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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
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HINTERGRUND
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Ein Brennstoffzellensystem, das eine Membranelektrodenbaugruppe aufweist, die eine Elektrolytmembran mit einer Anode und einer Kathode zusammenklemmt, und eine elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion eines Anodengases, das der Anode zugeführt wird, und eines Kathodengases, das der Kathode zugeführt wird, erzeugt, erregt als eine Energiequelle Aufmerksamkeit. In einem Brennstoffzellensystem mit einer derartigen Brennstoffzelle wird vom Standpunkt einer Verbesserung des Brennstoffverbrauchs vorgeschlagen, ein Abgas, das von der Anode ausgestoßen wird, mit einer Zirkulationspumpe zirkulieren zu lassen und es der Anode wieder zuzuführen (siehe japanische Patentoffenlegungsschrift
JP 2012-43677 A ).
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Wenn die Temperatur der Zirkulationspumpe, die das Abgas, das von der Anode ausgestoßen wird, zirkulieren lässt, bei einem Starten des Brennstoffzellensystems und während des Antreibens des Brennstoffzellensystems niedrig ist, ist es wahrscheinlich, dass kondensiertes Wasser in der Zirkulationspumpe durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Zirkulationspumpe und dem Abgas auftritt. Wenn die Zirkulationspumpe in einem Zustand angetrieben wird, bei dem das kondensierte Wasser in der Zirkulationspumpe auftritt, kann sich eine Geräuschvibration (NV) verschlechtern.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, das die Geräuschvibration unterdrücken kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem (100) bereitgestellt, das umfasst: eine Brennstoffzelle (10), die eine Membranelektrodenbaugruppe (20) umfasst, die eine Elektrolytmembran (14) mit einer Anode (16) und einer Kathode (18) zusammenklemmt; eine Brennstoffgaszufuhreinrichtung (48), die der Anode ein Anodengas über einen Anodengaszufuhrkanal (40) entsprechend einer Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle zuführt; eine Zirkulationspumpe (54), die ein Abgas, das aus der Anode ausgestoßen wird, zu dem Anodengaszufuhrkanal zirkulieren lässt; eine Beurteilungseinrichtung (36), die beurteilt, ob eine einer Temperatur der Zirkulationspumpe und einer Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe verbunden ist, kleiner oder gleich einer vorgeschriebenen Temperatur ist; und eine Antriebssteuerungseinrichtung (38), die die Zirkulationspumpe bei einer vorgeschriebenen Drehzahl antreibt, wenn die Beurteilungseinrichtung beurteilt, dass eine der Temperatur der Zirkulationspumpe und der Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe verbunden ist, kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, und es keine Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle gibt.
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In der vorstehend genannten Konfiguration kann die Antriebssteuerungseinrichtung die Zirkulationspumpe bei der vorgeschriebenen Drehzahl antreiben, wenn es keine Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle gibt, bis eine Gesamtantriebszeit der Zirkulationspumpe bei der vorgeschriebenen Drehzahl eine vorgeschriebene Antriebszeit überschreitet.
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In der vorstehend genannten Konfiguration kann, wenn eine der Temperatur der Zirkulationspumpe und der Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe verbunden ist, zu der Beurteilungszeit durch die Beurteilungseinrichtung niedrig ist, die vorgeschriebene Antriebszeit im Vergleich zu einem Fall lang sein, bei dem eine der Temperatur der Zirkulationspumpe und der Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe verbunden ist, zu der Beurteilungszeit durch die Beurteilungseinrichtung hoch ist.
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In der vorstehend genannten Konfiguration kann die Beurteilungseinrichtung beurteilen, ob eine der Temperatur der Zirkulationspumpe und der Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe verbunden ist, kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur zu dem Startzeitpunkt des Brennstoffzellensystems ist.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Geräuschvibration zu unterdrücken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
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2 zeigt ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Brennstoffbatteriezelle veranschaulicht;
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3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung zur Unterdrückung der Erzeugung von kondensiertem Wasser veranschaulicht;
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4 zeigt ein Diagramm, das eine vorgeschriebene Antriebszeit einer Zirkulationspumpe bei der vorgeschriebenen Drehzahl in einem Aufwärmbetrieb erklärt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem 100 ist bei einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug oder einem elektrischen Fahrzeug als ein System zur Zufuhr einer Antriebsleistungszufuhr angebracht. In dem Brennstoffzellensystem 100 ist eine Brennstoffzelle 10 ein geschichteter Körper, der eine Vielzahl von Brennstoffbatteriezellen schichtet, von denen jede eine elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion eines Brennstoffgases (ein Anodengas, beispielsweise Wasserstoff) und eines Oxidationsmittelgases (ein Kathodengas, beispielsweise Sauerstoff) erzeugt.
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Nachstehend wird eine Beschreibung einer Brennstoffbatteriezelle gegeben. 2 zeigt ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration der Brennstoffbatteriezelle veranschaulicht. Eine Brennstoffbatteriezelle 12 umfasst eine Membranelektrodenbaugruppe 20, in der eine Anode 16 und eine Kathode 18, die Katalysatorelektrodenschichten sind, auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran 14 ausgebildet sind. Die Brennstoffbatteriezelle 12 umfasst: einen Leistungserzeugungskörper 26, der ein Paar von Gasdiffusionsschichten (eine Anodengasdiffusionsschicht 22 und eine Kathodengasdiffusionsschicht 24) auf beiden Seiten der Membranelektrodenbaugruppe 20 jeweils anordnet; und ein Paar von Trenneinrichtungen bzw. Separatoren (eine anodenseitige Trenneinrichtung 28 und eine kathodenseitige Trenneinrichtung 30), die den Leistungserzeugungskörper 26 zusammenklemmen.
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Die Elektrolytmembran 14 ist eine Festkörperpolymerschicht, die aus einem fluorbasierenden Harzmaterial oder einem kohlenwasserstoffbasierenden Harzmaterial hergestellt ist, und weist eine gute Protonenleitfähigkeit in einem nassen Zustand auf. Jede der Anode 16 und der Kathode 18 umfasst: Kohlenstoffpartikel (Katalysatorträger), die ein katalytisches Metall (beispielsweise Platin) tragen, das die elektrochemische Reaktion fördert; und beispielsweise ein Polymerelektrolyt (beispielsweise ein Fluorharz), das eine Protonenleitfähigkeit aufweist. Jede der Anodengasdiffusionsschicht 22 und der Kathodengasdiffusionsschicht 24 ist aus einem Material zusammengesetzt, das eine Gaspermeabilität und eine elektronische Leitfähigkeit aufweist. Beispielsweise ist jede der Anodengasdiffusionsschicht 22 und der Kathodengasdiffusionsschicht 24 aus einem porösen Kohlenstoffmaterial, wie beispielsweise ein Kohlenstofftuch bzw. Carbon Cloth oder ein Kohlepapier, hergestellt. Jede der Anodengasdiffusionsschicht 22 und der Kathodengasdiffusionsschicht 24 kann mit einer wasserabweisenden Schicht auf einer Oberfläche, die die Membranelektrodenbaugruppe 20 kontaktiert, versehen sein.
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Jede der anodenseitigen Trenneinrichtung 28 und der kathodenseitigen Trenneinrichtung 30 ist aus einem Material zusammengesetzt, das eine Gaspermeabilität und eine elektronische Leitfähigkeit aufweist. Beispielsweise ist jede der anodenseitigen Trenneinrichtung 28 und der kathodenseitigen Trenneinrichtung 30 aus einem Kohlenstoffelement, wie beispielsweise dichter Kohlenstoff, der nicht zulässt, dass ein Gas hindurchdringt, indem Kohlenstoff komprimiert wird, oder einem Metallelement hergestellt, wie beispielsweise pressgeformter Edelstahl. Jede der anodenseitigen Trenneinrichtung 28 und der kathodenseitigen Trenneinrichtung 30 umfasst auf der Oberfläche Konkavitäten und Konvexitäten zur Bildung von Kanälen, durch die ein Gas und eine Flüssigkeit strömt bzw. fließt. Anodengaskanäle AGC, durch die das Gas und die Flüssigkeit strömen bzw. fließen können, sind zwischen der anodenseitigen Trenneinrichtung 28 und der Anodengasdiffusionsschicht 22 ausgebildet. Kathodengaskanäle CGC, durch die das Gas und die Flüssigkeit strömen bzw. fließen können, sind zwischen der kathodenseitigen Trenneinrichtung 30 und der Kathodengasdiffusionsschicht 24 ausgebildet.
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Wie es in 1 veranschaulicht ist, wird Wasserstoff als ein Brennstoffgas der Anode der Brennstoffzelle 10 von einem Wasserstofftank 42, der einen Hochdruckwasserstoff speichert, über einen Anodengaszufuhrkanal 40 zugeführt. Der Anodengaszufuhrkanal 40 ist beispielsweise ein Rohr. Hierbei kann beispielsweise anstelle des Wasserstofftanks 42 eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung verwendet werden, die Wasserstoff durch eine Reformreaktion erzeugt, die Alkohol, Kohlenwasserstoff oder Aldehyd als Rohmaterial verwendet.
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Ein Druck und eine Zufuhrmenge des Hochdruckwasserstoffs, der in dem Wasserstofftank 42 gespeichert ist, werden durch ein Absperrventil 44, das bei einem Auslass des Wasserstofftanks 42 bereitgestellt ist, sowie eine Reguliereinrichtung 46 und eine Einspritzeinrichtung 48 justiert, die bei dem Anodengaszufuhrkanal 40 angeordnet sind. Der justierte Hochdruckwasserstoff wird der Anode der Brennstoffzelle 10 zugeführt. Ein Drucksensor 40P zur Erfassung eines Drucks innerhalb des Anodengaszufuhrkanals 40 ist bei dem Anodengaszufuhrkanal 40 angeordnet. Die Einspritzeinrichtung 48 entspricht einer Brennstoffgaszufuhreinrichtung.
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Ein Abgas von der Anode (nachstehend als "ein Anodenabgas" bezeichnet) wird zu einem Anodengasabgaskanal 50 ausgestoßen. Der Anodengasabgaskanal 50 ist beispielsweise ein Rohr. Das Anodenabgas, das Wasserstoff umfasst, der durch die Leistungserzeugung nicht verbraucht ist, und zu dem Anodengasabgaskanal 50 ausgestoßen wird, kann zu dem Anodengaszufuhrkanal 40 durch einen Zirkulationskanal 52 rezirkuliert werden. Der Zirkulationskanal 52 ist beispielsweise ein Rohr. Hierbei ist ein Druck des Anodenabgases in einem relativ niedrigen Zustand als ein Ergebnis des Verbrauchs des Wasserstoffs durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 10. Aus diesem Grund ist eine Zirkulationspumpe 54 zur Druckbeaufschlagung des Anodenabgases zu der Zeit der Rezirkulation des Anodenabgases bei dem Zirkulationskanal 52 angeordnet. Ein Durchflussmengensensor 54F zur Erfassung eines Zirkulationsdurchflussmenge des Anodenabgases ist bei der Zirkulationspumpe 54 bereitgestellt.
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Ein Kanal 56 (beispielsweise ein Rohr) ist mit dem Anodengasabgaskanal 50 verbunden. Ein Ablassventil 58 ist bei dem Kanal 56 angeordnet. Während das Ablassventil 58 geschlossen ist, wird das Anodenabgas, das den Wasserstoff umfasst, der durch die Leistungserzeugung nicht verbraucht ist, wieder der Brennstoffzelle 10 über den Zirkulationskanal 52 zugeführt. Hierdurch ist es möglich, den Wasserstoff auf effektive Weise zu verwenden.
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Während der Rezirkulation des Anodenabgases wird der Wasserstoff durch die Leistungserzeugung verbraucht. Demgegenüber verbleiben Verunreinigungen (beispielsweise Stickstoff, der von einer Kathodenseite zu einer Anodenseite über die Elektrolytmembran übertragen wird), die zu dem Wasserstoff unterschiedlich sind, ohne verbraucht zu werden. Aus diesem Grund nimmt eine Dichte der Verunreinigungen in dem Anodenabgas allmählich zu. Zu dieser Zeit wird, wenn das Ablassventil 58 geöffnet wird, das Anodenabgas zu der Außenseite des Brennstoffzellensystems 100 über den Kanal 56 und einen Kanal 76 zusammen mit einem Kathodenabgas ausgestoßen, das nachstehend beschrieben ist. Hierdurch kann die Dichte der Verunreinigungen in dem Anodenabgas verringert werden.
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Komprimierte Luft wird der Kathode der Brennstoffzelle 10 als ein Oxidationsmittelgas zugeführt, das Sauerstoff beinhaltet. Die Luft wird von einer Luftreinigungseinrichtung 60 eingesaugt, durch eine Luftkomprimiereinrichtung 62 komprimiert und in eine Befeuchtungsvorrichtung 66 über einen Kanal 64 (beispielsweise ein Rohr) eingebracht. Die komprimierte Luft, die in die Befeuchtungsvorrichtung 66 eingebracht wird, wird mit der Befeuchtungsvorrichtung 66 befeuchtet und wird dann der Kathode der Brennstoffzelle 10 von einem Kathodengaszufuhrkanal 68 zugeführt. Ein Durchflussmengensensor 62F zur Erfassung einer Zufuhrdurchflussmenge der Luft ist bei der Luftkomprimiereinrichtung 62 bereitgestellt. Hierbei muss die Befeuchtungsvorrichtung 66 nicht installiert sein.
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Ein Abgas aus der Kathode (nachstehend als "das Kathodengas" bezeichnet) wird zu einem Kathodengasabgaskanal 70 (beispielsweise ein Rohr) ausgestoßen. Bei dem Kathodengasabgaskanal 70 sind ein Drucksensor 70P zur Erfassung eines Gegendrucks des Kathodenabgases und ein Druckeinstellventil 72 zur Einstellung bzw. Justierung des Gegendrucks des Kathodenabgases angeordnet. Das Kathodenabgas mit der hohen Feuchtigkeit, das aus der Brennstoffzelle 10 zu dem Kathodengasabgaskanal 70 ausgestoßen wird, wird in die Befeuchtungsvorrichtung 66 eingebracht, durch die Befeuchtung der Luft verwendet und dann zu der Außenseite des Brennstoffzellensystems 100 über einen Kanal 74 und den Kanal 76 (beispielsweise Rohre) ausgestoßen.
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Die Brennstoffzelle 10 erzeugt Wärme durch die vorstehend genannte elektrochemische Reaktion. Aus diesem Grund wird, um die Temperatur der Brennstoffzelle 10 auf eine Temperatur zu bringen, die für die Leistungserzeugung geeignet ist, der Brennstoffzelle 10 ein Kühlwasser zugeführt. Das Kühlwasser strömt durch einen Kanal 82 (beispielsweise ein Rohr) für Kühlwasser durch eine Wasserpumpe 80, wird durch einen Kühler 84 gekühlt und wird der Brennstoffzelle 10 zugeführt. Ein Umgehungskanal 86 (beispielsweise ein Rohr) zum Zirkulieren des Kühlwassers, ohne durch den Kühler 84 hindurchzugehen, ist mit dem Kanal 82 verbunden. Ein Drehventil 88 ist bei einem von Verbindungsteilen zwischen dem Kanal 82 und dem Umgehungskanal 86 angeordnet. Durch ein Schalten des Drehventils 88 kann das Kühlwasser über den Kanal 82 und den Umgehungskanal 86 zirkuliert werden, ohne durch den Kühler 84 hindurchzugehen. Ein Temperatursensor 90 zur Erfassung der Temperatur des Kühlwassers, das von der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, ist bei dem Kanal 82 nahe einem Ausstoßteil der Brennstoffzelle 10, von dem das Kühlwasser ausgestoßen wird, bereitgestellt. Ein Temperatursensor 92 zur Erfassung der Temperatur des Kühlwassers, das der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, ist bei dem Kanal 82 nahe einem Zufuhrteil der Brennstoffzelle 10, dem das Kühlwasser zugeführt wird, bereitgestellt.
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Außerdem ist eine Zellenüberwachungseinrichtung 32 mit der Brennstoffzelle 10 verbunden. Die Zellenüberwachungseinrichtung 32 erfasst eine Zellenspannung, einen Strom und eine Impedanz über jede Brennstoffbatteriezelle in der Brennstoffzelle 10.
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Das Ansteuern bzw. Antreiben des Brennstoffzellensystems 10 wird durch eine Steuerungsvorrichtung 34 gesteuert. Die Steuerungsvorrichtung 34 umfasst einen Mikrocomputer, der eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), einen RAM (Random Access Memory bzw. Speicher mit wahlfreiem Zugriff), ein ROM (Reed Only Memory bzw. Nur-Lese-Speicher) usw. aufweist. Die Steuerungsvorrichtung 34 steuert das Antreiben des Systems entsprechend einem Programm, das in dem ROM gespeichert ist. Das ROM speichert verschiedene Abbildungen bzw. Kennfelder und Schwellenwerte, die für die Steuerung des Brennstoffzellensystems 100 zu verwenden sind, neben dem vorstehend genannten Programm. Auf der Grundlage der Anforderungsausgaben für die Brennstoffzelle 10 und die Ausgaben verschiedener Sensoren steuert die Steuerungsvorrichtung 34 verschiedene Ventile, die Zirkulationspumpe 54, die Wasserpumpe 80, die Luftkomprimiereinrichtung 62 usw. an und steuert das Antreiben des Systems einschließlich einer Verarbeitung, die die Erzeugung von kondensiertem Wasser unterdrückt, die nachstehend beschrieben ist. Die Steuerungsvorrichtung 34 fungiert als eine Beurteilungseinrichtung 36 und eine Antriebsteuerungseinrichtung 38 in der Verarbeitung zur Unterdrückung der Erzeugung des kondensierten Wassers.
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3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung zur Unterdrückung der Erzeugung des kondensierten Wassers veranschaulicht. Wie es in 3 veranschaulicht ist, wartet die Steuerungsvorrichtung 34, bis das Brennstoffzellensystem 100 startet (Schritt S10). Wenn das Brennstoffzellensystem 100 gestartet ist, erlangt die Steuerungsvorrichtung 34 eine Wassertemperatur des Kühlwassers (Schritt S12). Die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 ist mit der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 verbunden. Aus diesem Grund kann die Steuerungsvorrichtung 34 indirekt die Temperatur der Zirkulationspumpe 54 erlangen, indem die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 erlangt wird. Hierbei kann die Wassertemperatur des Kühlwassers durch einen der Temperatursensoren 90 und 92 erfasst werden.
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Als Nächstes beurteilt, nachdem die Steuerungsvorrichtung 34 die Wassertemperatur des Kühlwassers erlangt hat, die Steuerungsvorrichtung 34, ob die Wassertemperatur kleiner oder gleich einer vorgeschriebenen Temperatur ist, die im Voraus in dem ROM gespeichert worden ist (Schritt S14). Hierbei ist, da die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 mit der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 verbunden ist, wie es vorstehend beschrieben ist, eine Beurteilung der Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 gleich zu einer Beurteilung der Temperatur der Zirkulationspumpe 54. Der Grund für eine Beurteilung, ob die Wassertemperatur des Kühlwassers kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, besteht darin, dass das kondensierte Wasser in der Zirkulationspumpe 54 wahrscheinlich erzeugt wird, wenn die Wassertemperatur kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist. Das heißt, wenn das Antreiben des Brennstoffzellensystems 100 unter einer Bedingung begonnen wird, dass die Wassertemperatur des Kühlmittels kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, steigt die Temperatur der Brennstoffzelle 10 aufgrund der Leistungserzeugung rascher an als die Temperatur der Zirkulationspumpe 54. Da die Temperatur der Brennstoffzelle 10 beinahe die gleiche ist wie die Temperatur des Anodenabgases, das von der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, wird eine Differenz zwischen der Temperatur des Anodenabgases und der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 groß. Hierdurch wird es wahrscheinlich, dass kondensiertes Wasser in der Zirkulationspumpe 54 erzeugt wird. Somit ist die vorgeschriebene Temperatur eine Temperatur, die einen Schwellenwert dahingehend angibt, ob es wahrscheinlich ist, dass das kondensierte Wasser in der Zirkulationspumpe 54 erzeugt wird, wobei sie beispielsweise 20 Grad beträgt.
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Wenn die Wassertemperatur des Kühlwassers größer als die vorgeschriebene Temperatur ist (NEIN in Schritt S14), ist es schwer, dass das kondensierte Wasser in der Zirkulationspumpe 54 erzeugt wird, wobei folglich die Steuerungsvorrichtung 34 die Verarbeitung zur Unterdrückung der Erzeugung des kondensierten Wassers beendet.
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Wenn die Wassertemperatur des Kühlwassers kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist (JA in Schritt S14), beurteilt die Steuerungsvorrichtung 34, ob es keine Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle 10 gibt (Schritt S16). Wenn es die Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle 10 gibt (NEIN in Schritt S16), treibt die Steuerungsvorrichtung 34 die Zirkulationspumpe 54 bei einer Drehzahl entsprechend der Leistungserzeugungsanforderung an (Schritt S18).
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Demgegenüber treibt, wenn es keine Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle 10 gibt (JA in Schritt S16), die Steuerungsvorrichtung 34 die Zirkulationspumpe 54 bei einer vorgeschriebenen Drehzahl (beispielsweise eine konstante Drehzahl von 1800 Upm) an, die unter Berücksichtigung einer Aufwärmwirkung und eines Antriebsgeräusches bestimmt wird (Schritt S20). Die Zirkulationspumpe 54 wird bei der vorgeschriebenen Drehzahl (nachstehend als "eine Aufwärmdrehzahl" bezeichnet) angetrieben, die unter Berücksichtigung der Aufwärmwirkung und des Antriebsgeräusches bestimmt wird, sodass das Antriebsgeräusch der Zirkulationspumpe 54 unterdrückt werden kann und das Aufwärmen der Zirkulationspumpe 54 beschleunigt werden kann. Als Ergebnis kann die Differenz zwischen der Temperatur des Anodenabgases und der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 unmittelbar verringert werden.
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Als Nächstes beurteilt die Steuerungsvorrichtung 34, ob eine Gesamtantriebszeit der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl die vorgeschriebene Antriebszeit überschreitet (Schritt S22). Nachstehend wird eine Beschreibung der Gesamtantriebszeit gegeben. 4 zeigt ein Diagramm, das die vorgeschriebene Antriebszeit der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl erklärt. Eine horizontale Achse in 4 ist die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100, und eine vertikale Achse ist die vorgeschriebene Antriebszeit. Hierbei ist eine Abbildung bzw. ein Kennfeld gemäß 4 in dem ROM der Steuerungsvorrichtung 34 gespeichert.
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Wenn die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 niedrig ist, wird die vorgeschriebene Antriebszeit im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Wassertemperatur des Kühlwassers hoch ist, eingestellt, um lang zu werden, wie es in 4 veranschaulicht ist. Somit wird die vorgeschriebene Antriebszeit in Abhängigkeit von der Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 geändert, da es erforderlich ist, alle der nachstehend genannten Anforderungen zu erfüllen. Eine erste Anforderung ist, dass die Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl angetrieben wird, bis die Differenz zwischen der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 und der Temperatur des Anodenabgases klein wird und es schwer wird, dass kondensiertes Wasser in der Zirkulationspumpe 54 erzeugt wird. Eine zweite Anforderung ist, dass das Antreiben der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl so kurz wie möglich ausgeführt wird, da das Antreiben der Zirkulationspumpe 54 bei einer relativ hohen Aufwärmdrehzahl das Antriebsgeräusch und einen Leistungsverbrauch vergrößert.
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Folglich entscheidet in Schritt S22 die Steuerungsvorrichtung über die vorgeschriebene Antriebszeit auf der Grundlage der Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100, die in Schritt S12 erlangt wird, und der Abbildung der vorgeschriebenen Antriebszeit und der Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 gemäß 4, wobei sie beurteilt, ob die Gesamtantriebszeit der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl die vorgeschriebene Antriebszeit überschreitet.
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Wenn die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 kleiner oder gleich einer vorgeschriebenen Temperatur T1 ist, kann die vorgeschriebene Antriebszeit konstant gemacht werden, wie es in 4 veranschaulicht ist. Der Grund, warum die vorgeschriebene Antriebszeit konstant gemacht werden kann, ist wie nachstehend beschrieben. Die Temperatur der Zirkulationspumpe 54, die durch das Antreiben der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl erhöht wird, weist eine Begrenzung auf. Folglich ist, auch wenn die Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl über die konstante Antriebszeit hinaus angetrieben wird, ein Effekt des Temperaturanstiegs der Zirkulationspumpe 54 klein. Außerdem ist es zu bevorzugen, die Antriebszeit der Zirkulationspumpe 54 von einem Standpunkt des Antriebsgeräusches und des Leistungsverbrauchs zu verkürzen.
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Wenn die Gesamtantriebszeit der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl die vorgeschriebene Antriebszeit nicht überschreitet (NEIN in Schritt S22), springt die Steuerungsvorrichtung 34 zu Schritt S16 zurück. Wenn die Gesamtantriebszeit der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl die vorgeschriebene Antriebszeit überschreitet (JA in Schritt S22), beendet die Steuerungsvorrichtung 34 die Verarbeitung zur Unterdrückung der Erzeugung des kondensierten Wassers.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, beurteilt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Steuerungsvorrichtung 34, ob die Wassertemperatur des Kühlwassers, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 verbunden ist, kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, wobei sie die Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl antreibt, wenn die Wassertemperatur des Kühlwassers kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist und es keine Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle 10 gibt. Hierdurch kann der Temperaturanstieg der Zirkulationspumpe 54 beschleunigt werden, wobei es möglich ist, die Erzeugung des kondensierten Wassers in der Zirkulationspumpe 54 durch die Differenz zwischen der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 und der Temperatur des Anodenabgases zu unterdrücken. Dementsprechend kann die Geräuschschwingung der Zirkulationspumpe 54 aufgrund des kondensierten Wassers unterdrückt werden.
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Außerdem treibt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn es keine Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle 10 gibt, bis die Gesamtantriebszeit der Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl die vorgeschriebene Antriebszeit überschreitet, die Steuerungsvorrichtung 34 die Zirkulationspumpe 54 bei der Aufwärmdrehzahl an. Dies ermöglicht es, die Temperatur der Zir- kulationspumpe 54 auf die Temperatur zu erhöhen, bei der die Erzeugung des kondensierten Wassers unterdrückt wird. Außerdem wird, wenn die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 niedrig ist, die vorgeschriebene Antriebszeit so eingestellt, dass sie im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Wassertemperatur des Kühlwassers hoch ist, lang wird, wie es in 4 veranschaulicht ist. Dies ermöglicht es, die Vergrößerung des Antriebsgeräusches und des Leistungsverbrauchs der Zirkulationspumpe 54 zu unterdrücken und die Temperatur der Zirkulationspumpe 54 auf die Temperatur zu erhöhen, bei der die Erzeugung des kondensierten Wassers unterdrückt wird.
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Außerdem beurteilt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Steuerungsvorrichtung 34, ob ein Aufwärmbetrieb für die Zirkulationspumpe 54 auszuführen ist, auf der Grundlage davon, ob die Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist. Es wird angenommen, dass zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100 die Temperatur der Zirkulationspumpe 54 niedrig ist und es wahrscheinlich ist, dass kondensiertes Wasser in der Zirkulationspumpe 54 erzeugt wird. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch in einem derartigen Fall die Erzeugung des kondensierten Wassers in der Zirkulationspumpe 54 unterdrückt.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel beurteilt die Steuerungsvorrichtung 34, ob der Aufwärmbetrieb für die Zirkulationspumpe 54 auszuführen ist, auf der Grundlage der Wassertemperatur des Kühlwassers. Die Steuerungsvorrichtung 34 kann jedoch auf der Grundlage einer Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 verbunden ist und die zu der Wassertemperatur des Kühlwassers unterschiedlich ist, beurteilen, ob der Aufwärmbetrieb für die Zirkulationspumpe 54 auszuführen ist. Zusätzlich kann ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Zirkulationspumpe 54 bei der Zirkulationspumpe 54 bereitgestellt sein, wobei die Steuerungsvorrichtung 34 auf der Grundlage der Temperatur der Zirkulationspumpe 54, die durch den Temperatursensor erfasst wird, beurteilen kann, ob der Aufwärmbetrieb für die Zirkulationspumpe 54 auszuführen ist.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel wird als ein Beispiel beschrieben, dass die Aufwärmdrehzahl der Zirkulationspumpe 54 1800 Upm ist. Die Aufwärmdrehzahl ist jedoch nicht hierauf begrenzt und kann eine andere Drehzahl sein, die unter Berücksichtigung der Aufwärmwirkung und des Antriebsgeräusches bestimmt wird. Wenn die Drehzahl der Zirkulationspumpe 54 größer als 2000 Upm ist, kann das Antriebsgeräusch der Zirkulationspumpe 54 von der Umgebung widerhallen. Demgegenüber verringert sich, wenn die Drehzahl der Zirkulationspumpe 54 kleiner als 1800 Upm ist, die Wirkung des Aufwärmens der Zirkulationspumpe 54. Hierbei ist es zu bevorzugen, dass die Aufwärmdrehzahl konstant ist. Der Grund hierfür ist, dass das Antriebsgeräusch fluktuiert, wenn die Aufwärmdrehzahl fluktuiert, was möglicherweise für einen Benutzer unbehaglich ist.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel beurteilt die Steuerungsvorrichtung 34, ob der Aufwärmbetrieb für die Zirkulationspumpe 54 auszuführen ist, auf der Grundlage der Wassertemperatur des Kühlwassers zu der Zeit eines Startens des Brennstoffzellensystems 100. Die Steuerungsvorrichtung 34 kann jedoch auf der Grundlage der Wassertemperatur des Kühlwassers während des Antreibens des Brennstoffzellensystems 100 nach dem Starten des Brennstoffzellensystems 100 beurteilen, ob der Aufwärmbetrieb für die Zirkulationspumpe 54 auszuführen ist. Außerdem wird in dem ersten Ausführungsbeispiel als ein Beispiel erklärt, dass die Brennstoffgaszufuhreinrichtung die Einspritzeinrichtung 48 ist. Die Brennstoffgaszufuhreinrichtung kann jedoch ein Element sein, das zu der Einspritzeinrichtung 48 unterschiedlich ist.
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Während beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich veranschaulicht worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele begrenzt, wobei andere Ausführungsbeispiele, Variationen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst ein Brennstoffzellensystem (100): eine Brennstoffzelle (10), die eine Membranelektrodenbaugruppe (20) umfasst, die eine Elektrolytmembran (14) mit einer Anode (16) und einer Kathode (18) zusammenklemmt; eine Brennstoffgaszufuhreinrichtung (48), die ein Anodengas zu der Anode über einen Anodengaszufuhrkanal (40) entsprechend einer Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle zuführt; eine Zirkulationspumpe (54), die ein Abgas, das von der Anode ausgestoßen wird, zu dem Anodengaszufuhrkanal zirkulieren lässt; eine Beurteilungseinrichtung (36), die beurteilt, ob eine einer Temperatur der Zirkulationspumpe und einer Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe verbunden ist, kleiner oder gleich einer vorgeschriebenen Temperatur ist; und eine Antriebssteuerungseinrichtung (38), die die Zirkulationspumpe bei einer vorgeschriebenen Drehzahl antreibt, wenn die Beurteilungseinrichtung beurteilt, dass eine der Temperatur der Zirkulationspumpe und der Temperatur, die mit der Temperatur der Zirkulationspumpe verbunden ist, kleiner oder gleich der vorgeschriebenen Temperatur ist, und es keine Leistungserzeugungsanforderung für die Brennstoffzelle gibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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