DE102015117485A1 - Restwasserspülablaufverfahren in einem Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem - Google Patents

Restwasserspülablaufverfahren in einem Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren umfasst das Prognostizieren, ob die Außentemperatur kleiner oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur wird, während ein Brennstoffzellensystem in Betrieb ist; das Durchführen einer Restwasserspülverarbeitung bei lediglich einem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus, wenn prognostiziert wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird, und das anschließende Stoppen des Betriebs des Brennstoffzellensystems; das Prognostizieren, ob die Temperatur einer in den Brennstoffzellensystem umfassten vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur wird, nach dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems; und das Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus, wenn prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmte Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmte Temperatur wird.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2014-227017 , welche am 7. November 2014 angemeldet wurde und deren gesamte Offenbarung hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen ist.
  • Hintergrund Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Restwasserspülablauf bzw. eine Restwasserspülverarbeitung in einem Brennstoffzellensystem.
  • Stand der Technik
  • Wenn die Außentemperatur nach dem Stopp eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems unter den Gefrierpunkt abgesenkt wird, kann im Inneren einer Einheitszelle, welche eine Brennstoffzelle (Zellenstapel) bildet, eines Reaktionsgas-Strömungspfads, welcher in der Brennstoffzelle ausgebildet ist, einer äußeren Leitung und dergleichen Wasser einfrieren. Wenn Wasser in den feinen Poren einer Katalysatorschicht und einer Gasdiffusionsschicht innerhalb einer Einheitszelle gefriert, ist die Gasdiffusionseigenschaft zu der Zeit des nachfolgenden Starts des Brennstoffzellensystems verringert, so dass die Leistungserzeugungsfähigkeit reduziert ist. Wenn in einem Ventil, welches in dem Reaktionsgas-Strömungspfad vorgesehen ist, Wasser gefriert, ist das Öffnen und Schließen des Ventils verhindert bzw. blockiert und die Verteilung eines Reaktionsgases und eines Abgases ist verhindert bzw. blockiert. Somit wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem nach dem Stopp eines Brennstoffzellensystems die Temperatur einer Brennstoffzelle und die Außentemperatur gemessen werden, und wenn diese Temperaturen kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperatur werden, wird ein Restwasserspülablauf bzw. eine Restwasserspülverarbeitung durchgeführt, um Wasser in dem Brennstoffzellensystem abzuführen. Die JP 2010-198786 A offenbart ein Verfahren, bei welchem eine Restwasserspülung bei einem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und einem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, wenn die Zündung eines das Brennstoffzellensystem tragenden Fahrzeugs „Aus” ist und die Temperatur einer Brennstoffzelle kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist. Die JP 2008-218242 A offenbart ein Verfahren, bei welchem die Restwasserspülung bei einem Brenngas-Zuführ/Abführmechanismus und einem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, wenn die Außentemperatur während des Stopps eines Betriebs einer Brennstoffzelle gemessen wird und die Außentemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist.
  • Es ist angenommen, dass die beiden vorstehend beschriebenen Verfahren kombiniert werden, die Restwasserspülverarbeitung gemäß der Temperatur einer Brennstoffzelle durchgeführt wird, wenn eine Zündung „Aus” ist, und die Restwasserspülverarbeitung gemäß der Außentemperatur während des Stopps des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird, um Wasser zuverlässiger daran zu hindern, in einem Brennstoffzellensystem zu gefrieren. Bei einer solchen Konfiguration ist jedoch der Leistungsverbrauch bei Vorrichtungen, welche die Restwasserspülverarbeitung durchführen, wie einem Luftkompressor und dem Injektor von Wasserstoffgas, in unvorteilhafter Art und Weise erhöht, da die Restwasserspülverarbeitung häufig durchgeführt wird. Darüber hinaus werden in einem Fall, bei welchem die Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird, wenn eine Zündung „Aus” ist, obwohl die Zündung „Aus” ist, Vibrationen und ein Geräusch, welche durch den Betrieb des Luftkompressors und dergleichen hervorgerufen werden, bis zum Abschluss der Restwasserspülverarbeitung produziert, und daher wird bei dem Nutzer in unvorteilhafter Art und Weise ein unangenehmes Gefühl hervorgerufen. Somit ist eine Technologie gewünscht, bei welcher es möglich ist, das Gefrieren von Wasser in einem Brennstoffzellensystem zu unterdrücken, während der für die Restwasserspülverarbeitung erforderliche Leistungsverbrauch und das Hervorrufen eines unangenehmen Gefühls bei dem Nutzer reduziert sind.
  • Kurzfassung
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte, um zumindest einen Teil des vorgenannten Problems zu lösen, und diese kann in Form der nachstehenden Aspekte realisiert sein.
    • (1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Restwasserspülablauf- bzw. -verarbeitungsverfahren in einem Brennstoffzellensystem mit einem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und einem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus vorgesehen. Das Restwasserspülablaufverfahren umfasst: einen ersten Prognoseschritt zum Prognostizieren, ob eine Außentemperatur des Brennstoffzellensystems kleiner oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur wird, während das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist; einen Schritt zum Durchführen einer Restwasserspülverarbeitung bei lediglich dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus aus dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus, und zum anschließenden Beenden des Betriebs des Brennstoffzellensystems, wenn bei dem ersten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird; einen zweiten Prognoseschritt zum Prognostizieren nach dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems, ob eine Temperatur einer in dem Brennstoffzellensystem enthaltenen vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur wird; und einen Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bzw. des Restwasserspülablaufs bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus, wenn bei dem zweiten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird. Da bei dem Restwasserspülablaufverfahren dieses Aspekts die Restwasserspülverarbeitung vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems lediglich bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus aus dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, die Restwasserspülverarbeitung jedoch nicht bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, ist es im Vergleich zu der Konfiguration, bei welcher die Restwasserspülverarbeitung ebenso bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, möglich, den Leistungsverbrauch für die Restwasserspülverarbeitung zu reduzieren. Da es möglich ist, die Ablauf- bzw. Verarbeitungszeit zu reduzieren, ist es möglich, ein unangenehmes Gefühl zu reduzieren, welches auf einen Fahrer übertragen wird. Da die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird, ist es im Vergleich zu der Konfiguration, bei welcher die Restwasserspülverarbeitung nach dem Stopp des Betriebs durchgeführt wird, möglich, das Spülen bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus bei einer Umgebung einer höheren Temperatur durchzuführen. Somit ist es möglich, Wasser innerhalb der Kathode der Brennstoffzelle als Wasserdampf abzuführen und daher ist es möglich, das Wasser innerhalb der Kathode zuverlässiger abzuführen. Wenn prognostiziert wird, dass nach dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich dem zweiten vorbestimmten Wert wird, da die Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, ist es möglich, das Spülen bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus im Vergleich zu Bedingungen vor dem Stopp des Betriebs bei einer Umgebung einer niedrigeren Temperatur durchzuführen. Somit kann das Spülen in einem Zustand durchgeführt werden, bei welchem ein größerer Betrag von Wasserdampf in der Atmosphäre des Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus kondensiert ist, und daher ist es möglich, einen größeren Betrag von Wasser abzuführen.
    • (2) Das Restwasserspülablaufverfahren des vorstehenden Aspekts kann ferner einen Schritt zum Speichern in einer bei dem Brennstoffzellensystem enthaltenen Speichervorrichtung umfassen, ob die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wurde, und der Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus kann umfassen: einen Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus, wobei die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus nicht durchgeführt wird, wenn bei dem zweiten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, und wenn die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird; und einen Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus, wenn bei dem zweiten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, und wenn die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems nicht durchgeführt wird. Bei dem Spülverfahren dieses Aspekts wird, wenn die Restwasserspülverarbeitung vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, auch wenn prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, die Restwasserspülverarbeitung nicht durchgeführt. Somit ist es möglich, den notwendigen Leistungsverbrauch für die Restwasserspülverarbeitung im Vergleich zu der Konfiguration zu reduzieren, bei welcher die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, auch wenn die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird und prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Verschlechterung der Brennstoffzelle aufgrund der Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus nach dem Stopp des Betriebs zu reduzieren.
    • (3) Bei dem Restwasserspülablaufverfahren des vorstehenden Aspekts kann die erste vorbestimmte Temperatur kleiner oder gleich 0 Grad Celsius (°C) sein. Da bei dem Restwasserspülablaufverfahren dieses Aspekts die erste vorbestimmte Temperatur kleiner oder gleich 0°C ist, ist es möglich, die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchzuführen, wenn es hoch wahrscheinlich ist, dass die Temperatur des Brennstoffzellensystems kleiner oder gleich 0°C wird, und es hoch wahrscheinlich ist, dass Wasser in dem Brennstoffzellensystem gefriert. Somit kann die Restwasserspülverarbeitung in dem Brennstoffzellensystem unter Temperaturbedingungen (beispielsweise Bedingungen, bei welchen die Temperatur höher als 0°C ist), bei welchen Wasser nicht gefroren ist, reduziert werden, und daher ist es möglich, den Leistungsverbrauch zu reduzieren.
    • (4) Bei dem Restwasserspülablaufverfahren des vorstehenden Aspekts kann die zweite vorbestimmte Temperatur gleich 0°C sein. Bei dem Restwasserspülablaufverfahren dieses Aspekts ist es möglich, die Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus durchzuführen, wenn die Temperatur der in dem Brennstoffzellensystem enthaltenen vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich 0°C ist, das heißt, wenn es sehr wahrscheinlich ist, dass die Temperatur des Brennstoffzellensystems kleiner oder gleich 0 Grad Celsius ist. Somit ist es möglich, die Restwasserspülverarbeitung unter Temperaturbedingungen zuverlässiger zu reduzieren, bei welchen Wasser in dem Brennstoffzellensystem nicht gefroren ist.
    • (5) Bei dem Restwasserspülablaufverfahren des vorstehenden Aspekts kann die vorbestimmte Komponente ein Ventil sein, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen, und/oder ein Ventil sein, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen. Da das Ventil, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen, und das Ventil, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen, Wasser unter Verwendung der Schwerkraft abführen, sind die Ventile im Allgemeinen bei einer Position angeordnet, die vertikal unter dem Brennstoffzellensystem und weiter außen liegt. Somit werden diese Ventile wahrscheinlicher durch die Außentemperatur beeinflusst und die Temperatur davon wird unter einer Niedrigtemperaturumgebung auf einfachste Art und Weise abgesenkt. Daher wird, wenn die Temperatur von zumindest einem dieser Ventile kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist, die Restwasserspülverarbeitung durchgeführt, und daher ist es möglich, die Restwasserspülverarbeitung durchzuführen, bevor die Temperatur der individuellen Bauelemente des Brennstoffzellensystems kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird.
  • Die vorliegende Erfindung kann außerdem in Form verschiedener Aspekte realisiert sein. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise in dem Brennstoffzellensystem, einem Brennstoffzellenfahrzeug, auf welchem das Brennstoffzellensystem montiert ist, einem Programm zum Realisieren der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brennstoffzellensystem, einem Aufnahmemedium, in welchem ein solches Programm aufgenommen ist, und dergleichen realisiert sein.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems zeigt, auf welches ein Restwasserspülablaufverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
  • 2 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der bei dem Brennstoffzellensystem durchgeführten Restwasserspülverarbeitung zeigt;
  • 3A ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
  • 3B ist ein Flussdiagramm, welches den detaillierten Vorgang des Ablaufs bzw. der Verarbeitung bei dem in 3A gezeigten Schritt S200 zeigt; und
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • A. Ausführungsform
  • A1. Systemkonfiguration:
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems zeigt, auf welches ein Restwasserspülablaufverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform wird dazu verwendet, um auf einem Brennstoffzellenfahrzeug als ein System zum Zuführen von Leistung zum Fahren montiert zu sein. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Brennstoffzelle 100, einen Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus 200, welcher ebenso als ein Brenngas-Zuführ-/Abführsystem bezeichnet ist, einen Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus 300, welcher ebenso als ein Oxidationsgas-Zuführ-/Abführsystem bezeichnet ist, einen Brennstoffzellen-Zirkulations-Kühlmechanismus 400, welcher ebenso als ein Brennstoffzellen-Zirkulations-Kühlsystem bezeichnet ist, einen Leistungs-Lade/Entlademechanismus 500, welcher ebenso als ein Leistungs-Lade/Entladesystem bezeichnet ist, eine Steuerungsvorrichtung 600 und eine Start-Steuerungsvorrichtung 700.
  • Die Brennstoffzelle 100 ist eine so genannte Brennstoffzelle vom Festpolymer-Typ und umfasst einen Zellenstapel, welcher mit einer Mehrzahl von Einheitszellen 110, die entlang einer Stapelrichtung SD in Schichten gestapelt sind, ausgebildet ist, und ein Paar von Strom-Kollektorplatten 111, welche der beiden Enden des Zellenstapels angeordnet sind, um als eine Gesamtelektrode zu dienen. Jede Einheitszelle 110 erzeugt Leistung durch die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, welcher als ein Brenngas dient, das hin zu einer anodenseitigen Katalysator-Elektrodenschicht geführt wird, welche vorgesehen ist, um eine Festpolymer-Elektrolytmembran einzuschließen bzw. dazwischen aufzunehmen, und Sauerstoff, welcher in Luft enthalten ist, die als ein hin zu einer kathodenseitigen Katalysator-Elektrodenschicht geführtes Oxidationsgas dient. Die Katalysator-Elektrodenschicht enthält Kohlenstoffpartikel, welche einen Katalysator, wie beispielsweise Platin (Pt), tragen, und einen Elektrolyten. Auf den Außenseiten der Katalysator-Elektrodenschichten bei beiden Elektrodenseiten der Einheitszellen 110 sind Gasdiffusionsschichten angeordnet, welche mit einem porösen Element ausgebildet sind. Als das poröse Element wird beispielsweise ein poröses Kohlenstoffelement, wie Kohlepapier oder Carbon-Cloth, oder ein poröses Metallelement, wie ein Metallgewebe oder ein Metallschaum, verwendet. Innerhalb der Brennstoffzelle 100 sind entlang der Stapelrichtung SD Sammelleitungen bzw. Verteiler (nicht gezeigt) zum Verteilen des Brenngases, des Oxidationsgases und eines Kühlmediums ausgebildet.
  • Der Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus 200 führt das Brenngas hin zu der Brennstoffzelle 100 und führt ein anodenseitiges Abgas von der Brennstoffzelle 100 ab. Der Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus 200 umfasst einen Wasserstofftank 210, ein Unterbrechungsventil 220, einen Injektor 221, einen Gas-Flüssigkeits-Separator 250, eine Zirkulationspumpe 240, ein Ablassventil 260, einen Brenngas-Zuführpfad 231, einen ersten Brenngas-Abführpfad 232, einen Brenngas-Zirkulationspfad 233 und einen zweiten Brenngas-Abführpfad 262.
  • Der Wasserstofftank 210 speichert Hochdruck-Wasserstoff und führt Wasserstoffgas, welches als das Brenngas dient, über den Brenngas-Zuführpfad 231 hin zu der Brennstoffzelle 100. Das Unterbrechungsventil 220 ist in der Nähe der Zuführöffnung des Brenngases in dem Wasserstofftank 210 angeordnet und schaltet die Zuführung und den Stopp des Wasserstoffgases von dem Wasserstofftank 210 um. Der Injektor 221 ist in dem Brenngas-Zuführpfad 231 angeordnet und passt den Zuführbetrag des Wasserstoffgases hin zu der Brennstoffzelle 100 und den Druck davon an. Der Gas-Flüssigkeits-Separator 250 ist in dem ersten Brenngas-Abführpfad 232 angeordnet, trennt Wasser ab, welches in dem von der Brennstoffzelle 200 abgeführten anodenseitigen Abgas enthalten ist, um dieses hin zu dem zweiten Brenngas-Abführpfad 262 abzuführen, und führt das Brenngas, welches einem Gas entspricht, das durch Trennen des Wassers enthalten wird, hin zu dem Brenngas-Zirkulationspfad 233. Die Zirkulationspumpe 240 ist in dem Brenngas-Zirkulationspfad 233 angeordnet und führt das von dem Gas-Flüssigkeits-Separator 250 abgeführte Brenngas hin zu dem Brenngas-Zuführpfad 231. Das Ablassventil 260 ist in dem zweiten Brenngas-Zuführpfad 262 angeordnet und öffnet das Ventil, um dem durch den Gas-Flüssigkeits-Separator 250 abgetrennten Wasser zu ermöglichen, hin zu der Atmosphäre abgeführt zu werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Öffnen und Schließen des Ablassventils 260 bei vorbestimmten Intervallen durchgeführt, während das Brennstoffzellensystem 10 normal betrieben wird. Das Ablassventil 260 wird offen gehalten, während der später beschriebene Restwasserspülablauf bzw. die Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird. Der Gas-Flüssigkeits-Separator 250 steht über den ersten Brenngas-Abführpfad 232 mit der Brennstoffzelle 100 in Verbindung, und wenn das Ablassventil 260 geöffnet ist, steht das Ablassventil 260 über den zweiten Brenngas-Abführpfad 262 mit der Atmosphäre in Verbindung. Da der Druck innerhalb der Brennstoffzelle 100 höher als der atmosphärische Druck ist, wird, wenn das Ablassventil 260 geöffnet ist, das innerhalb des Gas-Flüssigkeits-Separators 250 gespeicherte Wasser durch die Druckdifferenz zwischen der Brennstoffzelle 100 und der Atmosphäre hin zu dem zweiten Brenngas-Abführpfad 262 abgeführt. Der Ablauf bzw. die Verarbeitung, bei welcher, wie vorstehend beschrieben, das Ablassventil 260 geöffnet wird, um den Druck innerhalb des Gas-Flüssigkeits-Separators 250 freizugeben und dadurch das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 250 gespeicherte Wasser abzuführen, ist in der nachfolgenden Beschreibung als „normale Wasserabführverarbeitung” bezeichnet. Bei der normalen Wasserabführverarbeitung ist der Leistungsverbrauch, das heißt, der Energieverbrauch, im Vergleich zu der später beschriebenen Restwasserspülverarbeitung sehr gering, da ein Luftkompressor 320, die Zirkulationspumpe 240 und dergleichen nicht angetrieben werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das vorstehend beschriebene Ablassventil 260 aus den einzelnen Bauelementen des Brennstoffzellensystems 10 mit Ausnahme des zweiten Brenngas-Abführpfads 262 und eines Oxidationsgas-Abführpfads 332 vertikal am weitesten unten angeordnet. Dies liegt an den nachfolgenden Gründen. Insbesondere um mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator 250 einen größeren Betrag von Wasser zu sammeln, welches auf der Anodenseite der Brennstoffzelle 100 vorliegt, ist der Gas-Flüssigkeits-Separator 250 in dem Brennstoffzellensystem 10 auf der vertikal unteren Seite angeordnet, und um darüber hinaus das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 250 aufgenommene Wasser unter Verwendung der Schwerkraft schnell abzuführen, ist das Ablassventil 260 vertikal unterhalb des Gas-Flüssigkeits-Separators 250 angeordnet; um diese Anforderungen zu erfüllen, ist das Ablassventil 260 aus den Bauelementen mit Ausnahme des zweiten Brenngas-Abführpfads 262 und des Oxidationsgas-Abführpfads 332 vertikal am weitesten unten angeordnet. Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem Brennstoffzellensystem 10 das Ablassventil 260 in einer vertikal relativ unteren Position angeordnet und dieses wird im Vergleich zu den Bauelementen mit Ausnahme des zweiten Brenngas-Abführpfads 262 und des Oxidationsgas-Abführpfads 332 durch die Außentemperatur beeinflusst.
  • Der Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus 300 führt das Oxidationsgas hin zu der Brennstoffzelle 100 und führt das kathodenseitige Abgas von der Brennstoffzelle 100 ab. Der Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus 300 umfasst einen Luftreiniger 310, den Luftkompressor 320, ein Gegendruckventil 340, einen Oxidationsgas-Zuführpfad 331 und einen Oxidationsgas-Abführpfad 332. Der Luftreiniger 210 entfernt Fremdkörper in der Luft, wie Staub, mit einem Filter, welcher darin vorgesehen ist, und dieser führt die Luft nach dem Entfernen der Fremdkörper hin zu dem Luftkompressor 320. Der Luftkompressor 320 verdichtet die von dem Luftreiniger 310 zugeführte Luft und fördert diese hin zu dem Oxidationsgas-Zuführpfad 331. Das Gegendruckventil 340 ist in dem Oxidationsgas-Abführpfad 332 angeordnet und passt einen so genannten Gegendruck an, welcher einem Druck auf der Kathoden-Abführseite in der Brennstoffzelle 100 entspricht. Der Oxidationsgas-Abführpfad 332 ist mit dem später beschriebenen zweiten Brenngas-Abführpfad 262 verbunden und das Wasser und das kathodenseitige Abgas, welche über den Oxidationsgas-Abführpfad 332 abgeführt werden, werden zusammen mit dem Wasser und dem anodenseitigen Abgas, welche über den zweiten Brenngas-Abführpfad 262 abgeführt werden, hin zu der Atmosphäre abgeführt.
  • Der Brennstoffzellen-Zirkulations-Kühlmechanismus 400 zirkuliert das Kühlmedium durch die Brennstoffzelle 100, um die Temperatur der Brennstoffzelle 100 anzupassen. Der Brennstoffzellen-Zirkulations-Kühlmechanismus 400 umfasst einen Kühler 410, einen Kühlmedium-Abführpfad 442, einen Kühlmedium-Zuführpfad 441, eine Zirkulationspumpe 430 und einen Temperatursensor 420. Der Kühler 410 ist mit dem Kühlmedium-Abführpfad 442 und dem Kühlmedium-Zuführpfad 441 verbunden und kühlt das von dem Kühlmedium-Abführpfad 442 einströmende Kühlmedium, wie durch Beaufschlagen durch einen nicht dargestellten elektrischen Lüfter, und führt dieses danach hin zu dem Kühlmedium-Zuführpfad 441 ab. Der Kühlmedium-Abführpfad 442 ist mit einem Kühlmedium-Abführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100 verbunden und der Kühlmedium-Zuführpfad 441 ist mit einem Kühlmedium-Zuführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100 verbunden. Somit bilden der Kühlmedium-Abführpfad 442, der Kühler 410, der Kühlmedium-Zuführpfad 441 und der Verteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100 den Zirkulationspfad des Kühlmediums. Der Temperatursensor 420 ist in der Nähe der Brennstoffzelle 100 in dem Kühlmedium-Abführpfad 442 angeordnet, misst die Temperatur des von der Brennstoffzelle 100 abgeführten Kühlmediums und gibt ein Signal aus, welches den Temperaturwert angibt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die durch den Temperatursensor 420 gemessene Temperatur als die Temperatur der Brennstoffzelle 100 behandelt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Wasser als das Kühlmedium verwendet. Anstelle von Wasser kann jedoch nicht gefrierbares Wasser, wie Ethylenglykol oder ein beliebiges Medium, wie Luft, welches einen Wärmeaustausch durchführen kann, als das Kühlmedium verwendet werden.
  • Der Leistungs-Lade/Entlademechanismus 500 führt die von der Brennstoffzelle 100 oder einer Batterie 550 ausgegebene Leistung hin zu einer Lastvorrichtung 510. Bei der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich die Lastvorrichtung 510 auf einen Fahrzeugantriebsmotor und verschiedene Typen von Hilfsmaschinen, und die Lastvorrichtung 510 ist mit jeder der Strom-Kollektorplatten 111 auf der positiven Seite und der negativen Seite der Brennstoffzelle 100 verbunden. Der Leistungs-Lade/Entlademechanismus 500 umfasst einen Wechselrichter 520, einen DC-DC-Wandler 560 und die Batterie 550. Der Wechselrichter 520 ist parallel mit der Brennstoffzelle 100 und der Batterie 550 verbunden bzw. geschaltet, wandelt einen von der Brennstoffzelle 100 oder der Batterie 550 zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom und führt diesen hin zu der Lastvorrichtung 510. Der DC-DC-Wandler 560 erhöht die Ausgangsspannung der Batterie 550, um diese hin zu dem Wechselrichter 520 zu führen, und dieser verringert die Ausgangsspannung, um diese hin zu der Batterie 550 zu führen, so dass die überschüssige erzeugte Leistung der Brennstoffzelle 100 gespeichert wird.
  • Die Steuerungsvorrichtung 600 ist mit dem Unterbrechungsventil 220, dem Injektor 221, der Zirkulationspumpe 240, dem Ablassventil 260, dem Luftkompressor 320, dem Gegendruckventil 340, der Zirkulationspumpe 430, dem Wechselrichter 520 und dem DC-DC-Wandler 560, wie vorstehend beschrieben, elektrisch verbunden und steuert diese Komponenten. Die Steuerungsvorrichtung 600 ist mit dem Temperatursensor 420 elektrisch verbunden und empfängt ein Signal, welches den von dem Temperatursensor 420 ausgegebenen Temperaturwert angibt. Die Steuerungsvorrichtung 600 ist mit einem nicht dargestellten Mikrocomputer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (Zentraleinheit), einem Nurlesespeicher (ROM) und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) ausgebildet, wobei die CPU Steuerprogramme ausführt, welche in dem ROM gespeichert sind, und daher dient die Steuerungsvorrichtung 600 als ein Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610, ein Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620, ein anodenseitiger Spül-Steuerungsabschnitt 630, ein kathodenseitiger Spül-Steuerungsabschnitt 640, ein Temperatur-Schätzabschnitt 650 und ein Betriebs-Steuerungsabschnitt 660.
  • Bei dem später beschriebenen Restwasserspülablauf bzw. der Restwasserspülverarbeitung führt der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610 eine Ermittlung dahingehend durch, ob die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (nachfolgend als eine „Abschlusszeit-Restwasserspülermittlung” bezeichnet). Die Abschlusszeit-Restwasserspülung steht für einen Ablauf bzw. eine Verarbeitung, bei welcher, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 gestoppt ist, lediglich die Spülung auf der Kathodenseite durchgeführt wird, um das auf der Kathodenseite vorliegende Wasser abzuführen. Hier umfasst die „Kathodenseite” die kathodenseitigen Bauelemente (die Kathodenseite der Elektrolytmembran, die kathodenseitige Katalysatorschicht und die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht) in jeder Einheitszelle 110, den Oxidationsgas-Zuführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100, den Oxidationsgas-Abführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100, den Oxidationsgas-Zuführpfad 331 und den Oxidationsgas-Abführpfad 332. Das „auf der Kathodenseite vorliegende Wasser” umfasst Wasser, welches in den feinen Poren aufgenommen ist, die in der kathodenseitigen Katalysatorschicht und der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht in jeder Einheitszelle 110 ausgebildet sind, Wasser, welches in dem Oxidationsgas-Zuführverteiler und dem Oxidationsgas-Abführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100 aufgenommen ist, Wasser, welches in dem Oxidationsgas-Zuführpfad 331 aufgenommen ist, Wasser, welches in dem Oxidationsgas-Abführpfad 332 aufgenommen ist, und Wasser, welches in dem Gegendruckventil 340 aufgenommen ist. Das vorstehend beschriebene Wasser umfasst erzeugtes Wasser, welches durch die elektrochemische Reaktion auf der Kathodenseite jeder Einheitszelle 110 produziert wird, und das flüssige Wasser, welches durch die Kondensation von Wasserdampf produziert wird, der in einer Atmosphäre auf der Kathodenseite enthalten ist. Die „Restwasserspülverarbeitung” steht für einen Ablauf bzw. eine Verarbeitung, bei welcher das Restwasser in dem Gas-Zuführ-/Abführmechanismus abgeführt wird, um ein Gefrieren zu verhindern. Insbesondere auf der Kathodenseite wird die Restwasserspülverarbeitung durch Öffnen des Gegendruckventils 340 und Zuführen eines vorbestimmten Betrags von Luft hin zu der Brennstoffzelle 100 mit dem Luftkompressor 320 durchgeführt. Wie vorstehend beschrieben, ist der Leistungsverbrauch (Energieverbrauch) bei der Restwasserspülverarbeitung im Vergleich zu einer normalen Abführverarbeitung erhöht, da der Luftkompressor 29 angetrieben wird. Bei der Restwasserspülverarbeitung wird außerdem das Spülen auf der Anodenseite durchgeführt. Das Spülen auf der Anodenseite ist später beschrieben.
  • Bei der Restwasserspülverarbeitung, welche später beschrieben ist, führt der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620 eine Ermittlung dahingehend durch, ob die Parkzeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (nachfolgend als eine „Parkzeit-Restwasserspülermittlung” bezeichnet). Die Parkzeit-Restwasserspülung steht für eine Verarbeitung, bei welcher das Spülen nach dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems 10 lediglich auf der Anodenseite oder sowohl der Anodenseite als auch der Kathodenseite durchgeführt wird, um das lediglich auf der Anodenseite vorliegende Wasser oder das sowohl auf der Anodenseite als auch auf der Kathodenseite vorliegende Wasser abzuführen. Die „Kathodenseite” und das „auf der Kathodenseite vorliegende Wasser” sind gleich der „Kathodenseite” und dem „auf der Kathodenseite vorliegenden Wasser” bei der vorstehend beschriebenen Abschlusszeit-Restwasserspülung, und daher ist auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet. Die vorstehend beschriebene „Anodenseite” umfasst die anodenseitigen Bauelemente (die Anodenseite der Elektrolytmembran, die anodenseitige Katalysatorschicht und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht) in jeder Einheitszelle 110, den Oxidationsgas-Zuführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100, den Oxidationsgas-Abführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100, den Brenngas-Zuführpfad 231, den ersten Brenngas-Abführpfad 232, den Gas-Flüssigkeits-Separator 250, das Ablassventil 260 und den zweiten Brenngas-Abführpfad 262. Das „auf der Kathodenseite vorliegende Wasser” umfasst Wasser, welches in den feinen Poren aufgenommen ist, die in der anodenseitigen Katalysatorschicht und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht in jeder Einheitszelle 110 ausgebildet sind, Wasser, welches in dem Brenngas-Zuführverteiler und dem Brenngas-Abführverteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100 aufgenommen ist, Wasser, welches in dem Brenngas-Zuführpfad 231 aufgenommen ist, Wasser, welches in dem ersten Brenngas-Abführpfad 232 aufgenommen ist, Wasser, welches in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 250 aufgenommen ist, Wasser, welches in dem Ablassventil 260 aufgenommen ist, und Wasser, welches in dem zweiten Brenngas-Abführpfad 262 aufgenommen ist. Das vorstehend beschriebene Wasser umfasst Wasser (Rückwärts-Diffusionswasser), welches die Elektrolytmembran ausgehend von der Kathodenseite jeder Einheitszelle 110 durchläuft, und das flüssige Wasser, welches durch die Kondensation von in der Atmosphäre enthaltenem Wasserdampf erzeugt wird. Das Spülen auf der Anodenseite wird durch Öffnen des Ablassventils 260 und Zuführen eines vorbestimmten Betrags von Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle 100 mit dem Injektor 221 und der Zirkulationspumpe 240 durchgeführt. Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Restwasserspülverarbeitung der Leistungsverbrauch, das heißt der Energieverbrauch, im Vergleich zu der normalen Abführverarbeitung erhöht, da der Injektor 221 und die Zirkulationspumpe 42 angetrieben werden.
  • Der anodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 630 passt die Drehzahl des Luftkompressors 320, die Öffnung des Gegendruckventils 340 und dergleichen an, um das Spülen auf der Anodenseite zu steuern. Der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640 passt eine Strömungsrate bei dem Injektor 221, eine Strömungsrate bei der Zirkulationspumpe 240 und die Öffnung des Ablassventils 260 an, um das Spülen auf der Kathodenseite zu steuern.
  • Der Temperatur-Schätzabschnitt 650 schätzt bzw. bestimmt periodisch die Außentemperatur. Bei der vorliegenden Ausführungsform steht die Außentemperatur für die Temperatur auf der Außenseite eines Brennstoffzellenfahrzeugs, auf welchem das Brennstoffzellensystem 10 montiert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird im Vorhinein ein Kennfeld (nachfolgend als ein „Außentemperatur-Kennfeld” bezeichnet) in dem ROM der Steuerungsvorrichtung 600 gespeichert, welches die Brennstoffzelletemperatur, den Variationsgrad der Brennstoffzelletemperatur und die Außentemperatur miteinander in Beziehung setzt, auf das Außentemperatur-Kennfeld wird Bezug genommen und daher wird die Außentemperatur basierend auf der Brennstoffzelletemperatur, das heißt, der Temperatur, welche durch das Signal von dem Temperatursensor 420 angegeben wird, geschätzt. Die Veränderung der Temperatur der Brennstoffzelle 100 korreliert mit der Außentemperatur. Wenn beispielsweise die Außentemperatur sehr niedrig ist, ist die Veränderung der Temperatur (der Grad der Abnahme der Temperatur) der Brennstoffzelle 100 stark erhöht. Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Beziehung zwischen der gegenwärtigen Brennstoffzellentemperatur, der Veränderung der Brennstoffzelletemperatur, das heißt, dem Grad der Veränderung im Zeitverlauf, und der Außentemperatur durch Tests oder dergleichen im Vorhinein ermittelt, und dadurch wird das Außentemperatur-Kennfeld erzeugt und in dem ROM der Steuerungsvorrichtung 600 gespeichert.
  • Der Temperatur-Schätzabschnitt 650 schätzt bzw. bestimmt außerdem bei der später beschriebenen Spülermittlungsverarbeitung die Außentemperatur und die Temperatur des Ablassventils 260. Da ein Verfahren zum Abschätzen bzw. Bestimmen der Außentemperatur, welches bei der Spülermittlungsverarbeitung durchgeführt wird, gleich dem vorstehend beschriebenen periodisch durchgeführten Verfahren zum Abschätzen bzw. Bestimmen der Außentemperatur ist, ist auf die detaillierte Beschreibungen davon verzichtet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kennfeld (nachfolgend als ein „Ablassventil-Temperatur-Kennfeld” bezeichnet) im Vorhinein in dem ROM der Steuerungsvorrichtung 600 gespeichert, welches die Brennstoffzelletemperatur, die Außentemperatur und die Temperatur des Ablassventils 260 miteinander in Beziehung setzt, auf das Ablassventil-Temperatur-Kennfeld wird Bezug genommen und dadurch wird die Temperatur des Ablassventils 260 basierend auf der Brennstoffzellentemperatur und der abgeschätzten Außentemperatur abgeschätzt. Das Ablassventil 260 steht über den Gas-Flüssigkeits-Separator 250 und den ersten Brenngas-Abführpfad 232 mit der Brennstoffzelle 100 in Verbindung, und dieses steht über den zweiten Brenngas-Abführpfad 262 mit der Atmosphäre in Verbindung. Somit korreliert die Temperatur des Ablassventils 260 mit der Temperatur der Brennstoffzelle 100 und der Außentemperatur. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Beziehung zwischen der gegenwärtigen Brennstoffzellentemperatur, der Außentemperatur und der Temperatur des Ablassventils 260 im Vorhinein durch Tests oder dergleichen ermittelt, und dadurch wird das Ablassventil-Temperatur-Kennfeld erzeugt und in dem ROM der Steuerungsvorrichtung 600 gespeichert.
  • Der Betriebs-Steuerungsabschnitt 660 steuert die vorstehend beschriebenen Funktionsabschnitte 610 bis 650, steuert außerdem den Antrieb und den Stopp der Bauelemente, wie des Luftkompressors 320 und des Injektors 221, welche elektrisch mit der Steuerungsvorrichtung 600 verbunden sind, und steuert dadurch den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 einschließlich der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 100.
  • In dem nicht dargestellten ROM der Steuerungsvorrichtung 600 sind die Steuerungsprogramme, das Außentemperatur-Kennfeld und das Ablassventil-Temperatur-Kennfeld, wie vorstehend beschrieben, gespeichert und ein Außentemperaturwert-Speicherabschnitt 670 und ein Spülverlauf-Speicherabschnitt 680 sind vorgesehen. Der Außentemperaturwert-Speicherabschnitt 670 speichert die Werte der Außentemperaturen, welche durch den Temperatur-Schätzabschnitt 650 periodisch abgeschätzt werden. Der Spülverlauf-Speicherabschnitt 680 speichert den Verlauf dahingehend, ob die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird.
  • Die Start-, bzw. Anlauf-, bzw. Inbetriebnahme-Steuerungsvorrichtung 700 steuert das Zuführen von Leistung hin zu der Steuerungsvorrichtung 600, um das Ein- und Abschalten der Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 umzuschalten. Die Start-Steuerungsvorrichtung 700 umfasst einen Zeitgeber 710, und wenn der Zeitgeber abläuft, wird Leistung hin zu der Steuerungsvorrichtung 600 geführt, und daher wird die Steuerungsvorrichtung 600 in dem Leistungs-Aus-Zustand mit einer vorbestimmten Steuerzeit in den Leistungs-Ein-Zustand gebracht. Der Start des Zeitgebers 710 wird durch den Betriebs-Steuerungsabschnitt 660 bei dem Spülablauf bzw. der Spülverarbeitung durchgeführt, wie später beschrieben ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Start-Steuerungsvorrichtung 700 mit einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) ausgebildet. Anstelle einer ASIC, wie bei der Steuerungsvorrichtung 600, kann die Start-Steuerungsvorrichtung 700 mit einer CPU, einem RAM und einem ROM ausgebildet sein.
  • Die Steuerungsvorrichtung 600 ist mit einer nicht dargestellten elektronischen Schaltungseinheit (ECU) des Brennstoffzellenfahrzeugs elektrisch verbunden und tauscht Signale mit der ECU aus. Die Steuerungsvorrichtung 600 empfängt beispielsweise ein Signal, welches angibt, dass die Zündung des Brennstoffzellenfahrzeugs „An” bzw. „Ein” ist, und ein Signal, welches angibt, dass die Zündung „Aus” ist.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration führt die später beschriebene Restwasserspülverarbeitung durch und reduziert dadurch das unangenehme Gefühl des Nutzers und unterdrückt das Gefrieren von Wasser in dem Brennstoffzellensystem, während der für die Restwasserspülung notwendige Leistungsverbrauch reduziert wird.
  • Der vorstehend beschriebene Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610 entspricht einem ersten Prognoseabschnitt in den Ansprüchen. Der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640, der Luftkompressor 320 und das Gegendruckventil 340 entsprechen einem kathodenseitigen Spülverarbeitungsabschnitt bzw. Spülablaufabschnitt in den Ansprüchen. Der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620 entspricht einem zweiten Prognoseabschnitt in den Ansprüchen. Der Wasserstofftank 210, das Unterbrechungsventil 220, der Injektor 221, die Zirkulationspumpe 240 und das Ablassventil 260 entsprechen einem anodenseitigen Spülverarbeitungsabschnitt in den Ansprüchen. Der ROM der Steuerungsvorrichtung 600 entspricht einer Speichervorrichtung in den Ansprüchen.
  • A2. Restwasserspülverarbeitung:
  • 2 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der Restwasserspülverarbeitung zeigt, welche bei dem Brennstoffzellensystem 10 durchgeführt wird. In dem Brennstoffzellensystem 10 wird das Signal von der nicht dargestellten ECU empfangen, welches angibt, dass die Zündung „Aus” ist, und die Restwasserspülverarbeitung wird durchgeführt.
  • Der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610 führt die Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung durch (Schritt S105). 3A ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Zunächst wird eine Verarbeitung zum Ermitteln, ob die Außentemperatur kleiner oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist, durchgeführt (Schritt S200). Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste vorbestimmte Temperatur auf 0°C eingestellt. Anstelle von 0°C kann die erste vorbestimmte Temperatur auf eine beliebige Temperatur unterhalb von 0°C eingestellt sein. 3B ist ein Flussdiagramm, welches den detaillierten Vorgang der Verarbeitung bei Schritt S200 zeigt, der in 3A gezeigt ist. Wie in 3B gezeigt ist, schätzt bzw. bestimmt der Temperatur-Schätzabschnitt 650 die gegenwärtige Außentemperatur ab (Schritt S202). Der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610 identifiziert die niedrigste Durchschnittstemperatur in den vorhergehenden drei Tagen (Schritt S204) basierend auf den in dem Außentemperaturwert-Speicherabschnitt 670 gespeicherten Außentemperaturwerten. Mit anderen Worten, es wird der niedrigste Wert der Außentemperatur an jedem der vorangehenden drei Tagen identifiziert und der Durchschnittswert davon wird ermittelt.
  • Der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610 ermittelt, ob die bei Schritt S202 abgeschätzte gegenwärtige Außentemperatur kleiner oder gleich –5°C ist, und ob die bei Schritt S204 identifizierte niedrigste Durchschnittstemperatur kleiner oder gleich 0°C ist (Schritt S206). Wenn die gegenwärtige Außentemperatur kleiner oder gleich –5°C ist und die niedrigste Durchschnittstemperatur in den vorangehenden drei Tagen kleiner oder gleich 0°C ist, ist es hoch wahrscheinlich, dass die niedrigste Temperatur (die Außentemperatur) an dem Tag, wenn die Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird, unterhalb 0°C fällt.
  • Wenn ermittelt wird, dass die gegenwärtige Außentemperatur kleiner oder gleich minus 5°C ist, oder dass die niedrigste Durchschnittstemperatur in den vorangehenden drei Tagen kleiner oder gleich 0°C ist (Schritt S206: Ja), identifiziert der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird (Schritt S208). Wenn andererseits ermittelt wird, dass die gegenwärtige Außentemperatur nicht kleiner oder gleich –5°C ist, oder dass die niedrigste Durchschnittstemperatur in den vorangehenden drei Tagen nicht kleiner oder gleich 0°C ist (Schritt S206: Nein), identifiziert der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610, dass die Außentemperatur nicht kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird (Schritt S209). Wie in 3A gezeigt ist, ermittelt der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610 nach dem Abschluss von Schritt S200 in Folge von Schritt S200, ob identifiziert wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird (Schritt S210). Wenn ermittelt wird, dass identifiziert wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird (Schritt S210: Ja), entscheidet der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (Schritt S220). Wenn andererseits nicht ermittelt wird, dass die Außentemperatur als kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur identifiziert wird, das heißt, wenn ermittelt wird, dass die Außentemperatur nicht als kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur identifiziert wird, entscheidet der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 610, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung nicht durchgeführt wird (Schritt S225).
  • Wie in 2 gezeigt ist, ermittelt der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640, ob entschieden wird, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (Schritt S110), in Folge der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung, und wenn ermittelt wird, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (Schritt S110: Ja), führt der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640 die Abschlusszeit-Restwasserspülung, das heißt, die kathodenseitige Spülung durch (Schritt S115). Nachdem die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt ist, speichert der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640 Informationen, welche angeben, ob die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wurde, in dem Spülverlauf-Speicherabschnitt 680 (Schritt S120). Wie vorstehend beschrieben ist, werden, wenn Schritt S115 durchgeführt ist, bei Schritt S120 Informationen in dem Spülverlauf-Speicherabschnitt 680 gespeichert, welche angeben, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wurde. Wenn andererseits bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S110 ermittelt wird, dass nicht ermittelt wird, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (Schritt S110: Nein), führt der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640 die Abschlusszeit-Restwasserspülung nicht durch und speichert in dem Spülverlauf-Speicherabschnitt 680 Informationen, welche angeben, ob die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wurde, das heißt, in diesem Fall Informationen, welche angeben, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung nicht durchgeführt wurde (Schritt S120).
  • Wenn, wie vorstehend beschrieben, die gegenwärtige Außentemperatur kleiner oder gleich –5°C ist und die niedrigste Durchschnittstemperatur in den vorangegangenen drei Tagen kleiner oder gleich 0°C ist, das heißt, wenn es hochwahrscheinlich ist, dass die niedrigste Temperatur an dem Tag, wenn die Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird, unter 0°C fällt, wird die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt, um das Wasser auf der Kathodenseite abzuführen. Dies liegt an den nachfolgenden Gründen. Da auf der Kathodenseite jeder Einheitszelle 110 das erzeugte Wasser durch die elektrochemische Reaktion produziert wird, ist Wasser auf einfache Art und Weise in den feinen Poren der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht aufgenommen. Wenn hierbei die niedrigste Temperatur während eines Parkens unter 0°C fällt, ist es hochwahrscheinlich, dass die Temperatur innerhalb der Brennstoffzelle 100 kleiner oder gleich 0°C wird, mit der Folge, dass es hochwahrscheinlich ist, dass das Wasser in den feinen Poren der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht auf der Kathodenseite gefriert, was die Leistungsfähigkeit verringert. Es ist jedoch nicht einfach, das Wasser (das flüssige Wasser) in den feinen Poren der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht lediglich durch die Kraft des von dem Luftkompressor 320 zugeführten Oxidationsgases (Luft) abzuführen. Hier ist die Temperatur jeder Einheitszelle 110 unmittelbar nach dem Start der Spülverarbeitung, das heißt, unmittelbar nachdem die Zündung abgeschaltet ist, wie bei dem Betrieb relativ hoch, und daher ist es möglich, einen großen Betrag von Wasser als Wasserdampf in der Atmosphäre in jeder Einheitszelle 110 zu halten. Somit wird die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt und daher ist es möglich, einen größeren Betrag von Wasser des Wassers in den feinen Poren der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht auf der Kathodenseite als Wasserdampf abzuführen. Nachfolgend ist der Grund dafür beschrieben, warum bei der Abschlusszeit-Restwasserspülung das Spülen nicht auf der Anodenseite durchgeführt wird.
  • Nach dem Abschluss der Durchführung bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S120 steuert der Betriebs-Steuerungsabschnitt 660 die Start-Steuerungsvorrichtung 700, um einen Aufweck-Zeitgeber bzw. Wiederinbetriebnahme-Zeitgeber einzustellen (Schritt S125). Wie später beschrieben ist, wird in dem Brennstoffzellensystem 10 die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 periodisch ein- und abgeschaltet, nachdem die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 abgeschaltet ist. Der Aufweck-Zeitgeber steht für die Zeitmessung einer Phase mit dem Zeitgeber 710, in welcher die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 nach dem Abschalten der Leistungsquelle eingeschaltet wird, und bei Schritt S125 wird die Zeitmessung dieser Phase gestartet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Phase, in welcher bzw. nach welcher die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 nach dem Abschalten der Leistungsquelle eingeschaltet wird, auf 1 Stunde eingestellt. Die Phase ist nicht auf 1 Stunde beschränkt und es kann eine beliebige Phase eingestellt sein.
  • Der Betriebs-Steuerungsabschnitt 660 schaltet die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 ab (Schritt S130). Obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, schaltet der Betriebs-Steuerungsabschnitt 660 die Leistungsquelle der zu steuernden Vorrichtungen, wie des Luftkompressors 320 und des Injektors 221 ab, bevor die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 abgeschaltet wird. Die Start-Steuerungsvorrichtung 700 wartet, bis der Aufweck-Zeitgeber abläuft (Schritt S135), und wenn der Aufweck-Zeitgeber abläuft (Schritt S135: Ja), führt die Start-Steuerungsvorrichtung 700 Leistung hin zu der Steuerungsvorrichtung 600, um die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 einzuschalten (Schritt S140). Hier wird die Leistung hin zu dem Temperatursensor 420, dem Funktionsabschnitt zum Durchführen der Spülung auf der Anodenseite, wie dem Injektor 221 und der Zirkulationspumpe 240, dem Funktionsabschnitt zum Durchführen der Spülung auf der Kathodenseite, wie dem Luftkompressor 320 und dem Gegendruckventil 43, und dem DC-DC-Wandler 560 geführt.
  • Der Temperatur-Schätzabschnitt 650 erlangt die Temperatur des Brennstoffzellensystems 10 basierend auf einem Signal, welches von dem Temperatursensor 420 aufgenommen wird (Schritt S145). Der Temperatur-Schätzabschnitt 650 schätzt die Temperatur des Ablassventils 260 ab (Schritt S150).
  • Der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620 führt die Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung durch (Schritt S155). 4 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Temperatur-Schätzabschnitt 650 schätzt die gegenwärtige Außentemperatur ab (Schritt S305). Basierend auf der bei Schritt S145 erlangten Temperatur der Brennstoffzelle 100 und der bei Schritt S305 abgeschätzten gegenwärtigen Außentemperatur nimmt der Temperatur-Schätzabschnitt 650 auf das vorstehend beschriebene Ablassventil-Temperatur-Kennfeld Bezug, um die Temperatur des Ablassventils 260 abzuschätzen bzw. zu bestimmen (Schritt S310). Der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620 ermittelt, ob die bei Schritt S310 abgeschätzte Temperatur des Ablassventils 260 kleiner oder gleich 0°C ist (Schritt S315). Wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des Ablassventils 260 kleiner oder gleich 0°C ist (Schritt S315: Ja), entscheidet der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620, dass die Parkzeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (Schritt S320), wohingegen, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des Ablassventils 260 nicht kleiner oder gleich 0°C ist (Schritt S315: Nein), der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620 entscheidet, dass die Parkzeit-Restwasserspülung nicht durchgeführt wird (Schritt S325). Die „0°C”, welche bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S315 der Referenz entsprechen, entsprechen einer zweiten vorbestimmten Temperatur in den Ansprüchen.
  • Wie in 2 gezeigt ist, ermittelt sowohl der anodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 630 als auch der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640 infolge der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung, ob entschieden wird, dass die Parkzeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (Schritt S160), und wenn ermittelt wird, dass die Parkzeit-Restwasserspülung durchgeführt wird (Schritt S160: Ja), wird auf den in dem Spülverlauf-Speicherabschnitt 680 gespeicherten Spülverlauf Bezug genommen und es wird ermittelt, ob die Abschlusszeit-Restwasserspülung (Schritt S115) durchgeführt wurde (Schritt S165). Wenn andererseits bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S160 ermittelt wird, dass die Parkzeit-Restwasserspülung nicht durchgeführt wird (Schritt S160: Nein), kehrt der Vorgang zu dem vorstehend beschriebenen Schritt S125 zurück. Somit wird der Aufweck-Zeitgeber eingestellt (Schritt S125) und die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 wird erneut abgeschaltet (Schritt S130).
  • Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S165 ermittelt wird, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wurde (Schritt S165: Ja), führt der anodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 630 die Spülung auf der Anodenseite durch (Schritt S170). In diesem Fall führt der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640 die Spülung auf der Kathodenseite nicht durch. Wenn andererseits ermittelt wird, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung nicht durchgeführt wurde (Schritt S165: Nein), führt der kathodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 640 die Spülung auf der Kathodenseite durch und der anodenseitige Spül-Steuerungsabschnitt 630 führt die Spülung auf der Anodenseite durch (Schritt S175). Nach dem Abschluss der Durchführung bei Schritt S170 oder Schritt S175, wie vorstehend beschrieben, ist die Restwasserspülverarbeitung abgeschlossen.
  • Nachstehend ist der Grund dafür beschrieben, warum, wie vorstehend beschrieben, die Spülung auf der Anodenseite oder die Spülung auf der Kathodenseite und der Anodenseite durchgeführt wird, wenn die Temperatur des Ablassventils 260 kleiner oder gleich 0°C ist. Bei dem Ablassventil 260 ist es im Vergleich zu den Bauelementen des Brennstoffzellensystems 10 mit Ausnahme des zweiten Brenngas-Abführpfads 262 und des Oxidationsgas-Abführpfads 332 wahrscheinlicher, dass dieses durch die Außentemperatur beeinflusst wird bzw. dass diese darauf einwirkt. Da darüber hinaus Wasser wahrscheinlicher in dem Ablassventil 260 aufgenommen ist, ist es hochwahrscheinlich, dass Wasser zuerst in dem Ablassventils 260 gefriert, wenn die Außentemperatur abgesenkt wird. Wenn somit die Temperatur des Ablassventils 260 als kleiner oder gleich 0°C geschätzt wird, wird die Spülung durchgeführt, und daher wird das Gefrieren von Wasser in den einzelnen Abschnitten des Brennstoffzellensystems 10 unterdrückt.
  • Der Grund dafür, warum die Spülung auf der Kathodenseite nicht als die Parkzeit-Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird, wenn die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wurde, ist nachstehend dargelegt. Auf der Kathodenseite liegt in den feinen Poren der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht in jeder Einheitszelle 110 ein größerer Betrag von Wasser (erzeugtem Wasser) vor, und bei der Abschlusszeit-Restwasserspülung kann ein größerer Anteil des Wassers entfernt werden. Wasser, welches an Stellen aufgenommen ist, die sich von dem Inneren der Einheitszelle 110 unterscheiden, wie dem Oxidationsgas-Abführpfad 332 auf der Kathodenseite und dem Gegendruckventil 340, kann außerdem durch die Kraft des bei der Abschlusszeit-Restwasserspülung zugeführten Oxidationsgases abgeführt werden. Somit ist es möglich, das Gefrieren von Wasser auf der Kathodenseite zu unterdrücken, ohne die Parkzeit-Restwasserspülung erneut durchzuführen, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 durch eine Abnahme der Außentemperatur abgesenkt wird, nachdem die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 abgeschaltet ist. Darüber hinaus wird auf das Spülen auf der Kathodenseite, welches als die Parkzeit-Restwasserspülverarbeitung dient, verzichtet und daher ist die für die Spülung notwendige Leistung reduziert.
  • Der Grund dafür, warum, wie vorstehend beschrieben, die Spülung auf der Kathodenseite als die Parkzeit-Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird, jedoch nicht als die Abschlusszeit-Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird, ist nachstehend dargelegt. Der Betrag von Wasser, welches in den feinen Poren der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht auf der Anodenseite jeder Einheitszelle 110 aufgenommen ist, ist sehr viel kleiner als auf der Kathodenseite. Somit entspricht das auf der Anodenseite aufgenommene Wasser hauptsächlich Wasser, welches in dem Verteiler innerhalb der Brennstoffzelle 100, dem ersten Brenngas-Abführpfad 232, dem Gas-Flüssigkeits-Separator 250, dem Ablassventil 260, dem zweiten Brenngas-Abführpfad 262 und dergleichen aufgenommen ist, und das vorstehend beschriebene Wasser kann durch die Kraft des bei der Spülung zugeführten Brenngases ausreichend abgeführt werden. Mit anderen Worten, das Wasser auf der Anodenseite kann ausreichend abgeführt werden, auch wenn die Temperatur des Brennstoffzellensystems 10 relativ niedrig ist. Wenn abgeschätzt wird, dass es hochwahrscheinlich ist, dass die Temperatur in der Brennstoffzelle 100 kleiner oder gleich 0°C ist, sind die Temperatur der Brennstoffzelle 100 und die Temperatur des gesamten Brennstoffzellensystems 10 einschließlich der Brennstoffzelle 100 nicht notwendigerweise kleiner oder gleich 0°C. Wenn die Temperatur des Brennstoffzellensystems 10 nicht kleiner oder gleich 0°C ist, ist es möglich, das Gefrieren von Wasser zu unterdrücken, ohne die Spülung auf der Anodenseite durchzuführen. Wenn andererseits die Temperatur des Ablassventils 260 als kleiner oder gleich 0°C geschätzt wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Temperatur in dem Brennstoffzellensystem 10 kleiner oder gleich 0°C ist. Somit wird die Spülung auf der Anodenseite als die Parkzeit-Restwasserspülverarbeitung durchgeführt, welche durchgeführt wird, wenn es sehr wahrscheinlich ist, dass die Temperatur in dem Brennstoffzellensystem 10 kleiner oder gleich 0°C ist, und daher ist die für die Spülung notwendige Leistung reduziert. Darüber hinaus ist Wasserdampf in einer Atmosphäre stärker kondensiert und ein größerer Betrag von flüssigem Wasser liegt auf der Anodenseite vor, da die Temperatur des Brennstoffzellensystems 10 beim Parken stärker abgesenkt ist als zu der Zeit des Starts der Spülverarbeitung, das heißt, unmittelbar vor dem Stopp des Betriebs der Brennstoffzelle 100. Somit ermöglicht es die beim Parken durchgeführte Spülung, einen größeren Betrag von Wasser abzuführen. Daher wird die Abschlusszeit-Restwasserspülung auf der Anodenseite nicht durchgeführt, so dass die zum Spülen notwendige Leistung reduziert ist, und die Spülung wird beim Parken durchgeführt, wenn die Wirksamkeit der Spülung hoch ist.
  • Andererseits wird die Spülung auf der Kathodenseite durchgeführt, um das Gefrieren von Wasser zuverlässig zu unterdrücken, da es wie vorstehend beschrieben nicht möglich ist, Wasser in den feinen Poren der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht abzuführen, sofern die Temperatur der Brennstoffzelle 100 nicht relativ hoch ist, wenn infolge der Abschlusszeit-Restwasserspülermittlung ermittelt wird, dass es hochwahrscheinlich ist, dass die Temperatur der Brennstoffzelle 100 kleiner oder gleich 0°C ist, auch wenn die Spülung nutzlos sein kann.
  • Da bei dem Brennstoffzellensystem 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Spülung bei der Abschlusszeit-Restwasserspülverarbeitung aus der Kathodenseite und der Anodenseite lediglich auf der Kathodenseite und nicht auf der Anodenseite durchgeführt wird, ist es im Vergleich zu der Konfiguration, bei welcher die Spülung zusätzlich zu der Kathodenseite auf der Anodenseite durchgeführt wird, möglich, den Leistungsverbrauch für die Spülung zu reduzieren. Da es darüber hinaus möglich ist, die Verarbeitungszeit der Abschlusszeit-Restwasserspülung zu reduzieren, ist es möglich, ein bei dem Nutzer hervorgerufenes unangenehmes Gefühl zu reduzieren, beispielsweise ein unangenehmes Gefühl, welches durch Vibrationen und ein Geräusch hervorgerufen wird, die bei der Spülung erzeugt werden, auch wenn die Zündung abgeschaltet ist. Da darüber hinaus als die Abschlusszeit-Restwasserspülverarbeitung die Spülung auf der Kathodenseite durchgeführt wird, ist es im Vergleich zu der Konfiguration, bei welcher die Spülung auf der Kathodenseite beim Parken durchgeführt wird, möglich, Wasser in der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht auf der Kathodenseite jeder Einheitszelle 110 zuverlässiger abzuführen.
  • Da die Spülung auf der Anodenseite durchgeführt wird, wenn die Spülermittlung beim Parken, das heißt, die Parkzeit-Restwasserspülermittlung, durchgeführt wird und die geschätzte Temperatur des Ablassventils 260 kleiner oder gleich 0°C wird, ist es möglich, das Gefrieren von Wasser auf der Anodenseite zu unterdrücken, und im Vergleich zu der Konfiguration, bei welcher als die Abschlusszeit-Restwasserspülung die Spülung auf der Anodenseite durchgeführt wird, kann die Spülung in einem Zustand durchgeführt werden, bei welchem die Temperatur auf der Anodenseite niedriger ist. Somit kann die Spülung in einem Zustand durchgeführt werden, bei welchem ein größerer Betrag von Wasserdampf in der Atmosphäre auf der Anodenseite kondensiert ist, und daher ist es möglich, einen größeren Betrag von Wasser abzuführen.
  • Da bei der Abschlusszeit-Restwasserspülermittlung der Schwellenwert der Außentemperatur niedriger als 0°C eingestellt ist, kann die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt werden, wenn es hochwahrscheinlich ist, dass die Temperatur in der Brennstoffzelle 100 kleiner oder gleich 0°C ist. Somit ist es möglich, das Durchführen des Spülens zu unterdrücken, auch wenn die Temperatur in der Brennstoffzelle 100 höher als 0°C ist und das Wasser in der Brennstoffzelle 100 nicht gefroren ist, und daher ist es möglich, den Leistungsverbrauch zu reduzieren.
  • Da als die Temperatur, welche bei der Parkzeit-Restwasserspülermittlung mit dem Schwellenwert verglichen wird, die Temperatur des Ablassventils 260 verwendet wird, welche wahrscheinlicher durch die Außentemperatur beeinflusst wird, und bei welchem das abgeführte Wasser wahrscheinlicher aufgenommen ist, und der Schwellenwert auf 0°C eingestellt ist, ist es möglich, die Spülung bei beinahe allen Bauelementen zumindest auf der Anodenseite vor dem Gefrieren von Wasser durchzuführen.
  • Wenn die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird, da die Spülung auf der Kathodenseite nicht als die Parkzeit-Restwasserspülung durchgeführt wird, ist es im Vergleich zu der Konfiguration, bei welcher die Spülung auf der Kathodenseite als die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird und die Spülung auf der Kathodenseite als die Parkzeit-Restwasserspülung durchgeführt wird, möglich, den Leistungsverbrauch zu reduzieren. Darüber hinaus ist es möglich, die Verschlechterung jeder Einheitszelle 110 zu unterdrücken, welche durch eine Veränderung des Potenzials auf der Kathodenseite durch die Zuführung des Oxidationsgases hin zu der Brennstoffzelle 100 in einem Zustand hervorgerufen wird, bei welchem Leistung nicht hin zu der Lastvorrichtung 510 ausgegeben wird.
  • Da die Parkzeit-Restwasserspülermittlung im Vergleich zu der Konfiguration, bei welcher ein oberer Grenzwert für die Anzahl eingestellt ist, mit welcher die Parkzeit-Restwasserspülermittlung durchgeführt wird, periodisch durchgeführt wird, ist es möglich, das Gefrieren von Wasser in dem Brennstoffzellensystem 10 zuverlässiger zu unterdrücken, und es ist möglich, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Abschlusszeit-Restwasserspülung bei einer Steuerzeit durchgeführt wird, bei welcher die Temperatur des Ablassventils 260 näher an 0°C liegt. Daher ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Spülung in einem Zustand durchgeführt wird, bei welchem ein größerer Betrag von Wasserdampf in der Atmosphäre kondensiert ist.
  • B. Variationen
  • B1. Variation 1:
  • Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Bedingungen, unter welchen bei der Abschlusszeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung entschieden wird, dass die Spülung durchgeführt wird, darin liegen, dass „die gegenwärtige bzw. aktuelle Außentemperatur kleiner oder gleich –5°C ist, und dass die niedrigste Durchschnittstemperatur in den vorangegangenen drei Tagen kleiner oder gleich 0°C ist”, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann für die gegenwärtige Temperatur anstelle von –5°C eine beliebige Temperatur angewendet werden. Anstelle der niedrigsten Durchschnittstemperatur in den vorangegangenen drei Tagen kann eine beliebige Temperatur, wie die niedrigste Durchschnittstemperatur in der vorangegangenen Woche oder die niedrigste Temperatur in den vorangegangenen drei Tagen, welche mit der niedrigsten Temperatur beim Parken in Zusammenhang steht, angewendet werden. Die niedrigste Durchschnittstemperatur in den vorangegangenen drei Tagen ist nicht auf 0°C beschränkt und es kann eine beliebige Temperatur nahe an 0°C angewendet werden. Es können beliebige Bedingungen angewendet werden, bei welchen die Temperatur der Brennstoffzelle 100 als kleiner oder gleich 0°C abgeschätzt wird, wie „die gegenwärtige Außentemperatur entspricht 0°C und die Veränderung der niedrigsten Temperatur in den vorangegangenen drei Tagen entspricht einer monotonen Abnahme”.
  • B2. Variation 2:
  • Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Bedingungen, bei welchen bei der Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsverarbeitung entschieden wird, dass die Parkzeit-Restwasserspülverarbeitung durchzuführen ist, darin liegen, dass „die Temperatur des Ablassventils 260 kleiner oder gleich 0°C ist”, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es können beispielsweise Bedingungen angewendet werden, bei welchen die Temperatur des Ablassventils 260 kleiner oder gleich einem beliebigen Schwellenwert ist, der sich von 0°C unterscheidet. Anstelle der Temperatur des Ablassventils 260 oder zusätzlich zu der Temperatur des Ablassventils 260 können Bedingungen angewendet werden, bei welchen die Temperatur des Gegendruckventils 340 kleiner oder gleich 0°C ist. Ebenso wie das Ablassventil 260 kann das Gegendruckventil 340 in dem Brennstoffzellensystem 10 im Vergleich zu den Bauelementen mit Ausnahme des zweiten Brenngas-Abführpfads 262, des Oxidationsgas-Abführpfads 332 und des Ablassventils 260 vertikal ganz unten angeordnet sein. Somit kann Wasser zu einer relativ frühen Zeit gefrieren, wenn die Außentemperatur abgesenkt wird, da das Ablassventil 260 mit höherer Wahrscheinlichkeit durch die Außentemperatur beeinflusst wird bzw. diese darauf einwirkt und Wasser mit höherer Wahrscheinlichkeit darin aufgenommen ist. Daher werden die Bedingungen angewendet, bei welchen die Temperatur des Gegendruckventils 340 kleiner oder gleich 0°C ist, und daher ist es bei beinahe sämtlichen Abschnitten zumindest auf der Kathodenseite möglich zu verhindern, dass Wasser gefriert. Bei der Konfiguration, bei welcher in dem zweiten Brenngas-Abführpfad 262 ein Ventil vorgesehen ist, welches sich von dem Ablassventil 260 unterscheidet, können Bedingungen angewendet werden, bei welchen die Temperatur des Ventils kleiner oder gleich 0°C ist. Bei der Konfiguration, bei welcher in dem Oxidationsgas-Abführpfad 332 ein Ventil vorgesehen ist, welches sich von dem Gegendruckventil 340 unterscheidet, können Bedingungen angewendet werden, bei welchen die Temperatur des Ventils kleiner oder gleich 0°C ist. Mit anderen Worten, es können im Allgemeinen Bedingungen angewendet werden, bei welchen die Temperatur eines Ventils, welches in einem Strömungspfad zum Abführen von Wasser in dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus 200 vorgesehen ist, und/oder eines Ventils, welches in einem Strömungspfad zum Abführen von Wasser in dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus 300 vorgesehen ist, kleiner oder gleich 0°C ist.
  • B3. Variation 3:
  • Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Brennstoffzellensystem 10 als ein System zum Zuführen von Leistung zum Antreiben verwendet wird, wobei dieses auf dem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise das Brennstoffzellensystem 10 verwendet werden, welches anstelle des Brennstoffzellenfahrzeugs auf einem anderen beliebigen sich bewegenden Körper, wie einem Elektrofahrzeug, montiert ist, welcher Leistung zum Antreiben benötigt. Das Brennstoffzellensystem 10 kann verwendet werden, um als eine stationäre Leistungsquelle, beispielsweise in einem Büro und einem Haushalt innen oder außen installiert zu sein. Obwohl jede in der Brennstoffzelle 100 enthaltene Einheitszelle 110 eine Einheitszelle für eine Brennstoffzelle vom Festpolymer-Typ ist, kann die Einheitszelle 110 als Einheitszelle für verschiedene Typen von Brennstoffzellen konfiguriert sein, wie eine Brennstoffzelle vom Phosphorsäure-Typ, eine Brennstoffzelle vom Schmelzkarbonat-Typ und eine Brennstoffzelle vom Festoxid-Typ.
  • B4. Variation 4:
  • Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Außentemperatur-Kennfeld verwendet wird, um die Außentemperatur abzuschätzen bzw. zu bestimmen, und das Ablassventil-Temperatur-Kennfeld verwendet wird, um die Temperatur des Ablassventils abzuschätzen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Mit einer Beziehungsgleichung, welche eine Beziehung zwischen der Brennstoffzelletemperatur, dem Variationsgrad der Brennstoffzelletemperatur und der Außentemperatur angibt, kann eine Berechnung durchgeführt werden, um die Außentemperatur abzuschätzen. Gleichermaßen kann mit einer Beziehungsgleichung, welche eine Beziehung zwischen der Brennstoffzelletemperatur, der Außentemperatur und der Temperatur des Ablassventils 260 angibt, eine Berechnung durchgeführt werden, um die Temperatur des Ablassventils 260 abzuschätzen.
  • B5. Variation 5:
  • Die Konfiguration des Brennstoffzellensystems 10 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform stellt lediglich ein Beispiel dar und es sind verschiedene Modifikationen möglich. Beispielsweise kann eine Konfiguration angewendet werden, bei welcher der zweite Brenngas-Abführpfad 262 und der Oxidationsgas-Abführpfad 332 nicht verbunden sind und diese das Abgas unabhängig abführen. Es kann eine Konfiguration angewendet werden, bei welcher anstelle der Steuerungsvorrichtung 600 die Start-Steuerungsvorrichtung 700 den Parkzeit-Restwasserspül-Ermittlungsabschnitt 620 und den Betriebs-Steuerungsabschnitt 660 umfasst. Bei dieser Konfiguration wird während des Parkens die Parkzeit-Restwasserspülverarbeitung nicht durchgeführt und die Leistungsquelle der Steuerungsvorrichtung 600 kann abgeschaltet bleiben. Bei der Parkzeit-Restwasserspülverarbeitung kann ungeachtet davon, ob die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird, die Spülung entweder auf der Anodenseite oder der Kathodenseite durchgeführt werden. Auch bei dieser Konfiguration ist es möglich, den Leistungsverbrauch zu reduzieren, da als die Abschlusszeit-Restwasserspülung auf die Spülung auf der Anodenseite verzichtet werden kann. Zusätzlich ist es möglich, auf die Verarbeitung zu verzichten, welche in dem Spülverlauf-Speicherabschnitt 680 den Verlauf dahingehend speichert, ob die Abschlusszeit-Restwasserspülung durchgeführt wird, und daher ist es möglich, die Zeit zum Durchführen der Spülverarbeitung zu reduzieren. Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beim Parken die Steuerungsvorrichtung 600 periodisch gestartet wird, um die Parkzeit-Restwasserspülermittlung durchzuführen, kann anstelle dieser Konfiguration die Parkzeit-Restwasserspülermittlung beispielsweise lediglich einmal durchgeführt werden, wenn lediglich eine vorbestimmte Phase nach dem Durchführen der Abschlusszeit-Restwasserspülermittlung verstrichen ist. Es kann eine normale Abführverarbeitung durchgeführt werden, während die Restwasserspülverarbeitung durchgeführt wird. Die normale Abführverarbeitung kann beispielsweise mit einer Zeit bzw. Steuerzeit durchgeführt werden, bevor der Aufweck-Zeitgeber eingestellt wird, auch nach der Durchführung der Abschlusszeit-Restwasserspülung.
  • B6. Variation 6:
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann ein Teil der Konfiguration, welcher durch Hardware realisiert ist, durch Software ersetzt sein, und andererseits kann ein Teil der Konfiguration, welcher durch Software realisiert ist, durch Hardware ersetzt sein. Wenn ein Teil oder die gesamte Funktion der vorliegenden Erfindung durch Software realisiert ist, kann die Software (Computerprogramme) als eine in einem computerlesbaren Aufnahmemedium gespeicherte Form vorgesehen sein. Das „computerlesbare Aufnahmemedium” umfasst nicht nur tragbare Aufnahmemedien, wie eine Diskette und eine CD-ROM, sondern ebenso interne Speichervorrichtungen mit Computer, wie ein RAM und ein ROM, und externe Speichervorrichtungen, welche an Computer fixiert sind, wie eine Festplatte. Mit anderen Worten, das „computerlesbare Speichermedium” besitzt eine breite Bedeutung einschließlich beliebiger Aufnahmemedien, welche Daten nicht temporär aufnehmen können.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform und die Variationen beschränkt und kann in verschiedenen Konfigurationen realisiert sein, ohne von dem Grundgedanken davon abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale der Ausführungsform und der Variationen entsprechend den technischen Merkmalen bei den Aspekten, welche in dem Abschnitt der Kurzfassung beschrieben sind, nach Bedarf ersetzt oder kombiniert sein, so dass ein Teil oder die Gesamtheit des zuvor beschriebenen Problems gelöst wird oder ein Teil oder die Gesamtheit der zuvor beschriebenen Effekte erreicht wird. Wenn die technischen Merkmale in der vorliegenden Spezifikation nicht als essenzielle Merkmale beschrieben sind, können diese nach Bedarf gestrichen werden.
  • 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 2014-227017 [0001]
    • JP 2010-198786 A [0003]
    • JP 2008-218242 A [0003]

Claims (10)

  1. Restwasserspülablaufverfahren in einem Brennstoffzellensystem mit einem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und einem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Prognoseschritt zum Prognostizieren, ob eine Außentemperatur des Brennstoffzellensystems kleiner oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur wird, während das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist; einen Schritt zum Durchführen einer Restwasserspülverarbeitung bei lediglich dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus aus dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus, und zum anschließenden Beenden des Betriebs des Brennstoffzellensystems, wenn bei dem ersten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird; einen zweiten Prognoseschritt zum Prognostizieren nach dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems, ob eine Temperatur einer in dem Brennstoffzellensystem enthaltenen vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur wird; und einen Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus, wenn bei dem zweiten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird.
  2. Restwasserspülablaufverfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Schritt zum Speichern in einer bei dem Brennstoffzellensystem enthaltenen Speichervorrichtung, ob die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wurde, wobei der Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus umfasst: einen Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus, wobei die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus nicht durchgeführt wird, wenn bei dem zweiten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, und wenn die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird; und einen Schritt zum Durchführen der Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus und dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus, wenn bei dem zweiten Prognoseschritt prognostiziert wird, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, und wenn die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems nicht durchgeführt wird.
  3. Restwasserspülablaufverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste vorbestimmte Temperatur kleiner oder gleich 0°C ist.
  4. Restwasserspülablaufverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur 0°C entspricht.
  5. Restwasserspülablaufverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die vorbestimmte Komponente einem Ventil, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen, und/oder einem Ventil, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen, entspricht.
  6. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus, welcher ein Reaktionsgas hin zu der Brennstoffzelle führt, und welcher ein Abgas mit Bezug auf das Reaktionsgas von der Brennstoffzelle abführt; einen Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus, welcher ein Oxidationsgas hin zu der Brennstoffzelle führt, und welcher ein Abgas mit Bezug auf das Oxidationsgas von der Brennstoffzelle abführt; einen ersten Prognoseabschnitt, welcher prognostiziert, ob eine Außentemperatur kleiner oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur wird, während das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist; einen kathodenseitigen Spülverarbeitungsabschnitt, welcher eine Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchführt, wenn prognostiziert wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird; einen Betriebs-Steuerungsabschnitt, welcher den Betrieb des Brennstoffzellensystems stoppt, nachdem die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt ist; einen zweiten Prognoseabschnitt, welcher nach dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems prognostiziert, ob eine Temperatur einer in dem Brennstoffzellensystem enthaltenen vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur wird; und einen anodenseitigen Spülverarbeitungsabschnitt, welcher die Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus durchführt, wenn der zweiten Prognoseabschnitt prognostiziert, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, und welcher die Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus nicht durchführt, wenn der erste Prognoseabschnitt prognostiziert, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur wird.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, ferner aufweisend: eine Speichervorrichtung, welche speichert, ob die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wurde, wobei, wenn der zweite Prognoseabschnitt prognostiziert, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, und wenn vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchgeführt wird, der anodenseitige Spülverarbeitungsabschnitt die Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus durchführt und der kathodenseitige Spülverarbeitungsabschnitt die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus nicht durchführt, und wenn der zweite Prognoseabschnitt prognostiziert, dass die Temperatur der vorbestimmten Komponente kleiner oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur wird, und wenn vor dem Stopp des Betriebs des Brennstoffzellensystems die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus nicht durchgeführt wird, der anodenseitige Spülverarbeitungsabschnitt die Restwasserspülverarbeitung bei dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus durchführt und der kathodenseitige Spülverarbeitungsabschnitt die Restwasserspülverarbeitung bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus durchführt.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste vorbestimmte Temperatur kleiner oder gleich 0°C ist.
  9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur gleich 0°C ist.
  10. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die vorbestimmte Komponente einem Ventil, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Brenngas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen, und/oder einem Ventil, welches vorgesehen ist, um Wasser in dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführmechanismus abzuführen, entspricht.
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