DE102015118388A1 - Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür Download PDF

Info

Publication number
DE102015118388A1
DE102015118388A1 DE102015118388.9A DE102015118388A DE102015118388A1 DE 102015118388 A1 DE102015118388 A1 DE 102015118388A1 DE 102015118388 A DE102015118388 A DE 102015118388A DE 102015118388 A1 DE102015118388 A1 DE 102015118388A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
anode
cathode
gas
fuel cell
anode gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102015118388.9A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102015118388B4 (de
Inventor
Kazuo Yamamoto
Hiroyuki Imanishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE102015118388A1 publication Critical patent/DE102015118388A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102015118388B4 publication Critical patent/DE102015118388B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/0441—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04507—Humidity; Ambient humidity; Water content of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04835—Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)

Abstract

Angegeben werden eine anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung, die eine Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe steuert, um anodenseitiges flüssiges Wasser, das in einem anodenseitigen Strömungsweg zurückgeblieben ist, abzuleiten, und eine kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung, die eine Fördermenge der Kathodengaspumpe steuert, um kathodenseitiges flüssiges Wasser, das im kathodenseitigen Strömungsweg zurückgeblieben ist, steuert. Die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung und die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung führen eine Entwässerung dadurch durch, dass sie gemäß einer vorab getroffenen Wahl entweder die Anodengaspumpe oder die Kathodengaspumpe laufen lassen und anschließend die jeweils andere von der Anodengaspumpe und der Kathodengaspumpe laufen lassen.

Description

  • VERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität, die auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-231195 basiert, die am 14. November 2014 eingereicht worden ist und deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND
  • GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerverfahren dafür.
  • VERWANDTE TECHNIK
  • Was ein Brenngasliefersystem zum Liefern eines Brenngases (Wasserstoff) zu einer Anode einer Brennstoffzelle (eines Brennstoffzellenstapels) betrifft, so wurde bereits ein Brennstoffzellensystem entwickelt, in dem Brenngas, das von der Anode der Brennstoffzelle nicht verbraucht worden ist, über eine Umwälzpumpe eines Brenngasumwälzsystems zum Brenngasliefersystem umgewälzt wird. Als Beispiel für dieses Brennstoffzellensystem, das ein Brenngasumwälzsystem aufweist, wird in JP 2007-115460 A offenbart, dass flüssiges Wasser, das an einer Rohrinnenwand eines Brenngasumwälzsystems kondensiert ist, durch Erhöhen der Drehzahl der Umwälzpumpe abgeleitet wird, um die Wahrscheinlichkeit dafür, dass überschüssiges flüssiges Wasser in die Umwälzpumpe fließt, zu verringern. Ebenso wird in JP 2008-171770 A offenbart, dass die Geräusche, die mit dem Antreiben einer Umwälzpumpe (Wasserstoffpumpe) einhergehen, mit den Geräuschen maskiert werden, die mit dem Antreiben eines Kompressors oder eines Motors, der als Verbraucher einer Brennstoffzelle dient, einhergehen.
  • In Fällen, wo ein Niederlastbetrieb des Brennstoffzellensystems über längere Zeit anhält, beispielsweise dann, wenn eine Leistungserzeugung unter niedriger Last über längere Zeit fortgesetzt wird, kann jedoch ein Betrieb der Umwälzpumpe bei niedrigen Drehzahlen, wenn er über längere Zeit fortgesetzt wird, bewirken, dass Wasser innerhalb der Brennstoffzelle oder an bestimmten Stellen in einem Brennstoffzellensystem zurückbleibt, insbesondere von einem Auslass eines Gas-Flüssigkeit-Abscheiders bis zu einer Ansaugöffnung der Umwälzpumpe. Zum Beispiel kann es sein, dass flüssiges Wasser infolge einer Kondensation aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen der Brennstoffzelle und der Umwälzpumpe zurückbleibt, oder dass flüssiges Wasser von der Umwälzpumpe aus dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider gesaugt wird Wenn dieses rückständige Wasser eine bestimmte Menge überschreitet, kann es passieren, dass das rückständige Wasser aufgrund einer hohen Drehzahl der Umwälzpumpe in der Umwälzpumpe aufprallt. Dies kann zur Erzeugung von ungewöhnlichen Geräuschen oder lauten Geräuschen führen, die mit dem Antreiben der Umwälzpumpe einhergehen (im Folgenden auch als 'ungewöhnliche Geräusche oder dergleichen' bezeichnet), was der Anwender problematischerweise als verwirrend oder störend empfinden kann oder ihm das Gefühl gibt, dass etwas nicht in Ordnung ist und dergleichen.
  • Wenn das Volumen des rückständigen Wassers in der Anode der Brennstoffzelle zunimmt, kommt es außerdem zu Problemen wie dem, dass während einer Leistungserzeugung unter hoher Last ein Zustand einer ungenügenden Gaszufuhr auftreten kann, was zu einem Absinken der Spannung der Brennstoffzelle und einer Verschlechterung der Elektroden aufgrund von Oxidation (Kohlenstoffoxidation) führt.
  • Es kann auch sein, dass durch eine Erhöhung der Drehzahl der Umwälzpumpe im Brenngasumwälzsystem eine Entwässerung nicht nur für den anodenseitigen Brenngasströmungsweg der Brennstoffzelle durchgeführt wird, sondern durch eine Erhöhung der Drehzahl des Luftkompressors im Oxidationsgasliefersystem, welches das Oxidationsgas (Luftsauerstoff) zur Kathode der Brennstoffzelle liefert, über das Oxidationsgasableitungssystem auch für einen kathodenseitigen Oxidationsgasströmungsweg der Brennstoffzelle. In diesem Fall kann wegen des Betriebsgeräusches, das während der anodenseitigen Entwässerung erzeugt wird, und wegen des Betriebsgeräusches, das während der kathodenseitigen Entwässerung erzeugt wird, insbesondere wegen der Art und Weise, wie diese Betriebsgeräusche auftreten, problematischerweise bewirkt werden, dass der Anwender verwirrt oder gestört wird oder das Gefühl hat, dass etwas nicht in Ordnung ist und dergleichen.
  • KURZFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um zumindest einen Teil der oben genannten Probleme zu lösen, und sie kann durch die folgenden Aspekte verwirklicht werden.
    • (1) Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen. Das Brennstoffzellensystem weist auf: eine Brennstoffzelle; einen Strömungsweg zum Liefern von Anodengas, der Anodengas zur Brennstoffzelle liefert; einen Strömungsweg zum Ableiten von Anodengas, der Anodenabgas aus der Brennstoffzelle ableitet; einen Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas, der den Strömungsweg zum Liefern von Anodengas und den Strömungsweg zum Ableiten von Anodengas verbindet; eine Anodengaspumpe, die im Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas installiert ist und die das Anodenabgas zum Strömungsweg zum Liefern von Anodengas liefert; eine anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung, die eine Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe steuert, um anodenseitiges flüssiges Wasser, das im anodenseitigen Strömungsweg zurückgeblieben ist, abzuleiten; einen Strömungsweg zum Liefern von Kathodengas, der Kathodengas zur Brennstoffzelle liefert; eine Kathodengaspumpe, die im Strömungsweg zum Liefern von Kathodengas installiert ist und die das Kathodengas zur Brennstoffzelle liefert; und eine kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung, die eine Fördermenge der Kathodengaspumpe steuert, um kathodenseitiges flüssiges Wasser, das im kathodenseitigen Strömungsweg zurückgeblieben ist, abzuleiten. Die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung und die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung führen eine Entwässerung dadurch durch, dass sie gemäß einer vorab getroffenen Wahl entweder die Anodengaspumpe oder die Kathodengaspumpe laufen lassen und anschließend die jeweils andere von der Anodengaspumpe und der Kathodengaspumpe laufen lassen.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts kann beispielsweise dadurch, dass die Pumpe mit dem lauteren Betriebsgeräusch als die ausgewählt wird, deren Betrieb als erstes gestartet wird, eine Entwässerung zuerst mit dem lauteren Betriebsgeräusch ausgeführt und dann eine Entwässerung mit leiseren Betriebsgeräusch ausgeführt werden. Dies bewirkt, dass das Betriebsgeräusch während der Entwässerung von lauter zu leiser übergeht, und dadurch kann bewirkt werden, dass sich der Anwender weniger verwirrt oder gestört fühlt oder weniger das Gefühl hat, dass etwas nicht in Ordnung ist oder dergleichen
    • (2) Wenn in dem Brennstoffzellensystem eine kathodenseitige Entwässerungsforderung erzeugt wird, kann die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung eine solche Steuerung durchführen, dass: (a) die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung in dem Fall, dass die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung bereits mit der Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers begonnen hat, die Ableitung des kathodenseitigen flüssigen Wassers ausführt, nachdem die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers abgeschlossen worden ist; und (b) die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung in dem Fall, dass die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers noch nicht begonnen hat, die Ableitung des kathodenseitigen flüssigen Wassers ausführt, nachdem die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers durch die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung begonnen und abgeschlossen worden ist.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts wird die Entwässerung der Kathodenseite mit dem leiseren Betriebsgeräusch nach der Entwässerung der Anodenseite mit dem lauteren Betriebsgeräusch ausgeführt, und daher kann bewirkt werden, dass sich ein Anwender weniger verwirrt oder gestört fühlt oder weniger das Gefühl hat, dass etwas nicht in Ordnung ist oder dergleichen.
    • (3) In dem Brennstoffzellensystem kann die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung eine Menge an rückständigem Wasser, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, auf Basis der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe schätzen und die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers ausführen, wenn die Menge des rückständigen Wassers bei oder über einem vorgegebenen Wert liegt.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist es möglich, die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers durchzuführen, wenn die Menge des flüssigen Wassers, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, einen vorgegebenen Wert erreicht, wodurch die Erzeugung eines ungewöhnlichen Geräusches usw. im Betriebsgeräusch der Anodengaspumpe unterdrückt wird, wenn die Menge des flüssigen Wassers in der Anodengaspumpe gestiegen ist. Es ist auch möglich, ein Absinken der Spannung der Brennstoffzelle und eine Verschlechterung der Elektroden aufgrund einer Oxidation zu unterdrücken, die vorkommen können, wenn die Menge des rückständigen flüssigen Wassers in der Anode der Brennstoffzelle gestiegen ist und daher eine zu einer unzureichenden Anodengaszufuhr zur Anode führt.
    • (4) In dem Brennstoffzellensystem kann die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung die Menge des rückständigen Wassers, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, auf Basis der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe unter Bezugnahme auf eine zuvor aufgestellte Beziehung zwischen der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe und der Menge des rückständigen Wassers, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, bestimmen.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts kann die Menge des rückständigen flüssigen Wassers im Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas auf einfache Weise bestimmt werden, und es kann auf einfache Weise bestimmt werden, ob oder ob nicht die Menge des rückständigen flüssigen Wassers bei oder über dem vorgegebenen Wert liegt.
    • (5) In dem Brennstoffzellensystem kann die Anodengaspumpe eine Pumpe sein, welche die Umwälzungsfördermenge des Anodengases durch ihre Drehzahl ändert, und die Kathodengaspumpe kann ein Kompressor sein, der die Fördermenge des Kathodengases durch seine Drehzahl ändert.
  • Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Aspekten implementiert werden, beispielsweise als Brennstoffzellensystem oder als Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Skizze, die einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine erläuternde Skizze, die eine vergrößerte Ansicht einer Wasserstoffumwälzpumpe und eines Gas-Flüssigkeit-Abscheiders in einem Anodengasumwälzsystem zeigt.
  • 3 ist ein Ablaufschema, das den anodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt, der während eines Aussetzbetriebs ausgeführt wird;
  • 4 ist eine erläuternde Skizze, die ein Beispiel für das Entwässerungsabschluss-Kennfeld zeigt;
  • 5 ist ein Ablaufschema, das den HP-Wasserrückstands-Bestimmungsprozess zeigt.
  • 6 ist eine erläuternde Skizze, die ein Beispiel für ein Wasservo1llauf-Kennfeld zeigt;
  • 7 ist ein Zeitschema, das ein konkretes Beispiel für den anodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt;
  • 8 ist ein Ablaufschema, das den kathodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt, der während eines Aussetzbetriebs ausgeführt wird;
  • 9 ist ein Ablaufschema, das den Kathodenentwässerungsforderungs-Bestimmungsprozess zeigt;
  • 10 ist ein Ablaufschema, das den anodenseitigen Zwangsentwässerungs-Bestimmungsprozess zeigt; und
  • 11 ist ein Zeitschema, das ein konkretes Beispiel für den kathodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • A. Ausführungsformen:
  • A1. Aufbau des Brennstoffzellensystems:
  • 1 ist eine Skizze, die einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem 100 an einem Fahrzeug (auch als „Brennstoffzellenfahrzeug” bezeichnet) installiert. Als Reaktion auf eine Forderung auf Basis der Verwendung des (nicht dargestellten) Gaspedals seitens des Fahrers des Fahrzeugs (im Folgenden auch als „Beschleunigerposition” bezeichnet) gibt das Brennstoffzellensystem 100 als Leistungsquelle für das Fahrzeug elektrische Leistung aus.
  • Das Brennstoffzellensystem 100 ist ausgestattet mit einer Brennstoffzelle 10, einer Steuereinrichtung 20, einem Kathodengasliefersystem 30, einem Kathodengasableitungssystem 40, einem Anodengasliefersystem 50, einem Anodengasumwälzsystem 60, einem Kühlmittelumwälzsystem 70 und einem Leistungslade/-entladesystem 80.
  • Die Brennstoffzelle 10 ist eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die elektrische Leistung erzeugt durch Empfangen von Wasserstoff, der als Brenngas geliefert wird (auch als „Anodengas” bezeichnet), und Luft (genauer gesagt, Sauerstoff), die als Oxidationsgas geliefert wird (auch als „Kathodengas” bezeichnet). Im Folgenden werden das Anodengas und das Kathodengas auch gemeinsam als „Reaktionsgase” bezeichnet. Die Brennstoffzelle 10 weist eine Struktur auf, bei der eine Mehrzahl von Einheitszellen 11 gestapelt sind. In der vorliegenden Ausführungsform gehört die Brennstoffzelle 10 zum sogenannten „Gegenstromtyp”, bei dem das Anodengas und das Kathodengas in entgegengesetzten Richtungen strömen. In der Regel ist die Brennstoffzelle 10 so angeordnet, dass das Anodengas jeweils entlang der Oberfläche jeder Einheitszelle 11 von der oberen Seite zur unteren Seite strömt und das Kathodengas von der unteren Seite zur oberen Seite strömt. Außerdem sind in der Brennstoffzelle 10 Verteiler für die Reaktionsgase und das Kühlmittel als durchgehende Bohrungen ausgebildet, die sich in der Stapelungsrichtung erstrecken, aber auf ihre Darstellung wurde verzichtet.
  • Auch wenn dies nicht dargestellt ist, ist eine Einheitszelle 11 grundsätzlich so aufgebaut, dass eine Membranelektrodenanordnung (MEA) als Leistungserzeuger zwischen zwei Separatoren liegt. Die MEA besteht aus einer Polymerelektrolytmembran (auch einfach als „Elektrolytmembran” bezeichnet), die aus folgendem aufgebaut ist: einer Ionentauschermembran, einer Anode, die aus einer Katalysatorschicht und einer Gasdiffusionsschicht besteht und die auf der anodenseitigen Oberfläche der Elektrolytmembran ausgebildet ist, und einer Kathode, die aus einer Katalysatorschicht und einer Gasdiffusionsschicht besteht und die auf der kathodenseitigen Oberfläche der Elektrolytmembran ausgebildet ist. Außerdem sind rillenförmige Gasströmungswege, in denen das Anodengas und das Kathodengas strömen, an den Oberflächen ausgebildet, die mit den Separatoren und den Gasdiffusionsschichten in Kontakt stehen. Jedoch kann in manchen Fällen eine separate Gasströmungswegeinheit zwischen dem Separator und der Gasdiffusionsschicht installiert sein.
  • Die Steuereinrichtung 20 ist eine Steuereinrichtung, die das Kathodengasliefersystem 30, das Kathodengasableitungssystem 40, das Anodengasliefersystem 50, das Anodengasumwälzsystem 60 und das Kühlmittelumwälzsystem 70 so steuert, dass die Brennstoffzelle 10 Leistung gemäß Ausgabeforderungen erzeugt, die von außen an das System gestellt werden. Die Steuereinrichtung 20 ist ein Mikrocomputer, der beispielsweise eine CPU, einen ROM und einen RAM usw. aufweist, und ist durch Ausführen der Software, die einer Reihe verschiedener Steuerungen entspricht, in der Lage, die Funktionen der General-Steuereinrichtung, der Kathodengassteuereinrichtung, die das Kathodengasliefersystem 30 und das Kathodengasableitungssystem 40 steuert, der Anodengassteuereinrichtung, die das Anodengasliefersystem 50 und das Anodengasumwälzsystem 60 steuert, und der Kühlmittelsteuereinrichtung, die das Kühlmittelumwälzsystem 70 steuert, auszuführen. 1 zeigt eine anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung 21, einen anodenseitigen Entwässerungsdetektor 22 und eine kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung 23.
  • Das Kathodengasliefersystem 30 ist mit einer Rohrleitung 31 zum Liefern von Kathodengas, einem Luftkompressor 32, einem Luftströmungsmesser 33, einem Auf-Zu-Ventil 34 und einer Druckmesseinheit 35 ausgestattet. Die Rohrleitung 31 zum Liefern von Kathodengas ist mit dem Verteiler für die Lieferung von Kathodengas in der Brennstoffzelle 10 verbunden.
  • Der Luftkompressor 32 ist über die Rohrleitung 31 zum Liefern von Kathodengas mit der Brennstoffzelle 10 verbunden. Der Luftkompressor 32 liefert Luft, die von außen angesaugt und verdichtet worden ist, als Kathodengas zur Brennstoffzelle 10. Der Luftströmungsmesser 33, der auf der Stromaufwärtsseite des Luftkompressors 32 angeordnet ist, misst die Menge an Außenluft, die der Luftkompressor 32 ansaugt, und sendet diese Daten an die Steuereinrichtung 20. Auf Basis dieses Messwerts betätigt die Steuereinrichtung 20 den Luftkompressor 32, um die Luftmenge zu steuern, die zur Brennstoffzelle 10 geliefert wird. Die Rohrleitung 31 zum Liefern von Kathodengas wird auch als „Strömungsweg zum Liefern von Kathodengas” bezeichnet, und der Luftkompressor 32 wird auch als „Kathodengaspumpe” bezeichnet.
  • Das Auf-Zu-Ventil 34 ist zwischen dem Luftkompressor 32 und der Brennstoffzelle 10 installiert. Das Auf-Zu-Ventil 34 ist in der Regel in einem geschlossenen Zustand und öffnet sich, wenn vom Luftkompressor 32 Luft mit einem vorgegebenen Druck in die Rohrleitung 31 zum Liefern von Kathodengas geliefert wird. Die Druckmesseinheit 35 misst den Druck der Luft, die vom Luftkompressor 32 geliefert wird, in der Nähe des Einlasses zum Verteiler zum Liefern von Kathodengas in der Brennstoffzelle 10 und gibt diese Daten an die Steuereinrichtung 20 aus.
  • Das Kathodengasableitungssystem 40 ist mit einer Kathodenabgasrohrleitung 41, einem Druckregulierungsventil 43 und einer Druckmesseinheit 44 ausgestattet. Die Kathodenabgasrohrleitung 41 ist mit dem Verteiler zum Ableiten von Kathodengas in der Brennstoffzelle 10 verbunden. Das Kathodenabgas (auch als „abgeführtes Kathodengas” bezeichnet) wird durch die Kathodenabgasrohrleitung 41 aus dem Brennstoffzellensystem 100 nach außen abgeleitet.
  • Das Druckregulierungsventil 43 wird von der Steuereinrichtung 20 gesteuert, um seinen Öffnungsgrad so einzustellen, dass der Druck des Kathodenabgases (der Gegendruck auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle 10) in der Kathodenabgasrohrleitung 41 angepasst wird. Die Druckmesseinheit 44 ist stromaufwärts vom Druckregulierungsventil 43 installiert, sie misst den Druck des Kathodenabgases und sie gibt die Ergebnisse dieser Messung an die Steuereinrichtung 20 aus. Die Steuereinrichtung 20 steuert bzw. regelt den Gegendruck auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 auf Basis der Messwerte von der Druckmesseinheit 44 durch Anpassen des Öffnungsgrads des Druckregulierungsventils 43.
  • Das Anodengasliefersystem 50 ist mit einer Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas, einem Wasserstofftank 52, einem Auf-Zu-Ventil 53, einem Regler 54, einer Wasserstoffliefervorrichtung 55 und einer Druckmesseinheit 56 ausgestattet. Der Wasserstofftank 52 ist über die Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas mit einem Einlass eines Verteilers zum Liefern von Anodengas (Zeichnung weggelassen) in der Brennstoffzelle 10 verbunden und liefert Wasserstoff, der im Tank enthalten ist, zur Brennstoffzelle 10. Die Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas wird auch als „Strömungsweg zum Liefern von Anodengas” bezeichnet.
  • Das Auf-Zu-Ventil 53, der Regler 54, die Wasserstoffliefervorrichtung 55 und die Druckmesseinheit 56 sind, in dieser Reihenfolge von der oberen Seite der Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas (der Seite des Wasserstofftanks 52) aus, installiert. Das Auf-Zu-Ventil 53 wird durch Befehle von der Steuereinrichtung 20 geöffnet und geschlossen und steuert den Zustrom von Wasserstoff aus dem Wasserstofftank 52 zur Stromaufwärtsseite der Wasserstoffliefervorrichtung 55. Der Regler 54 ist ein Druckreduzierungsventil zur Anpassung des Wasserstoffdrucks stromaufwärts von der Wasserstoffliefervorrichtung 55, und sein Öffnungsgrad wird von der Steuereinrichtung 20 gesteuert.
  • Die Wasserstoffliefervorrichtung 55 kann beispielsweise aus einem Injektor bestehen, der ein elektromagnetisch angesteuertes Auf-Zu-Ventil ist. Die Druckmesseinheit 56 misst den Wasserstoffdruck stromabwärts von der Wasserstoffliefervorrichtung 55 und schickt diese Daten an die Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 regelt die Strömungsrate des Wasserstoffs, der zur Brennstoffzelle 10 geliefert wird, durch Steuern der Wasserstoffliefervorrichtung 55 auf Basis der Werte, die von der Druckmesseinheit 56 gemessen werden.
  • Das Anodengasumwälzsystem 60 ist mit einer Anodenabgasrohrleitung 61, einem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62, einer Anodengasumwälzrohrleitung 63, einer Wasserstoffumwälzpumpe 64, einer Anodenentwässerungsrohrleitung 65, einem Entwässerungsventil 66, einer Druckmesseinheit 67 und einer Temperaturmesseinheit 68 ausgestattet. Das Anodengasumwälzsystem 60 führt die Umwälzung und Ableitung des Anodenabgases (auch als „abgeführtes Anodengas” bezeichnet) durch, das abgelassenes Wasser ebenso wie nicht-umgesetztes Gas (Wasserstoff, Stickstoff usw.) enthält, welches in der Leistungserzeugungsreaktion nicht verbraucht worden ist und aus der Anode der Brennstoffzelle 10 abgeleitet wird.
  • Die Anodenabgasrohrleitung 61 verbindet den Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 mit dem Auslass des Verteilers zum Ableiten von Anodengas (Zeichnung weggelassen) in der Brennstoffzelle 10. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 ist außerdem mit der Anodengasumwälzrohrleitung 63 und der Anodenentwässerungsrohrleitung 65 verbunden. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 trennt die Gaskomponenten und flüssiges Wasser, das im Anodenabgas enthalten ist, und führt die Gaskomponenten zur Anodengasumwälzrohrleitung 63, während er das flüssige Wasser zur Anodenentwässerungsrohrleitung 65 führt. Die Anodenabgasrohrleitung 61 wird auch als „Strömungsweg zum Ableiten von Anodengas” bezeichnet.
  • Die Anodengasumwälzrohrleitung 63 ist auf der Stromabwärtsseite der Wasserstoffliefervorrichtung 55 mit der Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas verbunden. Die Wasserstoffumwälzpumpe 64 ist in der Anodengasumwälzrohrleitung 63 installiert. Der Wasserstoff, der in den Gaskomponenten enthalten ist, die vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 abgeschieden werden, wird von der Wasserstoffumwälzpumpe 64 in die Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas gespeist, wo er erneut als Anodengas verwendet wird. Die Anodengasumwälzrohrleitung 63 wird auch als „Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas” bezeichnet, und die Wasserstoffumwälzpumpe 64 wird auch als „Anodengaspumpe” bezeichnet.
  • Die Anodenentwässerungsrohrleitung 65 dient dazu, das flüssige Wasser, das im Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 abgeschieden wird, aus dem Brennstoffzellensystem 100 nach außen abzulassen. Das Ablassventil 66 ist an der Anodenentwässerungsrohrleitung 65 installiert. Die Steuereinrichtung 20 hält das Ablassventil 66 in der Regel geschlossen und öffnet das Ablassventil 66 zu vorgegebenen Entwässerungszeiten, die vorab eingestellt werden, und zu Zeiten für die Ableitung des Inertgases im Anodenabgas. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 wir auch als „Entwässerungsmechanismus” bezeichnet.
  • Die Druckmesseinheit 67 für das Anodengasumwälzsystem 60 ist an der Anodenabgasrohrleitung 61 installiert. Die Druckmesseinheit 67 misst den Druck des Anodenabgases (den Gegendruck auf der Anodenseite der Brennstoffzelle 10) in der Nähe des Auslasses des Verteilers zum Ableiten von Anodengas i der Brennstoffzelle 10 und sendet diese Daten an die Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 regelt die Lieferung von Wasserstoff zur Brennstoffzelle 10 auf Basis des Werts, der von der Druckmesseinheit 67 im Anodengasumwälzsystem 60 gemessen wird, und der Werte, die von der Druckmesseinheit 56 im Anodengasliefersystem 50 gemessen werden, wie oben beschrieben.
  • Die Temperaturmesseinheit 68 im Anodengasumwälzsystem 60 misst ferner als Außenlufttemperatur die Umgebungstemperatur des Anodengasumwälzsystems 60, insbesondere die Umgebungstemperatur der Wasserstoffumwälzpumpe 64 (die Außentemperatur), und sendet diese Daten an die Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 steuert die Drehzahl der Wasserstoffumwälzpumpe 64 auf Basis der Werte, die von der Temperatur 68 gemessen werden, wie weiter unten beschrieben wird.
  • Das Kühlmittelumwälzsystem 70 ist mit einer in Strömungsrichtung oberen Rohrleitung 71a, einer in Strömungsrichtung unteren Rohrleitung 71b, einem Kühlkörper 72, einer Kühlmittelumwälzpumpe 75, einem in Strömungsrichtung oberen Temperatursensor 76a und einem in Strömungsrichtung unteren Temperatursensor 76b ausgestattet. Die in Strömungsrichtung obere Rohrleitung 71a und die in Strömungsrichtung untere Rohrleitung 71b sind jeweils Kühlrohre zum Umwälzen von Kühlmittel, das die Brennstoffzelle 10 kühlt. Die in Strömungsrichtung obere Rohrleitung 71a verbindet den Einlass des Kühlkörpers 72 mit dem Auslass des Verteilers zum Ableiten von Kühlwasser (Zeichnung weggelassen) in der Brennstoffzelle 10. Die in Strömungsrichtung untere Rohrleitung 71b verbindet den Auslass des Kühlkörpers 72 mit dem Einlass des Verteilers zum Liefern von Kühlwasser (Zeichnung weggelassen) in der Brennstoffzelle 10.
  • Der Kühlkörper 72 kühlt das Kühlmittel durch einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kühlmittel, das durch die Kühlmittelrohrleitung 71 strömt. Die Kühlmittelumwälzpumpe 75 ist entlang der in Strömungsrichtung unteren Rohrleitung 71b installiert und sie schickt Kühlmittel, das im Kühlkörper 72 gekühlt worden ist, zur Brennstoffzelle 10. Der in Strömungsrichtung obere Temperatursensor 76a ist an der in Strömungsrichtung oberen Rohrleitung 71a installiert und der in Strömungsrichtung untere Temperatursensor 76b ist an der in Strömungsrichtung unteren Rohrleitung 71b installiert. Der in Strömungsrichtung obere Temperatursensor 76a und der in Strömungsrichtung untere Temperatursensor 76b übermitteln beide die gemessene Temperatur des Kühlmittels an die Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 steuert den Betrieb des Kühlkörpers 72 auf Basis der Werte (der Temperatur des Kühlmittels), die vom in Strömungsrichtung oberen Temperatursensor 76a und vom in Strömungsrichtung unteren Temperatursensor 76 gemessen werden.
  • Das Leistungslade/-entladesystem 80 ist mit einem Antriebsmotor 82, der ein Verbraucher ist, einem Wechselrichter (INV) 84, einer Sekundärbatterie 86 und einem Gleichspannungswandler 88 ausgestattet. Die Brennstoffzelle 10 ist über die Gleichspannungsdrähte „DCL” elektrisch mit dem Wechselrichter 84 verbunden, und die Sekundärbatterie 86 ist über den Gleichspannungswandler 88 elektrisch mit den Gleichspannungsdrähten „DCL” verbunden.
  • Die Sekundärbatterie 86 wird mit der Ausgangsleistung für die Brennstoffzelle 10 und der regenerativen Leistung des Antriebsmotors 82 geladen und dient zusammen mit der Brennstoffzelle 10 als Leistungsquelle. Die Sekundärbatterie 81 kann beispielsweise eine Lithiumionenbatterie sein.
  • Auf Basis von Befehlen von der Steuereinrichtung 20 regelt der Gleichspannungswandler 88 den Strom und die Spannung der Brennstoffzelle 10 und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 81, und er regelt den Spannungspegel der Gleichspannungsdrähte „DCL” auf variable Weise. Der Wechselrichter 84 wandelt die Gleichspannung, die von der Brennstoffzelle 10 und der Sekundärbatterie 81 erhalten wird, in Wechselspannung um und liefert diese zum Antriebsmotor 82. Der Antriebsmotor 82 arbeitet als Reaktion auf die Leistung, die vom Wechselrichter 84 als Reaktion auf die Beschleunigerposition geliefert wird, und er treibt die Räder WL an, die über Zahnräder oder dergleichen verbunden sind. Wenn vom Antriebsmotor 82 regenerative Leistung erzeugt wird, wandelt der Wechselrichter 84 diese regenerative Leistung außerdem in Gleichspannung um und lädt die Sekundärbatterie 86 über den Gleichspannungswandler 88.
  • Im oben beschriebene Brennstoffzellensystem 100 werden das Kathodengasliefersystem 30, das Kathodengasableitungssystem 40, das Anodengasliefersystem 50, das Anodengasumwälzsystem 60 und das Leistungslade/-entladesystem 80 alle von der Steuereinrichtung 20 gesteuert, und elektrische Leistung als Leistungsquelle für das Fahrzeug kann von der Brennstoffzelle 10 gemäß der Beschleunigerposition ausgegeben werden. Weiter unten folgen Beschreibungen des Entwässerungsprozesses für den Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas und des Entwässerungsprozesses für die Strömungswege zum Liefern und zum Ableiten von Kathodengas, die während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 ausgeführt werden.
  • 2 ist eine erläuternde Skizze, die eine vergrößerte Ansicht der Wasserstoffumwälzpumpe 64 und des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 62 im Anodengasumwälzsystem 60 zeigt. Die Anodenabgasrohrleitung 61, die mit dem Auslass des Verteilers zum Ableiten von Anodengas (nicht dargestellt) im unteren Teil der Brennstoffzelle 10 verbunden ist, ist mit dem unteren Abschnitt des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 62 verbunden. Eine erste Anodengasumwälzrohrleitung 63a, die mit der Oberseite (vertikal) des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 62 verbunden ist, ist mit einer Ansaugöffnung 641 an der Unterseite (vertikal) der Wasserstoffumwälzpumpe 64 verbunden. Eine zweite Anodengasumwälzrohrleitung 63b, die mit einer Abgabeöffnung 644 an der Oberseite der Wasserstoffumwälzpumpe 64 verbunden ist, ist mit der Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas (nicht dargestellt) und mit dem Einlass des Verteilers zum Liefern von Anodengas (nicht dargestellt) im oberen Abschnitt der Brennstoffzelle 10 verbunden. Anders ausgedrückt ist die Wasserstoffumwälzpumpe 64 so aufgebaut, dass sie den Wasserstoff, der von der Ansaugöffnung 641 an ihrer Unterseite angesaugt wird, aus der Ausgabeöffnung 644 an ihrer Oberseite abgibt.
  • Wenn die Wasserstoffumwälzpumpe 64 fortgesetzt mit einer niedrigen Drehzahl arbeitet, kann sich flüssiges Wasser innerhalb der Region vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 bis zur Wasserstoffumwälzpumpe 64, anders ausgedrückt in der ersten Anodengasumwälzrohrleitung 63a und an der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 sammeln und dann in die Wasserstoffumwälzpumpe 64 selbst überlaufen. Dieser Wasserrückstand wird hauptsächlich in den folgenden Fällen erzeugt. Erstens, wenn die Temperatur der Wasserstoffumwälzpumpe 64 niedriger ist als die Temperatur der Brennstoffzelle 10, kommt es zu einer Kondensierung von Wasser wegen dieser Temperaturdifferenz. Zweitens, wenn die Wasserstoffumwälzpumpe 64 mit einer niedrigen Drehzahl arbeitet, wird die Umwälzungsfördermenge des Wasserstoffs, der durch die Anodengasumwälzrohrleitung 63 strömt, gemäß dieser Drehzahl verringert, und es wird unmöglich für die Pumpe, das kondensierte Wasser nach oben zu befördern und aus der Abgabeöffnung 644 abzulassen. Aus diesem Grund sammelt sich flüssiges Wasser an der Unterseite der Wasserstoffumwälzpumpe 64, anders ausgedrückt in der ersten Anodengasumwälzrohrleitung 63a und an der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64. Die Ansammlung von flüssigem Wasser kann auch dadurch bewirkt werden, dass die Wasserstoffumwälzpumpe 64 jegliches flüssiges Wasser, das im Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 zurückgeblieben ist, ansaugt, dass flüssiges Wasser, das aus der Brennstoffzelle 10 abgelassen wird, vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 abgeschieden wird und direkt von der Wasserstoffumwälzpumpe 64 angesaugt wird, ohne sich am Boden des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 62 zu sammeln, oder dass flüssiges Wasser von der Seite der Abgabeöffnung 644 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 herabläuft.
  • Wenn der Wasserrückstand an der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 größer wird, kann es dazu kommen, dass Wasser auf die Laufräder 642, 643 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 prallt, was Änderungen im Betriebsgeräusch der Wasserstoffumwälzpumpe 64 bewirken und zur Entstehung von ungewöhnlichen Geräuschen führen kann.
  • Ein anhaltender Zustand einer niedrigen Drehzahl für die Wasserstoffumwälzpumpe 64 tritt mit großer Wahrscheinlichkeit in dem Fall auf, wo die Brennstoffzelle 10 ständig eine nur minimale Leistungsmenge erzeugt. Ein Betrieb, wo ein solcher Zustand einer minimalen Leistungserzeugung genutzt wird, ist beispielsweise ein Fall, wo, anders als im herkömmlichen Aussetzbetrieb, bei dem Zeitabschnitte der Leistungserzeugung und Leistungserzeugungspausen einander abwechseln, ein Betrieb stattfindet, der einen Zustand einer nur minimalen Leistungserzeugung für einen Zeitabschnitt aufrechterhält (der dem Zeitabschnitt der Leistungserzeugungspause während des Aussetzbetriebs entspricht), aber ohne die Leistungserzeugung vollständig einzustellen (im Folgenden auch als „intermittierender Mikroleistungsbetieb) bezeichnet. Anders ausgedrückt gibt es beim intermittierenden Mikroleistungsbetrieb einander abwechselnde Zeitabschnitte, in denen die Brennstoffzelle 10 eine Leistungserzeugung mit hoher Leistungsausgabe durchführt und dann Leistung mit einer nur minimalen Leistungsausgabe erzeugt.
  • Falls dieser Zustand einer minimalen Leistungserzeugung anhält, kann es sein, dass das flüssige Wasser, das während der Leistungserzeugung erzeugt wird, an der Kathode der einzelnen Zellen 11 der Brennstoffzelle 10 zu Dampf wird, dieser Dampf dann zur Anodenseite wandert, innerhalb des Anodengasströmungswegs kondensiert und sich innerhalb dieses Anodengasströmungswegs sammelt. Wenn die Menge des rückständigen Wassers (auch als anodenseitiger Wasserrückstand oder „anodenseitiges flüssiges Wasser” bezeichnet) größer wird, wird, wie im Abschnitt Hintergrund beschrieben, die Menge des Anodengases (des Brenngases), die nötig ist, um eine Leistungserzeugung unter hoher Last durchzuführen, nicht geliefert, es kommt zu einem Zustand eines Brenngasmangels, was zum Absinken der Spannung der Brennstoffzelle 10 und zur oxidationsbedingten Verschlechterung der Elektroden führt. Ebenso kann es sein, dass das flüssige Wasser, das während der Leistungserzeugung produziert wird, innerhalb des Kathodengasströmungswegs der einzelnen Zellen 11 der Brennstoffzelle 10 zurückbleibt. Falls die Menge dieses rückständigen Wassers (auch als „kathodenseitige Wasserrückstand” oder „kathodenseitiges flüssiges Wasser” bezeichnet) größer wird, wird dadurch die Menge des Wassers, das zur Anodenseite wandert, vergrößert, was leicht zur Erzeugung eines ungewöhnlichen Geräusches, usw. von der Wasserstoffumwälzpumpe 64 und zur einem Absinken der Zellenspannung der Brennstoffzelle 10 führen kann.
  • Daher werden im Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Ausführungsform der Entwässerungsprozess für den Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas (auch als „anodenseitiger (Zwangs-)Entwässerungsprozess” bezeichnet) und der Entwässerungsprozess für den Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas (auch als „kathodenseitiger (Zwangs-)Entwässerungsprozess” bezeichnet), die beide weiter unten beschrieben werden, ausgeführt, um die Erzeugung eines ungewöhnlichen Geräusches zu unterdrücken und um ein Absinken der Zellenspannung der Brennstoffzelle 10 zu unterdrücken.
  • A2. Entwässerungsprozess für den Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas:
  • 3 ist ein Ablaufschema, das den anodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt, der während eines Aussetzbetriebs ausgeführt wird. Der anodenseitige (Abkürzung „An”) Zwangsentwässerungsprozess wird von der anodenseitigen Entwässerungssteuereinrichtung 21 ausgeführt. „Aussetzbetrieb” bezeichnet in der folgenden Beschreibung den Zustand, in dem der oben beschriebene intermittierende Mikroleistungsbetieb durchgeführt wird.
  • In Schritt S101 wird bestimmt, ob ein Anodenzwangsentwässerungs-Flag flgan gesetzt worden ist oder nicht. In Schritt S102 wird bestimmt, ob oder ob nicht der Zustand eines Aussetz-Flags flgint gesetzt ist (flgint: 1), das heißt, ob oder ob nicht gerade ein intermittierender Betrieb durchgeführt wird. Das Setzen des An-Zwangsentwässerungs-Flags wird durch den nachstehend beschriebenen HP-(Wasserstoffumwälzpumpen-)Wasserrückstands-Bestimmungsprozess ausgeführt. Das Aussetz-Flag flgint wird in der Steuereinrichtung 20 gesetzt.
  • Falls sowohl das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan als auch das Aussetz-Flag flgint gesetzt sind, wird in Schritt S103 die An-seitige Zwangsentwässerung initiiert. Wenn die An-seitige Zwangsentwässerung gestartet wird, wird die Drehzahl des Luftkompressors 32 (auch als „ACP-Drehzahl” bezeichnet) auf dem Wert gehalten, der für den Aussetzbetrieb eingestellt worden ist, und die Drehzahl Rhp der Wasserstoffumwälzpumpe 64 (auch als „HP-Drehzahl” bezeichnet) wird von der niedrigen Drehzahl rdan, mit der eine Entwässerung nicht möglich ist und die für den Aussetzbetrieb eingestellt worden ist, auf die Drehzahl rdap erhöht, mit der eine Entwässerung möglich ist. Im Folgenden wird die Drehzahl rdan der Wasserstoffumwälzpumpe 64, die für den Aussetzbetrieb eingestellt worden ist und bei der eine Entwässerung nicht möglich ist, als „An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan” bezeichnet. Die Drehzahl rdap der Wasserstoffumwälzpumpe 64, bei der eine Entwässerung möglich ist, wird als „An-Entwässerungsdrehzahl rdap” bezeichnet. Die An-Entwässerungsdrehzahl rdap wird beispielsweise auf die niedrigste Drehzahl rpa eingestellt, mit der eine Entwässerung möglich ist (auch als „Entwässerungsschwellendrehzahl rpa” bezeichnet). Diese Entwässerungsschwellendrehzahl rpa wird beispielsweise auf „rpa = 1800 UpM” eingestellt. Dagegen ist die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan eine Drehzahl, die unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt. Auch wenn die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan abhängig von den Umständen des Betriebs variiert, wird sie beispielsweise auf eine Drehzahl von ungefähr 600 UpM eingestellt. Die Steigerungsrate der Drehzahl in Schritt S103 liegt bei einer niedrigen Niedrigrate Kratd (z. B.: 1800 UpM/4 s), was niedriger ist als eine normale Rate Kratt (z. B.: 6000 UpM/s), die für einen Normalbetrieb eingestellt wird. Die Wirkung des Einstellens der Steigerungsrate auf eine niedrige Rate wird weiter unten beschrieben. Die An-Entwässerungsdrehzahl rdap, die bei einer An-seitigen Zwangsentwässerung verwendet wird, ist nicht unbedingt auf die Entwässerungsschwellendrehzahl rpa beschränkt und kann auf eine höhere Drehzahl eingestellt werden. Jedoch ist das Betriebsgeräusch (auch als „Antriebsgeräusch” bezeichnet) umso lauter, je höher die HP-Drehzahl Rhp ist, daher wird diese vorzugsweise auf eine möglichst niedrige Drehzahl eingestellt. Falls die HP-Drehzahl Rhp auf die An-Entwässerungsdrehzahl rdap eingestellt wird, wird nicht nur das rückständige Wasser in der Wasserstoffumwälzpumpe 64 aus der Wasserstoffumwälzpumpe 64 abgelassen, sondern auch der anodenseitige Wasserrückstand (das anodenseitige flüssige Wasser), der in der Anodengasumwälzrohrleitung 63 und im aus der Rohrleitung 51 zum Liefern von Anodengas und den Anoden der einzelnen Zellen der Brennstoffzelle 10 bestehenden Anodenumwälzströmungsweg zurückgeblieben ist, wird durch den Gas-Flüssigkeit-Abscheider 62 abgelassen.
  • In Schritt S104 wird eine Anodenentwässerungsabschlusszeit tdae eingestellt. Die An-Entwässerungsabschlusszeit tdae ist die notwendige Zeit ab dann, wenn die HP-Drehzahl Rhp die An-Entwässerungsdrehzahl rdap (oder die Entwässerungsschwellendrehzahl rpa) erreicht, bis dann, wenn die Menge des rückständigen flüssigen Wassers, die den Rauminhalt Vp der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ausfüllt (siehe 2), vollständig abgelassen worden ist. Die An-Entwässerungsabschlusszeit tdae wird eingestellt anhand eines vorab erstellten Entwässerungsabschlusszeit-Kennfelds und durch Ermitteln einer An-Entwässerungsabschlusszeit tdae, die der von der Temperaturmesseinheit 68 gemessenen Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 entspricht.
  • 4 ist eine erläuternde Skizze, die ein Beispiel für das Entwässerungsabschlusszeit-Kennfeld zeigt. Das Entwässerungsabschlusszeit-Kennfeld zeigt die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur Tr (auch als „HP-Temperatur” bezeichnet) der Wasserstoffumwälzpumpe 64 und der An-Entwässerungsabschlusszeit tdae. In diesem Beispiel wird sie unabhängig von der Temperatur auf einen konstanten Wert (10 s) eingestellt. Die Zeit, die nötig ist, um das rückständige Wasser aus der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ablaufen zu lassen, ist umso kürzer, je höher die HP-Temperatur ist, und umso länger, je niedriger die HP-Temperatur ist. Da eine Entwässerung zumindest dann möglich ist, wenn sie auf eine längere Zeit eingestellt wird, wird sie in diesem Beispiel auf einen konstanten Wert eingestellt. Jedoch ist der Wert nicht darauf beschränkt, und er kann je nach der HP-Temperatur geändert werden. Das Entwässerungsabschlusszeit-Kennfeld in 4 kann vorab durch Versuche bestimmt werden. Tatsächlich kann es sein, dass die An-Entwässerungsabschlusszeit tdae nicht auf die Zeit eingestellt wird, die tatsächlich nötig ist, um sämtliches rückständiges Wasser aus der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ablaufen zu lassen. In Anbetracht eines Kompromisses zwischen der Zeit, über die das anhaltende Geräusch der Entwässerung akzeptabel ist, und der Menge an rückständigem Wasser, die während dieser Entwässerungszeit verkleinert werden kann, kann die An-Entwässerungsabschlusszeit tdae auf eine Zeit eingestellt werden, in der die Menge des rückständigen Wassers in einem bestimmten Umfang verringert werden kann.
  • In Schritt S105 wird eine Anodenentwässerungszeit tda, die ab dann läuft, wenn die HP-Drehzahl Rhp auf die An-Entwässerungsdrehzahl rdap eingestellt wird, in jeder Zeiteinheit tu hochgezählt. Die Zeiteinheit tu ist die Grundzeit, die den Betriebszyklus anzeigt; beispielsweise wird die Zeit verwendet, die den Taktzyklus anzeigt, der dem Betriebs zugrunde liegt. Das Hochzählen der An-Entwässerungszeit tda wird wiederholt, bis bestimmt wird (in Schritt S106), dass die An-Entwässerungszeit tda länger ist als die An-Entwässerungsabschlusszeit tdae, anders ausgedrückt, bis bestimmt wird, dass die Entwässerung abgeschlossen ist.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Entwässerung abgeschlossen ist, wird in Schritt S107 das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan abgesetzt und die HP-Drehzahl Rhp wird in Schritt S108 auf die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan zurückgesetzt, um den An-seitigen Zwangsentwässerungsprozess anzuhalten. Dann kehrt der Prozess zu Schritt S101 zurück und wartet, bis das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan gesetzt wird.
  • 5 ist ein Ablaufschema, das den HP-Wasserrückstands-Bestimmungsprozess zeigt. Der HP-Wasserrückstands-Bestimmungsprozess wird von der anodenseitigen Entwässerungssteuereinrichtung 21 ausgeführt.
  • In Schritt S111 wird eine Verweilzeit Tr zurückgesetzt. In Schritt S112 wird eine Wasservolllaufzeit tf für die Wasserstoffumwälzpumpe 64, die der HP-Drehzahl Rhp entspricht, eingestellt. Die Wasservolllaufzeit tf ist die in Bezug auf die HP-Drehzahl Rhp geschätzte Zeit, die es dauert, bis sich so viel rückständiges Wasser in der Ansaugöffnung 641 für die Wasserstoffumwälzpumpe 64 angesammelt hat, dass es deren Rauminhalt Vp füllt (siehe 2), und den höchsten Wasserpegel erreicht hat. Die Wasservolllaufzeit tf wird eingestellt durch Abrufen der Wasservolllaufzeit tf, die der HP-Drehzahl Rhp entspricht, aus einem Voreinstellungskennfeld, das der durch die Temperaturmesseinheit 68 gemessenen Umgebungstemperatur der Wasserstoffumwälzpumpe 64 entspricht, wobei das Voreinstellungskennfeld ausgewählt wird aus vorab erstellten Kennfeldern für jede Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffpumpe 64 (als „Wasservolllaufzeit-Kennfelder” bezeichnet).
  • 6 ist eine erläuternde Skizze, die ein Beispiel für ein Wasservolllaufzeit-Kennfeld zeigt. Das Wasservolllaufzeit-Kennfeld zeigt die Beziehung zwischen der HP-Drehzahl Rhp und der Wasservolllaufzeit tf, und es wird in Bezug auf mehrere Werte der Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 bereitgestellt. Die Beispiele für Tr = Ta (= 0°C), Tr = Tb (= 10°C) und Tr = Tc (= –10°C) sind in 6 dargestellt.
  • Das rückständige Wasser in der Wasserstoffumwälzpumpe 64 wird abgelassen, wenn die Entwässerungsschwellendrehzahl rpa (= 1800 UpM) erreicht wird, wohingegen dieses flüssige Wasser zurückbleibt, ohne abgelassen zu werden, wenn die Pumpe unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt. Daher wird die Wasservolllaufzeit tf für Drehzahlen, die niedriger sind als die Entwässerungsschwellendrehzahl rpa, auf einen positiven Wert eingestellt und für Drehzahlen, die bei oder über der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegen, auf einen negativen Wert eingestellt (einen Wert, bei dem die Entwässerungszeit tda in die Wasservolllaufzeit umgewandelt ist). Die Zeit, in der sich flüssiges Wasser sammelt, und die Zeit, in der flüssiges Wasser abgelassen wird, sind je nach der Temperatur der Wasserstoffumwälzpumpe 64 verschieden. Genauer dauert es umso länger, bis die Wasservolllaufgrenze erreicht wird, und dauert es umso kürzer, um die Entwässerung abzuschließen, je höher die Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ist. Umgekehrt dauert es umso kürzer, bis die Wasservolllaufgrenze erreicht wird, und dauert es umso länger, um die Entwässerung abzuschließen, je niedriger die Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ist. Anders ausgedrückt wird der positive Wert der Wasservolllaufzeit tf bei Drehzahlen, die unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegen, umso größer und wird der absolute Wert der Wasservolllaufzeit tf bei Drehzahlen, die bei oder über der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegen, umso kleiner, je höher die Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ist. Im Gegensatz dazu wird der positive Wert der Wasservolllaufzeit tf bei Drehzahlen, die unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegen, umso kleiner und wird der absolute Wert der Wasservolllaufzeit tf bei Drehzahlen, die bei oder über der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegen, umso größer, je niedriger die Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ist.
  • In dem Beispiel in 6 wird für die Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 von Tb (= 10°C) die Wasservolllaufzeit tf bei einer Drehzahl, die unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt, auf 300 s (5 min) eingestellt und die Wasservolllaufzeit tf bei einer Drehzahl von bei oder über der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa wird auf –10 s eingestellt. Für die Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe von 64 Ta (= 0°C) wird die Wasservolllaufzeit tf bei einer Drehzahl, die unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt, auf 180 s (3 min) eingestellt und die Wasservolllaufzeit tf bei einer Drehzahl, die bei oder über der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt, wird auf –20 s eingestellt. Für die Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe von 64 Tc(= --10°C) wird die Wasservolllaufzeit tf bei einer Drehzahl, die unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt, auf 120 s (2 min) eingestellt und die Wasservolllaufzeit tf bei einer Drehzahl von bei oder über der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa wird auf –20 s eingestellt. Im Falle einer Umgebungstemperatur Tr, für die kein Kennfeld vorbereitet ist, kann jedes Kennfeld verwendet werden, in dem die obere und die untere Umgebungstemperatur Tr gemäß vorgegebenen Regeln bereitgestellt werden. Wenn zum Beispiel die Umgebungstemperatur oberhalb des Gefrierpunkts liegt, kann ein Kennfeld für die niedrigeren Temperaturen verwendet werden, und wenn sie unter dem Gefrierpunkt liegt, kann ein Kennfeld für die höheren Temperaturen verwendet werden.
  • Das Wasservolllaufzeit-Kennfeld in 6 kann vorab durch Versuche bestimmt werden. Für eine HP-Drehzahl Rhp, die unter der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt, ist es möglich, die Wasservolllaufzeit und die geschätzte Entwässerungszeit durch Messen der Beziehung zwischen dem Zeitintervall für die Durchführung einer Entwässerung und für die Entstehung von Aufprallgeräuschen und der Beziehung zwischen dem Zeitintervall für die Durchführung einer Entwässerung und der Erzeugung eines Absinkens der Zellenspannung zu bestimmen. Für eine HP-Drehzahl Rhp, die bei oder über der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa liegt, ist es ausreichend, die Entwässerungszeit bei der jeweiligen Drehzahl zu messen.
  • In Schritt S113 von 5 wird eine Verweilzeit Tr (= Σ(tu/tf)) durch Akkumuliere der Zeiteinheit tu geteilt durch die Wasservolllaufzeit tf erhalten. Diese Verweilzeit Tr entspricht der Menge an flüssigem Wasser (rückständigem Wasser), das sich an der Ansaugöffnung 641 (siehe 2) der Wasserstoffumwälzpumpe 64 sammelt.
  • Die Einstellung der Wasservolllaufzeit tf in Schritt S112 und die Berechnung der Verweilzeit Tr in Schritt S113 werden wiederholt, bis die Verweilzeit Tr 1 oder mehr ist, d. h. bis bestimmt wird, dass in der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 der höchste Wasserpegel erreicht worden ist (Schritt S114).
  • Falls bestimmt wird, dass die Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 den höchsten Wasserpegel erreicht hat, wird in Schritt S115 das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan (flgan: 1) gesetzt. Dann werden Schritt S113 bis S115 wiederholt, bis in Schritt S116 bestimmt wird, dass die An-seitige Zwangsentwässerung abgeschlossen worden ist. Nachdem bestimmt worden ist, dass die An-seitige Zwangsentwässerung abgeschlossen worden ist, wird der Prozess von Schritt S111 wiederholt. Der Abschluss der An-seitigen Zwangsentwässerung wird erfasst, wenn die HP-Drehzahl Rhp in Schritt S108 von 3 von der An-Entwässerungsdrehzahl rdap (oder der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa) in die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan geändert worden ist.
  • Dadurch, dass die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung 21 den Prozess in 3 und den Prozess in 5 ausführt, wird die An-seitige Zwangsentwässerung während des Aussetzbetriebs jedes Mal wiederholt, wenn bestimmt wird, dass in der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 der höchste Wasserpegel erreicht worden ist.
  • 7 ist ein Zeitschema, das ein konkretes Beispiel für den anodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt; 7(a) zeigt das Aussetz-Flag flgint, 7(b) zeigt die HP-Drehzahl Rhp, 7(c) zeigt die Verweilzeit Tr, 7(d) zeigt die Wassermenge, die in der HP zurückgeblieben ist (die Menge an rückständigem Wasser in der Wasserstoffumwälzpumpe 64), 7(e) zeigt das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan und 7(f) zeigt die An-Entwässerungszeit tda. Es soll angenommen werden, dass sich zum Startzeitpunkt zur Zeit t0 die HP-Drehzahl Rhp von der An-Entwässerungsdrehzahl rdap in die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan (die Drehzahl, bei der keine Entwässerung möglich ist) ändert, die Verweilzeit Tr 0 ist, die Wassermenge, die sich innerhalb der HP angesammelt hat, 0 ist, das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan 0 ist und die An-Entwässerungszeit tda 0 ist. Es soll auch angenommen werden, dass vor der Zeit t3 das Aussetz-Flag flgint 0 ist, d. h. in einem Zustand eines nicht-intermittierenden Betriebs ist, während dem kein Aussetzbetrieb durchgeführt wird, und dass nach der Zeit t3 das Aussetz-Flag flgint 1 ist, das heißt, dass währenddessen der Aussetzbetrieb (der intermittierende Mikroleistungsbetrieb) durchgeführt wird. Weiter soll angenommen werden, dass die An-Entwässerungsdrehzahl rdap während des Aussetzbetriebs der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa (= 1800 UpM) gleich ist. Die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan variiert eigentlich abhängig von den Betriebsbedingungen, aber in diesem Beispiel soll zur Vereinfachung der Erklärung angenommen werden, dass sie konstant ist (600 UpM). Darüber hinaus ändert sich die tatsächliche HP-Drehzahl Rhp während des nicht-intermittierenden Betriebs gemäß der Position des Gaspedals, aber zur Vereinfachung der Erklärung soll angenommen werden, dass sie zwischen der An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan (= 600 UpM) und der An-Entwässerungsdrehzahl rdap (= 1800 UpM) variiert.
  • Da sich die HP-Drehzahl Rhp zwischen der Zeit t0 und der Zeit t1 ändert, aber unter der An-Entwässerungsdrehzahl rdap, mit der eine Entwässerung möglich ist, bleibt wie in 7(b) dargestellt ist, wird die Verweilzeit Tr gemäß der eingestellten Wasservolllaufzeit tf (siehe 6) länger, wie in 7(c) dargestellt ist. Diese Steigerungsrate wird umso niedriger, je höher die HP-Temperatur Tr (die Umgebungstemperatur der Wasserstoffumwälzpumpe 64) ist, und wird umso höher, je niedriger die Temperatur ist. Die durchgezogene Linie zeigt ein Beispiel, wenn die HP-Temperatur Tr 20°C ist, und die gestrichelte Linie zeigt ein Beispiel, wenn die HP-Temperatur Tr –10°C ist. Hierbei ist das Zeitintervall von der Zeit t0 bis zur Zeit t1 kürzer als die Wasservolllaufzeit tf. Daher ist die Verweilzeit Tr zur Zeit t1 kürzer als 1 und, wie in 7(d) dargestellt ist, wird geschätzt, dass das rückständige Wasser in der HP den Rauminhalt Vp noch nicht ausfüllt.
  • Wie in 7(b) dargestellt ist, wird die HP-Drehzahl Rhp zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 auf die An-Entwässerungsdrehzahl rdap eingestellt. Während dieses Zeitraums wird die Verweilzeit Tr gemäß der eingestellten negativen Wasservolllaufzeit tf (siehe 6) kürzer, wie in 7(c) dargestellt ist. Diese Senkungsrate wird umso höher, je höher die HP-Temperatur Tr ist, und wird umso höher, je niedriger die Temperatur ist. Hierbei ist das Zeitintervall von der Zeit t1 bis zur Zeit t2 kurz und es ist nicht möglich, sämtliches rückständiges Wasser bis zur Zeit t1 ablaufen zu lassen, so dass geschätzt wird, dass die Menge an rückständigem Wasser in der HP nicht auf 0 gesenkt wird, wie in 7(d) dargestellt ist.
  • Da die Verweilzeit Tr als äquivalent zum Verhältnis der Menge an rückständigem Wasser zum Rauminhalt Vp betrachtet werden kann, kann die Menge des rückständigen Wassers in der HP anhand dieser Verweilzeit Tr geschätzt werden. Zum Beispiel kann geschätzt werden, dass die Menge an rückständigem Wasser in der HP die Menge ist, die durch das Produkt der Verweilzeit Tr und des Rauminhalts Vp angegeben wird, anders ausgedrückt (tr·Vp).
  • Wie in 7(b) dargestellt ist, sinkt die HP-Drehzahl Rhp dann zwischen der Zeit t2 und der Zeit t4 in mehreren Schritten von der An-Entwässerungsdrehzahl rdap auf die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan. Während dieses Zeitraums wird die Verweilzeit Tr gemäß der eingestellten positiven Wasservolllaufzeit tf länger, genauso wie von der Zeit t0 bis zur Zeit t1, wie in 7(c) dargestellt ist. Dann wird zur Zeit t4, wenn tr ≥ 1, geschätzt, dass die Menge an rückständigem Wasser in der HP den Wasservolllaufpegel erreicht hat, wie in 7(d) dargestellt ist. Da der Wasservolllaufpegel durch die zur Zeit t2 zurückgebliebene Wassermenge bald früh erreicht wird, ist das Zeitintervall zwischen der Zeit t2 und der Zeit t4 kürzer als die eingestellte Wasservolllaufzeit tf. Zur Zeit t4 wird das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan gesetzt, wie in 7(e) dargestellt ist, und die Anseitige Zwangsentwässerung wird in Schritt S103 von 3 zur Zeit t3 gestartet, da das Aussetz-Flag flgint auf 1 gesetzt worden ist. Wie in 7(b) dargestellt ist, steigt die HP-Drehzahl Rhp von der An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan auf die An-Entwässerungsdrehzahl rdap. Wie oben beschrieben, steigt die HP-Drehzahl Rhp zwischen der Zeit t4 und der Zeit t5 jedoch langsam mit der niedrigen Rate Kratd (1800 UpM/4 s). Somit kann das Entstehen eines Aufpralls in der Wasserstoffumwälzpumpe 64 dadurch unterdrückt werden, dass die HP-Drehzahl Rhp auf diese Weise langsam gesteigert wird, wenn mit der Entwässerung des rückständigen Wassers begonnen wird. Darüber hinaus wird die HP-Drehzahl Rhp langsam gesteigert, während sie auf die niedrige Rate Kratd begrenzt wird, daher ist es selbst dann, wenn es zu Aufprallgeräuschen kommt, möglich, die Erzeugung eines ungewöhnlichen Geräusches und dergleichen zu unterdrücken.
  • Sobald eine Entwässerung gestartet wird, wenn die HP-Drehzahl Rhp zur Zeit t5 die An-Entwässerungsdrehzahl rdap erreicht hat, wie in 7(b) dargestellt ist, wird die Verweilzeit Tr gemäß der eingestellten Wasservolllaufzeit tf (siehe 6) auf die gleiche Weise kürzer wie von der Zeit t1 bis zur Zeit t2, wie in 7(c) dargestellt ist. Die An-Entwässerungszeit tda wird ebenfalls hochgezählt, wie in 7(f) dargestellt ist. Sobald die An-Entwässerungszeit tda die eingestellte An-Entwässerungsabschlusszeit tdae zum Zeitpunkt t6 erreicht hat, wird angenommen, dass die Entwässerung abgeschlossen worden ist, und wie in 7(e) dargestellt ist, wird das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan abgesetzt und die HP-Drehzahl Rhp wird von der An-Entwässerungsdrehzahl rdap auf die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan zurückgesetzt, wie in 7(b) dargestellt ist.
  • Danach wird während des Aussetzbetriebs der gleiche Prozess wie während des Zeitraums von der Zeit t2 bis zur Zeit t6 wiederholt durchgeführt, und jedes Mal wenn die Verweilzeit Tr 1 oder länger wird, das heißt der Zeitraum mit der An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan länger wird als die positive Wasservolllaufzeit tf, wird angenommen, dass die Menge an rückständigem Wasser in der HP auf dem Wasservolllaufpegel liegt, und der anodenseitige Zwangsentwässerungsprozess wird wiederholt. 7 zeigt ein Beispiel für die Wasservolllaufzeit tf bei 5 min = 300 s (siehe 6), wenn die HP-Temperatur Tr 10°C ist.
  • Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Menge an rückständigem Wasser in der HP während des Aussetzbetriebs (während des intermittierenden Mikroleistungsbetriebs) geschätzt, und wenn die Menge an rückständigem Wasser in der HP einen vorgegebenen Wert erreicht hat (in diesem Beispiel wird bestimmt, dass die Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 den höchsten Wasserpegel erreicht hat), wird der Anoden-Zwangsentwässerungsprozess ausgeführt, und das anodenseitige flüssige Wasser, das im Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas enthalten ist, wird abgelassen. Infolgedessen ist es möglich, die Erzeugung von ungewöhnlichen Geräuschen, die auftreten, wenn sich eine große Menge an Wasser in der Wasserstoffumwälzpumpe 64 angesammelt hat, zu unterdrücken, während gleichzeitig ein Spannungsabfall in der Brennstoffzelle 10 aufgrund eines Gasmangels unterdrückt wird, wenn ein Hochlastbetrieb gestartet wird, nachdem der Aussetzbetrieb in einem Zustand angehalten worden ist, wo eine erhöhte Menge an rückständigem Wasser in der Anode der Zelle 11 der Brennstoffzelle 10 vorhanden ist.
  • A3. Entwässerungsprozess für den Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas:
  • 8 ist ein Ablaufschema, das den kathodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt, der während des Aussetzbetriebs (während des intermittierenden Mikroleistungserzeugungsbetriebs) ausgeführt wird. Der Kathoden- (auch als „Ca-” bezeichnet) Zwangsentwässerungsprozess wird von der kathodenseitigen Entwässerungssteuereinrichtung 23 ausgeführt.
  • In Schritt S121 wird bestimmt, ob oder ob nicht eine Ca-Entwässerungsforderung vorliegt. In Schritt S122 wird bestimmt, ob oder ob nicht die An-seitige Zwangsentwässerung gestartet und abgeschlossen worden ist. Die Entwässerungsforderung wird durch einen Ca-Entwässerungsforderungs-Bestimmungsprozess erzeugt, der weiter unten beschrieben wird. Beginn und Abschluss der An-seitigen Zwangsentwässerung werden von einem An-seitigen Zwangsentwässerungs-Bestimmungsprozess erfasst, der ebenfalls weiter unten beschrieben wird.
  • Wenn eine Ca-Entwässerungsforderung vorliegt und eine An-seitige Zwangsentwässerung gestartet und abgeschlossen worden ist, werden in Schritt S123 ein Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca gesetzt und ein Aussetzbetriebs-Flag flgmint abgesetzt, und die Ca-seitige Zwangsentwässerung wird in Schritt S124 gestartet. Das Aussetzbetriebs-Flag flgmint wird als Flag bereitgestellt, das sich von dem in 3 verwendeten Aussetzbetriebs-Flag flgint (Schritt S102) unterscheidet, und das Aussetzbetriebs-Flag flgmint wird gemäß dem Setzen des Aussetzbetriebs-Flags flgint gesetzt. Es ist das Aussetzbetriebs-Flag flgmint, das in Schritt S123 abgesetzt wird. Wenn die Ca-seitige Zwangsentwässerung gestartet worden ist, steigt eine Drehzahl Racp des Luftkompressors 32 (auch als die „ACP-Drehzahl Racp” bezeichnet) von einer Drehzahl rdcn während des Aussetzbetriebs (auch als „Ca-Aussetzbetriebsdrehzahl rdcn” bezeichnet) auf eine Entwässerungsvoraussetzungsdrehzahl rdcp (auch als Entwässerungsvoraussetzungsdrehzahl rdcp” bezeichnet). Auch wenn die Ca-Aussetzbetriebsdrehzahl rdcn abhängig von den Umständen des Betriebs variiert, kann sie beispielsweise auf eine Drehzahl von ungefähr 600 UpM eingestellt werden. Die Ca-Entwässerungsdrehzahl variiert auch abhängig von den Umständen des Betriebs, aber sie kann auf eine Drehzahl unterhalb der An-Entwässerungsdrehzahl rdap (oder der Entwässerungsschwellendrehzahl rpa, beispielsweise 1800 UpM) der HP-Drehzahl Rhp während der An-seitigen Zwangsentwässerung eingestellt werden, beispielsweise auf eine Drehzahl von etwa 1400 UpM. Gleichzeitig wird in der Brennstoffzelle 10 eine Leistungserzeugung unter Verwendung des Kathodengases durchgeführt, das gemäß der ACP-Drehzahl Racp geliefert wird, und um eine Drehzahl zu erzeugen, die ausreicht, um das Anodengas gemäß diesem Leistungserzeugungsniveau zu liefern, wird die HP-Drehzahl Rhp von der An-Entwässerungsdrehzahl rdap auf eine Drehzahl erhöht, die der Ca-Entwässerungsdrehzahl rdcp entspricht. Nachdem die ACP-Drehzahl Racp auf die Ca-Entwässerungsdrehzahl rdcp eingestellt worden ist wird das auf der Kathodenseite zurückgebliebene Gas, das in dem aus der Rohrleitung 31 zum Liefern von Kathodengas, der Kathodenabgasrohrleitung 41 und den Kathoden der einzelnen Zellen der Brennstoffzelle 10 bestehenden Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas enthalten ist, durch die Kathodenabgasrohrleitung 41 nach außen abgeleitet.
  • Im Schritt S125 wird eine Ca-Entwässerungsabschlusszeit tdce eingestellt. Die Ca-Entwässerungsabschlusszeit tdce ist die notwendige Zeit für eine Entwässerung von einem Zustand, wo das rückständige Wasser im Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas, insbesondere in den einzelnen Zellen 11 der Brennstoffzelle 10, einen oberen Schwellenwert (später beschrieben) für eine akzeptable Wassermenge während der Leistungserzeugung erreicht hat, hinunter auf einen Zustand mit einer vorgegebenen Bezugs-Wassermenge während der Leistungserzeugung, während die ACP-Drehzahl Racp bei der Ca-Entwässerungsdrehzahl rdcp liegt. Die Ca-Entwässerungsabschlusszeit tdce wird auf einen vorgegebenen konstanten Wert (beispielsweise 20 s) eingestellt. Dieser Wert kann vorab durch Versuche bestimmt werden.
  • In Schritt S126 wird eine Ca-Entwässerungszeit tdc, das heißt die ununterbrochene Zeit ab der Einstellung der ACP-Drehzahl Racp auf die Ca-Entwässerungsdrehzahl rdcp, in jeder Zeiteinheit tu hochgezählt (addiert). Das Hochzählen der Ca-Entwässerungszeit tdc wird wiederholt, bis angenommen wird (Schritt S127), dass die Ca-Entwässerungszeit tdc bei oder über der Ca-Entwässerungsabschlusszeit tdce liegt, das heißt, bis angenommen wird, dass die Entwässerung abgeschlossen worden ist.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Entwässerung abgeschlossen worden ist, wird in Schritt S128 das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca abgesetzt und das Aussetzbetriebs-Flag flgmint wird gesetzt. In Schritt S129 wird die ACP-Drehzahl Racp auf die Ca-Aussetzbetriebsdrehzahl rdcn zurückgesetzt, und die Ca-seitige Zwangsentwässerung ist abgeschlossen. Dann kehrt der Prozess zu Schritt S121 zurück und wartet auf die nächste Ca-Entwässerungsforderung.
  • 9 ist ein Ablaufschema, das den Kathoden-Entwässerungsforderungs-Bestimmungsprozess zeigt; Der Ca-Entwässerungsforderungs-Bestimmungsprozess wird von der Kathodenentwässerungssteuereinrichtung 23 ausgeführt. In Schritt S131 wartet der Prozess, bis das Aussetzbetriebs-Flag flgmint gemäß dem Setzen des Aussetz-Flags flgint gesetzt wird. Das Aussetzbetriebs-Flag flgmint wird in der Steuereinrichtung 20 gesetzt.
  • In Schritt S132 wird eine Ca-Entwässerungs-Bestimmunsgszeit txr eingestellt. Die Ca-Entwässerungs-Bestimmungszeit txr ist die geschätzte Zeit während des Aussetzbetriebs bis rückständiges Wasser im Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas, insbesondere in den einzelnen Zellen 11 der Brennstoffzelle 10, einen vorgegebenen oberen Schwellenwert für eine akzeptable Wassermenge während der Leistungserzeugung erreicht. Die Ca-Entwässerungs-Bestimmungszeit txr wird auf einen vorgegebenen konstanten Wert eingestellt. Wenn zum Beispiel das Zeitintervall txr0, das für die Ca-seitige Zwangsentwässerung nötig ist, 30 min ist, wird die Ca-Entwässerungs-Bestimmungszeit txr angesichts dessen, dass ein Höchstwert für das An-seitige Zwangsentwässerungsintervall (die Wasservolllaufzeit tf) 5 min ist (siehe 6), auf 25 min eingestellt.
  • In Schritt S133 wird die ununterbrochene Aussetzbetriebszeit tx, das heißt die ununterbrochene Zeit ab dem Setzen des Aussetzbetriebs-Flag flgmint, in jeder Zeiteinheit tu hochgezählt (addiert). Das Hochzählen der ununterbrochenen Aussetzbetriebszeit tx wird wiederholt, bis die ununterbrochene Aussetzbetriebszeit tx auf oder über die Ca-Entwässerungs-Bestimmungszeit txr gestiegen ist (Schritt S134), d. h. bis bestimmt wird, dass sich Wasser im Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas angesammelt hat und eine Entwässerung notwendig ist.
  • Wenn in Schritt S134 bestimmt wird, dass eine Ca-Entwässerung nötig ist, wird in Schritt S135 eine Ca-Entwässerungsforderung gestellt. Dann wartet der Prozess in Schritt S136, bis das Aussetzbetriebs-Flag flgmint abgesetzt wird. Wie oben beschrieben worden ist, wird das Absetzen des Aussetzbetriebs-Flags flgmint von der Steuereinrichtung 20 ausgeführt, wenn in Schritt S121 von 8 bestimmt wird, dass eine Ca-Entwässerungsforderung vorliegt und in Schritt S122, dass die An-seitige Zwangsentwässerung gestartet und abgeschlossen worden ist; daher wird die Ca-seitige Zwangsentwässerung in Schritt S123 dementsprechend gestartet.
  • Die Ca-Entwässerungsforderung entspricht der „kathodenseitigen Entwässerungsforderung” in der beanspruchten Erfindung. Ebenso entspricht der Zeitpunkt, zu dem die ununterbrochene Aussetzbetriebszeit tx auf oder über die Ca-Entwässerungs-Bestimmungszeit txr gestiegen ist und somit bestimmt wird, dass eine Ca-Entwässerung nötig ist, dem „vorgegebenen Zeitpunkt” der beanspruchten Erfindung.
  • 10 ist ein Ablaufschema, das einen An-seitigen Zwangsentwässerungs-Bestimmungsprozess zeigt. Der anodenseitige Zwangsentwässerungs-Bestimmungsprozess wird vom An-seitigen Entwässerungsdetektor 22 ausgeführt.
  • In Schritt S141 wartet der Prozess, bis das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan gesetzt wird. Nachdem das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan gesetzt worden ist, wartet der Prozess in Schritt S142, bis das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan abgesetzt wird. Nach dem Absetzen des An-Zwangsentwässerungs-Flags flgan, wird in Schritt S143 erfasst, dass die An-seitige Zwangsentwässerung gestartet und abgeschlossen worden ist, und der Prozess kehrt zu Schritt S141 zurück und wartet, bis das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan gesetzt wird.
  • 11 ist ein Zeitschema, das ein konkretes Beispiel für den kathodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess zeigt. 11(a) zeigt das Aussetzbetriebs-Flag flgmint, 11(b) zeigt die Ca-Entwässerungsforderung, 11(c) zeigt das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan, 11(d) zeigt das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca, 11(e) zeigt die HP-Drehzahl Rhp, 11(f) zeigt die ACP-Drehzahl Racp und 11(g) zeigt die Ca-Entwässerungszeit tdc. Zur Zeit t10, das heißt zum Startzeitpunkt, wird das Aussetzbetriebs-Flag flgmint gemäß dem Setzen des (nicht dargestellten) Aussetz-Flag flgint gesetzt.
  • Wie in 11(b) dargestellt ist, wird zur Zeit t11 eine Ca-Entwässerungsforderung erzeugt (Schritt S135 von 9), wenn die ununterbrochene Aussetzbetriebszeit tx nach dem Setzen des Aussetzbetriebs-Flags flgmint zur Zeit t10 auf oder über die Ca-Entwässerungs-Bestimmungszeit txr steigt. Wie in 11(c) dargestellt ist, steigt nach der Erzeugung der Ca-Entwässerungsforderung, nachdem das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan zur Zeit t12 gesetzt worden ist (flgan: 1), die HP-Drehzahl Rhp auf die An-Entwässerungsdrehzahl rdap, wie in 11(e) dargestellt ist, so dass die An-seitige Zwangsentwässerung durchgeführt wird. Wie in 11(c) dargestellt ist, wird, nachdem das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan zur Zeit t13 abgesetzt worden ist (flgan: 0), die HP-Drehzahl Rhp auf die An-Aussetzbetriebsdrehzahl rdan zurückgesetzt, wie in 11(e) dargestellt ist, und das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca wird gesetzt (flgca: 1), wie in 11(d) dargestellt ist. Dieses Beispiel zeigt den Fall, wo nach der Erzeugung der Ca-Entwässerungsforderung das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan gesetzt wird und die An-Zwangsentwässerung gestartet wird und dann, nachdem das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan abgesetzt worden ist und die An-Zwangsentwässerung abgeschlossen worden ist, erfasst wird, dass die An-seitige Zwangsentwässerung gestartet und abgeschlossen worden ist (Schritt S134 von 10), und dann das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca gesetzt wird. Es gibt jedoch manche Fälle, wo die An-Zwangsentwässerung bereits gestartet wurde, wenn eine Ca-Entwässerungsforderung erzeugt wird. Da das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan bereits gesetzt worden ist, wird in diesem Fall erfasst, dass die An-seitige Zwangsentwässerung gestartet und abgeschlossen worden ist (Schritt S134 von 10), sobald das An-Zwangsentwässerungs-Flag flgan abgesetzt wird, und dann wird das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca gesetzt.
  • Sobald das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca zur Zeit t13 gesetzt worden ist, wird demgemäß das Aussetzbetriebs-Flag flgmint vorübergehend abgesetzt (flgmint: 0), wie in 11(a) dargestellt ist, die ACP-Drehzahl Racp steigt auf die Ca-Entwässerungsdrehzahl rdcp, wie in 11(f) dargestellt ist, und die Ca-seitige Zwangsentwässerung wird gestartet. Die Ca-Entwässerungszeit tdc wird dann hochgezählt, wie in 11(g) dargestellt ist. Sobald die Ca-Entwässerungszeit tdc zur Zeit t14 die Ca-Entwässerungsabschlusszeit tdce erreicht, wird bestimmt, dass die Entwässerung abgeschlossen ist, und das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca wird abgesetzt (flgca: 0), wie in 11(d) dargestellt ist. Sobald das Ca-Zwangsentwässerungs-Flag flgca abgesetzt worden ist, wird die ACP-Drehzahl Racp gemäß dem, was in 11(f) dargestellt ist, auf die Ca-Aussetzbetriebsdrehzahl rdcn zurückgesetzt, das Aussetzbetriebs-Flag flgmint wird gesetzt, wie in 11(a) dargestellt ist, und der Aussetzbetrieb wird wieder aufgenommen.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird in dieser Ausführungsform während des Aussetzbetriebs (während des intermittierenden Mikroleistungsbetriebs) und während der Ca-Entwässerungsbestimmungszeit txr der Zustand aufrechterhalten, in dem keine Entwässerung des kathodenseitigen rückständigen Wassers aus dem Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas (genauer aus dem Kathodengasströmungsweg in der Brennstoffzelle 10) stattfindet. Wenn eine Ca-Entwässerungsforderung erzeugt wird, wird zuerst der Anoden-Zwangsentwässerungsprozess gestartet und nach dessen Abschluss wird der geforderte kathodenseitige Zwangsentwässerungsprozess durchgeführt. Infolgedessen kann eine Entwässerung des kathodenseitigen flüssigen Wassers, das im Strömungsweg zum Liefern und Ableiten von Kathodengas enthalten ist, durchgefürt werden.
  • Bei der anodenseitigen Zwangsentwässerung wird die HP-Drehzahl Rhp der Wasserstoffumwälzpumpe 64 auf die An-Entwässerungsdrehzahl rdcp eingestellt und die ACP-Drehzahl Racp des Luftkompressors (ACP) 32 wird auf die Ca-Aussetzbetriebsdrehzahl rdcn eingestellt. Dagegen wird bei der kathodenseitigen Zwangsentwässerung die ACP-Drehzahl Racp auf die Ca-Entwässerungsdrehzahl rdcp eingestellt (rdcn < rdcp < rdap), die HP-Drehzahl Rhp ist niedriger als die An-Entwässerungsdrehzahl rdcp und in diesem Beispiel ist sie die gleiche Drehzahl wie die Ca-Entwässerung rpm rdcp. Infolgedessen ist das Betriebsgeräusch (Antriebsgeräusch) während der anodenseitigen Zwangsentwässerung lauter als das Betriebsgeräusch während der kathodenseitigen Zwangsentwässerung.
  • Falls anders als in der vorliegenden Ausführungsform die anodenseitige Zwangsentwässerung nach der Ausführung der kathodenseitigen Zwangsentwässerung durchgeführt wird, ändert sich das Betriebsgeräusch des Luftkompressors 32 von lauter in leiser, während das Betriebsgeräusch der Wasserstoffumwälzpumpe 64 von leiser auf lauter geht. Somit dauet nur das Betriebsgeräusch der Wasserstoffumwälzpumpe 64 an, und dies kann bewirken, dass der Anwender verwirrt oder gestört wird oder das Gefühl hat, dass etwas nicht in Ordnung ist und dergleichen
  • Da der kathodenseitige Zwangsentwässerungsprozess mit dem leisen Betriebsgeräusch in dieser Ausführungsform nach dem anodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess mit dem lauteren Betriebsgeräusch durchgeführt wird, hat der Anwender den Eindruck, dass das erzeugte Betriebsgeräusch leiser wird. Im Vergleich zu dem Fall, dass der Entwässerungsprozess in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt wird, was den Eindruck hinterlassen würde, dass das Geräusch lauter wird, ist es somit möglich, einen unangenehmen oder störenden Eindruck oder den Eindruck, dass etwas nicht in Ordnung ist, zu verringern.
  • B. Modifizierungsbeispiele:
  • (1) Modifizierungsbeispiel 1
  • In der obigen Ausführungsform gehört die Brennstoffzelle 10 zum sogenannten „Gegenstrom”-Typ. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diesen Typ beschränkt, und es kann eine Brennstoffzelle des sogenannten „Gleichstrom”-Typs oder des sogenannten „Querstrom”-Typs verwendet werden.
  • (2) Modifizierungsbeispiel 2
  • In den obigen Ausführungsformen ist beschriebene die Steuereinrichtung 20 ein Mikrocomputer, der so aufgebaut ist, dass er in der Lage ist, durch Ausführen der Software, die einer Reihe verschiedener Steuerungen entspricht, die Funktionen der General-Steuereinrichtung, der Kathodengassteuereinrichtung, die das Kathodengasliefersystem 30 und das Kathodengasableitungssystem 40 steuert, der Anodengassteuereinrichtung, die das Anodengasliefersystem 50 und das Anodengasumwälzsystem 60 steuert, der Kühlmittelsteuereinrichtung, die das Kühlmittelumwälzsystem 70 steuert, der anodenseitigen Entwässerungssteuereinrichtung 21, des anodenseitigen Entwässerungsdetektors 22 und des kathodenseitigen Entwässerungsdetektors 23 auszuführen. Jedoch kann die Steuereinrichtung 20 auch durch die Hardwarekonfiguration jeder Steuereinrichtung unter Verwendung zweckgebundener Verarbeitungsschaltung verwirklicht werden.
  • (3) Modifizierungsbeispiel 3
  • In der obigen Ausführungsform wird die Verweilzeit Tr verwendet, die dem Verhältnis der Menge an rückständigem Wasser zum Rauminhalt an der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 entspricht. Wenn die Verweilzeit Tr 1 oder mehr wird, wird bestimmt, dass die Menge an rückständigem Wasser den höchsten Wasserpegel erreicht hat, und der anodenseitige Zwangsentwässerungsprozess wird ausgeführt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es ist auch möglich, den anodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess nach einer Bestimmung des höchsten Wasserpegels durch Berechnen des rückständigen Wassers gemäß dem Verlauf der Umwälzungsfördermenge (zeitlichen Änderungen) bei der Drehzahl, bei der keine Entwässerung möglich ist (der An-Aussetzbetriebsdrehzahl), auszuführen.
  • (4) Modifizierungsbeispiel 4
  • In den obigen Ausführungsformen wird zwar der anodenseitige Zwangsentwässerungsprozess ausgeführt, wenn bestimmt wird, dass in der Ansaugöffnung 641 der Wasserstoffumwälzpumpe 64 der höchste Wasserpegel erreicht worden ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und es ist auch möglich, den anodenseitigen Zwangsentwässerungsprozess auszuführen, wenn bestimmt wird, dass sich eine vorgegebene Menge an flüssigem Wasser an der Ansaugöffnung 641 angesammelt hat.
  • (5) Modifizierungsbeispiel 5
  • In der obigen Ausführungsform ist zwar die Steigerungsrate der Drehzahl der Wasserstoffumwälzpumpe 64 auf die niedriger Rate beschränkt, aber es ist auch möglich, die Drehzahl in mehreren Schritten unter Verwendung einer Mehrzahl von beschränkten Drehzahlwerten zu erhöhen. Anders ausgedrückt ist es bevorzugt, die Steigerungsrate der Drehzahl der Wasserstoffumwälzpumpe 64 zu beschränken.
  • (6) Modifizierungsbeispiel 6
  • In der obigen Ausführungsform wurde beschrieben, dass das Wasservolllaufzeit-Kennfeld auf Basis der von der Temperaturmesseinheit 68 gemessenen Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ausgewählt wird. Jedoch ist es auch möglich, die Außenlufttemperatur zu messen und diese gemessene Außenlufttemperatur anstelle der Umgebungstemperatur Tr der Wasserstoffumwälzpumpe 64 zu verwenden. Die Temperatur, die verwendet wird, wenn das Kennfeld ausgewählt wird, kann eine Temperatur sein, die als die Temperatur der Wasserstoffumwälzpumpe 64 verwendbar ist.
  • (7) Modifizierungsbeispiel 7
  • In der obigen Ausführungsform werden Beispiele beschrieben, in denen die Entwässerung der Anodenseite nach einer Änderung der Drehzahl der Wasserstoffumwälzpumpe 64 ausgeführt wird und die Entwässerung der Kathodenseite durch Ändern der Drehzahl des Luftkompressors 32 ausgeführt wird. Jedoch ist die vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, und es können auch andere Arten von Anodengaspumpen, bei denen die Umwälzungsfördermenge (die Strömungsgeschwindigkeit) des Anodengasumwälzsystems 60 anpassbar ist, anstelle der Wasserstoffumwälzpumpe 64 verwendet werden. Ebenso ist es möglich, andere Arten von Kathodengaspumpen, mit denen die Liefer- und Ableitungsfördermenge (Strömungsgeschwindigkeit) des Kathodengasliefersystems 30 und des Kathodengasableitungssystems 40 anpassbar ist, anstelle des Luftkompressors 32 zu verwenden.
  • (8) Modifizierungsbeispiel 8
  • In der obigen Ausführungsform wird angenommen, dass das Betriebsgeräusch der Wasserstoffumwälzpumpe 64 während der anodenseitigen Zwangsentwässerung lauter ist als das Betriebsgeräusch sowohl der Wasserstoffumwälzpumpe 64 als auch des Luftkompressors 32 während der kathodenseitigen Zwangsentwässerung und dass daher das Betriebsgeräusch während der anodenseitigen Zwangsentwässerung lauter ist als das Betriebsgeräusch während der kathodenseitigen Zwangsentwässerung. Ferner ist in der obigen Ausführungsform auch beschrieben, dass die anodenseitige Zwangsentwässerung unter Verwendung der Wasserstoffumwälzpumpe 64 als der Betrieb, der zuerst ausgeführt werden soll, ausgewählt wird, und dass nach der Ausführung der anodenseitigen Zwangsentwässerung mit dem lauteren Betriebsgeräusch dann die kathodenseitige Zwangsentwässerung mit einem leiseren Betriebsgeräusch ausgeführt wird.
  • Es kann jedoch Fälle geben, wo das Betriebsgeräusch des Luftkompressors 32 während der kathodenseitigen Zwangsentwässerung lauter ist als das Betriebsgeräusch sowohl des Luftkompressors 32 als auch der Wasserstoffumwälzpumpe 64 während der anodenseitigen Zwangsentwässerung, und dass daher das Betriebsgeräusch der kathodenseitigen Zwangsentwässerung lauter ist als das der anodenseitigen Zwangsentwässerung. Es kann außerdem noch weitere Fälle geben, wo das Betriebsgeräusch der Wasserstoffumwälzpumpe 64 während der kathodenseitigen Zwangsentwässerung lauter ist als das Betriebsgeräusch der Wasserstoffumwälzpumpe 64 während der anodenseitigen Zwangsentwässerung, und dass daher das Betriebsgeräusch der kathodenseitigen Zwangsentwässerung lauter ist als das der anodenseitigen Zwangsentwässerung. In diesen Fällen ist es auch möglich, die kathodenseitige Zwangsentwässerung unter Verwendung des Luftkompressors 32 als den Betrieb auszuwählen, der zuerst ausgeführt werden soll, und dass nach der Ausführung der kathodenseitigen Zwangsentwässerung mit dem lauteren Betriebsgeräusch dann die anodenseitige Zwangsentwässerung mit einem leiseren Betriebsgeräusch ausgeführt wird.
  • In einem Fall, wo die kathodenseitige Zwangsentwässerung zuerst ausgeführt werden soll, kann die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung 21, wenn die Entwässerung des kathodenseitigen flüssigen Wassers bei Erzeugung der anodenseitigen Entwässerungsforderung bereits gestartet worden ist, die anodenseitige Ableitung von flüssigem Wasser ausführen, nachdem die kathodenseitige Entwässerung abgeschlossen worden ist. Wenn die Entwässerung des kathodenseitigen flüssigen Wassers noch nicht begonnen wurde, ist es dagegen möglich, die Entwässerung des kathodenseitigen flüssigen Wassers zu beginnen, und dann kann die geforderte anodenseitige Ableitung von flüssigem Wasser durchgeführt werden, nachdem die Ableitung von kathodenseitigem flüssigem Wasser abgeschlossen worden ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele beschränkt, und die Verwirklichung verschiedener Gestaltungen ist in einem Bereich, der nicht vom Wesen der Erfindung abweicht, möglich. Zum Beispiel ist es möglich, die technischen Merkmale in den Ausführungsformen und Modifikationsbeispielen, die den technischen Merkmalen in den einen einzelnen Modi gemäß dem Kurzfassungs-Abschnitt entsprechen, gegebenenfalls auszutauschen oder zu kombinieren, um die oben beschriebenen Probleme zum Teil oder vollständig zu lösen oder die oben beschriebenen Wirkungen zum Teil oder vollständig zu erreichen. Wo ein technisches Merkmal in der vorliegenden Beschreibung nicht als unverzichtbar beschrieben worden ist, kann es außerdem gegebenenfalls weggelassen 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 2014-231195 [0001]
    • JP 2007-115460 A [0003]
    • JP 2008-171770 A [0003]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen Strömungsweg für die Lieferung von Anodengas, der Anodengas zur Brennstoffzelle liefert; einen Strömungsweg für die Ableitung von Anodengas, der abgeführtes Anodengas aus der Brennstoffzelle ableitet; einen Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas, der den Strömungsweg für die Lieferung von Anodengas und den Strömungsweg für die Ableitung von Anodengas miteinander verbindet; eine Anodengaspumpe, die im Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas installiert ist und die das abgeführte Anodengas in den Strömungsweg zum Liefern von Anodengas liefert; eine anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung, die eine Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe steuert, um anodenseitiges flüssiges Wasser, das im anodenseitigen Strömungsweg zurückgeblieben ist, abzuleiten; einen Strömungsweg für die Lieferung von Kathodengas, der Kathodengas zur Brennstoffzelle liefert; eine Kathodengaspumpe, die im Strömungsweg zum Liefern von Kathodengas installiert ist und die das Kathodengas zur Brennstoffzelle liefert; und eine kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung, die eine Fördermenge der Kathodengaspumpe steuert, um kathodenseitiges flüssiges Wasser, das im kathodenseitigen Strömungsweg zurückgeblieben ist, abzuleiten, wobei die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung und die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung eine Entwässerung dadurch durchführen, dass sie von der Anodengaspumpe und der Kathodengaspumpe eine vorausgewählte laufen lassen und dann die jeweils andere von der Anodengaspumpe und der Kathodengaspumpe laufen lassen.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei wenn eine kathodenseitige Entwässerungsforderung erzeugt wird, die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung eine solche Steuerung durchführt, dass: (a) wenn die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung bereits mit der Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers begonnen hat, dann die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung eine Ableitung des kathodenseitigen flüssigen Wassers beginnt, nachdem die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers abgeschlossen worden ist; und (b) wenn die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung noch nicht mit der Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers begonnen hat, dann die kathodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung eine Ableitung des kathodenseitigen flüssigen Wassers beginnt, nachdem die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers durch die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung gestartet und abgeschlossen worden ist.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung eine Menge an rückständigem Wasser, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, auf Basis der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe schätzt und die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers ausführt, wenn die Menge des rückständigen Wassers bei oder über einem vorgegebenen Wert liegt.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei die anodenseitige Entwässerungssteuereinrichtung die Menge des rückständigen Wassers, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, auf Basis der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe unter Bezugnahme auf eine zuvor aufgestellte Beziehung zwischen der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe und der Menge des rückständigen Wassers, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, bestimmt.
  5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anodengaspumpe eine Pumpe ist, die die Umwälzungsfördermenge des Anodengases durch ihre Drehzahl ändert, und die Kathodengaspumpe ein Kompressor ist, der die Fördermenge des Kathodengases durch seine Drehzahl ändert.
  6. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, das aufweist: eine Brennstoffzelle; einen Strömungsweg zum Liefern von Anodengas, der Anodengas zur Brennstoffzelle liefert; einen Strömungsweg zum Ableiten von Anodengas, der Anodenabgas aus der Brennstoffzelle ableitet; einen Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas, der den Strömungsweg zum Liefern von Anodengas und den Strömungsweg zum Ableiten von Anodengas verbindet; eine Anodengaspumpe, die im Strömungsweg zum Umwälzen von Anodengas installiert ist und die das Anodenabgas zum Strömungsweg zum Liefern von Anodengas liefert; einen Strömungsweg zum Liefern von Kathodengas, der Kathodengas zur Brennstoffzelle liefert, und eine Kathodengaspumpe, die im Strömungsweg zum Liefern von Kathodengas installiert ist und die das Kathodengas zur Brennstoffzelle liefert; wobei das Verfahren umfasst: Ausführen einer Entwässerung durch Laufen lassen einer vorab ausgewählten einen von der Anodengaspumpe und der Kathodengaspumpe und anschließend Laufen lassen der jeweils anderen von der Anodengaspumpe und der Kathodengaspumpe.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei, wenn eine kathodenseitige Entwässerungsforderung erzeugt wird, (a) wenn die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers bereits begonnen hat, die kathodenseitige Ableitung von flüssigem Wasser ausgeführt wird, nachdem die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers abgeschlossen worden ist; und (b) wenn die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers noch nicht begonnen hat, die kathodenseitige Ableitung von flüssigem Wasser ausgeführt wird, nachdem die Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers gestartet und abgeschlossen worden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend: Schätzen einer Menge an rückständigem Wasser, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, auf Basis der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe und Ausführen der Ableitung des anodenseitigen flüssigen Wassers, wenn die Menge des rückständigen Wassers bei oder über einem vorgegebenen Wert liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schätzung der Menge des rückständigen Wassers, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, auf Basis der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe unter Bezugnahme auf eine zuvor aufgestellte Beziehung zwischen der Umwälzungsfördermenge der Anodengaspumpe und der Menge des rückständigen Wassers, das in der Anodengaspumpe zurückgeblieben ist, durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Anodengaspumpe eine Pumpe ist, die die Umwälzungsfördermenge des Anodengases durch ihre Drehzahl ändert, und die Kathodengaspumpe ein Kompressor ist, der die Fördermenge des Kathodengases durch seine Drehzahl ändert.
DE102015118388.9A 2014-11-14 2015-10-28 Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür Active DE102015118388B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014231195A JP6172120B2 (ja) 2014-11-14 2014-11-14 燃料電池システム
JP2014-231195 2014-11-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102015118388A1 true DE102015118388A1 (de) 2016-07-28
DE102015118388B4 DE102015118388B4 (de) 2023-11-23

Family

ID=55949150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015118388.9A Active DE102015118388B4 (de) 2014-11-14 2015-10-28 Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10153501B2 (de)
JP (1) JP6172120B2 (de)
KR (1) KR101856296B1 (de)
CN (1) CN105609817B (de)
CA (1) CA2911075C (de)
DE (1) DE102015118388B4 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6102893B2 (ja) * 2014-11-14 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両
JP6187431B2 (ja) * 2014-11-14 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6369763B2 (ja) * 2016-06-27 2018-08-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6565860B2 (ja) * 2016-10-17 2019-08-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN107195927B (zh) * 2017-06-02 2020-08-18 浙江瀚广新能源科技有限公司 一种气体压力控制系统及方法
US11035628B2 (en) 2018-05-30 2021-06-15 Fuelcell Energy, Inc. System for fast draining of an airfan heat exchanger and methods of using the same
KR102698996B1 (ko) * 2018-10-11 2024-08-26 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 잔존수를 제거하는 방법 및 시스템
CN110364753A (zh) * 2019-07-26 2019-10-22 东风汽车集团有限公司 一种氢燃料电池的阳极排水控制方法及其排水系统
WO2021128649A1 (zh) * 2019-12-26 2021-07-01 中山大洋电机股份有限公司 一种燃料电池系统
CN111048818B (zh) * 2019-12-26 2024-06-14 中山大洋电机股份有限公司 一种燃料电池系统
CN113193212B (zh) * 2021-04-09 2022-06-03 电子科技大学 一种燃料电池阳极排水排杂一体装置及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007115460A (ja) 2005-10-19 2007-05-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2008171770A (ja) 2007-01-15 2008-07-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2014231195A (ja) 2013-05-30 2014-12-11 尾池工業株式会社 装飾用蒸着フィルムおよびその製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4586555B2 (ja) 2005-02-09 2010-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4670544B2 (ja) 2005-08-16 2011-04-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2009151999A (ja) 2007-12-19 2009-07-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP5081735B2 (ja) * 2008-06-18 2012-11-28 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP2010135194A (ja) * 2008-12-05 2010-06-17 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池装置
JP5522590B2 (ja) 2010-03-01 2014-06-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5581890B2 (ja) 2010-08-20 2014-09-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法
JP5647079B2 (ja) * 2011-08-03 2014-12-24 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US9902286B2 (en) * 2011-09-05 2018-02-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system to control the frequency of a fuel cell converter and a battery converter
JP2013076785A (ja) * 2011-09-29 2013-04-25 Fujifilm Corp 防眩フィルム、偏光板、画像表示装置、及び防眩フィルムの製造方法
JP6126974B2 (ja) 2013-11-05 2017-05-10 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP6187431B2 (ja) 2014-11-14 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007115460A (ja) 2005-10-19 2007-05-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2008171770A (ja) 2007-01-15 2008-07-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2014231195A (ja) 2013-05-30 2014-12-11 尾池工業株式会社 装飾用蒸着フィルムおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015118388B4 (de) 2023-11-23
JP6172120B2 (ja) 2017-08-02
US10153501B2 (en) 2018-12-11
US20160141656A1 (en) 2016-05-19
CA2911075A1 (en) 2016-05-14
CN105609817B (zh) 2018-04-06
KR101856296B1 (ko) 2018-05-09
CN105609817A (zh) 2016-05-25
CA2911075C (en) 2017-10-17
KR20160057996A (ko) 2016-05-24
JP2016096000A (ja) 2016-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015118388B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE102006035851B4 (de) Brennstoffzellensystem, Verwendung eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug und Lademengeneinstellverfahren für Engergiespeicher
DE112005000484B4 (de) Steuervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, mit einer Steuervorrichtung sowie die Verwendung des Brennstoffzellensystems in einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug
DE102016110932B4 (de) Brennstoffzellensystem mit Spülvorrichtung
DE102019112434B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112013006841B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems
DE102015119005B4 (de) Leistungsversorgungssystem mit einer Brennstoffzelle
DE102016106795B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einem Controller zur Drucksteuerung, um Geräusche und Vibrationen, die durch den Betrieb eines Injektors entstehen, zu reduzieren
DE102015222149B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Spülventils eines Brennstoffzellenfahrzeugs
DE102015119442B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für Brennstoffzellensystem
DE102013224604A1 (de) Verfahren zum Stoppen eines elektrischen Leistungssystems eines Fahrzeugs
DE112011104901T5 (de) Brennstoffzellensystem und damit ausgestattetes Fahrzeug
DE112004000827B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Auslassgasdruckeinstellmechanismus und einer Drucksteuereinheit und Betriebssteuerverfahren einer Brennstoffzelle
DE102016109097B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102012208197A1 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
DE102015118922A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür
DE102015119429B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE102012210350A1 (de) Brennstoffzellensystem und Fahrzeug ausgestattet mit demselben
DE102015117769B4 (de) Brennstoffzellensystem mit impedanzwertkorrektur und steuerverfahren für brennstoffzellensystem
DE102019101829A1 (de) Steuerungseinrichtung, steuerungsverfahren und nicht-flüchtiges computerlesbares medium
DE102018100942A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE112012006188T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102015119010A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE102013101826A1 (de) Abschaltungsspülbetriebsstrategie für PEM-Brennstoffzellensystem in einer Unter-Null-Umgebung
DE102016109306A1 (de) Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008041190

R018 Grant decision by examination section/examining division
R084 Declaration of willingness to licence
R020 Patent grant now final