DE102015117769B4

DE102015117769B4 - Brennstoffzellensystem mit impedanzwertkorrektur und steuerverfahren für brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102015117769B4
Application number: DE102015117769.2A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Ogawa; Yoshiaki Naganuma
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: DE102015117769A1; CN105609835A; CA2909842C; CA2909842A1; US20160141676A1; JP6135645B2; KR101829106B1; KR20160057318A; US9793561B2; CN105609835B; JP2016095984A

Abstract

Brennstoffzellensystem (100) mit:einer Brennstoffzelle (20);einem Impedanzmessgerät, das eingerichtet ist, die Impedanz der Brennstoffzelle (20) zu messen;einer Steuervorrichtung (10), eingerichtet zur Durchführung einer Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20); undeinem Speicherabschnitt (91; 92), eingerichtet zum Speichern eines ersten Impedanzwertes (Zs), welcher die Impedanz der Brennstoffzelle (20) in einem vorbestimmten Zustand ausdrückt;wobei die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist, um einen zweiten Impedanzwert zu erlangen, der die Impedanz der Brennstoffzelle (20), die von dem Impedanzmessgerät während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) gemessen wird, ausdrückt, undden zweiten Impedanzwert zu korrigieren, indem sie den ersten Impedanzwert (Zs) verwendet, und die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) auf der Basis des zweiten Impedanzwerts nach der Korrektur durchzuführen;wobei die Steuervorrichtung (10) ferner eingerichtet ist, um einen Aktualisierungsprozess auszuführen, der den ersten Impedanzwert (Zs) aktualisiert, der in dem Speicherabschnitt (91; 92) gespeichert ist, wenn die Brennstoffzelle (20) während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) den vorbestimmten Zustand erreicht,die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist, bei dem Aktualisierungsprozess den ersten Impedanzwert (Zs) aus dem Speicherabschnitt (91; 92) als einen ursprünglichen Wert (Zp) auszulesen,durch das Impedanzmessgerät die Impedanz der Brennstoffzelle (20) als einen aktuellen Wert (Zc) zu erlangen,unter Verwendung des ursprünglichen Werts (Zp) und des aktuellen Werts (Zc) einen aktualisierten, ersten Impedanzwert (Zs) zu berechnen, undden aktualisierten, ersten Impedanzwert (Zs) in dem Speicherabschnitt (91; 92) als den ersten Impedanzwert (Zs) zu speichern.

Description

HINTERGRUND
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit Impedanzwertkorrektur und ein Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
Eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (im Folgenden einfach „Brennstoffzelle“ genannt) hat einen dünnen Film aus festem Polymer, der ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit in einem feuchten Zustand zeigt, und der feuchte Zustand innerhalb der Brennstoffzelle beeinflusst die Leistungserzeugungseffizienz. In einem Brennstoffzellensystem wird in einigen Fällen die Impedanz, die den Innenwiderstand der Brennstoffzelle ausdrückt, gemessen, um die Änderung des feuchten Zustands innerhalb der Brennstoffzelle zu erfassen (beispielsweise JP 2013-110019 A ).
Es ist bekannt, dass sich der Innenwiderstand einer Brennstoffzelle auch aufgrund eines alterungsbedingten Verschleißes der Brennstoffzelle ändert. Deshalb, wenn eine Brennstoffzelle einem altersbedingten Verschleiß unterworfen ist, ändert sich die Korrelation zwischen der Impedanz der Brennstoffzelle und dem Feuchtigkeitszustand innerhalb der Brennstoffzelle, was es unmöglich machen kann, den Feuchtigkeitszustand der Brennstoffzelle genau zu erfassen. Seit der Vergangenheit wird eine Technologie gewünscht, die nicht nur den Feuchtigkeitszustand innerhalb der Brennstoffzelle sondern auch den aktuellen Zustand der Brennstoffzelle genau erfassen kann, um sie auf die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle anwenden zu können.
Gattungsgemäße Brennstoffzellen sind dem Fachmann ferner aus den Druckschriften AT 512 888 A1 und DE 10 2011 112 998 A1 bekannt.
KURZFASSUNG
Um zumindest einen Teil des vorstehend beschriebenen Problems zu lösen, kann die vorliegende Erfindung in den nachstehend beschriebenen Aspekten umgesetzt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
(1) Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem geschaffen. Das Brennstoffzellensystem enthält eine Brennstoffzelle, ein Impedanzmessgerät, eine Steuervorrichtung und einem Speicherabschnitt. Der Speicherabschnitt ist eingerichtet zum Speichern eines ersten Impedanzwertes, welcher die Impedanz der Brennstoffzelle in einem vorbestimmten Zustand ausdrückt. Das Impedanzmessgerät ist eingerichtet, um die Impedanz der Brennstoffzelle zu messen. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, um eine Betriebssteuerung der Brennstoffzelle durchzuführen. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, um einen ersten Impedanzwert zu erlangen, der die Impedanz der Brennstoffzelle in einem vorbestimmten Zustand ausdrückt und um einen zweiten Impedanzwert zu erlangen, der die Impedanz der Brennstoffzelle, die von dem Impedanzmessgerät während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle gemessen wird, ausdrückt, und den zweiten Impedanzwert zu korrigieren, indem sie den ersten Impedanzwert verwendet, und die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle auf der Basis des zweiten Impedanzwerts nach der Korrektur durchzuführen. Dabei ist die Steuervorrichtung ferner eingerichtet, um einen Aktualisierungsprozess auszuführen, der den ersten Impedanzwert aktualisiert, der in dem Speicherabschnitt gespeichert ist, wenn die Brennstoffzelle während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle den vorbestimmten Zustand erreicht. Dabei liest die Steuervorrichtung bei dem Aktualisierungsprozess den ersten Impedanzwert aus dem Speicherabschnitt als einen ursprünglichen Wert aus. Ferner erlangt die Steuervorrichtung durch das Impedanzmessgerät die Impedanz der Brennstoffzelle als einen aktuellen Wert, berechnet unter Verwendung des ursprünglichen Werts und des aktuellen Werts einen aktualisierten, ersten Impedanzwert, und speichert den aktualisierten, ersten Impedanzwert in dem Speicherabschnitt als den ersten Impedanzwert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem wird der Zustand der Brennstoffzelle, der beispielsweise den feuchten Zustand innerhalb der Brennstoffzelle enthält, unter Verwendung des ersten Impedanzwerts und des zweiten Impedanzwerts genau erfasst, und es kann eine geeignetere Betriebssteuerung gemäß dem Zustand der Brennstoffzelle durchgeführt werden.
(2) Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem korrigiert die Steuervorrichtung den zweiten Impedanzwert, indem sie den zweiten Impedanzwert verwendet, und führt die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle auf der Basis des zweiten Impedanzwerts nach der Korrektur durch. Gemäß dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann der Zustand der Brennstoffzelle genauer erfasst werden, da der zweite Impedanzwert auf der Basis des ersten Impedanzwerts angepasst wird.
(3) Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem enthält ferner einen Speicherabschnitt zum Speichern des ersten Impedanzwerts enthalten, und die Steuervorrichtung ist eingerichtet, um einen Aktualisierungsprozess auszuführen, der den ersten Impedanzwert aktualisiert, der in dem Speicherabschnitt gespeichert ist, wenn die Brennstoffzelle während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle in dem Aktualisierungsprozess den vorbestimmten Zustand erreicht, die Steuervorrichtung liest den ersten Impedanzwert aus dem Speicherabschnitt als einen ursprünglichen Wert aus, erlangt durch den Impedanzakquisitionsabschnitt die Impedanz der Brennstoffzelle als einen aktuellen Wert, berechnet unter Verwendung des ursprünglichen Werts und des aktuellen Werts einen aktualisierten ersten Impedanzwert und speichert den aktualisierten ersten Impedanzwert in dem Speicherabschnitt als den ersten Impedanzwert. Gemäß dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem wird der Wert des ersten Impedanzwerts auf eine bessere Weise angepasst, da der erste Impedanzwert sequentiell aktualisiert werden kann. Deshalb kann die Genauigkeit der Erfassung des Zustands der Brennstoffzelle auf der Basis der Impedanz weiter verbessert werden.
(4) Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann ferner einen Temperaturerfassungsabschnitt enthalten, der eingerichtet ist, eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle zu erfassen, und die Steuervorrichtung kann bestimmen, dass die Brennstoffzelle den vordefinierten Zustand erreicht, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist, und den Aktualisierungsprozess auszuführen. Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts kann der aktuelle Wert für die Aktualisierung des ersten Impedanzwerts akquiriert werden, wenn die Brennstoffzelle in einem Temperaturzustand ist, der zur Messung der Impedanz geeignet ist, und somit kann die Zuverlässigkeit des Werts des ersten Impedanzwerts verbessert werden.
(5) In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein zu bestimmen, dass die Brennstoffzelle den vordefinierten Zustand erreicht, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist, und den Aktualisierungsprozess auszuführen. Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts kann die Brennstoffzelle den aktuellen Wert akquirieren, wenn der für die Messung der Impedanz geeignete Temperaturzustand fortgesetzt wird und somit die Akquisition des aktuellen Werts unmittelbar nach dem Zustand, in dem die Brennstoffzelle eine bemerkenswert hohe Temperatur aufweist, verhindert werden kann, und auch ein Absinken der Zuverlässigkeit des Werts des ersten Impedanzwerts verhindert werden kann.
(6) In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, den ersten Impedanzwert zu aktualisieren, indem sie eine Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem ursprünglichen Wert widerspiegelt, so dass eine Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem aktualisierten ersten Impedanzwert reduziert wird. Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist der Wert des ersten Impedanzwerts optimierter.
(7) In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, den ersten Impedanzwert unter Verwendung einer Korrekturstärke zu aktualisieren, die das Ausmaß des Widerspiegelns der Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem ursprünglichen Wert in dem Aktualisierungsprozess ausdrückt. Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts kann die Lerngeschwindigkeit zur Anpassung des ersten Impedanzwerts gesteuert werden, indem die Korrekturstärke geändert wird.
(8) Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann ferner eine Rücksetz-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Rücksetzung des Speicherabschnitts enthalten, und die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, die Korrekturstärke zu ändern, so dass das Ausmaß des Widerspiegelns der Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem ursprünglichen Wert groß wird, wenn die Rücksetzung des Speicherabschnitts durch die Rücksetz-Erfassungsvorrichtung erfasst wird. Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts kann die Lerngeschwindigkeit des ersten Impedanzwerts nach der Rücksetzung der Speicherinhalte des Speicherabschnitts verbessert werden und die Zeitdauer bis zur Wiederherstellung des ersten Impedanzwerts auf einen Wert nahe dem Wert vor der Rücksetzung des Speicherabschnitts wird reduziert.
(9) In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann der Speicherabschnitt ein erster Speicherabschnitt sein, und das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann ferner einen zweiten Speicherabschnitt zum Speichern eines Initialwertes des ersten Impedanzwerts aufweisen; und eine Rücksetz-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Rücksetzung des ersten Speicherabschnitts aufweisen, und die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, einen Wert einzustellen, der größer als der Initialwert des ersten Impedanzwerts ist, der in dem zweiten Speicherabschnitt als der ursprüngliche Wert gespeichert ist, und die Aktualisierung des ersten Impedanzwerts in dem Aktualisierungsprozess erneut starten, wenn eine Rücksetzung des ersten Speicherabschnitts durch die Rücksetz-Erfassungsvorrichtung erfasst wird. Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts wird die Zeitdauer bis zur Wiederherstellung des ersten Impedanzwerts auf einen Wert nahe dem Wert vor der Rücksetzung des ersten Speicherabschnitts reduziert.
(10) Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann ferner einen Reaktionsgasversorgungsabschnitt für die Zuführung eines Reaktionsgases zu der Brennstoffzelle enthalten, und die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, den Reaktionsgasversorgungsabschnitt in der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle unter Verwendung des ersten Impedanzwerts und des zweiten Impedanzwerts zu steuern. Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts wird die Zufuhr des Reaktionsgases der Brennstoffzelle geeigneter abhängig von der aktuellen Impedanz der Brennstoffzelle durchgeführt.
Nicht alle der mehreren Komponenten jeder der vorstehend beschriebenen Formen der vorliegenden Erfindung sind notwendig und um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Wirkungen zu realisieren, können einige der mehreren Komponenten geeignet geändert, weggelassen, durch andere neue Komponenten ersetzt werden oder es können einige der eingeschränkten Inhalte gelöscht werden. Um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder um einige oder all die vorstehend beschriebenen Wirkungen zu realisieren, können darüber hinaus einige oder all die in einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Eigenschaften mit einigen oder all den technischen Eigenschaften kombiniert werden, die in den vorstehend beschriebenen anderen Formen der vorliegenden Erfindung enthalten sind, um eine unabhängige Form der vorliegenden Erfindung zu ergeben.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist ein schematisches Diagramm, das einen elektrischen Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein erläuterndes Diagramm zur Erläuterung der Impedanz einer Brennstoffzelle;
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Ablauf einer Betriebssteuerung einer Brennstoffzelle zeigt, die von einer Steuervorrichtung durchgeführt wird;
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Ablauf eines Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozesses zeigt;
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Ablauf eines Impedanzakquisitionsprozesses zeigt;
7 ist ein schematisches Diagramm, das einen elektrischen Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Ablauf eines Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt; und
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Wirkung zeigt, wenn ein Korrekturreferenzwert auf einen alternativen Initialwert anstelle des Initialwerts eingestellt wird;

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Erste Ausführungsform:
A1. Aufbau eines Brennstoffzellsystems
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Brennstoffzellensystem 100 ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug befestigt und gibt die Leistung aus, um diese gemäß einer Anforderung von dem Fahrer, d.h. einem Benutzer, als Antriebsleistung zu verwenden. Das Brennstoffzellensystem 100 enthält eine Steuervorrichtung 10, eine Brennstoffzelle 20, einen Kathodengasversorgungsabschnitt 30, einen Anodengasversorgungsabschnitt 50 und einen Kühlmittelversorgungsabschnitt 70.
Eine Steuervorrichtung 10 ist durch einen Mikrocomputer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit und einer Hauptspeichereinheit eingerichtet, und die Steuervorrichtung 10 übt verschiedene Funktionen durch Auslesen und Ausführen von Programmen auf der Hauptspeichereinheit aus. Die Steuervorrichtung 10 weist eine Funktion zur Ausführung von Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 auf, die Leistung gemäß einer Anfrage erzeugt, welche an die Brennstoffzelle 20 durch die Steuerung jedes Steuerungsabschnitts des Brennstoffzellensystems 100 ausgegeben wird. Die Steuervorrichtung 10 weist ferner eine Funktion eines Impedanzverarbeitungsabschnitts 15 auf, der die Impedanz der Brennstoffzelle 20, die in der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 verwendet wird, akquiriert und korrigiert. Die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 durch die Steuervorrichtung 10 und das Funktionieren der Steuervorrichtung 10 als der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 werden nachstehend beschrieben.
Die Brennstoffzelle 20 ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, die Leistung erzeugt, indem sie eine Zufuhr von Wasserstoff (Anodengas) und Luft (Kathodengas) als Reaktionsgas empfängt. Die Brennstoffzelle 20 weist einen gestapelten Aufbau auf, bei dem mehrere Einheitszellen 21 gestapelt sind. Jede Einheitszelle 21 ist ein leistungserzeugendes Element, das eine Leistung auch einzeln erzeugen kann, und enthält eine Membranelektrodenanordnung, die ein Leistungsgenerator ist, in der Elektroden an beiden Oberflächen eines Elektrolytfilms und zwei (in der Zeichnung nicht gezeigte) Separatoren angeordnet sind, die die Membranelektrodenanordnung einklemmen. Der Elektrolytfilm ist durch einen festen Polymerdünnfilm eingerichtet, der exzellente Protonenleitfähigkeit im feuchten Zustand zeigt, wenn sich Feuchtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle befindet. Die Elektroden der Membranelektrodenanordnung enthalten eine Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht.
Der Kathodengasversorgungsabschnitt 30 weist eine Funktion der Versorgung der Brennstoffzelle 20 mit Kathodengas auf, und eine Funktion des Auslassens des Abwassers, das von der Kathodenseite der Brennstoffzelle 20 ausgelassen wird und des Kathodenauslassgases nach außen von dem Brennstoffzellensystem 100 auf. Der Kathodengasversorgungsabschnitt 30 enthält ein Kathodengasrohr 31, einen Luftverdichter 32, einen Luftstrommesser 33 und ein An/Aus-Ventil 34 an der stromaufwärtigen Seite der Brennstoffzelle 20. Das Kathodengasrohr 31 ist ein Rohr, das mit dem Einlass an der Kathodenseite der Brennstoffzelle 20 verbunden ist. Der Luftverdichter 32 ist über das Kathodengasrohr 31 mit der Brennstoffzelle 20 verbunden und führt die Luft zu, die verdichtet wird, indem Außenluft von der Brennstoffzelle 20 als Kathodengas aufgenommen wird.
Der Luftstrommesser 33 misst die Menge an Außenluft, die von dem Luftverdichter 32 an der stromaufwärtigen Seite des Luftverdichters 32 eingefügt wird, und sendet den gemessenen Wert an die Steuervorrichtung 10. Durch Antreiben des Luftverdichters 32 auf der Basis des gemessenen Werts, steuert die Steuervorrichtung 10 die Menge an Versorgungsluft zu der Brennstoffzelle 20. Das An/Aus-Ventil 34 ist zwischen dem Luftverdichter 32 und der Brennstoffzelle 20 geschaffen. Das An/Aus-Ventil 34 ist normalerweise in einem geschlossen Zustand und öffnet, wenn Luft mit einem vorbestimmten Druck aus dem Luftverdichter 32 in das Kathodengasrohr 31 zugeführt wird.
Der Kathodengasversorgungsabschnitt 30 enthält ein Kathodenauslassgasrohr 41, ein druckregulierendes Ventil 43 und einen Druckmessabschnitt 44 an der stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 20. Das Kathodenauslassgasrohr 41 ist ein Rohr, das mit dem Auslass an der Kathodenseite der Brennstoffzelle 20 verbunden ist, und lässt das Abwasser und das Kathodenauslassgas nach außen von dem Brennstoffzellensystem 100 aus. Das druckregulierende Ventil 43 passt den Druck des Kathodenauslassgases an (Gegendruck an der Kathodenseite der Brennstoffzelle 20) in dem Kathodenauslassgasrohr 41. Der Druckmessabschnitt 44 ist an der stromaufwärtigen Seite des druckregulierenden Ventils geschaffen, misst den Druck des Kathodenauslassgases und senden den gemessenen Wert an die Steuervorrichtung 10. Die Steuervorrichtung 10 passt die Öffnung des druckregulierenden Ventils 43 auf der Basis des gemessenen Werts des Druckmessabschnitts 44 an.
Der Anodengasversorgungsabschnitt 50 weist eine Funktion der Versorgung der Brennstoffzelle 20 mit Anodengas, eine Funktion des Auslassens des Anodenauslassgases, das aus der Brennstoffzelle 20 nach außen von dem Brennstoffzellensystem 100 ausgelassen wird, und eine Funktion der Zirkulation des Anodengases innerhalb des Brennstoffzellensystems 100 auf. Der Anodengasversorgungsabschnitt 50 enthält ein Anodengasrohr 51, einen Wasserstofftank 52, ein An/Aus-Ventil 53, einen Regler 54, eine Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55 und einen Druckmessabschnitt 56 an der stromaufwärtigen Seite der Brennstoffzelle 20. Wasserstoff bei hohem Druck wird zur Versorgung der Brennstoffzelle 20 in den Wasserstofftank 52 eingefüllt. Der Wasserstofftank 52 ist über das Anodengasrohr 51 mit einem Einlass an der Anodenseite der Brennstoffzelle 20 verbunden.
Das An/Aus-Ventil 53, der Regler 54, die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55 und der Druckmessabschnitt 56 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite aus (der Seite des Wasserstofftank 52) bis zu dem Anodengasrohr 51 geschaffen. Durch die Steuerung des Öffnens und Schließens des An/Aus-Ventils 53, steuert die Steuervorrichtung den Einlassstrom des Wasserstoffs aus dem Wasserstofftank 52 zu der stromaufwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55. Der Regler 54 ist ein druckminderndes Ventil zur Anpassung des Wasserstoffdrucks an der stromaufwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55, und sein Öffnen wird durch die Steuervorrichtung 10 gesteuert. Die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55 ist beispielsweise durch eine Einspritzvorrichtung eingerichtet, die ein Magnet betriebenes An/Aus-Ventil ist. Der Druckmessabschnitt 56 misst den Wasserstoffdruck an der stromabwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55 und sendet den gemessenen Wert an die Steuervorrichtung 10. Durch die Steuerung des Antriebszyklus (Öffnen/Schließen-Zyklus) der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55 auf der Basis des gemessenen Werts des Druckmessabschnitts 56, wird die Wasserstoffmenge, die der Brennstoffzelle 20 zugeführt wird, gesteuert.
Der Anodengasversorgungsabschnitt 50 enthält ein Anodenauslassgasrohr 61, einen Gas/Flüssigkeit-Separator 62, ein Anodengaszirkulationsrohr 63, eine Wasserstoffzirkulationspumpe 64, eine Anodenauslasswasserrohr 65, ein Entleerungsventil 66 und einen Druckmessabschnitt 67 an der stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 20. Das Anodenauslassgasrohr 61 verbindet den anodenseitigen Auslass der Brennstoffzelle 20 mit dem Gas/Flüssigkeit-Separator 62. Das Anodenauslassgasrohr 61 ist mit einem Druckmessabschnitt 67 geschaffen. Der Druckmessabschnitt 67 misst den Druck des Anodenauslassgases in der Nähe des Wasserstoffverteilerauslasses (anodenseitiger Gegendruck der Brennstoffzelle 20) der Brennstoffzelle 20 und sendet die Messung an die Steuervorrichtung 10.
Der Gas/Flüssigkeit-Separator 62 ist mit dem Anodengaszirkulationsrohr 63 und dem Anodenauslasswasserrohr 65 verbunden. Das Anodenauslassgas, das in den Gas/Flüssigkeit-Separator 62 durch das Anodenauslassgasrohr 61 einströmt, wird durch den Gas/Flüssigkeit-Separator 62 in die Gaskomponente und die Wasserkomponente separiert. In dem Gas/Flüssigkeit-Separator 62 wird die Gaskomponente des Anodenauslassgases in das Anodengaszirkulationsrohr 63 geleitet und die Wasserkomponente wird in das Anodenauslasswasserrohr 65 geleitet.
Das Anodengaszirkulationsrohr 63 ist stromabwärts von der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 55 des Anodengasrohres 51 verbunden. Die Wasserstoffzirkulationspumpe 64 ist in dem Anodengaszirkulationsrohr 63 geschaffen, und der in der Gaskomponente, die in dem Gas/Flüssigkeit-Separator 62 separiert wird, enthaltene Wasserstoff wird durch die Wasserstoffzirkulationspumpe 64 in das Anodengasrohr 51 eingeleitet.
Das Entleerungsventil 66 ist in dem Anodenauslasswasserrohr 65 geschaffen. Das Entleerungsventil 66 öffnet und schließt gemäß einer Anweisung von der Steuervorrichtung 10. Die Steuervorrichtung 10 hält normalerweise das Entleerungsventil 66 in der geschlossenen Stellung und öffnet zu einem vorbestimmten Abwasserzeitpunkt, der bereits eingestellt worden ist, oder zu einem Auslasszeitpunkt des Inertgases, das in dem Anodenauslassgas vorhanden ist. Das stromabwärtige Ende des Anodenauslasswasserrohrs 65 vermischt das anodenseitige Abwasser und das Anodenauslassgas mit dem kathodenseitigen Abwasser und dem Kathodenauslassgas und lässt sie in dem Kathodenauslassgasrohr 41 zusammenfließen, so dass sie ausgelassen werden können (wird in der Zeichnung nicht gezeigt).
Der Kühlmittelversorgungsabschnitt 70 enthält ein Kühlmittelrohr 71, einen Radiator 72, eine Zirkulationspumpe 75 und zwei Temperaturmessabschnitte 76a und 76b. Das Kühlmittelrohr 71 ist ein Rohr für die Zirkulation des Kühlmittels, um die Brennstoffzelle 20 zu kühlen und ist von einem stromaufwärtigen Rohr 71a und einem stromabwärtigen Rohr 71b eingerichtet. Das stromaufwärtseitige Rohr 71a verbindet den Auslass des Kühlmittelströmungspfads innerhalb der Brennstoffzelle 20 mit dem Einlass des Radiators 72. Das stromabwärtsseitige Rohr 71b verbindet den Einlass des Kühlmittelstrompfads innerhalb der Brennstoffzelle 20 mit dem Auslass des Radiators 72.
Der Radiator 72 weist ein Gebläse zum Ansaugen von Außenluft auf, das das Kühlmittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittelrohr 71 und der Außenluft kühlt. Die Zirkulationspumpe 75 ist in dem stromabwärtsseitigen Rohr 71b geschaffen, und wird auf der Basis einer Anweisung von der Steuervorrichtung 10 angetrieben. Das Kühlmittel strömt innerhalb des Kühlmittelrohrs 71 wegen der Antriebskraft der Zirkulationspumpe 75.
Der erste Temperaturmessabschnitt 76a ist in dem stromaufwärtsseitigen Rohr 71a geschaffen und der zweite Temperaturmessabschnitt 76b ist in dem stromabwärtsseitigen Rohr 71b geschaffen. Die Steuervorrichtung 10 erfasst die Kühlmitteltemperatur in jedem Rohr 71a und 71b durch die zwei Temperaturmessabschnitte 76a und 76b, und erfasst die Temperatur der Brennstoffzelle 20 aus der Differenz der Kühlmitteltemperatur jedes Rohrs 71a und 71b. Die Steuervorrichtung 10 steuert die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 durch die Änderung der Drehgeschwindigkeit der Zirkulationspumpe 75 basierend auf der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20.
2 ist ein schematisches Diagramm, das einen elektrischen Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100 zeigt. Das Brennstoffzellensystem 100 enthält eine Sekundärzelle 82, einen DC/DC-Wandler 84, einen DC/AC-Wechselrichter 86, einen Impedanzmessabschnitt 90, einen ersten Speicherabschnitt 91 und einen zweiten Speicherabschnitt 92. In dem Brennstoffzellensystem 100 ist die Brennstoffzelle 20 mit dem DC/AC- Wechselrichter 86 über eine DC-Leitung 81 verbunden. Der DC/AC-Wechselrichter 86 ist mit dem dreiphasigen AC-Motor 200 (nachstehend einfach „Motor 200“ genannt) verbunden, der eine Quelle für die Antriebsleistung des Brennstoffzellenfahrzeugs ist. Die Sekundärzelle 82 ist mit der DC-Leitung 81 über den DC/DC-Wandler 84 verbunden.
Die Sekundärzelle 82 besteht beispielsweise aus einer Lithiumionenbatterie. Die Sekundärzelle 82 wird durch die Ausgangsleistung aus der Brennstoffzelle 20 und die regenerative elektrische Leistung aus dem Motor 200 geladen, wodurch es ihr ermöglicht wird, gemeinsam mit der Brennstoffzelle 20 als eine Leistungsquelle zu dienen. Der DC/DC-Wandler 84 passt das Spannungsniveau der DC-Leitung 81 basierend auf einer Anweisung von der Steuervorrichtung 10 variabel an und steuert dadurch den Strom und die Spannung der Brennstoffzelle 20 als auch das Laden/Entladen der Sekundärzelle 82. Der DC/AC-Wechselrichter 86 wandelt die DC-Leistung von der Brennstoffzelle 20 und der Sekundärzelle 82 in eine AC-Leistung um, um sie dem Motor 200 zuzuführen. Wenn der Motor 200 regenerative elektrische Leistung erzeugt, wandelt er auch die regenerative Leistung in DC-Leistung um.
Der Impedanzmessabschnitt 90 entspricht einem untergeordneten Konzept des Impedanzmessgeräts der vorliegenden Erfindung. Der Impedanzmessabschnitt 90 wendet das AC-Impedanzverfahren zum Erlangen der Impedanz aus jeder Einheitszelle 21 und der Brennstoffzelle 20 an. Er gibt dann die Impedanz an die Steuervorrichtung 10 aus. Der Impedanzmessabschnitt 90 ist mit einer AC-Leistungsversorgung ausgestattet und wendet AC mit hoher Frequenz (z.B. eine Zahl von kHz-MHz) auf jede Einheitszelle 21 und die Brennstoffzelle 20 an, um den (nachstehend beschriebenen) DC-Widerstand innerhalb der Impedanz jeder Einheitszelle 21 gemäß einem Befehl aus der Steuervorrichtung 10 zu messen. Nachstehend wird dies einfach als „Impedanz der Brennstoffzelle 20“ genannt ohne zwischen den Impedanzen, die von jeder Einheitszelle 21 erlangt werden, zu differenzieren. Die Steuervorrichtung 10 verwendet die Impedanz der Brennstoffzelle 20, wie sie durch den Impedanzmessabschnitt 90 geliefert wird, um die Brennstoffzelle 20 zu steuern.
Der erste Speicherabschnitt 91 besteht beispielsweise aus einem flüchtigen Speicher, wie z.B. SRAM. Der erste Speicherabschnitt 91 speichert Informationen in einer wiederbeschreibbaren Form ab und erlaubt, dass sie aktualisiert werden. Die in dem ersten Speicherabschnitt 91 gespeicherten Informationen bleiben erhalten, sogar nachdem das Brennstoffzellensystem 100 seinen Betrieb beendet, indem er Leistung von der Sekundärzelle 82 erhält. Der erste Speicherabschnitt 91 speichert den Referenzkorrekturwert Z_s, der, wie nachstehend erläutert wird, zur Korrektur der Impedanz in dem Impedanzakquisitionsprozess verwendet wird. Der Korrekturreferenzwert Z_s wird dann, wie nachstehend erläutert, während des Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozesses aktualisiert. Der zweite Speicherabschnitt 92 besteht beispielsweise aus einem nichtflüchtigen Speicher, wie z.B. ROM, um die Informationen zu speichern, die keiner Aktualisierung bedürfen. Der erste Speicherabschnitt 91 speichert den Initialwert Z₀ für den Korrekturreferenzwert Z_s, der zur Korrektur der Impedanz in dem Impedanzakquisitionsprozess, der zur Steuerung des Betriebs der Brennstoffzelle 20 ausgeführt wird, verwendet wird. Der Referenzkorrekturwert Z_s und der Initialwert Z₀ werden gemeinsam mit einer Erläuterung des Impedanzkorrekturprozesses und des Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozesses beschrieben.
A2. Impedanz der Brennstoffzelle
3 erläutert die Impedanz der Brennstoffzelle. In dem Abschnitt (a) der 3, wird ein Beispiel einer Nyquist -Ortskurve (Cole-Cole-Diagramm) gezeigt, die basierend auf dem AC-Impedanzverfahren aus einer allgemeinen Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle erlangt wurde. In dem Abschnitt (b) der 3 ist ein Graph der Alterung der DC-Komponente in der Brennstoffzellenimpedanz veranschaulicht. Die Impedanz der Brennstoffzelle enthält die AC-Wiederstandskomponente, die durch den halbkreisförmigen Abschnitt der Nyquist-Ortskurven dargestellt ist, und die DC-Widerstandskomponente, die durch den geradlinigen Abschnitt in dem Abschnitt (a) der 3 dargestellt ist. Wie vorstehend beschrieben, verwendet der Impedanzmessabschnitt 90 in diesem Entwurf einen Wechselstrom mit hoher Frequenz, um den DC-Widerstand der Impedanz zu messen.
Die DC-Widerstandskomponente der Impedanz enthält Komponenten, wie z.B. einen Elektrolytmembranwiderstand und einen Protonentransferwiderstand, die gemäß dem Brennstoffzellenfeuchtigkeitsgehalt in der Brennstoffzelle in dem Abschnitt (b) der 3 variieren können. Indem die Korrelation zwischen dem Brennstoffzellenfeuchtigkeitsgehalt und dem DC-Widerstand vorab erlangt wird, ist es deshalb möglich, den Feuchtigkeitsgehalt und den Feuchtigkeitszustand der Brennstoffzelle auf der Basis der DC-Widerstandskomponente der Impedanz zu bestimmen.
Die DC-Widerstandskomponente der Impedanz enthält Komponenten, wie z.B. den Widerstand der leitenden Elemente, wie z.B. der Gasdiffusionsschicht und des Separators und den Kontaktwiderstand zwischen diesen leitenden Elementen, Werte, die durch den Brennstoffzellenfeuchtigkeitsgehalt kaum beeinflusst werden. Diese Komponenten neigen dazu, im Laufe der Zeit zu wachsen, da sie von Faktoren, wie z.B. Oxidation der leitenden Elemente oder Alterung der Brennstoffzellenstapelbefestigungen beeinflusst werden. In dem Brennstoffzellensystem 100 in dieser ersten Ausführungsform wird der Wert der Impedanz der Brennstoffzelle 20, der in der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 verwendet wird, korrigiert, um den Einfluss von Alterung zu reduzieren, so dass der Wert der Impedanz der Brennstoffzelle 20 genauer den Feuchtigkeitsgehalt darstellt, der eine Menge an Feuchtigkeit ist, die in der Brennstoffzelle 20 enthalten ist.
A3. Betriebssteuerung des Brennstoffzellensystems
4 zeigt den Ablauf der Betriebssteuerung für die Brennstoffzelle 20, wie er durch die Steuervorrichtung 10 ausgeführt wird. Im Schritt S10, führt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 in der Steuervorrichtung 10 den Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozess aus, um den Korrekturreferenzwert Z_s zu aktualisieren, der zur Korrektur der Impedanz in dem Impedanzakquisitionsprozess im Schritt S40 verwendet wird. Der Korrekturreferenzwert und der Korrekturreferenzwertaktualisierungsprozess werden nachstehend erläutert.
Im Schritt S20, erfasst die Steuervorrichtung 10 die Benutzerausgabeanforderung. Im Schritt S30, bestimmt die Steuervorrichtung 10 die Zielleistung, die der Brennstoffzelle 20 basierend auf der Benutzerausgabeanforderung ausgegeben wird. Im Schritt S40 führt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 einen Impedanzakquisitionsprozess zur Erlangung der Impedanz der Brennstoffzelle 20 durch den Impedanzmessabschnitt 90 aus. Der Impedanzakquisitionsprozess verwendet den Korrekturreferenzwert Z_s, um den Rohmesswert für die Impedanz zu korrigieren. Der Impedanzakquisitionsprozess wird nachstehend beschrieben.
Im Schritt S45, führt die Steuervorrichtung 10 den Impedanzbestimmungsprozess aus und schaltet basierend auf dem korrigierten Impedanzwert die Reaktionsgasversorgungssteuerung für die Brennstoffzelle 20 entweder in einen Normalbetrieb oder in einen Feuchtigkeiterhöhungsbetrieb um. Wenn die korrigierte Impedanz kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, oder diesem gleich ist, führt die Steuervorrichtung 10 im Schritt S50 den Normalbetrieb für die Brennstoffzelle 20 im feuchten Zustand aus, was bedeutet, dass der Feuchtigkeitsgehalt ausreichend ist. Auf der anderen Seite, wenn die korrigierte Impedanz größer als der vorbestimmte Wert oder diesem gleich ist, führt die Steuervorrichtung 10 im Schritt S55 einen Feuchtigkeiterhöhungsbetrieb für die Brennstoffzelle 20 in einem trocken Zustand aus, was bedeutet, dass der Feuchtigkeitsgehalt unzureichend ist.
In dem Normalbetrieb des Schrittes S50 verwendet die Steuervorrichtung 10 eine vorbestimmte Abbildung, die gemäß der im Schritt S20 bestimmten Zielausgangsleistung vorbereitet wird, um einen Zieldruck und eine Zielstromrate bei der Zuführung des Reaktionsgases der Brennstoffzelle 20 einzustellen. Nachstehend wird auf den Zieldruck des Reaktionsgases unter Normalbetrieb als den „ersten Zieldruck“ Bezug genommen. Die Steuervorrichtung 10 startet die Zufuhr des Reaktionsgases zu dem Kathodengasversorgungsabschnitt 30 und zu dem Anodengasversorgungsabschnitt 50 bei der Zielstromrate und dem ersten Zieldruck.
In dem Feuchtigkeiterhöhungsbetrieb des Schritts S55 bestimmt die Steuervorrichtung 10 die Zielstromrate für das Reaktionsgas, genau wie im Normalbetrieb, und stellt den Zieldruck höher als den des ersten Zieldrucks für Normalbetrieb ein, nachstehend als „zweiter Zieldruck“ genannt. Die Steuervorrichtung 10 veranlasst den Kathodengasversorgungsabschnitt 30 und den Anodengasversorgungsabschnitt 50 die Reaktionsgasversorgungsbetrieb gemäß der Zielstromrate und dem zweiten Zieldruck zu starten. In dem Feuchtigkeiterhöhungsbetrieb wird das Reaktionsgas der Brennstoffzelle 20 bei einem höheren Druck als im Normalbetrieb zugeführt. Dies ermöglicht dem Teildruck des Wasserdampfes in dem Abgas zu sinken, was ermöglicht, die Menge an Feuchtigkeit, die von der Brennstoffzelle 20 durch das Reaktionsgas weggetragen wird, zu reduzieren. Dies bedeutet, dass der Feuchtigkeitsgehalt in der Brennstoffzelle 20 höher als jener des Normalbetriebs erhöht werden kann.
Die Steuervorrichtung 10 wiederholt die Prozesse der Schritte S10-S55 bis der Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 im Schritt S60 beendet wird. Somit wird in dem Brennstoffzellensystem 100 in dieser ersten Ausführungsform der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 20 basierend auf der Impedanz der Brennstoffzelle 20 bestimmt. In dem Fall, dass bestimmt wird, dass die Brennstoffzelle 20 in einem trockenen Zustand ist, wird der Feuchtigkeiterhöhungsbetrieb ausgeführt, um den Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 20 in dem Reaktionsgasversorgungsbetrieb zu erhöhen. Dementsprechend wird eine Senkung der Leistungserzeugungseffizienz aufgrund von Feuchtigkeitsknappheit in der Brennstoffzelle 20 unterdrückt.
5 ist zeigt den Ablauf eines Impedanzkorrekturwertaktualisierungsprozesses, der durch den Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 im Schritt S10 in 4 ausgeführt wird. Der Korrekturreferenzwert Z_s entspricht einem untergeordneten Konzept des ersten Impedanzwerts in der vorliegenden Erfindung. Wenn die Impedanz der Brennstoffzelle 20 korrigiert ist, wird der Korrekturreferenzwert Z_s als Referenzwert verwendet. Der Korrekturreferenzwert Z_s stellt die Impedanz der Brennstoffzelle 20 in einer vorbestimmten Referenzbedingung dar, bei der bestätigt wird, dass die Elektrolytmembran in einem feuchten Zustand ist. Der Korrekturreferenzwert Z_s wird basierend auf der durch den Impedanzmessabschnitt 90 erlangten Impedanz fortlaufend aktualisiert, wenn die Brennstoffzelle 20 in der Referenzbedingung ist.
Im Schritt S210 bestimmt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 basierend auf ihrer Betriebstemperatur, ob oder ob nicht, die Brennstoffzelle 20 in der vorbestimmten Referenzbedingung ist. Der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 bestimmt, dass die Brennstoffzelle 20 in dem Referenzzustand ist, wenn beide der folgenden Bedingungen (a) und (b) erfüllt sind:

(a) die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 ist gleich oder größer als T₁ und kleiner als T₂.
(b) die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 ist gleich oder kleiner als T₃ für eine vorbestimmte Zeitdauer p.

In der Bedingung (a), besteht die Absicht der Bedingung, dass die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 größer als T₁ ist, darin, das Hinzufügen von Rauschen, wie z.B. Diffusionswiderstand des Reaktionsgases, zu der Impedanzmessung der Brennstoffzelle 20 zu unterdrücken. Die als T₁ festgelegte Temperatur kann experimentell im Voraus basierend auf der Frequenz des zur Messung der Impedanz verwendeten Wechselstroms bestimmt werden. In dieser ersten Ausführungsform beträgt T₁ 55°C.
In der Bedingung (a), besteht die Absicht der Bedingung, dass die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 kleiner als T₂ ist, sicherzustellen, dass die aktuelle Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 das Austrocknen der Elektrolytmembran nicht verursacht. Die als T₂ festgelegte Temperatur kann experimentell im Voraus als eine Temperatur bestimmt werden, für die es unwahrscheinlich ist, dass sie das Austrocknen der Elektrolytmembran verursacht. In der ersten Ausführungsform beträgt T₂ 60°C.
Die Bedingung (b) beabsichtigt sicherzustellen, dass die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 nicht die erheblich hohe Temperatur kurz davor ist, z.B. ungefähr 90°C. Dies ist, weil unmittelbar nachdem die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 die erheblich hohe Temperatur ist, die Elektrolytmembran immer noch im trockenen Zustands sein kann. Die in der Bedingung (b) als T₃ festgelegte Temperatur kann basierend auf der durchschnittlichen Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 bestimmt werden und wie T₂ in der Bedingung (a) kann sie experimentell im Voraus als eine Temperatur bestimmt werden, für die es unwahrscheinlich ist, dass sie das Austrocknen der Elektrolytmembran verursacht. In dieser ersten Ausführungsform beträgt T₃ 60°C, was dasselbe wie die Temperatur T₂ in der Bedingung (a) ist.
Die vorbestimmte Zeitdauer p in der Bedingung (b) soll vorzugsweise ungefähr die Zeitdauer sein, wenn der trockene Zustand der Elektrolytmembran aufgehoben ist, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 von einer wesentlich höheren Temperatur, z.B. ungefähr 90°C zu einer Normaltemperatur, z.B. ungefähr 60°C, zurückkehrt. In dieser ersten Ausführungsform beträgt die vorbestimmte Zeitdauer p 60 Sekunden.
Wenn zumindest eine Bedingung (a) oder (b) nicht erfüllt ist, wie im Falle, dass die Brennstoffzelle 20 nicht in der vorgeschriebenen Standardbedingung ist, beendet der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozess, wie im Schritt S210 als NEIN gezeigt. In diesem Fall wird der Korrekturreferenzwert Z_s nicht aktualisiert, und die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 setzt nach dem Schritt S20 der 4 fort.
Wenn beide Bedingungen (a) und (b) erfüllt sind, bestimmt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15, dass die Brennstoffzelle 20 in der vorgeschriebenen Standardbedingung ist, wie im Schritt S210 durch JA gezeigt. In diesem Fall wird die Impedanz der Brennstoffzelle 20, die zur Aktualisierung des Korrekturreferenzwerts Z_s verwendet wird, im Schritt S220 von dem Impedanzmessabschnitt 90 erlangt. Nachstehend wird die Impedanz der Brennstoffzelle 20, die im Schritt S220 erlangt wird, als der „aktuelle Wert Z_c“ bezeichnet.
Im Schritt S230 wird der Korrekturreferenzwert Z_s, der in dem ersten Speicherabschnitt 91 in 2 gespeichert ist, als der vorherige Wert Z_p (Z_p = Z_s) durch den Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 ausgelesen. Wenn der Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozess zum ersten Mal stattfindet, wird der Initialwert Zo des Korrekturreferenzwerts Z_s, der in dem zweiten Speicherabschnitt 92 gespeichert ist, als der vorherige Wert Z_p eingestellt. Der Initialwert Z_O ist ein Wert, der vorab experimentell bestimmt wird, und stellt die Impedanz der Brennstoffzelle 20 dar, wenn sie in einer vorgeschriebenen Bedingung zum Zeitpunkt der Auslieferung aus der Fabrik ist. Der vorherige Wert Z_p entspricht dem untergeordneten Konzept des ursprünglichen Werts in der vorliegenden Erfindung.
Im Schritt S240 aktualisiert der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Korrekturreferenzwert Z_s, um die Differenz zwischen dem vorherigen Wert Z_p und dem aktuellen Wert Z_c in dem aktualisierten Korrekturreferenzwert Z_s durch Durchführen einer Korrektur, die diese Differenz zu dem vorherigen Wert Z_p, d.h. dem aktuellen Korrekturreferenzwert Z_c widerspiegelt, abzuschwächen. Um insbesondere den neuen Korrekturreferenzwert Z_s zu erlangen, wird die Differenz, die durch Subtrahieren des vorherigen Werts Z_p von dem aktuellen Wert Z_c erlangt wird, mit einem Koeffizienten α multipliziert und fügt zu dem vorherigen Wert Z_p hinzu, wie in der Formel (A) gezeigt. Der Koeffizient α ist kleiner als 1. $Z_{s} = Z_{p} + α (Z_{c} - Z_{p})$
Der Koeffizient α ist ein sogenannter Glättungsfaktor und er entspricht einem untergeordneten Konzept der Korrekturstärke, die ein Ausmaß ausdrückt, indem sich die Differenz zwischen dem aktuellen Wert Z_c und dem vorherigen Wert Z_p in dem Korrekturreferenzwert Z_s widerspiegelt. Durch Multiplizieren des Koeffizienten α mit der Differenz zwischen dem aktuellen Wert Z_c und dem vorherigen Wert Z_p, sogar wenn der aktuelle Wert Z_c zufälligerweise aufgrund von Faktoren, wie z.B. ein Messfehler, usw. als ein außerordentlich hoher Wert erlangt wird, wird es möglich, zu verhindern, dass der Korrekturreferenzwert Z_s durch solch eine Wirkung unmittelbar beeinflusst wird. Darüber hinaus kann die Formel (A) als die folgende Formel (A') erweitert werden. Wie nachstehend in der Formel (A') gezeigt, kann die vorstehende Korrektur aufgrund des Koeffizienten α als Anwendung einer Gewichtung auf den aktuellen Wert Z_c und den vorherigen Wert Z_p interpretiert werden. $Z_{s} = α Z_{c} + (1 - α) Z_{p}$
Der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 aktualisiert durch das erneute Beschreiben des Korrekturreferenzwerts Z_s als den korrigierten Referenzwert Z_s des in 2 gezeigten ersten Speicherabschnitts 91, und beendet den Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozess. Anschließend wird die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 durch die Steuervorrichtung 10 jenseits des Schrittes S20 in 3 fortgesetzt.
In dieser ersten Ausführungsform, wird in dem Referenzzustand, bei dem es garantiert ist, dass der feuchte Zustand der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle 20 ausgezeichnet ist, der aktuelle Wert Z_p somit erlangt, um den Korrekturreferenzwert Z_s zu aktualisieren. Die Zuverlässigkeit des Korrekturreferenzwerts Z_s als Referenzwert zur Korrektur der Impedanz wird deshalb verbessert. Der Korrekturreferenzwert Z_s wird auch sequentiell aktualisiert und die Zustandsänderung der Brennstoffzelle 20 spiegelt sich geeignet in Echtzeit in dem Korrekturreferenzwert Z_s wider. Deshalb ist die Zuverlässigkeit der Impedanz bei der Impedanzkorrektur in dem nachstehend beschriebenen Impedanzakquisitionsprozess sichergestellt.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Ablauf eines Impedanzakquisitionsprozesses im Schritt S40 in 4 zeigt, der von dem Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 ausgeführt wird. Im Schritt S310 akquiriert der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 durch den Impedanzmessabschnitt 90 den gemessenen Wert Z_m der aktuellen Impedanz in der Brennstoffzelle 20. Der gemessene Wert Z_m entspricht dem untergeordneten Konzept des zweiten Impedanzwerts in der vorliegende Erfindung. Im Schritt S320 liest der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Initialwert Z₀ des Korrekturreferenzwerts Z_s aus dem zweiten Speicherabschnitt 92 in 2 aus.
Im Schritt S330 korrigiert der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den gemessenen Wert Z_m, indem er den Korrekturreferenzwert Z_s und den Initialwert Z₀ verwendet.
Genauer gesagt, der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 führt eine Korrektur durch Subtrahieren der Differenz zwischen dem Korrekturreferenzwert Z_S und dem Initialwert Z₀ von dem gemessenen Wert Z_m durch. Mit dieser Korrektur akquiriert der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 die Bestimmungsimpedanz Z_j, die die korrigierte Impedanz ist, die in dem Bestimmungsprozess im Schritt S45 verwendet wird, wie nachstehend in der Formel (B) gezeigt ist. $Z_{j} = Z_{m} - (Z_{s} - Z_{0})$
Die Differenz (Z_s-Z₀) zwischen dem Korrekturreferenzwert Z_s und dem Initialwert Z₀ in der vorstehenden Formel (B) entspricht dem erhöhten Betrag ΔD der Impedanz aufgrund von alterungsbedingtem Verschleiß, der in dem Graphen in dem Abschnitt (B) von 3 gezeigt ist. Mit anderen Worten, die aus der vorstehenden Korrektur erlangte Bestimmungsimpedanz Z_j entspricht einem Wert aus dem die erhöhte Komponente der Impedanz aufgrund der Alterung entfernt wurde, und optimiert wurde, um zutreffend den Feuchtigkeitsgehalt in der vorliegenden Brennstoffzelle 20 anzugeben.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem Brennstoffzellensystem 100 dieser ersten Ausführungsform die Feuchtigkeitsbedingung innerhalb der Brennstoffzelle 20 basierend auf der Bestimmungsimpedanz Z_j bestimmt, die durch Korrigieren des gemessenen Werts Z_m, erlangt wird, der dem untergeordneten Konzept des zweiten Impedanzwerts entspricht, indem der Korrekturreferenzwert Z_s verwendet wird, der dem untergeordneten Konzept des ersten Impedanzwerts entspricht. Die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 gemäß der Feuchtigkeitsbedingung in der Brennstoffzelle 20 wird deshalb angemessener durchgeführt.
B. Zweite Ausführungsform:
7 ist eine schematische Ansicht, die einen elektrischen Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100A als die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Abgesehen davon, dass ein Block mit einem Energielieferungzugstandüberwachungsabschnitt 93 geschaffen ist und dass der alternative Initialwert Z₁ zusätzlich zu dem Initialwert Z₀, in dem zweiten Speicherabschnitt 92 gespeichert wird, ist der Aufbau des Brennstoffzellensystems 100A in der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen derselbe wie der Aufbau des Brennstoffzellensystems 100 in der ersten Ausführungsform. Die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 in dem Brennstoffzellensystem 100A in der zweiten Ausführungsform, ist abgesehen von der Tatsache, dass der Ablauf des Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozesses anders ist, im wesentlichen derselbe wie die Betriebssteuerung der ersten Ausführungsform.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, hält während des Betriebsstopps des Brennstoffzellensystems 100A der erste Speicherabschnitt 91 die gespeicherte Information durch die elektrische Leistung der Sekundärzelle 82. Der Energielieferungzugstandüberwachungsabschnitt 93 überwacht den Zustand der Energielieferung der Sekundärzelle 82 an den ersten Speicherabschnitt 91.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Energielieferung an die erste Speichereinheit 91 aus der Sekundärzelle 82 wegen unvorhergesehenen Umständen, wie z.B. wenn die Sekundärzelle 82 aus dem Brennstoffzellenfahrzeug für eine Wartung des Brennstoffzellenfahrzeugs entfernt wird oder wenn die Ladungsmenge der Sekundärzelle 82 unzureichend ist, unterbrochen wird. Während des Betriebsstillstands des Brennstoffzellensystems 100A, wenn die Unterbrechung der Leistungszufuhr zu einem solchen ersten Speicherbereich 91 erfasst wird, misst der Energielieferungzugstandüberwachungsabschnitt 93 die Dauer einer solchen Unterbrechung. Nachdem das Brennstoffzellensystem 100A gestartet wird, überträgt der Energielieferungzugstandüberwachungsabschnitt 93 das Erfassungsergebnis an die Steuervorrichtung 10.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Ablauf des Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, der durch den Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 ausgeführt wird. Der Impedanzkorrekturreferenzwertaktualisierungsprozess in der zweiten Ausführungsform ist abgesehen von der Ausführung der Prozesse in den Schritten S201 und S202 vor dem Schritt S210 im Wesentlichen derselbe wie in der ersten Ausführungsform. In 8 wurde zur Vereinfachung die Veranschaulichung der Verarbeitung nach dem Schritt S210 weggelassen.
Im Schritt S201 überprüft der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 das Vorhandensein der Historie, ob die in dem ersten Speicherabschnitt 91 gespeicherten Informationen zurückgesetzt, in anderen Worten auf der Basis des Erfassungsergebnisses aus dem Energielieferungzugstandüberwachungsabschnitt 93 initialisiert wurden. In dem Fall, dass der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 mit der Hilfe des Energielieferungzugstandüberwachungsabschnitts 93 die Unterbrechung der Leistungszufuhr an dem ersten Speicherabschnitt 91 während des Stillstands des Brennstoffzellensystems 100 erfasst, und die Dauer der Unterbrechung länger als eine vorbestimmte Zeit ist, bestimmt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15, dass die Informationen, die in dem ersten Speicherabschnitt 91 gespeichert sind, zurückgesetzt worden sind. In diesem Fall führt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Prozess S202 aus, da JA im Schritt S201 gezeigt wird.
In dem Fall, dass der Energielieferungzugstandüberwachungsabschnitt 93 eine Unterbrechung der Leistungszufuhr aus der Sekundärzelle 82 zu dem ersten Speicherabschnitt 91, die länger als die vorbestimmte Zeitdauer ist, nicht erfasst, bestimmt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15, dass die Informationen, die in dem ersten Speicherabschnitt 91 gespeichert sind, erhalten worden sind. In diesem Fall startet der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 die Verarbeitung nach dem Schritt S210 in 4, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
Im Schritt S202 führt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Prozess zur Änderung des Prozesses zur Beschleunigung der Wiederherstellung des Korrekturreferenzwerts Z_s, der zurückgesetzt wurde, aus. Der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 erhöht den Wert des Koeffizienten α, der die in der vorstehend beschriebenen Formel (A) enthaltene Korrekturstärke ist, mehr als in dem Prozess zur vorherigen Zeit. Wenn der Koeffizient α 0,5 ist, wird er beispielsweise auf 0,8 erhöht. Damit wird während der Aktualisierung des Korrekturreferenzwerts Z_s im Schritt S240 in 5 die sich widerspiegelnde Größenordnung der Differenz zwischen dem aktuellen Wert Z_c und dem vorherigen Wert Z_p, erhöht, die Anzahl der Aktualisierungen bevor der Korrekturreferenzwert Z_S einen Wert vor dem Zurücksetzen erreicht, wird kleiner und die Lernzeitdauer des Korrekturreferenzwerts Z_s wird verkürzt.
Ferner stellt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 auch den Korrekturreferenzwert Z_s auf den alternativen Initialwert Z₁ statt des Initialwerts Z₀ ein. Der alternative Initialwert Z₁ ist ein Durchschnittswert zwischen dem Initialwert Z₀, mit der Brennstoffzelle 20 zum Zeitpunkt der Auslieferung aus der Fabrik als Referenz und dem Impedanzreferenzwert nach dem Haltbarkeitstest Z₂, der eine Impedanz darstellt, wenn die Brennstoffzelle 20 in einem speziellen Referenzzustand nach einem Haltbarkeitstest unter Annahme einer Benutzung für eine lange Zeitdauer, z.B. einige Jahrzehnte, ist. Der alternative Initialwert Z₁ wird durch die Forme (C) bestimmt. $Z_{1} = (Z_{0} + Z_{2}) / 2$
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Wirkung zeigt, wenn ein Korrekturreferenzwert Z_s auf einen alternativen Initialwert Z₁ anstelle des Initialwerts Z₀ eingestellt wird. 9 veranschaulicht einen Graphen, bei dem die vertikale Achse den Korrekturreferenzwert Z_s zeigt und die horizontale Achse die Aktualisierungsanzahl des Korrekturreferenzwerts Z_s zeigt. Der Wert LV der vertikalen Achse in dem Graphen der 9 deutet einen Wert an, bei dem der Korrekturreferenzwert Z_s vor dem Löschen, unmittelbar bevor die in dem ersten Speicherabschnitt 91 gespeicherte Information zurückgesetzt wird, d.h. einen Wert, bei dem der Korrekturreferenzwert Z_s wiederhergestellt werden soll.
Im Falle, dass der erste Korrekturreferenzwert Z_s nach dem Zurücksetzen des ersten Speicherabschnitts 91 auf den Initialwert Z₀ eingestellt wird, wie in dem als Strich-Punkt-Linie dargestellten Graphen Ga gezeigt ist, erhöht sich der Korrekturreferenzwert Z_s jedes Mal, wenn der Aktualisierungsprozess des Schritts S240 wiederholt wird, und nähert sich vor dem Rücksetzen des ersten Speicherbereichs 91 zunehmend dem Wert LV. Im Fall, dass der erste Korrekturreferenzwert Z_s auf die Referenzimpedanz nach dem Haltbarkeitstest Z₂ eingestellt wird, wie in dem als gestrichelte Linie dargestellten Graphen Gb gezeigt ist, sinkt der Korrekturreferenzwert Z_s jedes Mal, wenn der Aktualisierungsprozess des Schritts S240 wiederholt wird und nähert sich vor dem Rücksetzen des ersten Speicherbereichs 91 zunehmend dem Wert LV.
Wenn der erste Korrekturreferenzwert Z_s auf den alternativen Initialwert Z₁ eingestellt wird, wird der Korrekturreferenzwert Z_s vom Anfang zu einem Wert, der näher an dem Wert LV ist, der der Wert vor dem Rücksetzen ist. Es ist deshalb möglich, den Wert LV vor dem Rücksetzen in einer kleineren Anzahl von Aktualisierungen im Vergleich mit dem Fall des Rücksetzens auf den vorstehenden Initialwert Z₀ oder auf die Referenzimpedanz nach dem Haltbarkeitstest Z₂ zu erreichen, wie durch den als durchgezogene Linie dargestellten Graphen Gc gezeigt ist. Ferner ist es nicht notwendig, dass der alternative Initialwert Z₁ der Durchschnitt aus dem Initialwert Z₀ und der Referenzimpedanz nach dem Haltbarkeitstest Z₂ ist, und wie in der folgenden Ungleichung (D) gezeigt, kann er ein Wert sein, der größer als der Initialwert Z₀ und kleiner als die Referenzimpedanz nach dem Haltbarkeitstest Z₂ ist. $Z_{0} < Z_{1} < Z_{2}$
Wie vorstehend beschrieben, wenn es ein Brennstoffzellensystem 100A in der zweiten Ausführungsform ist, sogar wenn der Referenzkorrekturwert Z_s des ersten Speicherabschnitts 91 verloren ist, wird die Zeitdauer zu seiner Wiederherstellung verkürzt. Wenn es ein Brennstoffzellensystem 100A in der zweiten Ausführungsform ist, ist es außerdem möglich, dieselbe Wirkung zu erzielen, wie diejenige, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
C. Modifikationen:
C1. Modifikation 1:
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen führt die Steuervorrichtung 10 die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 durch, indem die Impedanz Z_j zur Bestimmung des korrigierten Werts des gemessenen Werts Z_m, der Impedanz verwendet wird, der dem untergeordneten Konzept des zweiten Impedanzwerts entspricht, indem der Referenzkorrekturwert Z_s verwendet wird, der dem untergeordneten Konzept des ersten Impedanzwerts entspricht. Alternativ muss die Steuervorrichtung 10 den Korrekturprozess zur Korrektur des gemessenen Werts Z_m, unter Verwendung des Referenzkorrekturwerts Z_s nicht durchführen. Die Steuervorrichtung 10 kann die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 unter Verwendung des Referenzkorrekturwerts Z_s und des gemessenen Werts Z_m durchführen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 10 durch Ändern des Schwellenwerts des Bestimmungsprozesses im Schritt S10 gemäß dem Referenzkorrekturwert Z_s den Bestimmungsprozess des Schrittes S10 auch unter Verwendung des gemessenen Werts Z_m, als die Impedanz für die Bestimmung ausführen.
C2 Modifikation 2:
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen führt die Steuervorrichtung 10 als eine Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 und abgängig von der Impedanz der Brennstoffzelle 20 die Versorgungssteuerung des Reaktionsgases zu der Brennstoffzelle 20 durch, indem zwischen dem Normalbetrieb und dem Feuchtigkeiterhöhungsbetrieb umgeschaltet wird. Im Gegensatz dazu, kann die Steuervorrichtung 10 als Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 auch andere Betriebssteuerungen durchführen. Die Steuervorrichtung 10 kann beispielsweise eine Reaktionsgasversorgungssteuerung durchführen, die die Versorgungsströmungsrate oder den Versorgungsdruck des Reaktionsgases gemäß der Impedanz der Brennstoffzelle 20 variiert. Alternativ kann die Steuervorrichtung 10 abhängig von der Impedanz der Brennstoffzelle 20 auch eine Betriebssteuerung zur Bestimmung des Ausführungszeitpunkts für den Reinigungsprozess zur Reinigung des Inneren der Brennstoffzelle 20 ausführen. Die Steuervorrichtung 10 kann die Betriebssteuerung zur Steuerung der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 durchführen, indem die Zirkulationsströmungsrate des Kühlmittels gemäß der Impedanz der Brennstoffzelle 20 geändert wird.
C3. Modifikation 3:
In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen führt die Steuervorrichtung 10 eine Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 aus, indem sie Impedanz der Brennstoffzelle 20 als den Wert verwendet, der den feuchten Zustand innerhalb der Brennstoffzelle 20 ausdrückt. Im Gegensatz dazu kann die Steuervorrichtung 10 eine Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 ausführen, indem sie die Impedanz der Brennstoffzelle 20 als den Wert verwendet, der jeden anderen Zustand der Brennstoffzelle 20 ausdrückt. Die Steuervorrichtung 10 kann beispielsweise die Impedanz der Brennstoffzelle 20 als einen Wert verwenden, der den Bewegungswiderstand der Protonen in der Brennstoffzelle 20 ausdrückt, und kann eine Betriebssteuerung ausführen, bei der die erwünschte Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 20 gemäß der Impedanz der Brennstoffzelle 20 geändert wird.
C4. Modifikation 4:
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen verwendet der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den aktuellen Wert Z_c bezüglich des Korrekturreferenzwerts Z_s, und führt einen Korrekturprozess des Widerspiegelns der Differenz zwischen dem aktuellen Wert Z_c und dem vorherigen Wert Z_p durch, um die Differenz zwischen dem aktuellen Wert Z_c und dem vorherigen Wert Z_p zu reduzieren. Im Gegensatz dazu kann der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 jede andere Korrektur durchführen, indem er den aktuellen Wert Z_c bezüglich des Korrekturreferenzwerts Z_s verwendet. Der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 kann auch einen Korrekturprozess des Ersetzens des Korrekturreferenzwerts Z_s in dem aktuellen Wert Z_c jedes Mal durchführen, wenn der aktuelle Wert Z_c akquiriert wird. Wenn es eine Differenz zwischen dem aktuellen Wert Z_c und dem vorherigen Wert Z_p gibt, kann der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 eine Korrektur durchführen, um den Korrekturreferenzwert Z_s lediglich um soviel wie der vorbestimmte Korrekturbetrag beträgt, zu erhöhen oder zu reduzieren. Der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 kann auch eine arithmetische Verarbeitung des Akquirierens des Korrekturreferenzwerts Z_s durchführen, indem er die Differenz zwischen dem aktuellen Wert Z_c und dem vorherigen Wert Z_p von dem aktuellen Wert Z_c subtrahiert, ohne mit dem Koeffizienten α zu multiplizieren.
C5. Modifikation 5:
In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen führt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 basierend auf der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 eine Beurteilung durch, ob oder ob nicht die Brennstoffzelle 20 in dem vorbestimmten Referenzzustand ist. Im Gegensatz dazu kann der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 die Beurteilung, ob oder ob nicht die Brennstoffzelle 20 in dem vorbestimmten Referenzzustand ist, auf der Basis eines anderen Parameters als der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 20 durchführen. Wenn beispielsweise die Brennstoffzelle 20 die Leistungserzeugung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des aktuellen Werts für eine vorbestimmte Zeitdauer fortsetzt, kann der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 bestimmen, dass die Brennstoffzelle 20 in einem vorbestimmten Referenzzustand ist.
C6. Modifikation 6:
In dem Brennstoffzellensystem 100A gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform werden der Prozess der Erhöhung des Koeffizienten α und der Prozess der Einstellung des Korrekturreferenzwerts Z_s in dem alternativen Initialwert Z₁ ausgeführt, wenn die Informationen, die in dem ersten Speicherbereich 91 gespeichert sind, zurückgesetzt werden. Im Gegensatz dazu kann lediglich einer aus dem Prozess der Erhöhung des Koeffizienten α und dem Prozess der Einstellung des Korrekturreferenzwerts Z_s in dem alternativen Initialwert Z₁ ausgeführt werden, wenn die Informationen, die in dem ersten Speicherbereich 91 gespeichert sind, zurückgesetzt werden.
C7. Modifikation 7:
In dem Brennstoffzellensystem 100A gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform führt der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Prozess der Erhöhung des Koeffizienten α durch, wenn die Informationen, die in dem ersten Speicherbereich 91 gespeichert sind, zurückgesetzt werden. Im Gegensatz dazu kann der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Prozess zur Änderung des Koeffizienten α in verschiedenen anderen Bedingungen durchführen, anstatt nur, wenn die Informationen, die in dem ersten Speicherbereich 91 gespeichert sind, zurückgesetzt werden. Beispielsweise kann der Impedanzverarbeitungsabschnitt 15 den Koeffizienten α ändern, wenn eine Anweisung von dem Benutzer zum Ändern der Lerngeschwindigkeit des Korrekturrefenzwerts Z_s empfangen wird und der Impedanzverarbeitungsabschnitt der Anweisung Folge leistet.
C8. Modifikation 8:
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen statt die Impedanz jeder Einheitszelle 21, die durch den Impedanzmessabschnitt 90 akquiriert wird, zu differenzieren, wird sie als die Impedanz der Brennstoffzelle 20 erläutert. In dem Brennstoffzellensystem 100 und 100A gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, kann die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 auf der Basis der Impedanz jeder Einheitszelle 21 ausgeführt werden. Wenn beispielsweise erfasst wird, dass die Impedanz einiger der Einheitszellen 21 höher als diejenige anderer Einheitszellen 21 ist, kann die Betriebssteuerung zur temporären Erhöhung des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle 20 oder eine Betriebssteuerung zur temporären Erhöhung des Stroms des Reaktionsgases ausgeführt werden.
C9. Modifikation 9:
Die Brennstoffzellensysteme 100 und 100A gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind in dem Brennstoffzellenfahrzeug befestigt. Im Gegensatz dazu müssen die Brennstoffzellensysteme 100 und 100A nicht notwendigerweise in einem Brennstoffzellenfahrzeug befestigt sein, beispielsweise können die Brennstoffzellensysteme in einem Gebäude oder einer Einrichtung installiert sein.
C10. Modifikation 10:
In den Brennstoffzellensystemen 100 und 100A gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle als die Brennstoffzelle 20 verwendet. Im Gegensatz dazu muss die Brennstoffzelle 20 nicht eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle sein, sondern kann eine Brennstoffzelle verschiedener anderer Typen sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen beschränkt und kann in verschiedenen Aufbauten umgesetzt werden, solange der Kern der Erfindung nicht verloren geht. Beispielsweise können die technischen Eigenschaften, die in den Ausführungsformen, Beispielen und Modifikationen beschrieben sind, die den technischen Eigenschaften in jeder in dem Abschnitt KURZFASSUNG DER ERFINDUNG beschriebenen Form entsprechen, geeignet ersetzt oder miteinander kombiniert werden, um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Wirkungen zu realisieren. Darüber hinaus, wenn die technischen Eigenschaften nicht als obligatorisch in den BESCHREIBUNGen beschrieben sind, können sie geeignet weggelassen werden. Darüber hinaus können in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen einige oder all die Funktionen und Prozesse, die durch Software umgesetzt sind, durch Hardware umgesetzt werden. Ebenso können einige oder all die Funktionen und Prozesse, die durch Hardware umgesetzt sind, durch Software umgesetzt werden. Verschiedene Arten von Schaltkreisen, wie z.B. ein integrierter Schaltkreis, ein diskreter Schaltkreise oder ein Schaltkreismodul, d.h. eine Kombination dieser Schaltkreise können als Hardware verwendet werden.

Claims

Brennstoffzellensystem (100) mit: einer Brennstoffzelle (20); einem Impedanzmessgerät, das eingerichtet ist, die Impedanz der Brennstoffzelle (20) zu messen; einer Steuervorrichtung (10), eingerichtet zur Durchführung einer Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20); und einem Speicherabschnitt (91; 92), eingerichtet zum Speichern eines ersten Impedanzwertes (Zs), welcher die Impedanz der Brennstoffzelle (20) in einem vorbestimmten Zustand ausdrückt; wobei die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist, um einen zweiten Impedanzwert zu erlangen, der die Impedanz der Brennstoffzelle (20), die von dem Impedanzmessgerät während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) gemessen wird, ausdrückt, und den zweiten Impedanzwert zu korrigieren, indem sie den ersten Impedanzwert (Zs) verwendet, und die Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) auf der Basis des zweiten Impedanzwerts nach der Korrektur durchzuführen; wobei die Steuervorrichtung (10) ferner eingerichtet ist, um einen Aktualisierungsprozess auszuführen, der den ersten Impedanzwert (Zs) aktualisiert, der in dem Speicherabschnitt (91; 92) gespeichert ist, wenn die Brennstoffzelle (20) während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) den vorbestimmten Zustand erreicht, die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist, bei dem Aktualisierungsprozess den ersten Impedanzwert (Zs) aus dem Speicherabschnitt (91; 92) als einen ursprünglichen Wert (Zp) auszulesen, durch das Impedanzmessgerät die Impedanz der Brennstoffzelle (20) als einen aktuellen Wert (Zc) zu erlangen, unter Verwendung des ursprünglichen Werts (Zp) und des aktuellen Werts (Zc) einen aktualisierten, ersten Impedanzwert (Zs) zu berechnen, und den aktualisierten, ersten Impedanzwert (Zs) in dem Speicherabschnitt (91; 92) als den ersten Impedanzwert (Zs) zu speichern.
Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, ferner mit: einem Temperaturerfassungsabschnitt, der eingerichtet ist, eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (20) zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist zu bestimmen, dass die Brennstoffzelle (20) den vorbestimmten Zustand erreicht, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (20) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist, und den Aktualisierungsprozess auszuführen.
Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist zu bestimmen, dass die Brennstoffzelle (20) den vorbestimmten Zustand erreicht, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (20) während einer vorbestimmten Zeitdauer (p) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist, und den Aktualisierungsprozess auszuführen.
Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist, den ersten Impedanzwert zu aktualisieren, indem sie eine Differenz zwischen dem aktuellen Wert (Zc) und dem ursprünglichen Wert (Zp) widerspiegelt, so dass eine Differenz zwischen dem aktuellen Wert und (Zc) dem aktualisierten, ersten Impedanzwert (Zs) reduziert wird.
Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist, den ersten Impedanzwert (Zs) unter Verwendung einer Korrekturstärke zu aktualisieren, die das Ausmaß des Widerspiegelns der Differenz zwischen dem aktuellen Wert (Zc) und dem ursprünglichen Wert (Zp) in dem Aktualisierungsprozess ausdrückt.
Brennstoffzellensystem gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit: einem Reaktionsgasversorgungsabschnitt für die Zuführung eines Reaktionsgases zu der Brennstoffzelle (20), wobei die Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist, den Reaktionsgasversorgungsabschnitt in der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) unter Verwendung des ersten Impedanzwerts (Zs) und des zweiten Impedanzwerts zu steuern.
Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems (100) mit: einem ersten Prozess zum Auslesen eines ersten Impedanzwerts (Zs), der eine Impedanz einer Brennstoffzelle (20) in einem vorbestimmten Zustand ausdrückt, aus einem Speicherabschnitt (91; 92); einem zweiten Prozess zur Erlangung eines zweiten Impedanzwerts, der die Impedanz der Brennstoffzelle (20) ausdrückt und durch Messen der Impedanz der Brennstoffzelle (20) während einer Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) erlangt wird; einem Korrekturprozess der Korrektur des zweiten Impedanzwerts durch Verwendung des ersten Impedanzwerts (Zs), einem Steuerprozess zum Ausführen der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) auf der Basis des zweiten Impedanzwerts nach der Korrektur; einem Aktualisierungsprozess der Aktualisierung des ersten Impedanzwerts (Zs), der in einem Speicherabschnitt (91; 92) gespeichert ist, wenn die Brennstoffzelle (20) während der Betriebssteuerung der Brennstoffzelle (20) den vorbestimmten Zustand erreicht, wobei der Aktualisierungsprozess das Auslesen des ersten Impedanzwerts aus dem Speicherabschnitt (91; 92) als ein ursprünglicher Wert (Zp) enthält, Erlangen der Impedanz der Brennstoffzelle (20) als einen aktuellen Wert (Zc) durch Messen der Brennstoffzelle (20), Berechnen eines aktualisierten, ersten Impedanzwerts (Zs) unter Verwendung des ursprünglichen Werts (Zp) und des aktuellen Werts (Zc) und Speichern des aktualisierten, ersten Impedanzwerts (Zs) in dem Speicherabschnitt (91; 92) als den ersten Impedanzwert (Zs).
Steuerverfahren gemäß Anspruch 7, ferner mit: einem Temperaturerfassungsprozess der Erfassung einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (20) und einem Bestimmungsprozess der Bestimmung, dass die Brennstoffzelle (20) den vorbestimmten Zustand erreicht, der das Aktualisieren des ersten Impedanzwerts veranlasst, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (20) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist.
Steuerverfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Bestimmungsprozess bestimmt, dass die Brennstoffzelle (20) den vorbestimmten Zustand erreicht, der das Aktualisieren des ersten Impedanzwerts veranlasst, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (20) während einer vorbestimmten Zeitdauer (p) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist.
Steuerverfahren gemäß jedem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Aktualisierungsprozess ein Prozess der Aktualisierung des ersten Impedanzwerts mit Widerspiegelung einer Differenz zwischen dem aktuellen Wert (Zc) und dem ursprünglichen Wert (Zp) ist, um eine Differenz zwischen dem aktuellen Wert (Zc) und dem aktualisierten ersten Impedanzwert zu reduzieren.
Steuerverfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Aktualisierungsprozess ein Prozess der Aktualisierung des ersten Impedanzwerts durch Verwendung einer Korrekturstärke ist, die ein Ausmaß des Widerspiegelns der Differenz zwischen dem aktuellen Wert (Zc) und dem ursprünglichen Wert (Zp) in dem Aktualisierungsprozess ausdrückt.
Steuerverfahren gemäß jedem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der Steuerprozess einen Prozess der Steuerung einer Zufuhr eines Reaktionsgases zu der Brennstoffzelle (20) auf der Basis des ersten Impedanzwerts und des zweiten Impedanzwerts enthält.