DE102014213867A1

DE102014213867A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffspülens

Info

Publication number: DE102014213867A1
Application number: DE102014213867.1A
Authority: DE
Inventors: Heon Joong Lee; Sang Uk Kwon
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2015-06-25
Also published as: KR101543121B1; CN104733751A; KR20150072535A; US9960439B2; CN104733751B; US20150180069A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffspülens bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Spülventil, das für einen Auslass vorgesehen ist, der benachbart zu einer Anode eines Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, und eingerichtet ist, um ein Ausströmen von Wasser von dem Brennstoffzellenstapel einzustellen. Zusätzlich ist eine Steuerung eingerichtet, um ein Öffnen des Spülventils auf der Grundlage einer Ladekapazität einzustellen, die durch Integrieren einer Stromkapazität des Brennstoffzellenstapels erhalten wird. Die Steuerung ist eingerichtet, um die Ladekapazität durch Multiplizieren der Stromkapazität des Brennstoffzellenstapels mit einem Skalierungsfaktor zu berechnen, wenn eine Last für einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels weniger als eine erste Referenzlast beträgt, die voreingestellt wird.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffspülens und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wasserstoffspülen, die eine Zeitdauer eines Wasserstoffspülens durch Ändern einer Stromkapazität ändern.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Brennstoffzellenfahrzeug umfasst einen Brennstoffzellenstapel, in dem eine Mehrzahl von einzelnen Brennstoffzellen gestapelt ist, ein Brennstoffversorgungssystem zum Zuführen von Wasserstoff usw., der als Brennstoff des Brennstoffzellenstapels arbeitet, ein Luftversorgungssystem, um Sauerstoff zuzuführen, der als ein Oxidationsmittel arbeitet, das erforderlich ist, um eine elektrochemische Reaktion zu bewirken, und ein Wasser- und Wärmemanagementsystem, um die Temperatur des Brennstoffzellenstapels einzustellen.
Das Brennstoffversorgungssystem führt Wasserstoff an eine Brennstoffelektrode (z. B. Anode) des Brennstoffzellenstapels durch Verringern des Drucks des in einem Wasserstofftank bevorrateten komprimierten Wasserstoffs zu und das Luftversorgungssystem führt Außenluft an eine Luftelektrode (z. B. Kathode) des Brennstoffzellenstapels unter Verwendung eines Luftgebläses zu. Wenn Sauerstoff an die Brennstoffelektrode des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird und wenn Luft an die Luftelektrode zugeführt wird, werden Wasserstoffionen durch eine katalytische Reaktion an der Brennstoffelektrode erzeugt. Die erzeugten Wasserstoffionen wandern (migrieren) durch eine Elektrolytmembran und erreichen die als eine Oxidationselektrode arbeitende Luftelektrode. In der Oxidationselektrode bewirken die Wasserstoffionen eine elektrochemische Reaktion mit Elektronen und Sauerstoff, wodurch Energie erzeugt wird. Insbesondere findet eine elektrochemische Reaktion mit Wasserstoff an der Brennstoffelektrode statt und eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff findet an der Luftelektrode statt. Demzufolge werden Elektrizität und Wärme aufgrund der Bewegung der Elektronen erzeugt und Dampf oder Wasser wird durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt.
Das Brennstoffzellenfahrzeug umfasst ferner eine Abführvorrichtung/Ausstoßvorrichtung, die Nebenprodukte, wie Dampf, Wasser und Wärme, die während der Erzeugung von Energie erzeugt werden, und ungenutzte Gase, wie Wasserstoff und Sauerstoff, abführt/ausstoßt. Der Dampf und die Gase, wie Wasserstoff und Sauerstoff werden über einen Auslasskanal abgeführt. Das Luftgebläse, ein Wasserstoff-Umwälzgebläse und eine Wasserpumpe sind mit einem Haupt-Bus verbunden, um eine Inbetriebnahme der Brennstoffzelle zu ermöglichen. Der Haupt-Bus ist ebenfalls mit verschiedenen Relais, die eine Unterbrechung und Zufuhr von Energie ermöglichen, und einer Diode, die verhindert, dass ein Rückstrom an die Brennstoffzellen fließt, verbunden. Trockene Luft, die durch das Luftgebläse zugeführt wird, wird durch eine Befeuchtungsvorrichtung befeuchtet und dann wird die feuchte Luft an die Luftelektrode (Kathode) des Brennstoffzellenstapels zugeführt. Von der Kathode erzeugtes Abgas ist ein feuchtes Gas und wird an die Befeuchtungsvorrichtung zugeführt, so dass es zum Befeuchten der trockenen Luft, die an die Kathode durch das Luftgebläse zugeführt werden soll, verwendet wird.
Das Vorhergehende ist lediglich dazu vorgesehen, um das Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung zu fördern, und soll nicht heißen, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Bereichs des Standes der Technik liegt, der einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Wasserstoffspülens bereit, die eine Zeitdauer zum Wasserstoffspülen durch Ändern/Variieren einer Stromkapazität ändern/variieren.
Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Wasserstoffspülens umfassen ein Spülventil, das für einen Auslass vorgesehen ist, der in der Nähe (z. B. benachbart zu) einer Anode eines Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, und eingerichtet ist, um ein Ausströmen von Wasser von dem Brennstoffzellenstapel einzustellen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um ein Öffnen des Spülventils auf der Grundlage einer Ladekapazität, die durch Integrieren einer Stromkapazität des Brennstoffzellenstapels erhalten wird, einzustellen, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Ladekapazität durch Multiplizieren der Stromkapazität des Brennstoffzellenstapels mit einem Skalierungsfaktor zu berechnen, wenn eine Last für einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels weniger als eine erste Referenzlast beträgt, die voreingestellt wird.
Die Steuerung kann ebenfalls eingerichtet sein, um das Spülventil zu öffnen, wenn die berechnete Ladekapazität größer als eine voreingestellte Ladekapazität ist. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um den Skalierungsfaktor auf 1 zu setzen, wenn die Last für den Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels größer als eine zweite Referenzlast ist, die voreingestellt wird. Wenn die Last größer als die erste Referenzlast ist und weniger als die zweite Referenzlast beträgt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um den Skalierungsfaktor mit einem vorgegebenen Gradienten von einem Zeitpunkt an zu verringern, bei dem die Last größer als die erste Referenzlast wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Wasserstoffspülen umfassen ein vergleichen einer Last für einen Ausgangsstrom eines Brennstoffzellenstapels mit einer ersten Referenzlast, die voreingestellt wird, und ein Berechnen einer Ladekapazität durch Multiplizieren einer Ausgangsstromkapazität des Brennstoffzellenstapels mit einem Skalierungsfaktor, wenn die Last weniger als eine erste Referenzlast beträgt, die voreingestellt wird.
Das Verfahren kann ferner umfassen ein Öffnen des Spülventils, das mit einem Ausgangsanschluss einer Anode des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, wenn die berechnete Ladekapazität größer als eine voreingestellte Ladekapazität ist; und ein Einstellen des Skalierungsfaktors auf 1, wenn die Last größer als eine zweite Referenzlast ist, die voreingestellt wird. Das Verfahren kann ferner umfassen ein Verringern des Skalierungsfaktors mit einem vorgegebenen Gradienten von einem Zeitpunkt an, bei dem die Last größer als die erste Referenzlast wird, wenn die Last größer als die erste Referenzlast ist und weniger als die zweite Referenzlast beträgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher. In den Figuren zeigen:
1 ein beispielhaftes Blockdiagramm, das ein Brennstoffzellensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A ein beispielhaftes Balkendiagramm, das einen Integralwert einer Stromkapazität gemäß dem Stand der Technik darstellt;
2B ein beispielhaftes Balkendiagramm, das einen Integralwert einer in einem Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffspülens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Stromkapazität darstellt; und
3 ein beispielhaftes Liniendiagramm, das eine Schwankung des in dem Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffspülens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Skalierungsfaktors α_scale darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
Spezifische strukturelle und funktionelle Beschreibungen der hierin offenbarten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nur für veranschaulichende Zwecke der Ausführungsforen der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die vorliegende Erfindung kann in vielen unterschiedlichen Formen ausgebildet werden, ohne von der Lehre und den wesentlichen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demzufolge sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich zu veranschaulichenden Zwecken offenbart und sollten nicht derart ausgelegt werden, dass sie die vorliegende Erfindung einschränken.
Nachstehend wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden, da die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen verschiedenartig geändert werden kann. Während die Offenbarung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, um die Offenbarung auf jene Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Offenbarung dazu vorgesehen, nicht nur die Ausführungsbeispiele abzudecken, sondern ebenfalls verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der Offenbarung umfasst sein können, wie dies durch die beigefügten Ansprüche beschrieben ist.
Es versteht sich, dass, obwohl die Begriffe ”erste”, ”zweite”, etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, diese Elemente durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden lediglich verwendet, um ein Element von einem weiteren Element zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte ein nachfolgend erläutertes erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In ähnlicher Weise könnte auch das zweite Element als das erste Element bezeichnet werden.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass es mit einem weiteren Element ”gekoppelt” oder ”verbunden” ist, es mit dem anderen Element direkt gekoppelt oder verbunden sein kann oder dazwischen angeordnete Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu versteht es sich, dass, wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass es mit einem weiteren Element ”direkt gekoppelt” oder ”direkt verbunden” ist, keine Zwischenelemente vorhanden sind. Andere Ausdrücke, die die Beziehung zwischen Elementen erläutern, wie beispielsweise ”zwischen”, ”direkt zwischen”, ”benachbart/neben” oder ”direkt benachbart/neben” sollten in der gleichen Art und Weise ausgelegt werden.
Wenn nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe mit technischen und wissenschaftlichen Begriffen dieselbe Bedeutung wie sie allgemein von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verstanden werden. Es versteht sich ferner, dass Ausdrücke/Begriffe, wie jene, die in gängigen Wörterbüchern definiert sind, derart ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung aufweisen, die mit ihrer Bedeutung im Kontext auf dem betreffenden Fachgebiet und der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne ausgelegt werden, sofern dies nicht ausdrücklich hierin so definiert wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. In allen Zeichnungen werden sich die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder ähnlichen Teile beziehen. 1 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm, das ein Brennstoffzellensystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 kann das Brennstoffzellensystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Brennstoffzellenstapel 10, einen Ejektor 20, ein Luftgebläse 30, eine Befeuchtungsvorrichtung 40, eine Wasserstoffversorgungseinheit 50, ein Ablassventil 60, ein Spülventil 70, einen Wasserabscheider 80 und eine Steuerung 90 umfassen. Einige Teile des in 1 dargestellten Brennstoffzellensystems 100 sind dem Durchschnittsfachmann bekannt. Daher werden solche Teile hierin nicht beschrieben.
Die Wasserstoffversorgungseinheit 50 kann ein gewöhnlicher Wasserstofftank sein, der eingerichtet ist, um Wasserstoff mit einem im Wesentlichen hohen Druck zu bevorraten, und kann eingerichtet sein, um den Wasserstoff an den Brennstoffzellenstapel 10 zuzuführen. Der unter hohem Druck stehende Wasserstoff, der von der Wasserstoffversorgungseinheit 50 abgegeben werden kann, kann im Druck durch einen Druckregler, ein Druckeinstellungsventil, einen Injektor, ein Druckeinstellglied (nicht gezeigt) usw. verringert werden und kann dann an den Brennstoffzellenstapel mit einem durch den Ejektor 20 angesaugten Umlaufgas zugeführt werden. Der Ejektor 20 kann eingerichtet sein, um den Wasserstoff mit einem verringerten Druck an den Brennstoffzellenstapel 10 zuzuführen, und um den ungenutzten Wasserstoff durch Ansaugen des ungenutzten Wasserstoffs, der in der Nähe (z. B. Umgebung) einer Anode des Brennstoffzellenstapels verbleiben kann, zu zirkulieren, indem ein durch einen Wasserstoff-Strahlstrom verursachter Niederdruck verwendet wird, wenn der unter einem hohen Druck stehende Wasserstoff durch eine Düse (z. B. konvergente Düse oder divergente Düse) strömt.
Das Spülventil 70 kann ein Ventil sein, das verwendet wird, um Unreinheiten in der Anode des Brennstoffzellenstapels 10 zu entfernen. Wasser kann durch eine elektrochemische Reaktion erzeugt werden, sammelt sich innerhalb des Brennstoffzellenstapels 10 an und sollte in wirksamer Weise aus dem Brennstoffzellenstapel abgeführt werden. Wenn das Wasser nicht aus dem Brennstoffzellenstapel 10 abgeführt werden kann, das heißt, wenn ein Überlaufen auftritt, kann eine Zufuhr von Wasserstoff als Brennstoff verhindert werden, wodurch die Effizienz der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 10 verringert wird. Wenn die Ableitung von Wasser im Wesentlichen gering ist, können die Teile des Brennstoffzellenstapels 10 beschädigt werden und können Fehlfunktionen aufweisen.
Um eine Ableitung des Wassers aus der Anode zu erleichtern, kann die Strömungsrate von Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 10 erhöht werden, um den Strom von Flüssigkeiten (z. B. ein Gasgemisch einschließlich Feuchtigkeit) in dem Brennstoffzellenstapel zu erhöhen. Demzufolge kann ein periodisches Brennstoffspülen durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann zum Entfernen von Feuchtigkeit, die in dem Brennstoffzellenstapel 10 verbleibt, das Spülventil 70 geöffnet werden, um vorübergehend die Strömungsrate von Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 10 zu erhöhen. Die primären Zwecke des Spülens, das durch Öffnen des Spülventils 70 gestartet werden kann, sind ein Verringern der Konzentration von an die Anode angesaugtem Stickstoff und ein Ableiten des in dem Brennstoffzellenstapel 10 gesammelten Wassers. Da jedoch ein solches Spülen einen Austritt von Wasserstoff aus dem Brennstoffzellenstapel 10 verursachen kann, kann sich die Kraftstoffeffizienz verschlechtern und kann eine Verschmutzung der Umwelt auftreten.
Die Steuerung 90 kann eingerichtet sein, um das Öffnen des Spülventils 70 zu betreiben, um den Grad eines Spülens einzustellen. Insbesondere kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, um die Kapazität eines in dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugten Stromes zu integrieren und um das Spülventil 70 einzustellen, um zu bewirken, dass das Spülen durchgeführt wird, wenn eine Ladekapazität eine vorgegebene Ladekapazität überschreitet. Dieser Betrieb basiert auf dem Prinzip, dass die durch die elektrochemische Reaktion erzeugte Stromkapazität proportional zu der Menge an erzeugtem Wasser ist. Da jedoch die Eigenschaften des Wasserstoffstromes, die mit der Konzentration von Brennstoff zusammenhängen, in dem Betrieb nicht in Betracht gezogen werden, kann die Strömung des Wasserstoffs in dem Brennstoffzellensystem 100 bei einer im Wesentlichen niedrigen Last schwächer als bei einer im Wesentlichen hohen Last sein, wodurch eine Erhöhung der Wassermenge in dem Brennstoffzellenstapel 10 verursacht wird.
Dementsprechend kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Last größer als ein vorgegebener Wert ist, und in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Last weniger als der vorgegebene Wert beträgt, kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, um eine Ladekapazität durch Multiplizieren der Stromkapazität mit einem Skalierungsfaktor und Integrieren für eine tatsächliche Stromkapazität zu berechnen. Wenn die berechnete Ladekapazität einen vorgegebenen Wert überschreitet, kann die Steuerung 90 eingerichtet sein, um das Spülventil 70 zum Durchführen des Spülens einzustellen. Unter dem im Wesentlichen niedrigen Lastzustand kann die tatsächliche Stromkapazität mit dem Skalierungsfaktor multipliziert werden, um die Ladekapazität zu erzeugen. Demzufolge kann die Anzahl des Öffnens des Spülventils 70 erhöht werden (z. B. kann die Anzahl, dass das Ventil geöffnet wird, erhöht werden). Wenn das Spülventil 70 geöffnet wird, um zu bewirken, dass das Spülen durchgeführt wird, kann die Feuchtigkeit in dem Brennstoffzellenstapel 10 entfernt werden, um somit die Strömungsrate von Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 10 zu erhöhen.
2A und 2B zeigen beispielhafte Graphen, die Integralwerte der Stromkapazität darstellen. Insbesondere zeigt 2A einen beispielhaften Graphen gemäß dem Stand der Technik und 2B zeigt einen beispielhaften Graphen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 2A dargestellt, sind gemäß der Integral-Logik der Stromkapazität gemäß dem Stand der Technik die tatsächliche Stromkapazität und die in der integralen Operation verwendete Stromkapazität dieselben. Wenn die Ladekapazität durch die integrale Operation der Stromkapazität berechnet wird, und wenn die berechnete Ladekapazität gleich oder größer als eine vorgegebene Ladekapazität ist, führt die Steuerung 90 das Spülen durch Öffnen des Spülventils 70 durch.
Ferner, wie in 2B dargestellt, sind gemäß der Integral-Logik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die tatsächliche Stromkapazität und die in der integralen Operation verwendete Stromkapazität verschieden, da der Skalierungsfaktor α_scale multipliziert werden kann. Wenn die berechnete Ladekapazität gleich oder größer als die vorgegebene Ladekapazität ist, kann das Spülen durch Öffnen des Spülventils 70 auf der Grundlage der Spüllogik durchgeführt werden, in der die Ladekapazität erhalten werden kann, indem die integrale Operation auf der mit dem Skalierungsfaktor α_scale multiplizierten Stromkapazität durchgeführt wird. Da die Stromkapazität zunimmt, kann die durch die integrale Operation erhaltene Ladekapazität auch entsprechend zunehmen. Demzufolge, im Gegensatz zu dem in 2A dargestellten Verfahren, kann das Spülen in der vorliegenden Erfindung mit einer kürzeren Zeitdauer durchgeführt werden. Das Verfahren kann durch die Formel 1 ausgedrückt werden.
Formel 1

Q = ∫(α_scalei_low + i_high)dt

Wobei Q eine Ladekapazität ist, α_scale ein Skalierungsfaktor ist, i_low eine Stromkapazität unter einer Bedingung einer niedrigen Last ist und i_high eine Stromkapazität unter einer Bedingung einer hohen Last ist. Mit anderen Worten wird nur unter der Bedingung einer im Wesentlichen niedrigen Last der Skalierungsfaktor multipliziert, um die gesamte Ladekapazität zu erzeugen.
3 zeigt ein beispielhaftes Liniendiagramm, das eine Schwankung des in dem Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffspülens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Skalierungsfaktors α_scale darstellt. Wie in 3 dargestellt, kann der Skalierungsfaktor α_scale einen Wert von ungefähr α in einem im Wesentlichen niedrigen Lastbereich und den Wert von ungefähr 1 in einem Hochlastbereich aufweisen. Ein Übergangsbereich ist zwischen dem im Wesentlichen niedrigen Lastbereich und dem im Wesentlichen hohen Lastbereich vorhanden. Der Wert des Skalierungsfaktors α_scale nimmt mit dem durch Formel 2 berechneten Gradienten innerhalb des Niedriglastbereichs ab und konvergiert zu 1 beim Eintreten in den Hochlastbereich.
Formel 2

1 – α / H – L

Wobei H ein Referenzstromwert ist, der den Hochlastbereich angibt, L ein Referenzstromwert ist, der den Niedriglastbereich angibt, und α ein Skalierungsfaktor in dem Niedriglastbereich ist.
Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für veranschaulichende Zwecke beschrieben worden ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass verschiedenste Änderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Umfang und der Lehre der Erfindung, wie dies in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines Wasserstoffspülens, aufweisend: ein Spülventil, das für einen Auslass vorgesehen ist, der benachbart zu einer Anode eines Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, und eingerichtet ist, um ein Ausströmen von Wasser von dem Brennstoffzellenstapel einzustellen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um: ein Öffnen des Spülventils auf der Grundlage einer Ladekapazität einzustellen, die durch Integrieren einer Stromkapazität des Brennstoffzellenstapels erhalten wird; und die Ladekapazität durch Multiplizieren der Stromkapazität des Brennstoffzellenstapels mit einem Skalierungsfaktor zu berechnen, wenn eine Last für einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels weniger als eine erste Referenzlast beträgt, die voreingestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das Spülventil zu öffnen, wenn die berechnete Ladekapazität größer als eine voreingestellte Ladekapazität ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den Skalierungsfaktor auf 1 einzustellen, wenn die Last für den Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels größer als eine zweite Referenzlast ist, die voreingestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung eingerich tet ist, um den Skalierungsfaktor mit einem vorgegebenen Gradienten von einem Zeitpunkt an zu verringern, bei dem die Last größer als die erste Referenzlast wird, wenn die Last größer als die erste Referenzlast ist und weniger als die zweite Referenzlast beträgt.
Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffspülens, das Verfahren aufweisen: Vergleichen, durch eine Steuerung, einer Last für einen Ausgangsstrom eines Brennstoffzellenstapels mit einer ersten Referenzlast, die voreingestellt wird; und Berechnen, durch Steuerung, einer Ladekapazität durch Multiplizieren einer Ausgangsstromkapazität des Brennstoffzellenstapels mit einem Skalierungsfaktor, wenn die Last weniger als eine erste Referenzlast beträgt, die voreingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner aufweisend: Öffnen, durch die Steuerung, des Spülventils, das mit einem Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, wenn die berechnete Ladekapazität größer als eine voreingestellte Ladekapazität ist.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner aufweisend: Einstellen, durch die Steuerung, des Skalierungsfaktors auf 1, wenn die Last größer als eine zweite Referenzlast ist, die voreingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Verringern, durch die Steuerung, des Skalierungsfaktors mit einem vorgegebenen Gradienten von einem Zeitpunkt an, bei dem die Last größer als die erste Referenzlast wird, wenn die Last größer als die erste Referenzlast ist und weniger als die zweite Referenzlast beträgt.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle umfasst, die durch eine Steuerung ausgeführt werden, das computerlesbare Medium aufweisend: Programmbefehle, die eine Last für einen Ausgangsstrom eines Brennstoffzellenstapels mit einer ersten Referenzlast vergleichen, die voreingestellt wird; und Programmbefehle, die eine Ladekapazität durch Multiplizieren einer Ausgangsstromkapazität des Brennstoffzellenstapels mit einem Skalierungsfaktor berechnen, wenn die Last weniger als eine erste Referenzlast beträgt, die voreingestellt wird.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 9, ferner aufweisend: Programmbefehle, die das mit einem Ausgangsanschluss einer Anode des Brennstoffzellenstapels verbundene Spülventil öffnen, wenn die berechnete Ladekapazität größer als eine voreingestellte Ladekapazität ist.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 9, ferner aufweisend: Programmbefehle, die den Skalierungsfaktor auf 1 einstellen, wenn die Last größer als eine zweite Referenzlast ist, die voreingestellt wird.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 11, ferner aufweisend: Programmbefehle, die den Skalierungsfaktor mit einem vorgegebenen Gradienten von einem Zeitpunkt an verringern, bei dem die Last größer als die erste Referenzlast wird, wenn die Last größer als die erste Referenzlast ist und weniger als die zweite Referenzlast beträgt.