Oxidationsmittel-Gas der Kathode zuführt, und eine Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit, welche an dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg angeordnet ist und das Oxidationsmittel-Abgas zirkuliert, wobei das Verfahren umfasst: einen Stopp-Befehl-Erfassungsprozess zum Erfassen einer Stopp-Befehl-Ausgabe, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt; einen Anodendruck-Erhöhungsprozess zum Erhöhen eines Drucks, so dass der Druck von der Anode einen ersten vorbestimmten Druckwert erreicht, nachdem der Stopp-Befehl in dem Stopp-Befehl-Erfassungsprozess erfasst wurde; und einen Stoppzeit-Entladungsprozess zum Durchführen einer Entladung, indem innerhalb des Oxidationsmittel-Abgases übriger Sauerstoff verbraucht wird, während die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit nach dem Anodendruck-Erhöhungsprozess angetrieben wird.
  • Gemäß dem Aspekt von (1) ist es möglich, den Stoppzeit-Entladungsprozess in einem Zustand durchzuführen, in welchem ein Brennstoff-Gas ausreichend in der Anode sichergestellt wurde, da der Anodendruck-Erhöhungsprozess zum Erhöhen des Drucks, so dass der Druck von der Anode auf den ersten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, nachdem der Stopp-Befehl erfasst wurde, und der Stoppzeit-Entladungsprozess zum Durchführen einer Entladung durch einen Verbrauch von innerhalb des Oxidationsmittel-Abgases übrigen Sauerstoff, während die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit angetrieben wird, nach dem Anodendruck-Erhöhungsprozess, vorgesehen sind. Dadurch, selbst wenn ein großer Strom erzeugt wurde unmittelbar nachdem der Stoppzeit-Entladungsprozess gestartet wurde, kann der Mangel an sogenannter Anodenstoichiometrie (eine Zufuhrmenge zu der Brennstoffzelle/eine theoretische Wasserstoff-Verbrauchsmenge) verhindert werden und eine Elektrodenverschlechterung oder der gleichen unterdrückt werden. Zusätzlich, da auf der Kathodenseite von der Brennstoffzelle übriger Sauerstoff verbraucht werden kann, kann die Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolythmembran unterdrückt werden, indem ein sogenannter Übergang oder Crossover unterdrückt wird, bei dem das Oxidationsmittel-Gas von der Kathodenseite zu der Anodenseite übertragen wird. Daher kann die Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt.
    • (2) In dem Aspekt von (1) kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: einen Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg, welcher den Brennstoff-Gas-Zufuhrweg und den Brennstoff-Abgas-Auslassweg verbindet; und eine Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit, welche an dem Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg angeordnet ist und das Brennstoff-Abgas zirkuliert, und wobei der Stoppzeit-Entladungsprozess durchgeführt wird, indem die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit angetrieben wird.
  • Gemäß dem Aspekt von (2), da der Stoppzeit-Entladungsprozess durchgeführt wird, indem die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit angetrieben wird, kann bewirkt werden, dass Sauerstoff in dem Oxidationsmittel-Abgas von der Kathodenseite frühzeitig reagiert, indem das Brennstoff-Abgas innerhalb des Brennstoff-Gas-Zufuhrwegs, des Brennstoff-Abgas-Auslasswegs und des Brennstoff-Abgas-Zirkulationswegs zirkuliert wird. Da Sauerstoff von der Kathodenseite rasch verbraucht werden kann, ist es dadurch möglich, den Stoppzeit-Entladungsprozess frühzeitig zu beenden. Zusätzlich ist es möglich, die Abgabe von Erzeugungswasser zu verbessern, welches auf der Anodenseite übrig bleibt, indem das Brennstoff-Abgas von der Anodenseite zirkuliert wird. Zusätzlich, da das Brennstoff-Abgas zirkuliert und zugeführt wird, kann die Verschlechterung von einer Elektrode oder der gleichen unterdrückt werden, indem ein Mangel an Anodenstoichiometrie unterdrückt wird, und die Stabilität der Entladung kann verbessert werden.
    • (3) In dem Aspekt von (2) kann in dem Stoppzeit-Entladungsprozess die Entladung fortgesetzt werden, während eine Justierung vorgenommen wird, so dass der Druck von der Anode auf einen zweiten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher geringer als der erste vorbestimmte Druckwert ist.
  • Gemäß dem Aspekt von (3), da sich die Entladung fortsetzt, während die Justierung vorgenommen wird, so dass der Druck von der Anode auf den zweiten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher geringer als der erste vorbestimmte Druckwert ist, ist es möglich, den Stoppzeit-Entladungsprozess durchzuführen, indem eine überflüssige Zufuhr von dem Brennstoff-Gas unterdrückt wird. Dadurch kann die Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolythmembran unterdrückt werden, indem der Übergang oder Crossover von dem Brennstoff-Gas von der Anodenseite zu der Kathodenseite unterdrückt wird. Daher kann die Verschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt werden, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt.
    • (4) In dem Aspekt von (3) kann dann, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit in dem Stoppzeit-Entladungsprozess versagt hat, die Entladung fortgesetzt werden, während eine Justierung vorgenommen wird, so dass der Druck von der Anode auf einen dritten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher größer als der zweite vorbestimmte Druck ist.
  • Gemäß dem Aspekt von (4), da sich die Entladung fortsetzt, während die Justierung vorgenommen wird, so dass der Druck von der Anode auf den dritten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher größer als der zweite vorbestimmte Druckwert ist, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit versagt hat, ist es möglich, den Mangel an Anodenstoichiometrie gemäß einem hohen Druck von dem Brennstoff-Gas zu unterdrücken und die Stabilität der Entladung selbst dann sicherzustellen, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit versagt hat.
    • (5) In dem Aspekt von einem von (1) bis (4) kann in dem Stoppzeit-Entladungsprozess eine Justierung vorgenommen werden, um den Druck von der Anode auf einen vierten vorbestimmten Druckwert einzustellen, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert ist, nach einem Ende von der Entladung.
  • Gemäß dem Aspekt von (5), da die Justierung derart vorgenommen wird, dass der Druck von der Anode auf den vierten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert ist, nach dem Ende von der Entladung, kann das Brennstoff-Gas in der Anode gemäß einer Druckhaltung gehalten werden und die Anodenseite und die Kathodenseite können in einem wasserstoffreichen Zustand sein. Dadurch kann verhindert werden, dass die Anodenseite und die Kathodenseite sich in einem luftreichen Zustand befinden und verhindert werden, dass die Kathode das nächste Mal beim Start einem hohen Potenzial ausgesetzt wird.
    • (6) In dem Aspekt von (5) kann dann, wenn die Entladung vor dem Ende von der Entladung abgeschaltet wurde, der Stoppzeit-Entladungsprozess ohne die Justierung einer Einstellung von dem Druck von der Anode auf den vierten vorbestimmten Druckwert enden.
  • Wenn die Entladung vor dem Ende der Entladung abgeschaltet wurde, wird in Betracht gezogen, dass nicht-reagierter Sauerstoff auf der Kathodenseite übrig bleibt. Andererseits, gemäß dem Aspekt von (6), da der Stoppzeit-Entladungsprozess endet, ohne eine Einstellung durchzuführen, sodass der Druck von der Anode auf den vierten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert ist, ist es möglich, eine Wasserstoffmenge zu reduzieren, welche mit auf der Kathodenseite übrigem Sauerstoff reagiert. Da verhindert werden kann, dass auf der Kathodenseite übriger Sauerstoff und Wasserstoff, welcher durch die Festpolymer-Elektrolytmembran weitergeleitet wurde und zur Kathodenseite vordringt, lokal auf der Fläche von der Festpolymer-Elektrolytmembran reagieren, kann daher die Verschlechterung von der Brennstoffzelle aufgrund der Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolytmembran verhindert werden.
    • (7) In dem Aspekt von einem von (2) bis (4), kann dann, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit versagt und es schwierig ist, das Brennstoff-Abgas zu zirkulieren, ein Stromwert von der Entladung in dem Stoppzeit-Entladungsprozess auf einen festgelegten unteren Stromgrenzwert eingestellt werden.
  • Wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit versagt und es schwierig ist, das Brennstoff-Abgas zu zirkulieren, ist es unwahrscheinlich, dass der Anode ausreichend Wasserstoff zugeführt wird. Andererseits, gemäß dem Aspekt von (7), da ein Stromwert von der Entladung auf den festgelegten unteren Stromgrenzwert eingestellt ist, ist es möglich, die Verschlechterung von einer Elektrode zu unterdrücken, indem der Mangel einer Anodenstoichiometrie unterdrückt wird. Daher kann die Verschlechterung von der Brennstoffzelle selbst dann unterdrückt werden, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit versagt hat.
    • (8) In dem Aspekt von einem von (2) bis (4) und (7) kann in dem Stoppzeit-Entladungsprozess ein Stromwert von der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit bestimmt werden.
  • Gemäß dem Aspekt von (8), da der Stromwert von der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit bestimmt wird, kann die tatsächliche Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit, d. h. ein Entladestrom, welcher einer Zufuhrmenge von dem Brennstoff-Gas entspricht, erzeugt werden. Daher, beispielsweise selbst wenn sich die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit nicht gemäß einem Befehlswert von dem Brennstoffzellensystem aufgrund der Verschlechterung von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit oder dergleichen dreht, kann die Verschlechterung von der Brennstoffzelle unterdrückt werden, indem der Mangel an Anodenstoichiometrie unterdrückt wird.
    • (9) In dem Aspekt von einem von (2) bis (4), (7) und (8) kann in dem Stoppzeit-Entladungsprozess ein Druckwert von der Anode bei der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit bestimmt werden.
  • Gemäß dem Aspekt von (9), da ein Druckwert von der Anode bei der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit bestimmt wird, kann der Druck von der Anode eingestellt werden, indem das Brennstoff-Gas gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit gebildet wird. Selbst wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit sich nicht gemäß einem Befehlswert von dem Brennstoffzellensystem aufgrund der Verschlechterung von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit oder dergleichen dreht, kann daher beispielsweise die Verschlechterung von der Brennstoffzelle unterdrückt werden, indem der Mangel an Anodenstoichiometrie unterdrückt wird.
    • (10) In dem Aspekt nach einem von (1) bis (9) kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: ein Auslassventil, um das Brennstoff-Abgas auszustoßen; einen Gas-Flüssigkeit-Separator, welcher an dem Brennstoff-Abgas-Auslassweg angeordnet ist und das Brennstoff-Abgas und in das Brennstoff-Abgas gemischte Flüssigkeit trennt, um die Flüssigkeit aufzubewahren; und ein Drainageventil, um die im Inneren des Gas-Flüssigkeit-Separators aufbewahrte Flüssigkeit abzulassen, und in dem Stoppzeit-Entladungsprozess wird die Entladung durchgeführt, indem das Auslassventil und das Drainageventil geschlossen werden.
  • Gemäß dem Aspekt von (10), da die Entladung durchgeführt wird, indem das Auslassventil und das Drainageventil in dem Stoppzeit-Entladungsprozess geschlossen werden, kann verhindert werden, dass Wasserstoff durch das Auslassventil und das Drainageventil zur Außenseite des Brennstoffzellensystems abgegeben werden. Daher kann der Mangel an Anodenstoichiometrie durch die Abgabe des Wasserstoffs nach außen verhindert werden und ein ineffektiver Wasserstoff-Verbrauch kann unterdrückt werden. Zusätzlich, wenn der Wasserstoff zur Außenseite des Brennstoffzellensystems 1 abgegeben wird, führt die Verdünnungseinrichtung im Allgemeinen eine Verdünnung durch, indem bewirkt wird, dass der Wasserstoff und Sauerstoff reagieren. Da jedoch das Auslassventil und das Drainageventil gemäß der vorliegenden Erfindung geschlossen sind, kann verhindert werden, dass eine große Menge an Wasserstoff in die Verdünnungseinrichtung eingeleitet wird. Daher ist es möglich, den Wasserstoff leicht zu verdünnen und den verdünnten Wasserstoff zur Außenseite des Brennstoffzellensystems abzugeben.
    • (11) In dem Aspekt nach einem von (1) bis (10) kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: ein erstes Abdichtungsventil, welches in einer Strömungsrichtung von dem Oxidationsmittel-Gas an einer stromaufwärtigen Seite anstelle eines Verbindungsabschnitts mit dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg in dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg angeordnet ist; und ein zweites Abdichtungsventil, welches in einer Strömungsrichtung von dem Oxidationsmittel-Abgas auf einer stromabwärtigen Seite anstelle des Verbindungsabschnitts mit dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg in dem Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg angeordnet ist, und wobei wenigstens das zweite Abdichtungsventil in dem Stoppzeit-Entladungsprozess geschlossen ist.
  • Gemäß dem Aspekt von (11), indem der Stoppzeit-Entladungsprozess in einem Zustand durchgeführt wird, in welchem wenigstens das zweite Abdichtungsventil geschlossen wurde, kann Sauerstoff innerhalb jedes Strömungswegs von dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg, dem Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg, und dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg, welcher den Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg und den Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg verbindet, rasch verbraucht werden. Daher, da die Atmosphäre von der Kathode rasch stickstoffreich werden kann, kann die Verschlechterung von der Brennstoffzelle weiter unterdrückt werden.
  • Gemäß jedem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Stoppzeit-Entladungsprozess in einem Zustand durchzuführen, in welchem ein Brennstoff-Gas ausreichend in der Anode sichergestellt wurde, da der Anodendruck-Erhöhungsprozess zum Erhöhen des Drucks, so dass der Druck von der Anode auf den ersten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, nachdem der Stopp-Befehl erfasst wurde, und der Stoppzeit-Entladungsprozess zum Durchführen eine Entladung durch einen Verbrauch von in einem Oxidationsmittel-Abgas übrigem Sauerstoff, während die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit nach dem Anodendruck-Erhöhungsprozess angetrieben wird, vorgesehen sind. Dadurch, selbst wenn ein großer Strom erzeugt wurde, unmittelbar nachdem der Stoppzeit-Entladungsprozess gestartet wurde, kann der Mangel an sogenannter Stöchiometrie (eine Zufuhrmenge zu der Brennstoffzelle/eine theoretische Wasserstoff-Verbrauchsmenge) verhindert werden und eine Elektrodenverschlechterung oder dergleichen unterdrückt werden. Zusätzlich, da Sauerstoff, welcher auf der Kathodenseite von der Brennstoffzelle übrig ist, verbraucht werden kann, kann die Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolytmembran unterdrückt werden, indem ein sogenannter Übergang oder Crossover unterdrückt wird, bei dem das Oxidationsmittel-Gas von der Kathodenseite zu der Anodenseite übertragen wird. Daher kann die Verschlechterung von der Brennstoffzelle unterdrückt werden, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt.
  • KURZE BESCHREIBUNG VON DEN ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagram von einem Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Flussdiagramm von einem Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems.
  • 3 ist eine grafische Darstellung, welche eine Veränderung im Druck von einer Anode und eine Veränderung in einem Ti-Wert von einer Brennstoff-Einspritzeinrichtung bzw. einem Brennstoff-Injektor veranschaulicht.
  • 4 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einem Stromwert einer Entladung und einem Antriebstastgrad von einer Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe veranschaulicht.
  • 5 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Druck von der Anode und dem Antriebstastgrad von der Brennstoff-Abgas Zirkulationspumpe veranschaulicht.
  • 6 ist ein Zeitdiagramm von dem Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    2
    Brennstoffzelle
    2a
    Anode
    2b
    Kathode
    30
    Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe (Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit)
    32
    Brennstoff-Gas-Zufuhrweg
    36
    Brennstoff-Abgas-Auslassweg
    37
    Ablassventil (Auslassventil)
    38
    Auffangbehälter (Gas-Flüssigkeit-Separator)
    38a
    Drainageventil
    39
    Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg
    41
    Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg
    42
    Luftpumpe (Oxidationsmittel-Gas-Zufuhreinheit)
    45
    Einlass-Abdichtungsventil (erstes Abdichtungsventil)
    47
    Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg
    48
    Auslass-Abdichtungsventil (zweites Abdichtungsventil)
    75
    Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg
    76
    Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe (Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit)
    P1
    erster vorbestimmter Druckwert
    P2
    zweiter vorbestimmter Druckwert
    P3
    dritter vorbestimmter Druckwert
    P4
    vierter vorbestimmter Druckwert
    S101
    Stopp-Befehl-Erfassungsprozess
    S103
    Anodendruck-Erhöhungsprozess
    S105
    Stoppzeit-Entladungsprozess
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • (Brennstoffzellensystem)
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Nachfolgend wird das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems beschrieben, nachdem eine schematische Konfiguration von dem Brennstoffzellensystem beschrieben wurde.
  • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm von dem Brennstoffzellensystem 1.
  • Wie in 1 veranschaulicht, ist das Brennstoffzellensystem 1 von dieser Ausführungsform an einem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht und umfasst hauptsächlich eine Brennstoffzelle 2 (in der Zeichnung als STK abgekürzt), einen anodenseitigen Strömungsweg 3, um Wasserstoff, welcher ein Brennstoff-Gas ist, einer Anode 2a von der Brennstoffzelle 2 zuzuführen, einen kathodenseitigen Strömungsweg 4, um Luft, welches ein Oxidationsmittel-Gas ist, einer Kathode 2b von der Brennstoffzelle 2 zuzuführen, eine Hochspannungsbatterie 11 (in der Zeichnung als BAT abgekürzt), welche durch die Brennstoffzelle 2 erzeugte Energie speichert, eine Steuer-/Regeleinrichtung 6, welche im Allgemeinen diese jeweiligen Komponenten steuert/regelt, und einen Systemschalter 5, welcher durch den Benutzer zu betätigen ist, wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet und stoppt.
  • Die Brennstoffzelle 2 ist beispielsweise konfiguriert, indem eine Mehrzahl von Zellen gestapelt werden, von denen jede ausgebildet ist, indem eine Festpolymer-Elektrolytmembran 2c, welche eine Festpolymer-Ionenaustauschermembran oder der gleichen umfasst, von beiden Seiten durch die Anode 2a und die Kathode 2b dazwischenliegend aufgenommen wird (nur eine einzige Zelle ist in 1 für die Bequemlichkeit der Veranschaulichung dargestellt). Wenn Wasserstoff als ein Brennstoff-Gas der Anode 2a zugeführt wird und Luft, welche Sauerstoff enthält, als ein Oxidationsmittel-Gas der Kathode 2b zugeführt wird, passieren Wasserstoffionen, welche durch eine katalytische Reaktion in der Anode 2a erzeugt werden, durch die Festpolymer-Elektrolytmembran 2c und bewegen sich zu der Kathode 2b, wird Energie erzeugt, indem eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff in der Kathode 2b bewirkt wird, und wird Wasser erzeugt.
  • Die Brennstoffzelle 2 ist mit der Hochspannungsbatterie 11 vermittels einer Schaltvorrichtung oder einer spannungsgesteuerten/-geregelten Einheit (VCU) (nicht veranschaulicht) oder dergleichen verbunden und die Hochspannungsbatterie 11 ist mit Elektrizität aufladbar, welche von der Brennstoffzelle 2 erzeugt wird. Die Brennstoffzelle 2 und die Hochspannungsbatterie 11 sind entladbar mit einer externen Last, wie zum Beispiel einem Elektromotor 12 (in der Zeichnung als M abgekürzt) von dem Brennstoffzellenfahrzeug verbunden.
  • (Anodenseitiger Strömungsweg)
  • Der anodenseitige Strömungsweg 3 ist gebildet durch einen Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32, durch welchen das Brennstoff-Gas, welches der Anode 2a zugeführt wird, strömt, einen Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36, durch welchen ein Brennstoff-Abgas, welches von der Anode 2a abgegeben wird, strömt, und einen Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg 39, welcher den Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 und den Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 verbindet.
  • Der Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 ist von einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung von dem Brennstoff-Gas zu einer stromabwärtigen Seite gerichtet und ein Wasserstoffversorgungstank 31, ein Absperrventil 33, eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung bzw. ein Brennstoff-Injektor 34, und eine Ausstoßeinrichtung 77 sind der Reihe nach verbunden. Der Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 ist mit einem Brennstoff-Strömungsweg 35 verbunden, welcher der Anode 2a innerhalb der Brennstoffzelle 2 auf der Einlassseite von der Brennstoffzelle 2 gegenüberliegt.
  • Der Wasserstoffversorgungstank 31 ist mit Wasserstoffgas gefüllt, welches ein Brennstoff-Gas ist. Ein elektromagnetisches Tankinnenventil 28 vom elektromagnetischen Typ, welches Wasserstoffgas zuführt und absperrt, ist an dem Wasserstoffversorgungstank 31 angebracht. Das elektromagnetische Tankinnenventil 28 hat einen Solenoid (nicht veranschaulicht) und führt einen Ventilbetätigungsvorgang durch, indem dem Solenoid Energie zugeführt wird.
  • Der Antrieb von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 wird durch ein Ausgangssignal (beispielsweise eine vorbestimmte Öffnungsbefehlszeit) von der Steuer-/Regeleinrichtung 6 gesteuert/geregelt, und das Brennstoff-Gas wird dem Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 in einem vorbestimmten Zyklus intermittierend zugeführt. Die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 wird gemäß einer Zieldrucksteuerung/-regelung betätigt und ein Differenzdruck in der Elektrode zwischen der Anode 2a und der Kathode 2b von der Brennstoffzelle 2 wird auf einem vorbestimmten Druck gehalten. Dann wird ein Brennstoff-Gas, welches von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 zugeführt wird, dem Brennstoff-Strömungsweg 35 zugeführt. Nachfolgend wird die Öffnungsbefehlszeit von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 als ein Ti-Wert bezeichnet.
  • Die Ausstoßeinrichtung 77 saugt ein Brennstoff-Abgas, welches von der Brennstoffzelle 2 abgegeben wird, durch den Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg 39, mischt ein von dem Wasserstoffversorgungstank 31 zugeführtes frisches Brennstoff-Gas und das Brennstoff-Abgas, und führt das gemischte Gas wiederum dem Brennstoff-Strömungsweg 35 von der Brennstoffzelle 2 zu. D. h., das Brennstoff-Abgas, welches von der Brennstoffzelle 2 abgegeben wird, wird durch den Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36, den Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg 39, die Ausstoßeinrichtung 77 und den Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 durch die Brennstoffzelle 2 zirkuliert.
  • Der Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 ist mit der Auslassseite von dem Brennstoff-Strömungsweg 35 verbunden, und ein für eine Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle 2 vorgesehenes Brennstoff-Abgas, von der Brennstoffzelle 2 gemäß einer Energieerzeugung oder Kondensation erzeugtes Wasser, oder der gleichen, strömt.
  • Ein Auffangbehälter (Gas-Flüssigkeit-Separator) 38 ist an dem Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 vorgesehen. Der Auffangbehälter 38 speichert Wasser, welches erzeugt wird, indem das Brennstoff-Abgas, welches von dem Einlass von dem Brennstoff-Strömungsweg 35 abgegeben wird und durch den Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 strömt, und Erzeugungswasser (Flüssigkeit), welches in das Brennstoff-Abgas gemischt ist, getrennt werden.
  • Ein Drainageventil 38a ist an einem Feuchtigkeitsauslasskanal 51 vorgesehen, welcher einen Feuchtigkeitsauslass (nicht dargestellt) von dem Auffangbehälter 38 und einen Verdünnungskasten 40 verbindet. Feuchtigkeit, welche von dem Feuchtigkeitsauslass von dem Auffangbehälter 38 abgegeben wird, kann dem Verdünnungskasten 40 zugeführt werden, indem das Drainageventil 38a geöffnet wird.
  • Der Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 verzweigt sich auf der stromaufwärtigen Seite von dem Auffangbehälter 38 und ist mit dem Feuchtigkeitsauslasskanal 51 vermittels eines Ablassventils (Auslassventil) 37 verbunden.
  • Der Verdünnungskasten 40 ist mit einer inneren Rückhaltekammer (nicht dargestellt) versehen, in welcher ein von dem Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 vermittels des Ablassventil 37 eingeleitetes Brennstoff-Abgas bleibt, und die Rückhaltekammer ist mit einem Abgas-Strömungsweg 50 verbunden. D. h., nachdem das Brennstoff-Abgas durch das Oxidationsmittel-Abgas innerhalb der Rückhaltekammer verdünnt wurde, wird das verdünnte Abgas von dem Auslass-Strömungsweg 50 zur Außenseite des Fahrzeugs abgegeben. Das Oxidationsmittel-Abgas wird dem Verdünnungskasten 40 zugeführt, basierend auf einer Konzentration von dem Brennstoff-Abgas, welches von dem Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 eingeleitet wird.
  • Der Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg 39 ist auf der stromabwärtigen Seite von dem Auffangbehälter 38 in dem Brennstoff-Abgas-Auslassweg 36 vorgesehen. Der Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg 39 ist mit der Ausstoßeinrichtung 77 verbunden, welche an dem Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 vorgesehen ist, vermittels einer Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe (Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit) 30 (welche in der Zeichnung als An/P abgekürzt ist).
  • Die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 zirkuliert einen Teil von dem Brennstoff-Abgas, welches von dem Brennstoff-Strömungsweg 35 von der Brennstoffzelle 2 abgegeben wird, und mischt das zirkulierte Brennstoff-Abgas mit einem Brennstoff-Gas, welches von dem Wasserstoffversorgungstank 31 zugeführt wird, wodurch wiederum das gemischte Gas der Anode 2a von der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird.
  • (Kathodenseitiger Strömungsweg)
  • Der kathodenseitige Strömungsweg 4 ist ausgebildet durch einen Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41, durch welchen das der Kathode 2b zugeführte Oxidationsmittel-Gas strömt, einen Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47, durch welchen ein von der Kathode 2b abgegebenes Oxidationsmittel-Abgas strömt, und einen Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg 75, welcher den Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41 und den Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 verbindet.
  • Auf der stromaufwärtigen Seite von der Strömungsrichtung von dem Oxidationsmittel-Gas in dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41 sind ein Luftströmungssensor 43 (in der Zeichnung als ein AF-Sensor abgekürzt), welcher an einen Einlassverteiler (nicht dargestellt) montiert ist, und eine Luftpumpe (Oxidationsmittel-Gas-Zufuhreinheit) 42 (welche in der Zeichnung als A/P abgekürzt ist), um das Oxidationsmittel-Gas der Brennstoffzelle 2 zuzuführen, der Reihe nach von der stromaufwärtigen Seite von der Strömungsrichtung von dem Oxidationsmittel-Gas zu der stromabwärtigen Seite verbunden.
  • Die Luftpumpe 42 setzt ein von der Außenseite erlangtes Oxidationsmittel-Gas (Luft) auf einen vorbestimmten Druck unter Druck und leitet den Druck durch den Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41, um der Kathode 2b von der Brennstoffzelle 2 den Speisedruck zuzuführen.
  • Der Luftströmungssensor 43 erfasst eine Oxidationsmittel-Gas-Strömungsrate, welche von der Außenseite durch die Luftpumpe 42 erlangt wird, und gibt ein Signal von einem Erfassungsergebnis beispielsweise an die Steuer-/Regeleinrichtung 6 aus. Die Oxidationsmittel-Gas-Strömungsrate wird basierend auf einer Strömungsbetrag-Befehlswert-Ausgabe von der Steuer-/Regeleinrichtung 6 an die Luftpumpe 42 gesteuert/geregelt.
  • Die stromabwärtige Seite anstelle der Luftpumpe 42 in dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41 ist der Reihe nach mit einer Befeuchtungseinrichtung 44 und einem Einlass-Abdichtungsventil (erstes Abdichtungsventil) 45 verbunden und mit dem Oxidationsmittel-Strömungsweg 46 verbunden, welcher der Kathode 2b auf der Einlassseite von der Brennstoffzelle 2 gegenüberliegt.
  • Der Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 ist mit der Auslassseite von dem Oxidationsmittel-Strömungsweg 46 verbunden und ein Brennstoff-Abgas, welches für eine Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle 2 vorgesehen ist, Wasser, welches von der Brennstoffzelle 2 gemäß einer Energieerzeugung oder Kondensation erzeugt wird, oder der gleichen strömt.
  • Der Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 ist von der stromaufwärtigen Seite von der Strömungsrichtung von dem Oxidationsmittel-Abgas zu der stromabwärtigen Seite gerichtet, der Reihe nach mit einem Auslass-Abdichtungsventil (zweites Dichtungsventil) 48 der Befeuchtungseinrichtung 44 und einem Druck-Steuer-/Regelventil 49 (welches in der Zeichnung als CPCV abgekürzt ist) verbunden und ist dann mit dem Verdünnungskasten 40 verbunden.
  • Das Einlass-Abdichtungsventil 45 und das Auslass-Abdichtungsventil 48 sind Abdichtungsventile vom elektromagnetischen Antriebstyp und sind derart konfiguriert, dass das Oxidationsmittel-Gas zwischen dem Einlass-Abdichtungsventil 45 und dem Auslass-Abdichtungsventil 48, d. h. innerhalb des Oxidationsmittel-Strömungswegs 46 eingeschlossen werden kann.
  • Die Befeuchtungseinrichtung 44 umfasst eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran, wie zum Beispiel eine Hohlfasermembran, und ist zur Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 2 vorgesehen und befeuchtet ein von der Luftpumpe 42 abgegebenes Oxidationsmittel-Gas unter Verwendung eines feuchten Oxidationsmittel-Abgases als, einem Befeuchtungsgas. Dadurch ist es möglich, das Oxidationsmittel-Gas im Voraus in einer Vorstufe zu befeuchten, in welcher es der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird.
  • Auf der stromaufwärtigen Seite von dem Auslass-Abdichtungsventil 48 in dem Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 ist der Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg 75 abgezweigt und vorgesehen. Der Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg 75 ist mit der stromabwärtigen Seite von dem Einlass-Abdichtungsventil 45 in dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41 vermittels der Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe (Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit) 76, welche in der Zeichnung als sie Ca/P abgekürzt ist) verbunden.
  • Die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe 76 zirkuliert einen Teil von dem Oxidationsmittel-Abgas, welches von dem Oxidationsmittel-Strömungsweg 46 von der Brennstoffzelle 2 abgegeben wird, und mischt das zirkulierte Oxidationsmittel-Abgas mit einem Oxidationsmittel-Abgas, welches von der Luftpumpe 42 zugeführt wird, um auf diese Weise das gemischte Gas erneut der Kathode 2b von der Brennstoffzelle 2 zuzuführen.
  • Ein Systemschalter 5 ist ein Schalter, welcher von einem Benutzer zu betätigen ist, wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet (Ein) und stoppt (Aus), und gibt ein Ein/Aus-Signal an die Steuer-/Regeleinrichtung aus. Der Systemschalter 5 von dieser Ausführungsform ist beispielsweise ein Zündschalter von dem Brennstoffzellenfahrzeug.
  • Die Steuer-/Regeleinrichtung 6 steuert/regelt den Start/Stopp von dem Brennstoffzellensystem 1 basierend auf der Ein/Aus-Signal-Eingabe von dem Systemschalter 5. Zusätzlich steuert/regelt die Steuer-/Regeleinrichtung 6 die Luftpumpe 42 oder die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe 76, die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30, das Einlass-Abdichtungsventil 45, das Auslass-Abdichtungsventil 48, das Druck-Steuer-/Regelventil 49, das elektromagnetische Tankinnenventil 28, das Absperrventil 33, das Ablassventil 37, das Drainageventil 38a, die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34, die Ausstoßeinrichtung 77 usw. gemäß einem Steuer-/Regelinhalt, wie zum Beispiel einer Ausgabesteuerung/regelung von der Brennstoffzelle 2.
  • (Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems)
  • In dem Brennstoffzellensystem 1, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird dann, wenn das Brennstoffzellensystem 1 stoppt, eine Entladung durchgeführt, bei welcher in dem Oxidationsmittel-Abgas von der Brennstoffzelle 2 übriger Sauerstoff verbraucht wird. Indem die Entladung durchgeführt wird, wird ein hohes-Potenzial-Zustand von der Kathode 2b verhindert, indem eine Sauerstoffkonzentration, welche auf der Seite von der Kathode 2b bleibt, reduziert wird, und die Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolythmembran 2c von der Brennstoffzelle 2 wird verhindert. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere, ein Entladungssteuer-/regelverfahren in einem Stopp-Prozess von dem Brennstoffzellensystem 1 detailliert unter Verwendung des Flussdiagramms beschrieben. Ebenso wird für Bezugszeichen von jeweiligen Teilen in der Beschreibung von dem Flussdiagramm auf 1 Bezug genommen.
  • 2 ist ein Flussdiagramm von einem Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems 1.
  • Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems 1 von dieser Ausführungsform einen Stopp-Befehl-Erfassungsprozess S101, einen Anodendruck-Erhöhungsprozess S103, einen Stoppzeit-Entladungsprozess S105, und einen Stopp-Prozess S107. Nachfolgend werden die jeweiligen Prozesse beschrieben. Das Flussdiagramm, welches in 2 veranschaulicht ist, veranschaulicht einen Prozess zur Verarbeitung eines Inhalts, welcher von der Steuer-/Regeleinrichtung 6 von dem Brennstoffzellensystem 1 durchzuführen ist. Folglich, wenn ein Prozess vom Start zum Ende von dem in 2 veranschaulichten Flussdiagramm endet, führt die Steuer-/Regeleinrichtung 6 erneut den Startprozess durch und führt iterativ einen Verarbeitungsfluss von dem Flussdiagramm aus.
  • (Stopp-Befehl-Erfassungsprozess)
  • In dem Stopp-Befehl-Erfassungsprozess S101 wird ein Stopp-Befehl erfasst, welcher auszugeben ist, wenn das Brennstoffzellensystem 1 gestoppt wird/ist. Insbesondere erfasst die Steuer-/Regeleinrichtung 6 ein Aus-Signal (nachfolgend als ein „Stopp-Befehl” bezeichnet), welches auszugeben ist, wenn ein Benutzer von dem Brennstoffzellenfahrzeug den Zündschalter, welcher der Systemschalter 5 ist, ausgeschaltet hat. Wenn die Steuer-/Regeleinrichtung 6 den Stopp-Befehl erfasst hat, wird dies in dem Stopp-Befehl-Erfassungsprozess S101 als „JA” festgestellt und der Prozess rückt zu dem Anodendruck-Erhöhungsprozess S103 vor. Andererseits, wenn die Steuer-/Regeleinrichtung 6 den Stopp-Befehl nicht erfasst, wird dies in dem Stopp-Befehl-Erfassungsprozess S101 als „NEIN” festgestellt und der Stopp-Befehl-Erfassungsprozess S101 wird erneut durchgeführt.
  • (Anodendruck-Erhöhungsprozess)
  • 3 ist eine grafische Darstellung, welche eine Druckveränderung von der Anode 2a veranschaulicht, wenn die vertikale Achse einen Druck von der Anode 2a darstellt, und die horizontale Achse die Zeit darstellt, und eine Veränderung in einem Ti-Wert von einer Brennstoff-Einspritzeinrichtung, wenn die vertikale Achse einen Ti-Wert von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 darstellt, und die horizontale Achse die Zeit darstellt.
  • In dem Anodendruck-Erhöhungsprozess S103 wird die Zieldruck-Steuerung/Regelung durch die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 zuerst durchgeführt, nachdem der Stopp-Befehl in dem Stopp-Befehl-Erfassungsprozess S101 erfasst wurde, und der Druck wird erhöht, so dass der Druck von der Anode 2a auf einen ersten vorbestimmten Druckwert P1 eingestellt wird (S103A). Zu dieser Zeit, wie in 3 veranschaulicht, wird das Brennstoff-Gas dem Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 zugeführt, indem der Ti-Wert von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 erhöht wird, und die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung wird derart durchgeführt, dass der Druck von der Anode 2a auf den ersten vorbestimmten Druckwert P1 eingestellt wird.
  • Dann wird in dem Anodendruck-Erhöhungsprozess S103, wie in 2 veranschaulicht, bestimmt, ob der Druck von der Anode 2a den ersten vorbestimmten Druckwert P1 erreicht hat (S103B). Wenn der Druck von der Anode 2a den ersten vorbestimmten Druckwert P1 erreicht hat, wird dies als „JA” festgestellt und der Prozess rückt zu dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 vor. Andererseits, wenn der Druck von der Anode 2a den ersten vorbestimmten Druckwert P1 nicht erreicht hat, wird dies als „NEIN” festgestellt und die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung durch die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 wird erneut durchgeführt.
  • (Stoppzeit-Entladungsprozess)
  • In dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 wird eine Entladung durchgeführt, indem der in dem kathodenseitigen Strömungsweg 4, welcher von dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41, dem Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 und dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg 75 gebildet ist, übrige Sauerstoff verbraucht wird, während die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe 76 angetrieben wird. Insbesondere in einem Zustand, in welchem das Auslass-Abdichtungsventil 48 von dem Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 geschlossen wurde, wird die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe 76 angetrieben. Ferner wird in einem Zustand, in welchem das Ablassventil 37 und das Drainageventil 38a geschlossen wurden, die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 angetrieben, während die Zufuhr von Wasserstoffgas zu der Brennstoffzelle 2 fortdauert. Dadurch ist es möglich, die Entladung durchzuführen, indem das Brennstoff-Abgas innerhalb des anodenseitigen Strömungswegs 3 zirkuliert wird und das Oxidationsmittel-Abgas innerhalb des kathodenseitigen Strömungswegs 4 zirkuliert wird, um den innerhalb des Oxidationsmittel-Abgases übrigen Sauerstoff zu verbrauchen.
  • In dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 wird die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 durchgeführt und die Entladung wird ausgeführt, während eine Justierung vorgenommen wird, so dass der Druck von der Anode 2a auf einen zweiten vorbestimmten Druckwert P2 eingestellt wird, welcher geringer als der erste vorbestimmte Druckwert P1 ist (S105A). Zu dieser Zeit, wie in 3 veranschaulicht, wird der Ti-Wert von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 derart eingestellt, dass er geringer als der Ti-Wert in dem Anodendruck-Erhöhungsprozess S103 ist, und die Entladung setzt sich fort, indem eine derartige Justierung vorgenommen wird, dass der Druck von der Anode 2a auf den zweiten Druckwert P2 eingestellt wird.
  • Dann wird in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105, wie in 2 veranschaulicht, festgestellt, ob die Entladung beendet ist (S105B). Die Bestimmung, ob die Entladung beendet ist, erfolgt beispielsweise basierend darauf, ob eine Entladungsfortdauerzeit eine vorbestimmte Zeit erreicht hat. Die oben beschriebene vorbestimmte Zeit ist eine Zeit, in welcher Sauerstoff von der Kathode 2b ausreichend verbraucht ist, und ist beispielsweise in der Steuer-/Regeleinrichtung 6 auf einer Karte eingetragen und definiert. Zusätzlich kann die Bestimmung, ob die Entladung beendet ist, beispielsweise gemäß der Tatsache durchgeführt werden, ob eine Sauerstoffkonzentration von der Kathode 2b geringer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, und durchgeführt werden gemäß der Tatsache, ob ein Wert von einem Entladestrom, welcher durch die Brennstoffzelle 2 fließt, geringer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Wenn die Entladung beendet ist, wird die Zieldruck-Steuerung/Regelung von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 durchgeführt, indem dies als „JA” festgestellt wird (S105C). Andererseits, wenn die Entladung nicht beendet ist, setzt sich die Entladung fort, indem dies als „NEIN” festgestellt wird (S105A).
  • Hier wird in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 bei der Ausführung der Entladung (S105A) der Stromwert von der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 bestimmt (nachfolgend als „Entladestrom-Steuerung/Regelung” bezeichnet).
  • 4 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Stromwert von der Entladung und dem Antriebstastgrad von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 veranschaulicht, wenn die vertikale Achse einen Stromwert (A) von der Entladung darstellt und die horizontale Achse einen Antriebstastgrad (%) von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 darstellt. Der Antriebstastgrad von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 wird bezeichnet als ein Verhältnis von einer Leitung-EIN-Zeit in einer Antriebszeit von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30. Der Antriebstastgrad entspricht der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 und die tatsächliche Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 erhöht sich, wenn der Antriebstastgrad hoch ist.
  • Die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 wird in einem Bereich D1 gesteuert/geregelt, in welchem der Antriebstastgrad höher als 10% und kleiner oder gleich 90% ist. Zusätzlich wird die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 nicht in einem Bereich D2 gesteuert/geregelt, in welchem der Antriebstastgrad kleiner oder gleich 10% ist und die Drehzahl Null ist.
  • Wie in 4 veranschaulicht, in dem Bereich D1, in welchen der Antriebstastgrad höher als 10% und kleiner oder gleich 90% ist, wird der Stromwert von der Entladung beispielsweise so gesteuert/geregelt, dass er allmählich gemäß einer Erhöhung des Antriebstastgrads (d. h. der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30) in einem Bereich von 3 A bis 20 A erhöht wird. Der Stromwert von der Entladung entsprechend dem Antriebstastgrad wird beispielsweise im Voraus kartographiert bzw. auf einer Karte eingetragen und innerhalb der Steuer-/Regeleinrichtung 6 gespeichert. Ebenso wird der Stromwert von 3 A ein unterer Stromgrenzwert, bei dem die Entladung in der Brennstoffzelle 2 von dieser Ausführungsform durchgeführt werden kann.
  • Andererseits, in dem Bereich D2, in welchem der Antriebstastgrad kleiner oder gleich 10% ist, kann bestimmt werden, dass die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 nicht angetrieben wird, die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt und es schwierig ist, das Brennstoff-Abgas zu zirkulieren. Daher wird in dem Bereich D2, in welchem der Antriebstastgrad kleiner oder gleich 10% ist, das Brennstoffgas zugeführt, indem die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 angetrieben wird und der Stromwert von der Entladung auf dem festgelegten unteren Stromgrenzwert 3 A gehalten wird.
  • Zusätzlich kann in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 bei der Ausführung von der Entladung (S105A) der Druck (entsprechend dem zweiten vorbestimmten Druckwert P2) von der Anode 2a gemäß der tatsächlichen Drehzahl (d. h. dem Antriebstastgrad) von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 bestimmt werden (nachfolgend als „Anodendruck-Steuerung/Regelung” bezeichnet).
  • 5 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Druck von der Anode 2a und dem Antriebstastgrad von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 veranschaulicht, wobei die vertikale Achse einen Druck (kPa) von der Anode 2a darstellt und die horizontale Achse einen Antriebstastgrad (%) von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 darstellt.
  • Wie in 5 veranschaulicht, in dem Bereich D1, in welchem der Antriebstastgrad höher als 10% und kleiner oder gleich 90% ist, wird der Druck von der Anode 2a derart bestimmt, dass er allmählich verringert wird, beispielsweise in einem Bereich von 180 kPa zu 110 kPa, gemäß einer Erhöhung des Antriebstastgrads (d. h. der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30). Der Druck von der Anode 2a, welcher dem Antriebstastgrad (der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30) entspricht, wird beispielsweise im Voraus kartographiert und innerhalb der Steuer-/Regeleinrichtung 6 gespeichert.
  • Andererseits in dem Bereich D2, in welchem der Antriebstastgrad kleiner oder gleich 10% ist, kann es bestimmt werden, dass die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 nicht angetrieben wird, die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt und es schwierig ist, das Brennstoff-Abgas zu zirkulieren. Daher wird in dem Bereich D2, in welchem der Antriebstastgrad kleiner oder gleich 10% ist, das Brennstoff-Abgas zugeführt, indem die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 angetrieben wird und eine Einstellung auf einen dritten vorbestimmten Druckwert P3 (siehe 3) durchgeführt wird. Hier ist der dritte vorbestimmte Druckwert P3 auf einen Wert eingestellt, welcher größer als der zweite vorbestimmte Druckwert P2 ist, welcher der Druck von der Anode 2a bei der Ausführung der Entladung (S105A) ist und ist beispielsweise in dieser Ausführungsform auf 180 kPa eingestellt. Auf diese Weise wird eine Justierung vorgenommen, sodass der Druck von der Anode 2a auf den dritten vorbestimmten Druckwert P3 eingestellt wird, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt hat, so dass der Mangel an Anodenstöchiometrie aufgrund eines hohen Drucks von dem Abgas unterdrückt werden kann und eine Stabilität der Entladung selbst dann sichergestellt werden kann, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt hat.
  • Dann wird in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105, nach dem Ende der Entladung (nachdem dies als „JA” in S105B festgestellt ist), eine Ziel-Druck-Steuerung/Regelung durch die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 durchgeführt und der Druck wird derart erhöht, dass der Druck von der Anode 2a auf einen vierten vorbestimmten Druckwert P4 eingestellt wird, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert P1 ist (S105C). In der Ziel-Druck-Steuerung/Regelung S103C durch die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34, wird das Brennstoff-Gas dem Brennstoff-Gas-Zufuhrweg 32 zugeführt, in dem der Ti-Wert von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 erhöht wird, und der Druck von der Anode 2a wird auf den vierten vorbestimmten Druckwert P4 gesteuert/geregelt (siehe 3).
  • Dann wird in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 festgestellt, ob der Druck von der Anode 2a den vierten vorbestimmten Druckwert P4 erreicht hat (S105D). Wenn der Druck von der Anode 2a den vierten vorbestimmten Druckwert P4 erreicht hat, wird dies als „JA” festgestellt und der Prozess rückt zur dem Stopp-Prozess S107 vor. Andererseits, wenn der Druck von der Anode 2a den vierten vorbestimmten Druckwert P4 nicht erreicht hat, wird dies als „NEIN” festgestellt und die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung durch die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 wird erneut durchgeführt (S105D).
  • Im Übrigen, beispielsweise in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105, wenn die Restkapazität von der Hochspannungsbatterie 11 eine vorbestimmte obere Grenze erreicht hat, kann die Entladung vor dem Ende der Entladung zwangsweise abgeschaltet werden zum Schutz der Hochspannungsbatterie 11. In diesem Fall wird es in Betracht gezogen, dass nicht reagierter Sauerstoff auf der Seite von der Kathode 2b übrig bleibt. Daher, wenn die Entladung vor dem Ende der Entladung abgeschaltet wurde, ist der Stoppzeit-Entladungsprozess S105 dazu konfiguriert, zu enden, ohne eine Einstellung vorzunehmen, so dass der Druck von der Anode 2a auf den vierten vorbestimmten Druckwert P4 eingestellt wird. Dadurch, da es möglich ist zu verhindern, dass der Druck von der Anode 2a erhöht wird, kann verhindert werden, dass auf der Seite von der Kathode 2b übriger Sauerstoff und Wasserstoff, welcher durch die Festpolymer-Elektrolytmembran übertragen wurde und auf die Seite von der Kathode 2b vordringt, lokal auf der Oberfläche von der Festpolymer-Elektrolytmembran reagiert.
  • (Stopp-Prozess)
  • In dem Stopp-Prozess S107 wird der Stopp-Prozess von dem Brennstoffzellensystem 1 durchgeführt und das Brennstoffzellensystem 1 stoppt, indem Zusatzeinrichtungen, wie zum Beispiel die Luftpumpe 42, gestoppt werden. Da das Brennstoffzellensystem 1 in einem Zustand stoppt, in welchem der Druck von der Anode 2a auf dem vierten vorbestimmten Druckwert P4 in dem Stopp-Prozess S107 (siehe 3) gehalten wurde, kann das Brennstoffzellensystem 1 in einem Zustand gestoppt werden, in welchem die Seite von der Anode 2a und die Seite von der Kathode 2b sich in einem wasserstoffreichen Zustand befinden. Zu einem Zeitpunkt, an welchen das Brennstoffzellensystem 1 gestoppt hat, endet die Entladungssteuerung/-regelung in dem Stopp-Prozess von dem Brennstoffzellensystem 1.
  • 6 ist ein Zeitdiagramm von dem Verfahren zur Steuerung/Regelung des oben beschriebenen Brennstoffzellensystems 1. Für Bezugszeichen von jeweiligen Teilen wird auf die 1 verwiesen und für jeweilige Prozesse wird auf die 2 bis 5 verwiesen. Am Beginn von dem Zeitdiagramm von 6 schaltet der Benutzer von dem Brennstoffzellenfahrzeug den Zündschalter aus, welcher der Systemschalter 5 ist, und ein Zustand ist dargestellt, in welchem dies als „JA” in dem Stopp-Befehl-Erfassungsprozess S101 festgestellt ist.
  • (Zeitpunkt T201)
  • Auf der Seite von der Anode 2a, nachdem die Steuer-/Regeleinrichtung 6 einen Stopp-Befehl erfasst hat, wird die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung durch die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 in einem Zustand durchgeführt, in welchem das elektromagnetische Tankinnenventil 28 und das Absperrventil 33 geöffnet wurden und der Druck wird derart erhöht, dass der Druck von der Anode 2a auf den ersten vorbestimmten Druckwert P1 eingestellt wird (S103A). Dann wird zum Zeitpunkt T201 das elektromagnetische Tankinnenventil 28 und das Absperrventil 33 zu einem Zeitpunkt geschlossen, an welchem der Druck von der Anode 2a den ersten vorbestimmten Druckwert P1 erreicht hat (S103B).
  • (Zeitpunkt T202)
  • Zum Zeitpunkt T202 wird auf der Seite von der Anode 2a die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 mit einem vorbestimmten Antriebstastverhältnis (der vorbestimmten Drehzahl) angetrieben, während die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung durch die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 fortdauert, sodass der Druck von der Anode 2a auf den zweiten vorbestimmten Druckwert P2 eingestellt wird, welcher kleiner als der erste vorbestimmte Druckwert P1 ist. Zu dieser Zeit, entsprechend der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30, wird die oben beschriebene Entladestrom-Steuerung/Regelung (siehe 4) oder Anodendruck-Steuerung/Regelung (siehe 5) durchgeführt.
  • Zusätzlich wird zum Zeitpunkt T202, auf der Seite von der Kathode 2b, sowohl die Luftpumpe 42 als auch die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe 76 eine vorbestimmte Drehzahl in einem Zustand angetrieben, in welchem das Druck-Steuer-/Regelventil 49 und das Auslass-Abdichtungsventil 48 geschlossen wurden und das Einlass-Abdichtungsventil 45 geöffnet wurde. Dadurch ist es möglich, innerhalb des Oxidationsmittel-Abgases übrigen Sauerstoff zu verbrauchen, indem das Oxidationsmittel-Abgas innerhalb des kathodenseitigen Strömungswegs 4 (des Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrwegs 41, des Oxidationsmittel-Strömungswegs 46, des Oxidationsmittel-Abgas-Auslasswegs 47 und des Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationswegs 75) zirkuliert wird, während Wasserstoff durch eine Zufuhr von Sauerstoff in den Verdünnungskasten 40 verdünnt wird.
  • (Zeitpunkt T203)
  • Wenn die Entladung von der Brennstoffzelle 2 ausgeführt wird (S105A), nimmt eine Spannung von der Brennstoffzelle 2 allmählich ab und ein Entladestrom wird zum Zeitpunkt T203 erzeugt. Zu dieser Zeit wird die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 durchgeführt und die Entladung von der Brennstoffzelle 2 wird in einem Zustand ausgeführt, in welchem der Druck von der Anode 2a auf dem zweiten vorbestimmten Druckwert P2 gehalten wurde. Zusätzlich wird die Entladung von der Brennstoffzelle 2 gemäß einer Konstantdruck-Steuerung/Regelung durch eine spannungsgesteuerte/geregelte Einheit (VCU) durchgeführt.
  • (Zeitpunkt T204)
  • Wenn die Entladung zum Zeitpunkt T204 endet (S105B), stoppt die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 auf der Seite von der Anode 2a, die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung von der Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 wird kontinuierlich durchgeführt (S105C) und der Druck wird derart erhöht, dass der Druck von der Anode 2a auf den vierten vorbestimmten Druckwert P4 eingestellt wird, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert P1 ist (S105C). Auf der Seite von der Kathode 2b wird das Einlass-Abdichtungsventil 45 geschlossen und die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe 76 stoppt.
  • (Ab dem Zeitpunkt T205)
  • Nachdem der Druck von der Anode 2a den vierten vorbestimmten Druckwert P4 erreicht hat (S105D) wird der Stopp-Prozess von dem Brennstoffzellensystem 1 zum Zeitpunkt T205 durchgeführt (S107). Auf der Seite von der Anode 2a stoppt die Zufuhr von dem Brennstoff-Gas, indem die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 geschlossen wird. Zusätzlich stoppt auf der Seite von der Kathode 2b die Luftpumpe 42. Dadurch stoppt das Brennstoffzellensystem 1 in einem Zustand, in welchem der Druck von der Anode 2a auf dem vierten vorbestimmten Druckwert P4 gemäß einer Druckhaltung gehalten wurde. Gemäß dem obigen endet die Entladesteuerung/-regelung in dem Stopp-Prozess von dem Brennstoffzellensystem 1.
  • (Vorteilhafte Effekte)
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, den Stoppzeit-Entladungsprozess S105 in einem Zustand durchzuführen, in welchem ein Brennstoff-Gas ausreichend in der Anode 2a sichergestellt wurde, da der Anodendruck-Erhöhungsprozess S103 zum Erhöhen des Drucks, so dass der Druck von der Anode 2a auf den ersten vorbestimmten Druckwert P1 eingestellt wird, nachdem der Stopp-Befehl erfasst wurde, und der Stoppzeit-Entladungsprozess 105 zur Durchführung einer Entladung durch einen Verbrauch von in einem Oxidationsmittel-Abgas enthaltenen Sauerstoff, während die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe 76 angetrieben wird, nach dem Anodendruck-Erhöhungsprozess S103, vorgesehen sind. Dadurch, selbst wenn ein großer Strom erzeugt wurde, unmittelbar nachdem der Stoppzeit-Entladungsprozess S105 gestartet wurde, kann der Mangel an sogenannte Anodenstoichiometrie (eine Zufuhrmenge zu der Brennstoffzelle 2/eine theoretische Wasserstoff-Verbrauchsmenge) verhindert werden und die Verschlechterung der Elektrode oder dergleichen unterdrückt werden. Zusätzlich, da auf der Seite von der Kathode 2b von der Brennstoffzelle 2 übriger Sauerstoff verbraucht werden kann, kann die Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolytmembran 2c unterdrückt werden, indem ein sogenannter Übergang oder Crossover unterdrückt wird, bei dem das Oxidationsmittel-Gas von der Seite von der Kathode 2b zu der Seite von der Anode 2a übertragen wird. Daher kann die Verschlechterung von der Brennstoffzelle 2 unterdrückt werden, wenn das Brennstoffzellensystem 1 stoppt.
  • Zusätzlich, da der Stoppzeit-Entladungsprozess S105 durchgeführt wird, indem die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 angetrieben wird, kann bewirkt werden, dass Sauerstoff innerhalb eines Oxidationsmittel-Abgases von der Seite von der Kathode 2b früh reagiert, indem das Brennstoff-Abgas innerhalb des Brennstoff-Gas-Zufuhrwegs 32, des Brennstoff-Abgas-Auslasswegs 36 und des Brennstoff-Abgas-Zirkulationswegs 39 von der Seite von der Anode 2a zirkuliert wird. Da Sauerstoff von der Seite von der Kathode 2b rasch verbraucht werden kann, ist es dadurch möglich, den Stoppzeit-Entladungsprozess S105 frühzeitig zu beenden. Zusätzlich ist es möglich, die Drainage von Erzeugungswasser, welches auf der Seite von der Anode 2a bleibt, zu verbessern, indem ein Brennstoff-Abgas von der Seite von der Anode 2a zirkuliert wird. Zusätzlich, da das Brennstoff-Abgas zirkuliert und zugeführt wird, kann die Verschlechterung von einer Anode oder dergleichen unterdrückt werden, indem der Mangel an Anodenstoichiometrie unterdrückt wird und die Stabilität einer Entladung verbessert wird.
  • Zusätzlich, da die Entladung fortdauert, während die Justierung vorgenommen wird, sodass der Druck von der Anode 2a auf den zweiten vorbestimmten Druckwert P2 eingestellt wird, welcher geringer als der erste vorbestimmte Druckwert P1 ist, ist es möglich, den Stoppzeit-Entladungsprozess S105 durchzuführen, indem eine überschüssige Zufuhr von dem Brennstoff-Gas unterdrückt wird. Dadurch kann die Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolytmembran 2c unterdrückt werden, indem der Übergang oder Crossover von dem Brennstoffgas von der Seite von der Anode 2a zu der Seite von der Kathode 2b unterdrückt wird. Daher kann die Verschlechterung von der Brennstoffzelle 2 unterdrückt werden, wenn das Brennstoffzellensystem 1 stoppt.
  • Zusätzlich, da die Entladung fortdauert, während die Justierung vorgenommen wird, sodass der Druck von der Anode 2a auf den dritten vorbestimmten Druckwert P3 eingestellt wird, welcher größer als der zweite vorbestimmte Druckwert P2 ist, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt hat, ist es möglich, den Mangel an Anodenstoichiometrie gemäß dem hohen Druck von dem Brennstoff-Gas zu unterdrücken und die Stabilität einer Entladung selbst dann sicherzustellen, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt hat.
  • Zusätzlich, da die Einstellung derart durchgeführt wird, dass der Druck von der Anode 2a auf den vierten vorbestimmten Druckwert P4 eingestellt wird, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert P1 ist, nach dem Ende der Entladung, kann das Brennstoff-Gas in der Anode 2a gemäß einer Druckhaltung gehalten werden und die Seite von der Anode 2a und die Seite von der Kathode 2b können in einem wasserstoffreichen Zustand sein.
  • Dadurch kann verhindert werden, dass die Seite von der Anode 2a und die Seite von der Kathode 2b sich in einem luftreichen Zustand befinden und verhindert werden, dass die Kathode 2b einem hohen Potenzial beim nächsten Start ausgesetzt wird.
  • Zusätzlich, wenn die Entladung vor dem Ende von der Entladung abgeschaltet wurde, wird in Betracht gezogen, dass nicht reagierter Sauerstoff auf der Seite von der Kathode 2b übrig bleibt. Andererseits, gemäß dieser Ausführungsform, da der Stoppzeit-Entladungsprozess S105 endet, ohne eine Justierung vorzunehmen, so dass der Druck von der Anode 2a auf den vierten vorbestimmten Druckwert P4 eingestellt wird, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert P1 ist, kann eine Menge an Wasserstoff reduziert werden, welche mit Sauerstoff reagiert, welche auf der Seite von der Kathode 2b übrig bleibt. Da verhindert werden kann, dass der Sauerstoff, welcher auf der Seite von der Kathode 2b übrig bleibt, und Wasserstoff, welcher durch die Festpolymer-Elektrolytmembran übertragen wird und auf die Seite von der Kathode 2b vordringt, lokal auf der Oberfläche von der Festpolymer-Elektrolythmembran 2c reagieren, kann dadurch die Verschlechterung von der Brennstoffzelle 2 aufgrund der Verschlechterung von der Festpolymer-Elektrolytmembran 2c verhindert werden.
  • Zusätzlich, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt, und es schwierig ist, das Brennstoff-Abgas zu zirkulieren, ist es unwahrscheinlich, dass Wasserstoff ausreichend der Anode 2a zugeführt wird. Andererseits, gemäß dieser Ausführungsform, da ein Stromwert von der Entladung auf einen festgelegten unteren Stromgrenzwert (beispielsweise 3 A) eingestellt ist, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt, kann die Verschlechterung von einer Elektrode unterdrückt werden, indem der Mangel an Anodenstoichiometrie unterdrückt wird. Daher kann die Verschlechterung der Brennstoffzelle 2 selbst dann unterdrückt werden, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 versagt hat.
  • Zusätzlich, da der Stromwert von der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 bestimmt wird, kann die tatsächliche Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30, das heißt, ein Entladestrom, welcher einer Zufuhrmenge von dem Brennstoff-Gas entspricht, erzeugt werden. Daher kann beispielsweise selbst dann, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 sich nicht gemäß einem Befehlswert von dem Brennstoffzellensystem 1 aufgrund der Verschlechterung von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 oder dergleichen dreht, die Verschlechterung von der Brennstoffzelle 2 unterdrückt werden, indem der Mangel an Anodenstoichiometrie unterdrückt wird.
  • Zusätzlich, da ein Druckwert von der Anode 2a bei der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 bestimmt wird, kann der Druck von der Anode 2a eingestellt werden, indem das Brennstoff-Gas gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 gebildet wird. Daher kann beispielsweise selbst dann, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 sich nicht gemäß einem Befehlswert von dem Brennstoffzellensystem 1 aufgrund der Verschlechterung von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 oder dergleichen dreht, die Verschlechterung von der Brennstoffzelle 2 unterdrückt werden, indem der Mangel an Anodenstoichiometrie unterdrückt wird.
  • Zusätzlich, da die Entladung durchgeführt wird, indem das Ablassventil 37 und das Drainageventil 38a in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 geschlossen werden, kann verhindert werden, dass Wasserstoff durch das Ablassventil 37 und das Drainageventil 38a zur Außenseite des Brennstoffzellensystems 1 abgegeben werden. Daher kann der Mangel an Anodenstoichiometrie durch die Abgabe des Wasserstoffs nach außen verhindert werden und ein ineffektiver Wasserstoffverbrauch kann unterdrückt werden. Zusätzlich, wenn der Wasserstoff zur Außenseite des Brennstoffzellensystems 1 abgegeben wird, führt der Verdünnungskasten 40 eine Verdünnung durch, indem bewirkt wird, dass der Wasserstoff und Sauerstoff reagieren. Da jedoch das Ablassventil 37 und das Drainageventil 38a gemäß dieser Ausführungsform geschlossen sind, kann verhindert werden, dass eine große Menge an Wasserstoff in den Verdünnungskasten 40 eingeleitet wird. Daher ist es möglich, den Wasserstoff leicht zu verdünnen und den verdünnten Wasserstoff zur Außenseite des Brennstoffzellensystems 1 abzugeben.
  • Zusätzlich, indem der Stoppzeit-Entladungsprozess S105 in einem Zustand durchgeführt wird, in welchem das Auslass-Abdichtungsventil 48 geschlossen wurde, kann Sauerstoff in jedem Strömungsweg von dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41, dem Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 und dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg 75, welcher den Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg 41 und den Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg 47 verbindet, rasch verbraucht werden. Daher, da die Atmosphäre von der Kathode 2b rasch stickstoffreich werden kann, kann die Verschlechterung von der Brennstoffzelle 2 weiter unterdrückt werden.
  • Der technische Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorangehend erwähnte Ausführungsform beschränkt und es ist möglich, verschiedene Änderungen hinzuzufügen, ohne vom Geiste oder Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Beispielsweise, obwohl die Hochspannungsbatterie 11 als eine Speichereinheit in der Ausführungsform eingesetzt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und beispielsweise kann ein Kondensator oder der gleichen eingesetzt werden.
  • Zusätzlich, obwohl in der Ausführungsform ein Beispiel beschrieben wurde, in welchem das Brennstoffzellensystem 1 an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht ist, ist die Anwendung von dem Verfahren zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems 1 von der vorliegenden Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, in welchen das Brennstoffzellensystem 1 an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht ist.
  • Obwohl die Entladung von der Brennstoffzelle 2 in einem Zustand durchgeführt wird, in welchen das Einlass-Abdichtungsventil 45 geöffnet wurde und das Auslass-Abdichtungsventil 48 geschlossen wurde, kann die Entladung der Brennstoffzelle 2 in einem Zustand durchgeführt werden, in welchen das Einlass-Abdichtungsventil 45 und das Auslass-Abdichtungsventil 48 geschlossen wurden.
  • Obwohl die Entladestrom-Steuerung/Regelung zur Bestimmung eines Stromwerts von der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 durchgeführt wird, kann eine Anodendruck-Steuerung/Regelung zur Bestimmung des Drucks von der Anode 2a gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationspumpe 30 durchgeführt werden. Zusätzlich kann in dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 die Entladestrom-Steuerung/Regelung und die Anodendruck-Steuerung/Regelung gemeinsam verwendet werden.
  • Obwohl ein Brennstoff-Injektor bzw. eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 in der Ausführungsform an dem anodenseitigen Strömungsweg 3 vorgesehen ist, können eine Mehrzahl von Brennstoff-Injektoren bzw. Brennstoff-Einspritzeinrichtungen vorgesehen sein. Zusätzlich, obwohl die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung durch eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung 34 in dem Anodendruck-Erhöhungsprozess S103, dem Stoppzeit-Entladungsprozess S105 oder dergleichen durchgeführt wird, kann die Ziel-Druck-Steuerung/Regelung auch unter Verwendung der Mehrzahl von Brennstoff-Einspritzeinrichtungen durchgeführt werden.
  • Ergänzungen, Auslassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können bei der oben beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Vorgesehen ist ein Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems, umfassend einen Stopp-Befehl-Erfassungsprozess (S101) zur Erfassung einer Stopp-Befehl-Ausgabe, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt, einen Anodendruck-Erhöhungsprozess (S103) zum Erhöhen eines Drucks, so dass der Druck von der Anode einen ersten vorbestimmten Druckwert erreicht, und einen Stoppzeit-Entladungsprozess (S105) zur Durchführung einer Entladung, indem innerhalb eines Oxidationsmittel-Abgases übriger Sauerstoff verbraucht wird, während eine Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationspumpe angetrieben wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-506243 [0005, 0007, 0008]
    • JP 2003-115317 [0006, 0008]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems, umfassend: eine Brennstoffzelle, welche Energie erzeugt, indem ein Brennstoff-Gas einer Anode zugeführt wird und ein Oxidationsmittel-Gas einer Kathode zugeführt wird; einen Brennstoff-Gas-Zufuhrweg, durch welchen das der Anode zugeführte Brennstoff-Gas strömt; einen Brennstoff-Abgas-Auslassweg, durch welchen ein von der Anode abgeführtes Brennstoff-Abgas strömt; einen Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg, durch welchen das der Kathode zugeführte Oxidationsmittel-Gas strömt; einen Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg, durch welchen ein von der Kathode abgeführtes Oxidationsmittel-Abgas strömt; einen Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg, welcher den Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg und den Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg verbindet; eine Oxidationsmittel-Gas-Zufuhreinheit, welche das Oxidationsmittel-Gas der Kathode zuführt, und eine Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit, welche an dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg angeordnet ist und das Oxidationsmittel-Abgas zirkuliert, wobei das Verfahren umfasst: einen Stopp-Befehl-Erfassungsprozess zum Erfassen einer Stopp-Befehl-Ausgabe, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt; einen Anodendruck-Erhöhungsprozess zum Erhöhen eines Drucks, so dass ein Druck von der Anode einen ersten vorbestimmten Druckwert erreicht, nachdem der Stopp-Befehl in dem Stopp-Befehl-Erfassungsprozess erfasst wurde; und einen Stoppzeit-Entladungsprozess zum Durchführen einer Entladung, indem innerhalb des Oxidationsmittel-Abgases übriger Sauerstoff verbraucht wird, während die Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationseinheit nach dem Anodendruck-Erhöhungsprozess angetrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffzellensystem ferner umfasst: einen Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg, welcher den Brennstoff-Gas-Zufuhrweg und den Brennstoff-Abgas-Auslassweg verbindet; und eine Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit, welche an dem Brennstoff-Abgas-Zirkulationsweg angeordnet ist und das Brennstoff-Abgas zirkuliert, und wobei der Stoppzeit-Entladungsprozess durchgeführt wird, indem die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit angetrieben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in dem Stoppzeit-Entladungsprozess die Entladung fortgesetzt wird, während eine Justierung vorgenommen wird, so dass der Druck von der Anode auf einen zweiten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher geringer als der erste vorbestimmte Druckwert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei dann, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit in dem Stoppzeit-Entladungsprozess versagt hat, die Entladung fortgesetzt wird, während eine Justierung vorgenommen wird, so dass der Druck von der Anode auf einen dritten vorbestimmten Druckwert eingestellt wird, welcher größer als der zweite vorbestimmte Druckwert ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Stoppzeit-Entladungsprozess eine Justierung vorgenommen wird, um den Druck von der Anode auf einen vierten vorbestimmten Druckwert einzustellen, welcher größer als der erste vorbestimmte Druckwert ist, nach einem Ende von der Entladung.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei dann, wenn die Entladung vor dem Ende von der Entladung abgeschaltet wurde, der Stoppzeit-Entladungsprozess ohne die Justierung einer Einstellung von dem Druck von der Anode auf den vierten vorbestimmten Druckwert endet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei dann, wenn die Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit versagt und es schwierig ist, das Brennstoff-Abgas zu zirkulieren, ein Stromwert von der Entladung in dem Stoppzeit-Entladungsprozess auf einen festgelegten unteren Stromgrenzwert eingestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und 7, wobei in dem Stoppzeit-Entladungsprozess ein Stromwert von der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 7 und 8, wobei in dem Stoppzeit-Entladungsprozess ein Druckwert von der Anode bei der Entladung gemäß der tatsächlichen Drehzahl von der Brennstoff-Abgas-Zirkulationseinheit bestimmt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Brennstoffzellensystem ferner umfasst: ein Auslassventil, um das Brennstoff-Abgas auszustoßen; einen Gas-Flüssigkeit-Separator, welcher an dem Brennstoff-Abgas-Auslassweg angeordnet ist und das Brennstoff-Abgas und in das Brennstoff-Abgas gemischte Flüssigkeit trennt, um die Flüssigkeit aufzubewahren; und ein Drainageventil, um die im Inneren des Gas-Flüssigkeit-Separators aufbewahrte Flüssigkeit abzulassen, und wobei in dem Stoppzeit-Entladungsprozess die Entladung durchgeführt wird, indem das Auslassventil und das Drainageventil geschlossen werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Brennstoffzellensystem ferner umfasst: ein erstes Abdichtungsventil, welches in einer Strömungsrichtung von dem Oxidationsmittel-Gas an einer stromaufwärtigen Seite anstelle eines Verbindungsabschnitts mit dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg in dem Oxidationsmittel-Gas-Zufuhrweg angeordnet ist; und ein zweites Abdichtungsventil, welches in einer Strömungsrichtung von dem Oxidationsmittel-Abgas auf einer stromabwärtigen Seite anstelle des Verbindungsabschnitts mit dem Oxidationsmittel-Abgas-Zirkulationsweg in dem Oxidationsmittel-Abgas-Auslassweg angeordnet ist, und wobei wenigstens das zweite Abdichtungsventil in dem Stoppzeit-Entladungsprozess geschlossen wird.
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