DE102015119010B4

DE102015119010B4 - Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102015119010B4
Application number: DE102015119010.9A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Yamamoto; Hiroyuki Imanishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: CN105591132B; JP2016095906A; DE102015119010A1; US20160133970A1; KR101828655B1; JP6135642B2; CA2910892C; US10033057B2; CN105591132A; CA2910892A1; KR20160056791A

Abstract

Brennstoffzellensystem, mit:einer Brennstoffzelle,einer Wasserstoffversorgungseinheit, welche Wasserstoff über eine Wasserstoffversorgungsleitung zu der Brennstoffzelle zuführt,einer Druckerfassungseinheit, welche einen Druckwert des Innendrucks der Wasserstoffversorgungsleitung erfasst,einer Stromerfassungseinheit, welche den Stromwert des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle erfasst, undeiner Steuereinheit, welche das für die Brennstoffzelle erforderliche Wasserstoffversorgungsvolumen berechnet auf Basis des erfassten Stromwerts und des Druckwerts, und die Wasserstoffversorgungseinheit steuert, um Wasserstoff entsprechend dem berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen der Brennstoffzelle zuzuführen,wobei die Steuereinheitdas Wasserstoffversorgungsvolumen basierend auf dem Druckwert und dem Stromwert für einen jeden ersten Zyklus berechnet, undden Druckwert erfasst und Wasserstoff entsprechend dem unmittelbar zuvor berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen zur Brennstoffzelle zuführt, wenn die Steuereinheit bestimmt, dass für jeden zweiten Zyklus, der kürzer als der erste Zyklus ist, basierend auf dem erfassten Druckwert die Zuführung von Wasserstoff notwendig ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Prioritätsrechte basierend auf der japanischen Patentanmeldung JP 002016095906 A (Nr. 2014-229445) angemeldet am 12. November 2014, und auf deren Offenbarung wird vollinhaltlich Bezug genommen.
HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem.
In der Vergangenheit ist eine ECU (Electronic Control Unit, elektronische Steuereinheit) zum Steuern eines Brennstoffzellensystems bekannt geworden, welches einen Wasserstoffversorgungszeitpunkt, ein Versorgungsvolumen und eine Versorgungszeit anhand des Innendrucks eines Versorgungsflussweges für Wasserstoffgas in vorbestimmten Berechnungszyklen berechnet ( JP 2014-102948 A , JP 2011-138790 A , JP 2011-003507 A , JP 2008-103167 A , JP 2007-311304 A ).
Um noch schneller Veränderungen im Zustand eines Brennstoffzellensystems sowie Änderungen des Innendrucks eines Versorgungsflussweges für ein Wasserstoffgas oder ähnlichem zu erfassen, und eine Steuerung anhand dieser Veränderungen durchzuführen, ist es wünschenswert, den Zyklus zum Berechnen des Wasserstoffversorgungszeitpunkts, des Versorgungsvolumens und der Versorgungszeit kürzer zu machen. Wenn der Kalkulationszyklus der ECU zu lang ist, zum Beispiel wenn ein rapider Abfall des Innendrucks im Versorgungsflussweg des Wasserstoffgases auftritt, gibt es Fälle, in denen ein Güteabfall der Membranelektrodenanordnung (MEA) auftritt. In einer derartigen Situation erfordert es Zeit, bis dies erfasst ist, selbst wenn der Innendruck unter einen Grenzwert fällt. Die Reduzierung des Innendrucks schreitet dementsprechend voran und ein Zustand an Wasserstoffmangel setzt sich fort. Wenn der Zyklus zum Berechnen des Wasserstoffversorgungszeitpunkts, des Versorgungsvolumens und einer Versorgungszeit kürzer gemacht wird, besteht jedoch aufgrund der nachfolgenden Gegebenheiten das andere Problem einer erhöhten Last auf der CPU (Central Processing Unit, zentrale Steuereinheit).
Darüber hinaus offenbart die DE 11 2008 003 082 T5 ein Brennstoffzellensystem, welches Folgendes aufweist: eine Brennstoffzelle; einen Brennstoffzufuhr-Strömungspfad zum Zuführen eines Brennstoffgases, das der Brennstoffzelle von einer Brennstoffzufuhrquelle zugeführt wird; ein Schaltventil, das den Zustand eines Gases auf einer stromaufwärtigen Seite des Brennstoffzufuhr-Strömungspfades reguliert und das Gas an eine stromabwärtige Seite liefert; einen Drucksensor, der einen Druckwert des Brennstoffgases auf der stromaufwärtigen Seite des Schaltventils des Brennstoffzufuhr-Strömungspfades erfasst; eine Steuereinrichtung, die das Schaltventil auf der Grundlage des vom Drucksensor erfassten Druckwertes steuert; und eine Druckkorrektureinrichtung, die den vom Drucksensor erfassten Druckwert auf der Grundlage von mindestens einem von einem Leistungserzeugungsbetrag in der Brennstoffzelle, einer Brennstoffverbrauchsmenge in der Brennstoffzelle, einem Ansteuerungszyklus des Schaltventils, und einer Ventilöffnungsbefehlsdauer des Schaltventils korrigiert.
Zudem offenbart die JP 2007 - 305 563 A ein Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Brennstoffzelle; einen Zuführkanal, um die Zuführung von Brenngas von einer Brennstoffversorgungsquelle zu der Brennstoffzelle zu ermöglichen; eine variable Gaszuführung zum Anpassen eines Gaszustands auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Zuführkanals, um die stromabwärts gelegene Seite zu versorgen; einen Auslasskanal, um aus der Brennstoffzelle ausgestoßenes, verbrauchtes Brenngas auszustoßen; und ein Auslassventil zum Auslassen von Gas im Auslasskanal nach außen. Das Brennstoffzellensystem verfügt über eine Auslasssteuerungseinrichtung zur Steuerung des Öffnungs-/Schließzustands des Auslassventils entsprechend einer Änderung des Gaszuführzustands von der variablen Gaszuführung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehenden Probleme und die sich daraus ergebende Aufgabe werden durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.

(1) Gemäß einem erläuternden Modus der vorliegenden Offenbarung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen. Dieses Brennstoffzellensystem ist ausgerüstet mit einer Brennstoffzelle, einer Wasserstoffversorgungseinheit, welche Wasserstoff über eine Wasserstoffversorgungsleitung zur Brennstoffzelle zuführt, eine Druckerfassungseinheit, welche einen Druckwert des Innendrucks der Wasserstoffversorgungsleitung erfasst, eine Stromerfassungseinheit, welche den Stromwert des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle erfasst, und eine Steuereinheit, welche das für die Brennstoffzelle erforderliche Wasserstoffversorgungsvolumen berechnet auf Basis des erfassten Stromwerts und des Druckwerts, und die Wasserstoffversorgungseinheit steuert, um Wasserstoff entsprechend dem berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen der Brennstoffzelle zuzuführen, wobei die Steuereinheit das Wasserstoffversorgungsvolumen basierend auf dem Druckwert und dem Stromwert für einen jeden ersten Zyklus berechnet, und den Druckwert erfasst und Wasserstoff entsprechend dem unmittelbar zuvor berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen zur Brennstoffzelle zuführt, wenn die Steuereinheit bestimmt, dass für jeden zweiten Zyklus, der kürzer als der erste Zyklus ist, basierend auf dem erfassten Druckwert die Zuführung von Wasserstoff notwendig ist. Mit diesem Aufbau sind der zur Beurteilung bzw. Entscheidung, ob eine Wasserstoffzuführung zur Brennstoffzelle notwendig ist oder nicht, ausgeführte Berechnungszyklus und der Berechnungszyklus zum Berechnen des notwendigen Wasserstoffversorgungsvolumens unabhängig voneinander, so dass der Kalkulationszyklus zur Durchführung einer Beurteilung bzw. Entscheidung, ob die Zuführung von Wasserstoff notwendig ist oder nicht, relativ kurz gemacht wird und es ist möglich, das Auftreten eines Güteabfalls der MEA aufgrund eines Wasserstoffdefizits zu verhindern. Währenddessen ist der Zyklus zum Berechnen des notwendigen Wasserstoffversorgungsvolumens relativ lang, und es ist möglich, eine Erhöhung der Last der CPU zu verhindern.
(2) Mit einem anderen erläuternden Modus der vorliegenden Offenbarung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen. Dieses Brennstoffzellensystem ist ausgerüstet mit einer Brennstoffzelle, einer Wasserstoffversorgungseinheit, welche Wasserstoff zur Brennstoffzelle über eine Wasserstoffversorgungsleitung zuführt, eine Druckerfassungseinheit, welche einen Druckwert des Innendrucks der Wasserstoffversorgungsleitung erfasst, eine Stromerfassungseinheit, welche den Stromwert eines Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle erfasst, und einer Steuereinheit, die eine erste Routine für einen jeden ersten Zyklus ausführt, wobei die erste Routine den Stromwert und dem Druckwert erfasst, das notwendige Wasserstoffversorgungsvolumen durch die Wasserstoffversorgungseinheit aus dem erfassten Stromwert und den Druckwert berechnet, und das in der Speichereinheit gespeicherte Wasserstoffversorgungsvolumen unter Verwendung des berechneten Wasserstoffversorgungsvolumens aktualisiert, und eine zweite Routine für einen jeden zweiten Zyklus ausführt, der kürzer ist als der erste Zyklus, wobei die zweite Routine den Druckwert erfasst, aus dem erfassten Druckwert beurteilt, ob eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit notwendig ist oder nicht, und wenn die Steuereinheit entscheidet, dass eine Zuführung von Wasserstoff notwendig ist, von der Speichereinheit das Wasserstoffversorgungsvolumen erfasst, und die Wasserstoffversorgungseinheit veranlasst, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem erfassten Wasserstoffversorgungsvolumen zu beginnen. Mit diesem Aufbau sind der Berechnungszyklus zur Durchführung einer Beurteilung, ob eine Wasserstoffversorgung in die Wasserstoffversorgungsleitung notwendig ist oder nicht, und der Berechnungszyklus zum Berechnen des notwendigen Wasserstoffversorgungsvolumens voneinander unabhängig, so dass es möglich ist, dem Berechnungszyklus, der beurteilt, ob eine Wasserstoffversorgung relativ bald erforderlich ist, durchzuführen, und das Auftreten eines Güteabfalls der MEA aufgrund des Wasserstoffmangels zu verhindern. Währenddessen ist es möglich, den Zyklus zum Berechnen des erforderlichen Wasserstoffversorgungsvolumens relativ lang zu machen und eine Erhöhung der Last der CPU zu verhindern.
(3) Hierbei kann das Brennstoffzellensystem so gestaltet sein, dass die Steuereinheit in der ersten Routine einen Zieldruckwert für den Innendruck der Wasserstoff-versorgungsleitung aus dem erfassten Stromwert berechnet, und den in der Speichereinheit gespeicherten Zieldruckwert unter Verwendung des berechneten Zieldruckwerts für jeden ersten Zyklus aktualisiert, und in der zweiten Routine den Zieldruckwert aus der Speichereinheit erfasst, und für jeden zweiten Zyklus beurteilt, ob eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit notwendig ist oder nicht, basierend darauf, ob der durch die Druckerfassungseinheit erfasste Druckwert unter den erfassten Zieldruckwert gefallen ist oder nicht. Mit diesem Aufbau werden der Berechnungszyklus zur Durchführung einer Beurteilung, ob der Innendruck der Wasserstoffversorgungsleitung unter einen Zieldruckwert gefallen ist, oder nicht, und der Berechnungszyklus zum Berechnen des notwendigen Wasserstoffversorgungsvolumens voneinander unabhängig, so dass es möglich ist, den Berechnungszyklus zum Durchführen der Beurteilung, ob der Innendruck der Wasserstoffversorgungsleitung relativ kurzfristig unter einen Zieldruckwert gefallen ist, durchzuführen, und den Zieldruckwert herabzusetzen. Hierdurch ist es möglich, das Auftreten von Querleckage zu verhindern.
(4) Hierbei kann das Brennstoffzellensystem so aufgebaut sein, dass in der zweiten Routine entschieden wird, dass eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit notwendig ist, wenn der von der Druckerfassungseinheit erfasste Druckwert unter den erfassten Zieldruckwert fällt, die Steuereinheit erneut den Druckwert und den Zieldruckwert erfasst, und wenn der erfasste Druckwert erneut unter den wiederum erfassten Zieldruckwert fällt. Wenn ein Druckwert unter den Zieldruckwert aufgrund einer temporären Fluktuation im Innendruck der Wasserstoffversorgungsleitung fällt, kann mit diesem Aufbau die Wasserstoffzuführung zur Wasserstoffversorgungsleitung reguliert werden. Hierdurch ist es möglich, eine exzessive Zuführung von Wasserstoff zur Wasserstoffversorgungsleitung zu verhindern.
(5) Hierbei kann das Brennstoffzellensystem so aufgebaut sein, dass die Steuereinheit eine dritte Routine für einen jeden dritten Zyklus ausführen lässt, der kürzer ist als der erste Zyklus, wenn die Steuereinheit die Wasserstoffversorgungseinheit veranlasst, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend einem von der Speichereinheit erfassten ersten Wasserstoffversorgungsvolumen durchzuführen, wobei die Steuereinheit in der dritten Routine das Wasserstoffversorgungsvolumen von der Speichereinheit erfasst, und entscheidet, ob sich ein zweites Wasserstoffversorgungsvolumen, welches das erfasste Wasserstoffversorgungsvolumen ist, um einen vorgegebenen Schwellwert oder mehr in Relation zum ersten Wasserstoffversorgungsvolumen verändert hat oder nicht, und wenn die Steuereinheit entschieden hat, dass das zweite Wasserstoffversorgungsvolumen um den Schwellwert oder mehr verändert wurde, die Steuereinheit die Wasserstoffversorgungseinheit dazu veranlasst, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem zweiten Wasserstoffversorgungsvolumen zu beginnen, selbst wenn die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem ersten Wasserstoffversorgungsvolumen durch die Wasserstoffversorgungseinheit noch nicht abgeschlossen ist. Wenn eine exponentielle Fluktuation im Innendruck der Wasserstoffversorgungsleitung nach dem Starten der Versorgung mit Wasserstoff durch die Wasserstoffversorgungseinheit auftritt, ist es mit diesem Aufbau möglich, die Versorgung mit Wasserstoff entsprechend dem Innendruck nach einer Veränderung prompt auszuführen. Hierdurch wird beispielsweise, wenn ein rapider Abfall des Innendrucks in der Wasserstoffversorgungsleitung stattfindet, möglich, das Auftreten eines Wasserstoffdefizits aufgrund nicht genügenden Wasserstoffversorgungsvolumens zu verhindern.
(6) In einem anderen erläuternden Modus der vorliegenden Offenbarung wird ein Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem geschaffen, welches mit einer Wasserstoffversorgungseinheit ausgerüstet ist, die Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle über eine Wasserstoffversorgungsleitung zuführt. Dieses Steuerungsverfahren ist ausgebildet, um einen Stromwert eines Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle und einen Druckwert des Innendrucks der Wasserstoffversorgungsleitung zu erfassen, das notwendige Wasserstoffversorgungsvolumen durch die Wasserstoffversorgungseinheit von dem erfassten Stromwert und Druckwert zu berechnen, und das in der Speichereinheit gespeicherte Wasserstoffversorgungsvolumen unter Verwendung des berechneten Wasserstoffversorgungsvolumens für einen jeden ersten Zyklus zu aktualisieren, und um den Druckwert zu erfassen, um zu beurteilen, ob eine Wasserstoffzuführung durch eine Wasserstoffversorgungseinheit aufgrund des erfassten Druckwerts erforderlich ist oder nicht, und wenn entschieden wird, dass die Wasserstoffzuführung notwendig ist, das Wasserstoffversorgungsvolumen von der Speichereinheit zu erfassen, und die Wasserstoffversorgungseinheit zu veranlassen, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem erfassten Wasserstoffversorgungsvolumen für einen jeden zweiten Zyklus zu beginnen, der kürzer als der erste Zyklus ist. Der Berechnungszyklus zur Durchführung der Beurteilung, ob eine Zuführung von Wasserstoff zur Wasserstoffversorgungsleitung notwendig ist oder nicht, und der Kalkulationszyklus zum Berechnen des Wasserstoffversorgungsvolumens sind unabhängig voneinander, so dass es mit diesem Aufbau möglich ist, den Kalkulationszyklus zur Durchführung einer Beurteilung, ob eine Wasserstoffzuführung relativ bald notwendig ist oder nicht, durchzuführen, und das Auftreten eines Güteabfalls der MEA aufgrund des Wasserstoffdefizits zu verhindern. Währenddessen ist es möglich, den Zyklus zum Berechnen des erforderlichen Wasserstoffversorgungsvolumens relativ lang zu machen und ein Ansteigen der Last auf die CPU zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Moden realisiert werden, und zum Beispiel kann es realisiert werden in Moden, mit einem Fahrzeug, in dem das Brennstoffzellensystem montiert ist, einem Verfahren zum Zuführen von Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle, einem Computerprogramm, das ein Brennstoffzellensteuerungsverfahren realisiert, und ein Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist, etc.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben der Verfahrensschritte der ersten Routine.
3 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben der Verfahrensschritte der zweiten Routine.
4A ist eine Darstellung zum Beschreiben eines Beispiels des Effekts der ersten Ausführungsform.
4B ist eine Zeichnung zum Beschreiben eines Beispiels des Effekts der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben der zweiten Routine der zweiten Ausführungsform.
6 ist eine Darstellung zum Beschreiben der zweiten Routine der zweiten Ausführungsform.
7 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben der Verfahrensschritte der dritten Routine.
8 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines Beispiels der Effekte der dritten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Erste Ausführungsform:
1 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Dieses Brennstoffzellensystem 100 ist zum Beispiel in einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert und liefert Leistung zum Fahrzeugantriebsmotor, den elektrischen Komponenten oder dergleichen. Das Brennstoffzellensystem 100 ist mit einer Brennstoffzelle 10, einer Steuereinheit 20, einer Kathodengasversorgungseinheit 30, einer Kathodenabgasauslasseinheit 40, einer Anodengasversorgungseinheit 50 und einer Anodengaszirkulationseinheit 60 ausgestattet.
Die Brennstoffzelle 10 ist eine feste Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle, welche den Zufluss von Wasserstoff als Anodengas und Sauerstoff als Kathodengas empfängt. Die Brennstoffzelle 10 ist mit einer Mehrzahl an Leistungserzeugungskörpern ausgestattet, welche als Zelleinheiten bezeichnet werden, die geschichtet und in Serie angeordnet sind. Jede Zelleinheit enthält eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer Elektrolytmembran 1, einer Kathode 2, die an einer Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angeordnet ist, und einer Anode 3, welche an der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 1 angeordnet ist. In 1 ist eine Zelleinheit als die Brennstoffzelle 10 gezeigt. Die Elektrolytmembran 1 ist eine feste Polymer-Elektrolyt-Membran mit guter Protonenleitfähigkeit in einem nassen Zustand und zum Beispiel ist sie ausgebildet mit einem fluoridbasierten Ionenaustauschharz. Die Kathode 2 und Anode 3 sind katalytische Elektrodenschichten, die gasdurchlässig sind und gasleitend, und enthalten ein Katalysatormetall für den elektrochemischen Reaktionsfortschritt und ein Polymerelektrolyt mit Protonenleitfähigkeit. Die katalytische Elektrodenschicht ist aus einem Trockenpunktfilm einer katalytischen Farbe gebildet, für welche beispielsweise ein platiumtragender Kohlenstoff und ein Polymerelektrolyt, welcher der gleiche oder ein ähnlicher zur elektrolytischen Membran 1 ist, in einer Lösung verteilt ist. An beiden Seiten der MEA sind jeweils Gasflusswege ausgebildet. Der Gasflussweg ist beispielhaft durch eine Separatorkanaleinheit oder ein gestrecktes Metall ausgebildet. Hier wird der kathodenseitige Gasflussweg auch als Kathodengasflussweg bezeichnet, und der anodenseitige Gasflussweg auch als Anodengasflussweg. Eine Stromerfassungseinheit 13 ist an die Brennstoffzelle 10 angefügt. Die Stromerfassungseinheit 13 erfasst einen Stromwert I_G des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle 10 und sendet den erfassten Wert zur Steuereinheit 20.
Die Steuereinheit 20 ist ein Computer ausgerüstet mit einer CPU, einer Speichereinheit 23 mit einem ROM und einem RAM und einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, und steuert jede strukturelle Komponente des Brennstoffzellensystems 100. Zum Beispiel empfängt die Steuereinheit 20 eine Ausgabeanforderung von der Außenseite wie von der Betätigung eines Beschleunigungspedals oder ähnlichem, erfasst einen Detektionswert basierend auf dem Ausgabesignal von verschiedenen Arten von Sensoren innerhalb des Systems und gibt Steuerungskommandos zur Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle heraus, gemäß der Ausgabeanforderung jeder strukturellen Komponente im System.
Die Steuereinheit 20 führt eine erste Routine und eine zweite Routine aus, welche später beschrieben werden, vermittels der CPU, die ein in der Speichereinheit 23 gespeichertes Computerprogramm liest. Die Steuereinheit 20 führt eine Berechnung des notwendigen Versorgungsvolumens und des Versorgungszeitpunkts mit Wasserstoff, der zu der Anode 3 der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, unter Verwendung der ersten Routine und der zweiten Routine aus. In der ersten Routine berechnet die Steuereinheit 20 das Wasserstoffversorgungsvolumen und die Injektionszeit (Versorgungzeit) erforderlich für jeden ersten Zyklus CT1 (zum Beispiel CT1 = 16 ms). Die Zuführung des Wasserstoffs wird durch eine Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ausgeführt. In der zweiten Routine bestimmt die Steuereinheit 20, ob die Zuführung von Wasserstoff durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 für jeden zweiten Zyklus CT2 (zum Beispiel CT2 = 1 ms), der kürzer als der erste Zyklus CT1 ist, erforderlich ist. Die speziellen Verfahrensschritte der ersten Routine der zweiten Routine werden nachfolgend beschrieben.
Die Kathodengasversorgungseinheit 30 führt hochkomprimierte Luft, die Sauerstoff enthält, der Kathode 2 der Brennstoffzelle 10 zu. Die Kathodengasversorgungseinheit 30 ist ausgerüstet mit einer Kathodengasleitung 31, einem Luftkompressor bzw. Luftverdichter 32, einen Luftflussmeter 33 und einem Versorgungsventil 34. Die Kathodengasleitung 31 hat über einen Luftfilter ein offenes Endstück an der Außenseite des Brennstoffzellensystems 100. Die Kathodengasleitung 31 weist ein anderes Endstück auf, welches über den Luftflussmeter 33, das Versorgungventil 34 und eine Druckerfassungseinheit 35 mit einem Einlass eines Kathodengasflussweges der Brennstoffzelle 10 verbunden ist. Der Luftverdichter 32 fördert hoch komprimierte Luft, für welche außenseitiger Luft genommen und komprimiert wird, über die Kathodengasleitung 31 und den Kathodengasflussweg zur Kathode 2 der Brennstoffzelle 10 zu. Der Luftflussmeter 33 erfasst das Volumen der durch den Luftverdichter 32 erfassten außenseitigen Luft und sendet diese zur Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 steuert das zugeführte Luftvolumen zur Kathode 2 durch Antreiben des Luftverdichters 32 basierend auf diesem erfassten Wert. Dass Versorgungsventil 34 öffnet und schließt sich entsprechend dem Druck des Kathodengases, welches zur Kathode 2 zugeführt wird, und steuert das Einströmen von hoch verdichteter Luft zur Kathode 2. Dass Versorgungsventil 34 ist normalerweise im geschlossenen Zustand, und ist so aufgebaut, dass es sich öffnet, wenn hoch verdichtete Luft eines vorbestimmten Druckes oder mehr vom Luftverdichter 32 zugeführt wird. Die Druckerfassungseinheit 35 erfasst den Druck des Kathodengases und sendet den erfassten Wert zur Steuereinheit 20.
Die Kathodenabgasauslasseinheit 40 lässt Abgas mit nicht reagierten Gas und erzeugter Feuchtigkeit nach außen ab, welche in der Leistungserzeugungsreaktionen der Kathode 2 nicht verwendet werden (nachfolgend auch Kathodenabgas genannt). Die Kathodenabgasauslasseinheit 40 ist ausgestattet mit einer Kathodenabgasleitung 41, einer Wasserstoffseparierungseinheit 42, einem Abgasventil 43 und einer Druckerfassungseinheit 44. Die Kathodenabgasleitung 41 ist mit einem Ende mit einem Auslass des Kathodengasflussweges der Brennstoffzelle 10 verbunden. Die Kathodenabgasleitung 41 hat das andere Ende zur Außenseite des Brennstoffzellensystems 100 über die Wasserstoffseparierungseinheit 42, die Druckerfassungseinheit 44 und das Abgasventil 43 offen. Die Wasserstoffseparierungseinheit 42 separiert Wasserstoff aus Querleckage aus dem Kathodenauslassgas. Das Abgasventil 43 reguliert den Druck des Kathodenauslassgases in der Kathodenabgasleitung 41 (Gegendruck der Seite der Kathode 2 der Brennstoffzelle 10). Das Abgasventil 43 weist einen Öffnungsgrad auf, der durch die Steuereinheit 20 reguliert wird. Die Druckerfassungseinheit 44 erfasst den Druck des Kathodenabgases, und sendet die erfassten Werte zur Steuereinheit 20.
Die Anodengasversorgungseinheit 50 ist ausgestattet mit einer Anodengasleitung 51, einem Wasserstofftank 52, einem Ventil 53 zum Öffnen und Schließen (Zweiwegeventil), einem Regulator 54, einer primärseitige Druckerfassungseinheit 55, einer Temperaturerfassungseinheit 56, einer Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 und einer sekundärseitigen Druckerfassungseinheit 58. Die Anodengasleitung 51 hat ein Endstück, das mit dem Wasserstofftank 52 verbunden ist. Die Anodengasleitung 51 weist ein anderes Endstück auf, welches mit einem Einlass eines Anodengasflussweges der Brennstoffzelle 10 über das Ventil 53 zum Öffnen und Schließen, den Regulator 54, die primärseitige Druckerfassungseinheit 55, die Temperaturerfassungseinheit 56, die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 und die sekundärseitige Druckerfassungseinheit 58 verbunden ist. Der Wasserstofftank 52 versorgt die Anode 3 der Brennstoffzelle 10 über die Anodengasleitung 51 und den Anodengasflussweg mit gespeichertem, unter hohen Druck stehenden Wasserstoff. Das Ventil 53 zum Öffnen und Schließen wird geöffnet und geschlossen aufgrund von Kommandos der Steuereinheit 20, und steuert das Einströmen von Wasserstoff in die stromaufwärtige Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 aus dem Wasserstofftank 52. Der Regulator 54 ist ein Druckverringerungsventil zum Regulieren des Drucks des Wasserstoffs an der stromaufwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57, und der Öffnungsgrad wird durch die Steuereinheit 20 gesteuert.
Die primärseitige Druckerfassungseinheit 55 erfasst den Innendruck der Anodengasleitung 51 an der stromaufwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 (an der stromaufwärtigen Seite erfasster Druckwert P_UM), und sendet diesen an die Steuereinheit 20. Die Temperaturerfassungseinheit 56 erfasst die Innentemperatur der Anodengasleitung 51 an der stromaufwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 (erfasste Temperatur T_UM) und sendet diesen an die Steuereinheit 20. Die sekundärseitige Druckerfassungseinheit 58 erfasst den Innendruck der Anodengasleitung 51 an der stromabwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 (an der stromabwärtigen Seite erfasster Druckwert P_DM) und sendet diesen zur Steuerungseinheit 20.
Die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ist beispielsweise aufgebaut aus einer Mehrzahl an Injektoren, welche elektromagnetisch angetriebene Öffnungs-Schließ-Ventile (Zweiwegeventile) sind. Die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 in dieser Ausführungsform enthält drei Injektoren. Die Anzahl der Injektoren, welche die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 enthält, kann auch 1, 2 oder 4 oder mehr sein. Bei der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 injizieren die Anzahl an Injektoren Wasserstoffgas zu der stromabwärtigen Seite der Anodengasleitung 51, und die Injektionszeitdauer (Versorgungszeitdauer) zur Injektion von Wasserstoffgas und die Injektionszeitpunkte (Versorgungszeitpunkte) werden durch Steuersignale gesteuert, welche von der Steuereinheit 20 ausgegeben werden. Die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 in dieser Ausführungsform ist derart aufgebaut, dass es möglich ist, das Durchflussvolumen des zur stromabwärtigen Seite der Anodengasleitung 51 zugeführten Wasserstoffgases durch Veränderung der Anzahl der Injektoren zu regulieren, welche Wasserstoffgas absprühen.
Der Injektor in dieser Ausführungsform ist ausgebildet, um das Volumen des zur stromabwärtigen Seite zugeführten Wasserstoffs (Wasserstoffversorgungsvolumen) durch Veränderung der Öffnungszeit (Injektionszeit) des Ventilkörpers zu steuern. Der Injektor kann auch so aufgebaut sein, um das Wasserstoffversorgungsvolumen durch Veränderung des Öffnungsflächenbereichs bzw. des Öffnungsquerschnitts des Ventilkörpers wie auch der Injektionszeit zu regulieren.
Die Anodengaszirkulationseinheit 60 zirkuliert das Anodenauslassgas mit dem nicht reagierten Gas (Wasserstoff, Stickstoff und dergleichen), welche in der Leistungserzeugungsreaktion mit der Anode 3 in der Anode 3 der Brennstoffzelle 10 nicht verwendet wurde. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt gibt die Anodengaszirkulationseinheit 60 Abwasser und Inertgas im Anodenauslassgas zur Außenseite ab. Die Anodengaszirkulationseinheit 60 ist ausgestattet mit einer Anodenabgasleitung 61, einer Separatoreinheit 62 für Dampf-Flüssigkeit, einer Anodengaszirkulationsleitung 63, einer Zirkulationspumpe 64, einer Anodendrainageleitung 65, einem Drainageventil 66 und einer Druckerfassungseinheit 67.
Die Anodenabgasgasleitung 61 verbindet den Auslass des Anodengasflussweges der Brennstoffzelle 10 und die Separatoreinheit 62 für Dampf-Flüssigkeit und führt das von der Brennstoffzelle 10 abgegebene Anodenauslassgas zur Separatoreinheit 62 für Dampf-Flüssigkeit. Die Druckerfassungseinheit 67 erfasst den Anodenauslassgasdruck (Gegendruck der Seite der Anode 3 der Brennstoffzelle 10) nahe dem Auslass der Brennstoffzelle 10, und sendet diesen zur Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 steuert das von der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 zugeführte Wasserstoffvolumen derart, dass der erfasste Wert der Zieldruckwert wird. Die Separatoreinheit 62 für Dampf-Flüssigkeit separiert die Dampfkomponenten und die im Anodenauslassgas enthaltene Feuchtigkeit, welche von der Anodenauslassgasleitung 61 geführt werden, und führt die Dampfkomponente zur Anodengaszirkulationsleitung 63 und die Feuchtigkeit zur Anodendrainageleitung 65. Die Anodengaszirkulationsleitung 63 ist weiter stromabwärts als die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 der Anodengasleitung 51 angeschlossen. Die Zirkulationspumpe 64 ist an der Anodengaszirkulationsleitung 63 vorgesehen und unter Verwendung der Antriebskraft der Zirkulationspumpe 64 wird der in der Dampfkomponente enthaltene Wasserstoff mit der Separatoreinheit 62 für Dampf-Flüssigkeit separiert und zur Anodengasleitung 51 geschickt. Die Anodendrainageleitung 65 gibt die mit der Separatoreinheit 62 für Dampf-Flüssigkeit separierte Feuchtigkeit (abgegebenes Wasser) und das im Anodenauslassgas vorliegende Inertgas zur Außenseite der Brennstoffzelle 100 ab. Das Drainageventil 66 ist an der Anodendrainageleitung 65 vorgesehen und öffnet und schließt entsprechend den Kommandos der Steuereinheit 20.
Obwohl eine Darstellung und eine detaillierte Beschreibung weggelassen wurden, ist das in einem Brennstoffzellenfahrzeug montierte Brennstoffzellensystem 100 auch mit einer sekundären Batterie und einen Gleichstromwandler zur Steuerung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 und zum Laden und Entladen des sekundären Batterie ausgestattet. Die sekundäre Batterie speichert eine Leistungsabgabe durch die Brennstoffzelle 10 oder erneuerbare Energie und wirkt zusammen mit der Brennstoffzelle 10 als eine Leistungsquelle. Jede strukturelle Komponente des Brennstoffzellensystems 100 gemäß der obigen Beschreibung kann auch betrieben werden nachdem der Betrieb der Brennstoffzelle 10 gestoppt wurde unter Verwendung der Energie der sekundären Batterie.
2 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben der Prozessbestandteile der ersten Routine. Die Steuereinheit 20 führt wiederholt als die erste Routine die folgenden Prozesse für jeden ersten Zyklus CT1 (zum Beispiel CT1 = 16 ms) aus. Die Steuereinheit 20 führt zuerst eine Berechnung des Durchflussvolumens des durch die Brennstoffzelle 10 verbrauchten Wasserstoffgases aus (nachfolgend als „Wasserstoffverbrauchsvolumen Mc“ bezeichnet), basierend auf den Betriebszustand der Brennstoffzelle 10 (Schritt S 110). Als ein Parameter, der den Betriebszustand der Brennstoffzelle 10 ausdrückt, wird ein Stromwert I_G des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle 10 verwendet, der durch die Stromerfassungseinheit 13 erfasst wird. Die Steuereinheit 20 kann also beispielsweise ein Wasserstoffverbrauchsvolumen Mc aus dem Stromwert I_G unter Verwendung einer arithmetischen Formel berechnen, die das Verhältnis zwischen dem Stromwert I_G und dem Wasserstoffverbrauchsvolumen Mc ausdrückt.
Als nächstes führt die Steuereinheit 20 die Festsetzung des Zielwerts des Innendrucks (Zieldruckwert P_T) der Anodengasleitung 51 an der stromabwärtigen Seite der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 basierend auf den Betriebszustand der Brennstoffzelle 10 aus (Schritt S 120). Bei Brennstoffzellen ist es typischerweise notwendig, ein hinreichendes Wasserstoffvolumen auf der Anodenseite zu haben. Wenn das Wasserstoffvolumen unzureichend ist, tritt ein Güteabfall der MEA aufgrund eines negativen Potenzials auf. Ebenso wird die Druckdifferenz auf der Kathodenseite groß, wenn das Wasserstoffvolumen hoch ist, und die Brennstoffeffizienz verschlechtert sich aufgrund der auftretenden Querleckage. Der Zieldruckwert P_T ist ein Zielwert zur Vermeidung dieser Geschehnisse. Der Zieldruckwert P_T kann berechnet werden aus dem Stromwert I_G, der durch die Stromerfassungseinheit 13 erfasst wird. Die Steuereinheit 20 kann ebenso den Zieldruckwert P_T vom Stromwert I_G berechnen, unter Verwendung einer Karte bzw. Umsetzungskarte, die das Verhältnis des Stromwert I_G und des Zieldruckwerts P_T ausdrückt. Die Steuereinheit 20 speichert dem berechneten Zieldruckwerts P_T in der Speichereinheit 23. Auf diese Weise wird der in der Speichereinheit 23 gespeicherte Zieldruckwert P_T mit jedem ersten Zyklus CT1 aktualisiert.
Dann führt die Steuereinheit 20 eine Berechnung des Wasserstoffversorgungsvolumens M_T aus, welche das erforderliche Wasserstoffinjektionsvolumen durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ist (Schritt S130). Das Wasserstoffversorgungsvolumen M_T wird berechnet durch Addition des Wasserstoffverbrauchsvolumens M_C und das Rückkopplungskorrekturvolumen M_A, wie später beschrieben wird. Dieses Rückkopplungskorrekturvolumen M_A ist das Durchflussvolumen des Wasserstoffgases, welches zur Reduzierung der Abweichung zwischen dem Zieldruckwert P_T, der im Schritt S120 kalkuliert wurde, und dem tatsächlichen Druck, der durch die sekundärseitige Druckerfassungseinheit 58 erfasst wird (der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM) addiert wird. Das Rückkopplungskorrekturvolumen M_A kann aus der Abweichung zwischen dem Zieldruckwert P_T und dem stromabwärts erfassten Druckwert P_DM berechnet werden. Die Steuereinheit 20 kann ferner das Rückkopplungskorrekturvolumen M_A unter Verwendung von zielverfolgungsartigen Steuerregeln wie eine PI-Steuerung oder dergleichen berechnet werden.
Die Steuereinheit 20 berechnet die Injektorkörperzahl N der Injektoren, welche Wasserstoffgas injizieren, und den Wasserstoffgas-Injektionszeitpunkt (Versorgungszeitpunkt) T_INJ aus dem im Schritt S130 berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen M_T (Schritt S140). Die Injektorkörperzahl N kann beispielsweise entsprechend festgesetzt werden, um die Größe von Segmenten des Wasserstoffversorgungsvolumens M_T festzulegen. Der Injektionszeitpunkt T_INJ kann kalkuliert werden aus dem Wasserstoffversorgungsvolumen M_T, der Injektorkörperzahl N und dem statischen Durchflussvolumen M_L stromaufwärts der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57. Die Steuereinheit 20 kann ebenso den Injektionszeitpunkt T_INJ unter Verwendung einer Karte bzw. Umsetzungskarte berechnen, welche beispielsweise das Verhältnis zwischen dem Wasserstoffversorgungsvolumen M_T, der Injektorkörperzahl N, das statische Durchflussvolumen M_U und dem Injektionszeitpunkt T_INJ repräsentiert. Das statische Durchflussvolumen M_U kann ferner berechnet werden aus dem Gaszustand stromaufwärts der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57. Die Steuereinheit 20 kann zum Beispiel ferner auch das statische Durchflussvolumen M_U unter Verwendung einer arithmetischen Formel des stromaufwärts erfassten Druckwerts P_UM, der erfassten Temperatur T_UM und dem statischen Durchflussvolumen M_U berechnen. Es ist auch möglich, zum Injektionszeitpunkt T_INJ den erforderlichen Zeitpunkt (ungültiger Injektionszeitpunkt T_IV) hinzuzufügen, von dem die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ein Steuersignal der Steuereinheit 20 erhält, bis sie tatsächlich mit der Injektion startet. Der ungültige Injektionszeitpunkt T_IV kann aus dem Gaszustand stromaufwärts der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 und der angelegten Spannung berechnet werden. Die Steuereinheit 20 kann ferner auch den ungültigen Injektionszeitpunkt T_IV unter Verwendung einer Karte bzw. Umsetzungskarte berechnen, der beispielsweise das Verhältnis zwischen dem stromaufwärts erfassten Druckwert P_UM, der erfassten Temperatur T_UM, der angelegten Spannung und dem ungültigen Injektionszeitpunkt T_IV beschreibt. Die Steuereinheit 20 bestimmt die Offenwertleistung (Verhältnis [%] der Ventilöffnungszeit mit dem Antriebszyklus CT_D) aus dem berechneten Injektionszeitpunkt T_INJ und dem Injektionsantriebszyklus CT_D (zum Beispiel ist CT_D = 50 ms). Die Steuereinheit 20 speichert die berechnete Offenventilleistung und die Injektorkörperzahl N in der Speichereinheit 23. Hierdurch werden die Offenventilleistung und die Injektorkörperzahl N, welche in der Speichereinheit 23 gespeichert sind, für jeden ersten Zyklus CT1 aktualisiert.
Die Steuereinheit 20 ist derart aufgebaut, dass bei der Wiederholung des Vorgangs der Schritte S210 bis S220, wie oben erläutert, für jeden ersten Zyklus CT1 der Zieldruckwert P_T, die Offenventilleistung und die Injektorkörperzahl N kontinuierlich für jeden ersten Zyklus CT1 aktualisiert werden. Die Offenventilleistung und die Injektorkörperzahl N werden durch das Wasserstoffversorgungsvolumen M_T identifiziert, so dass die Offenventilleistung und die Injektorkörperzahl N mit der breiten Definition eines „Wasserstoffversorgungsvolumens“ korrespondieren. Insbesondere ist die Steuereinheit 20 so ausgebildet, dass der Zieldruckwert, der in der Speichereinheit 23 gespeichert ist, und das Wasserstoffversorgungsvolumen für jeden ersten Zyklus CT1 kontinuierlich aktualisiert werden.
3 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben der Prozessbestandteile einer zweiten Routine. Die Steuereinheit 20 führt wiederholt als die zweite Routine den nachfolgend erläuterten Prozess für jeden zweite Zyklus CT2 aus (CT2 < CT1, zum Beispiel CT2 = 1 ms). Die Steuereinheit 20 beschafft sich zuerst den Zieldruckwert P_T und den stromabwärts erfassten Druckwert P_DM (Schritt S210). In bestimmten Fällen erfasst die Steuereinheit 20 den neuesten Zieldruckwert P_T, der durch die ersten Routine aus der Speichereinheit 23 berechnet wird, und erfasst den stromabwärts erfassten Druckwerts P_DM von der sekundärseitigen Druckerfassungseinheit 58.
Als nächstes führt die Steuereinheit 20 eine Beurteilung dahingehend aus, ob der bestimmte stromabwärts erfasste Druckwert P_DM unter den bestimmten Zieldruckwert P_T gefallen ist oder nicht (Schritt S220). Insbesondere beurteilt die Steuereinheit 20, ob dies der Zeitpunkt ist, für welchen eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 erforderlich ist, oder nicht. Wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM unter den Zieldruckwert P_T gefallen ist, entscheidet die Steuereinheit 20, dass dies nicht der Zeitpunkt ist, zu dem eine Wasserstoffversorgung erforderlich ist, und kehrt erneut zum Prozess des Schrittes S210 zurück. Wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM unter den Zieldruckwert P_T gefallen ist, steuert die Steuereinheit andererseits die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 an und startet die Wasserstoffzuführung (Schritt S230). In bestimmten Fällen fordert die Steuereinheit 20 zuerst die neueste Offenventilleistung und Injektorkörperzahl N von der Speichereinheit 23 an, welche mit der ersten Routine berechnet wurden. Dann veranlasst es die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 zum Start der Zuführung von Wasserstoff mit der erforderlichen Offenventilleistung und Injektorkörperzahl N.
Die Steuereinheit 20 ist so aufgebaut, dass sie durch Wiederholung der oben erläuterten Prozessschritte S210 bis S220 kontinuierlich überwacht, ob dies der Zeitpunkt ist, für den eine Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 zu jedem zweiten Zyklus CT2 erforderlich ist. Die Steuereinheit 20 kann auch so aufgebaut sein, dass sie die zweite Routine ausführt, bis die Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 gestartet wird, oder nicht ausgeführt wird, nachdem die Wasserstoffversorgung gestartet wird. Ferner kann die Steuereinheit 20 so ausgebildet sein, dass, wenn festgestellt wird, dass eine Versorgung mit Wasserstoff in der zweite Routine erforderlich ist, selbst wenn die Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 noch nicht abgeschlossen ist, sie die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 zur Versorgung mit Wasserstoff mit einem neuen Wasserstoffversorgungsvolumen veranlasst (Offenventilleistung und Injektorkörperzahl N). Umgekehrt kann die Steuereinheit 20 auch so ausgebildet sein, dass sie, selbst wenn entschieden wird, dass eine Wasserstoffversorgung in der zweite Routine erforderlich ist, die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 nicht zur Ausführung der Versorgung mit Wasserstoff im neuen Wasserstoffversorgungsvolumen veranlasst, bis die Wasserstoffversorgung abgeschlossen ist. Ferner kann die Steuereinheit so aufgebaut sein, dass eine Routine, die anders ist als die zweite Routine, während der Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ausgeführt wird.
Die 4A und 4B sind Zeichnungen zum Beschreiben von Beispielen für Effekte dieser Ausführungsform. 4 zeigt ein Beispiel für Zeitreihenveränderungen des stromabwärts erfassten Druckwerts P_DM, des Zieldruckwerts P_T, des unteren Grenzdruckwerts P_L, des Kalkulationszyklus für die erste Routine und die zweite Routine und der Gegenwart oder der Abwesenheit einer Wasserstoffinjektion durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57. 4A zeigt ein Beispiel eines Falles, wenn der Kalkulationszyklus für die erste Routine und die zweite Routine die gleichen im Vergleichsbeispiel sind. 4B zeigt gleichermaßen wie in dieser Ausführungsform ein Beispiel, wenn der Kalkulationszyklus der zweiten Routine kürzer als der Kalkulationszyklus für die ersten Routine ist. Der Kalkulationszyklus für die erste Routine von dieser Ausführungsform und die ersten Routine im Vergleichsbeispiel sind hier gleich, und der Kalkulationszyklus für die zweite Routine in dieser Ausführungsform ist kürzer als jener der zweiten Routine im Vergleichsbeispiel.
In dieser Ausführungsform ist der Kalkulationszyklus der zweiten Routine kürzer als jener im Vergleichsbeispiel, so dass es möglich ist, die Zeitdifferenz ΔT der Zeit P1, zu welcher der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM tatsächlich startet, unter den Zieldruckwert P_T bis zum Zeitpunkt P2 fällt, an dem die Steuereinheit 20 erfasst, dass er kürzer als im Vergleichsbeispiel ist. Aufgrund der Verzögerung, wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM unter den Zieldruckwert P_T gefallen ist, bis Wasserstoff eingespritzt wird durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57, ist es in dieser Ausführungsform daher möglich, das Volumen, durch welches der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM unter den Zieldruckwert P_T fällt, ein (Zwischenvolumen) ΔP kleiner als im Vergleichsbeispiel zu machen. Allgemein wird der Zieldruckwert P_T höher festgelegt, als der tatsächlich erforderliche Druckwert in Vorwegnahme dieses Zwischenvolumens ΔP, um den stromabwärts erfassten Druckwert P_DM nicht unter den unteren Grenzdruckwert P_L zu haben. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, dieses Zwischenvolumen ΔP kleiner als im Vergleichsbeispiel zu machen, so dass es möglich ist, dass ein einjustiertes Druckvolumen PF, welches die Differenz zwischen dem unteren Grenzdruckwert P_L und dem Zieldruckwert P_T ist, kleiner als im Vergleichsbeispiel zu machen. Auf diese Weise ist es möglich, den Zieldruckwert P_T geringer als im Vergleichsbeispiel im Verhältnis zum gleichen unteren Grenzdruckwert P_L festzulegen. Je niedriger der Zieldruckwert P_T ist, desto niedriger kann der Innendruck an der Anode 3 gehalten werden, so dass mit dieser Ausführungsform eine Querleckage zur Kathodenseite mehr als im Vergleichsbeispiel verringert und die Brennstoffwirksamkeit verbessert ist. Ebenso ist der Aufbau in dieser Ausführungsform derart, dass der Kalkulationszyklus nur der zweiten Routine relativ kurz ist, so dass es im Vergleichsbeispiel möglich ist, ein Ansteigen der Last auf die CPU zu vermeiden, eher als die Kalkulationszyklen von beiden der ersten und der zweiten Routine kurz zu machen.
Gemäß der obigen Beschreibung des Brennstoffzellensystems 100 dieser Ausführungsform sind der Kalkulationszyklus der ersten Routine, welcher das durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 erforderliche Wasserstoffversorgungsvolumen berechnet, und der Kalkulationszyklus der zweite Routine zur Bestimmung, ob die Wasserstoffversorgung notwendig ist (Versorgungszeitpunkt), unabhängig voneinander. Dementsprechend ist es möglich, den Kalkulationszyklus der zweiten Routine relativ kurz zu machen, und während hierdurch das Auftreten eines Güteabfalls in der MEA aufgrund eines Wasserstoffdefizits verhindert wird, ist es möglich, einen Anstieg der Last auf die CPU dadurch zu verhindern, dass der Kalkulationszyklus der ersten Routine relativ lang hergestellt wird. Die Steuereinheit 20 in dieser Ausführungsform berechnet nicht das notwendige Wasserstoffversorgungsvolumen zu jedem Zeitpunkt, wo eine Bestimmung durchgeführt wurde, ob eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 notwendig ist, wie dies der Fall war in der Vergangenheit. Die Steuereinheit 20 in dieser Ausführungsform ist so aufgebaut, dass die von der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ausgeführte Wasserstoffzuführung unter Verwendung des neuesten Wasserstoffversorgungsvolumens, das durch eine separate Routine berechnet in der Speichereinheit gespeichert ist, gegeben ist. Mit der Steuereinheit 20 ist es möglich, auf diese Weise die zweite Routine zur Bestimmung des Zuführzeitpunkts zu haben, unabhängig von der ersten Routine zur Berechnung des Wasserstoffversorgungsvolumens, und den Kalkulationszyklus für die zweite Routine kürzer als den Kalkulationszyklus für die erste Routine zu machen.
B. Zweite Ausführungsform:
5 zeigt ein Flussdiagramm zum Beschreiben der Prozessbestandteile der zweiten Routine in einer zweiten Ausführungsform. Mit der zweiten Routine der ersten Ausführungsform (vergleiche 3) wurde die Steuereinheit 20 als ein Aspekt betrieben, der eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 gestartet hat, wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM wenigstens einmal unter den Zieldruckwert P_T gefallen war. Mit der zweiten Routine der zweiten Ausführungsform startet die Steuereinheit 20 andererseits eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57, wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM zweimal aufeinanderfolgend unter den Zieldruckwert P_T fällt. Wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM, der im Schritt S310 erfasst wird, unter dem erfassten Zieldruckwert P_T (Schritt S320: Ja) fällt, erfasst die Steuereinheit 20 mit anderen Worten gemäß der Darstellung in 5 den stromabwärts erfassten Druckwert P_DM und den Zieldruckwert P_T (Schritt S330). Wenn der erkannte stromabwärts erfasste Druckwert P_DM dann erneut unter den wiederum erfassten Zieldruckwert P_T (Schritt S340: Ja) fällt, wird die Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 gestartet (Schritt S350). Die Steuereinheit 20 ist so gebildet, dass sie kontinuierlich überwacht, ob dies der Zeitpunkt ist, in dem eine Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 notwendig ist, durch Wiederholen der Prozessschritte S310 bis S340, wie sie oben angegeben sind.
6 ist eine Darstellung zum Beschreiben des Startzeitpunkts für die Wasserstoffversorgung innerhalb der zweiten Routine der zweiten Ausführungsform. Die horizontale Achse in 6 zeigt die Zeit, und die vertikale Achse zeigt den stromabwärts erfassten Druckwert P_DM. 6 zeigt ein Beispiel des Zieldruckwerts P_T. Nachdem eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 durchgeführt wurde, startet die Steuereinheit 20 keine Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57, selbst wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM das erste Mal unter den Zieldruckwert P_T fällt. Die Steuereinheit 20 veranlasst die Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57, wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM zum zweiten Mal unterhalb den Zieldruckwert P_T fällt. Wenn der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM aufgrund einer temporären Fluktuation im Innendruck der Anodengasleitung 51 unterhalb des Zieldruckwerts P_T fällt, wird hierdurch die Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 reguliert. Auf diese Weise ist es möglich, eine übermäßige Versorgung mit Wasserstoff der Wasserstoffversorgungsleitung zu vermeiden. Temporäre Fluktuationen des Innendrucks der Anodengasleitung 51 umfassen den Status der Membran der sekundärseitigen Druckerfassungseinheit 58, welche beispielsweise fluktuiert, wenn ein Injektor geschlossen wird.
C. Dritte Ausführungsform:
7 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben der Prozessbestandteile einer dritten Routine. Die Steuereinheit 20 der dritten Routine weist die folgende Verarbeitung auf, welche wiederholt für jeden dritten Zyklus CT3 (CT3 < CT1, zum Beispiel CT3 = 1 ms) als eine dritte Routine während der Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ausgeführt wird. Die Steuereinheit 20 erfasst zuerst die neueste Injektorkörperzahl N, welche mit der ersten Routine von der Steuereinheit 23 berechnet wird (Schritt S410). Dann vergleicht die Steuereinheit 20 die Injektorkörperzahl N, welche gegenwärtig verwendet wird für die Wasserstoffzuführung mit der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57, und die Injektorkörperzahl N, welche von der Speichereinheit 23 ermittelt wird, und führt eine Beurteilung aus, ob dort eine Veränderung in der Anzahl der Einheiten ist oder nicht (Schritt S420). Wenn keine Veränderung in der Injektorkörperzahl N vorliegt, während die Steuereinheit die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 veranlasst, die Versorgung mit Wasserstoff zum gegenwärtigen Wasserstoffversorgungsvolumen fortzusetzen (Offenventilleistung und Injektorkörperzahl), kehrt es erneut zum Prozess des Schrittes S410 zurück. Wenn andererseits eine Veränderung in der Injektorkörperzahl N vorliegt, startet die Steuereinheit 20 eine Rückstellung für die Veränderung des Wasserstoffversorgungsvolumens (Schritt S430). Im speziellen erfasst die Steuereinheit 20 das neueste Wasserstoffversorgungsvolumen von der Speichereinheit 23 (Offenventilleistung und Injektorkörperzahl N). Dann veranlasst es die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57, die Wasserstoffzuführung zu stoppen unter Nutzung des gegenwärtigen Wasserstoffversorgungsvolumens, und lässt eine Wasserstoffzuführung auf dem erfassten neuen Wasserstoffversorgungsvolumen ausführen. Die Steuereinheit 20 ist ausgebildet, um kontinuierlich zu überwachen, ob es notwendig ist, die Veränderung des Wasserstoffversorgungsvolumens durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 in jedem dritten Zyklus CT3 zu verändern durch Wiederholung der Prozessschritte S410 bis S420, wie sie oben angegeben sind.
8 ist eine Zeichnung zum Beschreiben eines Beispiels der Effekte dieser Ausfiihrungsform. 8 zeigt ein Beispiel von Zeitreihenveränderungen in dem stromabwärts erfassten Druckwerts P_DM, den Zieldruckwert P_T und dem unteren Grenzdruckwert P_L, den Kalkulationszyklen für die erste Routine, die zweite Routine und die dritte Routine, und die Gegenwart oder die Abwesenheit einer Wasserstoffzuführung der Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 und der Injektionsbestandteile. Die Steuereinheit 20 führt die zweite Routine aus, welche erfasst, dass der stromabwärts erfasste Druckwert P_DM zu einem Zeitpunkt P2 unter den Zieldruckwert P_T fällt. Anschließend weist die Steuereinheit 20 die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 an, Wasserstoff eines Wasserstoffversorgungsvolumens (erstes Wasserstoffversorgungsvolumen), das von der Steuereinheit 23 angefordert wird, zu injizieren. Die im ersten Wasserstoffversorgungsvolumen enthaltene Injektorkörperzahl N ist hier 1. Die die erste Routine ausführende Steuereinheit 20 berechnet erneut das Wasserstoffversorgungsvolumen (zweites Wasserstoffversorgungsvolumen) zum Zeitpunkt P3. Die im zweiten Wasserstoffversorgungsvolumen enthaltene Injektorkörperzahl N ist dann 2. Die die dritte Routine ausführende Steuereinheit 20 erfasst dann, dass sich die Injektorkörperzahl N zum Zeitpunkt P4 von 1 zu 2 verändert hat. Dann veranlasst sie die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 die Wasserstoffinjektion zum ersten Wasserstoffversorgungsvolumen zu stoppen und startet eine Wasserstoffinjektion zum zweiten Wasserstoffversorgungsvolumen. Auf diese Weise ist es möglich, noch schneller den Zustand der stromabwärts erfassten Druckwerts P_DM zu beseitigen, wenn dieser unter des Zieldruckwerts P_T fällt, und es ist möglich, das Auftreten eines Güteabfalls der MEA aufgrund von Wasserstoffdefizit zu verhindern. Beispielsweise kann ein Fall betrachtet werden, wenn der Zieldruckwert P_T rapide ansteigt während der Injektion von Wasserstoff durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57. In diesem Fall, wenn die Injektion des Wasserstoffversorgungsvolumens basierend auf dem Zieldruckwert P_T vor dem rapiden Anstieg kontinuierlich ist bis der Injektorantriebszyklus CT_D endet kontinuierlich zu sein, setzt sich ein Niedrigdruckzustand fort aufgrund eines unzureichenden Versorgungsvolumens, und es besteht das Risiko für die Anode, dass diese ein Wasserstoffdefizit aufweist. Selbst wenn andererseits in dieser Ausführungsform ein rapider Anstieg im Zieldruckwert P_T während der Wasserstoffinjektion auftritt, ist es möglich, schnell eine Versorgung von Wasserstoff entsprechend dem Zieldruckwert P_T nach dem rapiden Anstieg auszuführen, so dass es möglich ist, das Auftreten von einem Wasserstoffdefizit zu reduzieren.
D. Abwandlungsbeispiele:
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf Ausführungsformen oder ausgeführte Beispiele dieser Beschreibung und kann in verschiedenen Ausgestaltungen innerhalb eines Schutzumfanges realisiert werden, die nicht vom Grundgedanken abweichen. Wenigstens ein Teil der realisierten Funktionen und Prozesse nutzt eine Software mit den oben erläuterten Ausführungsformen und kann ebenso unter Verwendung von Hardware realisiert werden. Ebenso kann wenigstens ein Teil der realisierten Funktionen und Prozesse bei der Verwendung von Hardware realisiert werden unter der Verwendung von Software. Als eine Hardware ist es beispielsweise möglich, verschiedene Arten von Schaltkreisen (Leiterplatten), wie integrierte Schaltkreise, diskrete Schaltkreise oder Schaltkreismodule, welche diese Schaltkreise kombinieren, zu verwenden. Die folgenden Arten von Abwandlungen sind ebenso beispielhaft möglich.
D-1. Abwandlungsbeispiel 1:
Die Steuereinheit 20 kann ebenso wiederholt eine vierte Routine ausführen, während der eine Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 ausgeführt wird. Die vierte Routine ist ein Prozess, in dem, wenn eine Versorgungsstoppanforderung empfangen wird, die Steuereinheit die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 zum Starten der Versorgung mit Wasserstoff veranlasst, auch wenn die Wasserstoffzufuhr durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 nicht abgeschlossen ist. Die vierte Routine wird vorzugsweise ausgeführt in einem vierten Zyklus CT4, welcher kürzer ist als der erste Zyklus CT1 (CT4 < CT1, zum Beispiel CT4 = 1 ms). Die herkömmliche Steuereinheit, wenn sie eine Versorgungsstoppanforderung empfangen hat, stoppte die nächste Wasserstoffversorgung nachdem die Wasserstoffversorgung durch die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 57 abgeschlossen war. In diesem Fall jedoch, selbst wenn eine Versorgungsstoppanforderung empfangen wurde, setzt sich die Versorgung mit Wasserstoff für eine Weile fort, so dass der Anodendruck höher wird als es notwendig ist, und es bestand das Problem, dass Querleckage auftrat und sich die Brennstoffeffizienz verschlechterte. Durch die die vierte Routine ausführende Steuervorrichtung 20, nachdem die Versorgungsstoppanforderung empfangen wurde, ist es möglich, die Versorgung mit Wasserstoff schnell zu stoppen, so dass es möglich ist, das Auftreten von Querleckage zu verhindern.
D-2. Abwandlungsbeispiel 2:
In den 4 und 8 sind der Prozessbetrieb der ersten Routine und der Verarbeitungsbetrieb der zweiten Routine so dargestellt, als hätten sie einen abgeschrägten Zeitverlauf. Insbesondere der Prozessbetrieb der ersten Routine und der Prozessbetrieb der zweiten Routine sind so gezeigt, dass der Prozessstart nicht simultan erfolgt. Der Aufbau kann jedoch auch derart sein, dass der Prozessbetrieb der ersten Routine immer so ausgestaltet sein kann, dass er seine Verarbeitung immer simultan startet mit dem Prozessbetrieb der zweiten Routine.

Claims

Brennstoffzellensystem, mit: einer Brennstoffzelle, einer Wasserstoffversorgungseinheit, welche Wasserstoff über eine Wasserstoffversorgungsleitung zu der Brennstoffzelle zuführt, einer Druckerfassungseinheit, welche einen Druckwert des Innendrucks der Wasserstoffversorgungsleitung erfasst, einer Stromerfassungseinheit, welche den Stromwert des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle erfasst, und einer Steuereinheit, welche das für die Brennstoffzelle erforderliche Wasserstoffversorgungsvolumen berechnet auf Basis des erfassten Stromwerts und des Druckwerts, und die Wasserstoffversorgungseinheit steuert, um Wasserstoff entsprechend dem berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen der Brennstoffzelle zuzuführen, wobei die Steuereinheit das Wasserstoffversorgungsvolumen basierend auf dem Druckwert und dem Stromwert für einen jeden ersten Zyklus berechnet, und den Druckwert erfasst und Wasserstoff entsprechend dem unmittelbar zuvor berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen zur Brennstoffzelle zuführt, wenn die Steuereinheit bestimmt, dass für jeden zweiten Zyklus, der kürzer als der erste Zyklus ist, basierend auf dem erfassten Druckwert die Zuführung von Wasserstoff notwendig ist.
Brennstoffzellensystem, mit: einer Brennstoffzelle, einer Wasserstoffversorgungseinheit, welche Wasserstoff über eine Wasserstoffversorgungsleitung zu der Brennstoffzelle zuführt, einer Druckerfassungseinheit, welche einen Druckwert des Innendrucks der Wasserstoffversorgungsleitung erfasst, einer Stromerfassungseinheit, welche den Stromwert des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle erfasst, und einer Steuereinheit, welche eine erste Routine für einen jeden ersten Zyklus ausführt, wobei die erste Routine den Stromwert und den Druckwert erfasst, das erforderliche Wasserstoffversorgungsvolumen durch die Wasserstoffversorgungseinheit vom erfassten Stromwert und Druckwert berechnet, und das in der Speichereinheit gespeicherte Wasserstoffversorgungsvolumen unter Verwendung des berechneten Wasserstoffversorgungsvolumens aktualisiert, und eine zweite Routine für einen jeden zweiten Zyklus ausführt, der kürzer als der erste Zyklus ist, wobei die zweite Routine den Druckwert erfasst, aus dem erfassten Druckwert beurteilt, ob eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit notwendig ist oder nicht, und wenn die Steuereinheit entscheidet, dass eine Zuführung von Wasserstoff notwendig ist, von der Speichereinheit das Wasserstoffversorgungsvolumen erfasst, und die Wasserstoffversorgungseinheit veranlasst, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem erfassten Wasserstoffversorgungsvolumen zu beginnen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit: in der ersten Routine einen Zieldruckwert für den Innendruck der Wasserstoffversorgungsleitung aus dem erfassten Stromwert berechnet, und den in der Speichereinheit gespeicherten Zieldruckwert unter Verwendung des berechneten Zieldruckwerts für jeden ersten Zyklus aktualisiert, und in der zweiten Routine den Zieldruckwert aus der Speichereinheit erfasst, und für jeden zweiten Zyklus beurteilt, ob eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit notwendig ist oder nicht, basierend darauf, ob der durch die Druckerfassungseinheit erfasste Druckwert unter den erfassten Zieldruckwert gefallen ist oder nicht.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei mit der zweiten Routine, wenn der von der Druckerfassungseinheit erfasste Druckwert unter den erfassten Zieldruckwert fällt, die Steuereinheit erneut den Druckwert und den Zieldruckwert erfasst, und wenn der erneut erfasste Druckwert wieder unter den erneut erfassten Zieldruckwert fällt, entscheidet, dass eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit notwendig ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuereinheit eine dritte Routine für einen jeden dritten Zyklus, der kürzer als der erste Zyklus ist, ausführt, wenn die Steuereinheit die Wasserstoffversorgungseinheit veranlasst, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend einem von der Speichereinheit erfassten ersten Wasserstoffversorgungsvolumen durchzuführen, wobei die Steuereinheit in der dritten Routine das Wasserstoffversorgungsvolumen von der Speichereinheit erfasst, und entscheidet, ob sich ein zweites Wasserstoffversorgungsvolumen, welches das erfasste Wasserstoffversorgungsvolumen ist, um einen vorgegebenen Schwellwert oder mehr in Relation zum ersten Wasserstoffversorgungsvolumen verändert hat oder nicht, und wenn die Steuereinheit entschieden hat, dass das zweite Wasserstoffversorgungsvolumen um den Schwellwert oder mehr verändert wurde, die Steuereinheit die Wasserstoffversorgungseinheit dazu veranlasst, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem zweiten Wasserstoffversorgungsvolumen zu beginnen, selbst wenn die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem ersten Wasserstoffversorgungsvolumen durch die Wasserstoffversorgungseinheit noch nicht abgeschlossen ist.
Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem mit einer Wasserstoffversorgungseinheit, welche über eine Wasserstoffversorgungsleitung Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle zuführt, mit: (a) einem Schritt zum Erfassen eines Stromwerts des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle und eines Druckwerts des Innendrucks des Wasserstoffversorgungsleitung, zum Berechnen des erforderlichen Wasserstoffversorgungsvolumens durch die Wasserstoffversorgungseinheit aus dem erfassten Stromwert und dem Druckwert, und zum Aktualisieren des in der Speichereinheit gespeicherten Wasserstoffversorgungsvolumens unter Verwendung des berechneten Wasserstoffversorgungsvolumens für einen jeden ersten Zyklus, und (b) einen Schritt zum Erfassen des Druckwerts, zum Beurteilen, ob eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit aufgrund des erfassten Druckwerts erforderlich ist oder nicht, und wenn entschieden wird, dass die Wasserstoffzuführung notwendig ist, das Wasserstoffversorgungsvolumen aus der Speichereinheit bestimmt, und die Wasserstoffversorgungseinheit veranlasst, die Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem erfassten Wasserstoffversorgungsvolumen für einen jeden zweiten Zyklus zu beginnen, der kürzer als der erste Zyklus ist.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, wobei im Schritt (a) ein Zieldruckwert für den Innendruck der Wasserstoffversorgungsleitung aus dem erfassten Stromwert berechnet wird, und der in der Speichereinheit gespeicherte Zieldruckwert unter Verwendung des berechneten Zieldruckwerts für jeden ersten Zyklus aktualisiert wird, und wobei im Schritt (b) der Zieldruckwert aus der Speichereinheit bestimmt wird, und für jeden zweiten Zyklus entschieden wird, ob eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit erforderlich ist oder nicht, basierend darauf, ob der erfasste Druckwert unter den erfassten Zieldruckwert gefallen ist.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei im Schritt (b) der Druckwert und der Zieldruckwert erneut erfasst werden, wenn der erfasste Druckwert unter den erfassten Zieldruckwert fällt, und wenn der erneut erfasste Druckwert unter den erneut erfassten Zieldruckwert fällt, entscheidet, dass eine Wasserstoffzuführung durch die Wasserstoffversorgungseinheit erforderlich ist.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner mit (c) einem Schritt, in dem, wenn durch die Wasserstoffversorgungseinheit eine Zuführung von Wasserstoff entsprechend einem aus der Speichereinheit erfassten ersten Wasserstoffversorgungsvolumen ausgeführt wird, das Wasserstoffversorgungsvolumen von der Speichereinheit erfasst wird, und eine Entscheidung getroffen wird, ob ein zweites Wasserstoffversorgungsvolumen, welches das erfasste Wasserstoffversorgungsvolumen ist, um einen vorgegebenen Schwellwert oder mehr verändert wurde in Relation zum ersten Wasserstoffversorgungsvolumen, und wenn für jeden dritten Zyklus, welcher kürzer als der erste Zyklus ist, entschieden wird, dass er sich um den Schwellwert oder mehr verändert hat, eine Zuführung von Wasserstoff durch die Wasserstoffversorgungseinheit entsprechend dem zweiten Wasserstoffversorgungsvolumen begonnen wird.
Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem mit einer Wasserstoffversorgungseinheit, welche über eine Wasserstoffversorgungsleitung Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle zuführt, mit: (A) einem Schritt zum Berechnen eines Wasserstoffversorgungsvolumens basierend auf dem Druckwert des Innendrucks der Wasserstoffversorgungsleitung und dem Stromwert des Leistungserzeugungsstroms der Brennstoffzelle für jeden ersten Zyklus, und (B) ein Schritt zum Erfassen des Druckwerts, und der Zuführung von Wasserstoff entsprechend dem unmittelbar zuvor berechneten Wasserstoffversorgungsvolumen zu einer Brennstoffzelle, wenn für jeden zweiten Zyklus, welcher kürzer als der erste Zyklus ist, entschieden wird, dass eine Wasserstoffzuführung basierend auf dem erfassten Druckwert notwendig ist.