DE102015222763A1 - Brennstoffzellen- spülverfahren - Google Patents

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Deuk Kuen Ahn
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Abstract

Ein Brennstoffzellen-Spülverfahren wird bereitgestellt, um eine Verschlechterung der Brennstoffzelle und eine Verminderung der Haltbarkeit der Brennstoffzelle wirksam zu verhindern, indem ein Wasserstoffspülen zu einem Zeitpunkt, bei dem ein Unterdruck einer Anode einen Höchstwert erreicht, durchgeführt wird, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird. Das Brennstoffzellen-Spülverfahren umfasst ein Stoppen des Antreibens eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein kontinuierliches Messen eines Drucks einer Anode einer Brennstoffzelle, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird. Zusätzlich wird Wasserstoff an die Anode zugeführt, wenn der gemessene Druck der Anode einen Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellen-Spülverfahren zum Verhindern einer Verschlechterung einer Brennstoffzelle während einer Zeitdauer von einem Punkt, an dem ein Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird, zu einem Punkt, an dem das Brennstoffzellenfahrzeug neu gestartet wird, und insbesondere ein Brennstoffzellen-Spülverfahren, das in der Lage ist, eine Verschlechterung einer Brennstoffzelle und einer Herabsetzung der Haltbarkeit der Brennstoffzelle wirksam zu verhindern, indem ein Wasserstoffspülen durchgeführt wird, wenn ein Unterdruck (negativer Druck) einer Anode nach einem Anhalten eines Brennstoffzellenfahrzeugs einen Höchststand erreicht.
  • HINTERGRUND
  • Eine Brennstoffzelle kann unterteilt werden in einen Brennstoffzellenstapel, der eingerichtet ist, um elektrische Energie zu erzeugen, ein Brennstoffversorgungssystem, das eingerichtet ist, um Brennstoff (z. B. Wasserstoff) an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen, ein Luftversorgungssystem mit einem Luftgebläse und einer Befeuchtungsvorrichtung, um Sauerstoff in der Luft, ein Oxidationsmittel, das für eine elektrochemische Reaktion erforderlich ist, an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen, und ein Wärme- und Wasser-Management-System, das eingerichtet ist, um eine Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels einzustellen.
  • Vor kurzem sind Brennstoffzellenfahrzeuge, die mit Brennstoffzellen als eine Antriebsquelle von Fahrzeugen ausgerüstet sind, übergeben worden und die Entwicklung von umweltfreundlichen zukünftigen Fahrzeugen wird laufend fortgeführt. Eine Brennstoffzelle stellt eine Art von Stromerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Elektrizität als eine Hauptenergiequelle von Brennstoffzellenfahrzeugen dar, die eine Struktur aufweisen, in der eine Anode, an welche Wasserstoff zugeführt wird, und eine Kathode, an welche Luft zugeführt wird, mit einer dort dazwischen eingefügten Membranelektrodenanordnung (membrane electrode assembly – MEA) gestapelt sind und Sauerstoff in der Luft und Wasserstoff, die von außen zugeführt werden, chemisch umgesetzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen.
  • Somit wird, während die Brennstoffzelle betrieben wird, Wasserstoff mit hoher Reinheit an die Anode der Brennstoffzelle zugeführt und Sauerstoff in der Luft wird gleichzeitig an die Kathode der Brennstoffzelle unter Verwendung einer Luftversorgungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Luftgebläse, zugeführt, um elektrische Energie zu erzeugen. Dementsprechend wird der an die Brennstoffzelle zugeführte Wasserstoff in Wasserstoffionen und Elektronen in einem Katalysator der Anode getrennt und die abgetrennten Wasserstoffionen werden an die Kathode durch die Elektrolytmembran übertragen, und an die Kathode zugeführter Sauerstoff wird mit Elektronen, die in die Kathode durch einen externen Leitungsdraht eingeführt werden, gebunden, um Wasser zu erzeugen, wodurch elektrische Energie erzeugt wird.
  • Die erzeugte elektrische Energie wird in einem Antriebsmotor eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das mit den Brennstoffzellenantrieben ausgerüstet ist, verwendet. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird und ein Parkzustand desselben für eine vorgegebene Zeitdauer beibehalten wird, wird die Brennstoffzelle abgeschaltet und eine Zufuhr von Luft und Wasserstoff an die Brennstoffzelle wird gestoppt. Wenn der Parkzustand des Brennstoffzellenfahrzeugs für eine lange Zeitdauer beibehalten wird, strömt in der Anode verbleibender Wasserstoff durch eine Elektrolytmembran, um an die Kathode übertragen zu werden, so dass der Druck der Anode kleiner als der der Kathode wird, was zu einer Bildung eines Unterdrucks in der Anode führt, deren Eingang und Ausgang blockiert werden. Aufgrund des Unterdrucks der Anode wird eine Stickstoffkomponente innerhalb der Kathode in die Anode eingeführt, und somit wird der Druck der Anode auf den Normaldruck wiederhergestellt.
  • Wie in 1 dargestellt, in dem Prozess zum Bilden eines Unterdrucks und Wiederherstellen des Normaldrucks der Anode, da der Druck der Anode verringert wird, schreitet der Unterdruck schnell voran, und der Druck wird von einem Punkt einer Unterdruckspitze allmählich/graduell erhöht (diesbezüglich wird auf ”P” von 1 verwiesen), um auf den Normaldruck wiederhergestellt zu werden. Wenn der Parkzustand des Brennstoffzellenfahrzeugs auch danach weiterbesteht, wird Sauerstoff innerhalb der Kathode in die Anode eingeführt, so dass eine Schnittstelle zwischen Wasserstoff und Sauerstoff (z. B. H2/Luft-Front) in der Anode gebildet wird, wodurch eine Verschlechterung der Brennstoffzelle aufgrund der H2/Luft-Front verursacht wird.
  • Darüber hinaus, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug für einen beträchtlichen Zeitraum geparkt wird, wird ein anderes Gas als Wasserstoff vermischt in die Anode eingeführt. Somit, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug nach dem Langzeitparken neu gestartet wird, wird ein hohes Potenzial gebildet, so dass die Brennstoffzelle in schlimmer Weise verschlechtert wird, wodurch die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels herabgesetzt wird. Somit, um eine Verschlechterung der Brennstoffzelle zu verhindern, bis das Brennstoffzellenfahrzeug, das für einen beträchtlichen Zeitraum geparkt worden ist, neu gestartet wird, ist ein Brennstoffzellen-Spülverfahren zum periodischen/aperiodischen Zuführen von Wasserstoff an die Anode zum Ausströmen von Sauerstoff innerhalb der Brennstoffzelle eingeführt worden.
  • Jedoch wird mit dem Brennstoffzellen-Spülverfahren, wenn die Brennstoffzelle abgeschaltet und in Betrieb genommen wird, ein Wasserstoffspülen durchgeführt, und wenn eine Parkzeit abgelaufen ist, wird ein zusätzliches Wasserstoffspülen periodisch durchgeführt, was den Wasserstoffverbrauch erhöht, so dass die tatsächliche Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs vermindert wird. Neben anderen Verfahren zum Verhindern einer Verschlechterung einer Brennstoffzelle gibt es ein Inbetriebnahme-Kathoden-Sauerstoffverarmungs-(start up cathode Oxygen depletion – SU COD)System, um ein Potenzial eines Stapels durch zweitweises Verbinden eines Widerstandes zu verringern, wenn ein hohes Potenzial erfasst wird, wenn ein Fahrzeug gestartet wird. Hierbei wird Wasserstoff zusätzlich an die Anode zugeführt.
  • Jedoch weist das SU COD-System eine hohe Wahrscheinlichkeit einer fatalen Verschlechterung der Brennstoffzellenleistung aufgrund einer in einer Zelle eines Brennstoffzellenstapels erzeugten Sperrspannung/Rückwärtsspannung auf, wenn Brennstoff ungleichmäßig zugeführt wird. Darüber hinaus, da Wasserstoff zusätzlich zugeführt wird, wird der Wasserstoffverbrauch erhöht, wodurch die tatsächliche Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs verschlechtert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt bereit ein Brennstoffzellen-Spülverfahren, das in der Lage ist, eine Verschlechterung einer Brennstoffzelle und eine Herabsetzung der Haltbarkeit der Brennstoffzelle wirksam zu verhindern, sowie den Wasserstoffverbrauch erheblich zu reduzieren, indem ein Wasserstoffspülen durchgeführt wird, wenn ein Unterdruck einer Anode einen Höchstwert erreicht, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein Brennstoffzellen-Spülverfahren umfassen: Stoppen eines Antreibens/Fahrens eines Brennstoffzellenfahrzeugs; Messen eines Drucks einer Anode einer Brennstoffzelle, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird; und Zuführen von Wasserstoff an die Anode, wenn der gemessene Druck der Anode einen Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht.
  • In der Anodendruckmessung kann ein Druck der Anode mit einem vorgegebenen Zeitintervall mit einem Zeitablauf kontinuierlich gemessen werden, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird, um dadurch einen derzeitigen Druck der Anode, der bei einem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, und einen vorherigen Druck der Anode, der vor dem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, zu berechnen.
  • Das Brennstoffzellen-Spülverfahren kann ferner umfassen: Berechnen eines Druckdifferenzwertes durch Subtrahieren des vorherigen Drucks der Anode von dem derzeitigen Druck der Anode; und Bestimmen, ob der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, wobei, wenn der Druckdifferenzwert größer als oder gleich 0 in dem Druckdifferenzwert-Bestimmungsvorgang ist, es bestimmt werden kann, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  • Ferner kann auf der Grundlage eines Zeitpunkts, bei dem der Druck der Anode gemessen wird, eine Steigung vor dem Messzeitpunkt und eine Steigung nach dem Messzeitpunkt multipliziert werden, und wenn ein durch Multiplizieren der Steigungen erhaltener Wert ein negativer Wert ist, kann es bestimmt werden, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
  • 1 zeigt einen Graphen, der eine Änderung des Drucks einer Anode einer Brennstoffzelle über den Verlauf der Zeit darstellt, bis ein gewöhnliches Brennstoffzellenfahrzeug in einem Zustand des Stillstands (eine Brennstoffzelle ist abgeschaltet) gemäß dem Stand der Technik gestartet wird;
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Brennstoffzellen-Spülverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zum Messen eines Drucks einer Anode und einen Vorgang zum Bestimmen eines Spitzenwertes des Unterdrucks in dem Brennstoffzellen-Spülverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Brennstoffzellen-Spülverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Brennstoffzellen-Spülverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
  • 6 zeigt einen Graphen, der eine Änderung des Drucks einer Anode einer Brennstoffzelle gemäß einer Anwendung des Brennstoffzellen-Spülverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
  • Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
  • Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
  • Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff ”ungefähr/in etwa”, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. ”Ungefähr/in etwa” kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff ”ungefähr/in etwa” verändert.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Als Referenz können Abmessungen von Elementen oder Dicken/Stärken von Linien, die in den Zeichnungen dargestellt sind, auf die Bezug genommen wird, um die vorliegende Offenbarung zu beschreiben, zum besseren Verständnis übertrieben dargestellt sein. Auch sind die von nun an verwendeten Begriffe unter Berücksichtigung der Funktionen der vorliegenden Offenbarung definiert worden und können gemäß der Absicht eines Benutzers oder Bedieners oder der herkömmlichen Praxis verändert werden. Demzufolge sollten die Begriffe/Bezeichnungen auf der Grundlage des gesamten Inhalts dieser Beschreibung definiert werden.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Brennstoffzellen-Spülverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die verschiedenen Verfahren, die hierin nachfolgend erläutert werden, sind so zu verstehen, dass sie durch eine Steuerung mit einem Prozessor und einem Speicher ausgeführt werden. Insbesondere, wie in 2 dargestellt, wenn ein Fahren/Antreiben eines mit einer Brennstoffzelle ausgerüsteten Brennstoffzellenfahrzeugs gestoppt werden soll, kann eine Steuerung, wie beispielsweise eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit – ECU) oder dergleichen, eingerichtet sein, um einen Stoppbefehl für das Brennstoffzellenfahrzeug in Vorgang S1 auszugeben, und das Brennstoffzellenfahrzeug kann auf der Grundlage des Stoppbefehls in Vorgang S2 gestoppt werden. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird, kann die Brennstoffzelle abgeschaltet werden.
  • Wenn der Stillstand oder das Anhalten des Brennstoffzellenfahrzeugs und die Abschaltung der Brennstoffzelle beibehalten werden (wenn beispielsweise ein geparkter Zustand des Brennstoffzellenfahrzeugs beibehalten wird), kann ein Druck einer Anode der Brennstoffzelle mit einem vorgegebenen Zeitintervall kontinuierlich in Vorgang S3 gemessen werden. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der gemessene Druck der Anode einen Zeitpunkt einer Unterdruckspitze/eines Unterdruckspitzenwertes in Vorgang S4 erreicht. Ein ausführliches Ausführungsbeispiel des Anodendruck-Messvorganges (S3) und des Unterdruckspitzen-Bestimmungsvorganges (S4) werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
  • Wie in 3 dargestellt, kann der Druck der Anode mit einem vorgegebenen Zeitintervall dT kontinuierlich gemessen werden, wobei der derzeitige/aktuelle Druck Paktuell der Anode, der zum gegenwärtigen Zeitpunkt gemessen wird, und ein vorheriger Druck Pvorher der Anode, der vor dem Zeitintervall dT von dem gegenwärtigen Zeitpunkt gemessen wird, in Vorgang S3 berechnet werden können.
  • Der vorherige Druck Pvorher der Anode kann von dem aktuellen Druck Paktuell der Anode subtrahiert werden, um einen Druckdifferenzwert (ΔP = Druck Paktuell – Druck Pvorher) in Vorgang S4-1 zu berechnen, und die Steuerung kann eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der berechnete Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist. Wenn der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass der Druck den Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt in Vorgang S4-2 erreicht hat. Mit anderen Worten, wenn der gegenwärtige Druck Paktuell der Anode größer als oder gleich dem vorherigen Druck Pvorher der Anode ist, kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt erreicht hat.
  • Insbesondere wird ein Prozess, in dem der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt erreicht, unter Bezugnahme auf 1 ausführlich beschrieben. Der Druck der Anode wird mit dem Ablauf der Zeit nach der Abschaltung der Brennstoffzelle schnell verringert (diesbezüglich wird auf ”P” von 1 verwiesen), um den Unterdruckspitzenwert (P) zu erreichen. Nachdem der Druck der Anode den Unterdruckspitzenwert (P) erreicht, wird Stickstoff (oder Sauerstoff) in eine Kathode eingeführt, und demzufolge kann der Druck der Anode allmählich/schrittweise erhöht werden (diesbezüglich wird auf eine positive Steigung S4 von 1 verwiesen) und auf den Normaldruck wiederhergestellt werden.
  • Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, wenn der Druckdifferenzwert ΔP innerhalb eines Bereichs nahe 0 liegt, das heißt, wenn der Druckdifferenzwert ΔP innerhalb eines Bereichs liegt, der etwas kleiner oder größer als 0 ist (z. B. –0,01 < ΔP < 0,01), kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzenwert (P) erreicht hat. Dementsprechend können auf der Grundlage eines Zeitpunktes, bei dem der Druck der Anode gemessen wird, eine Steigung vor dem Messzeitpunkt und eine Steigung nach dem Messzeitpunkt einmal oder mehrmals multipliziert werden, und danach, wenn ein durch Multiplizieren der Steigungen erhaltener Wert einen negativen Wert aufweist, kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass ein Druckdifferenzwert ΔP ungefähr 0 ist und dass der Druck der Anode zum Messzeitpunkt den Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt erreicht hat. Insbesondere, unter Bezugnahme auf 1, wenn der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt erreicht, eine Steigung vor dem Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt eine negative Steigung ist (S3) und eine Steigung nach dem Unterdruckspitzenwert (P) eine positive Steigung ist (S4), und wenn somit die negative Steigung (S3) und die positive Steigung (S4) multipliziert werden, kann ein negativer Wert berechnet werden, auf dessen Grundlage ersichtlich sein kann, dass der Druckdifferenzwert ΔP ungefähr 0 ist.
  • In Erwiderung auf ein Bestimmen, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt erreicht hat, kann ein Wasserstoffspülen (H2-Spülung) durchgeführt werden, um Wasserstoff an die Anode in Vorgang S5 zuzuführen. Wenn das Wasserstoffspülen (H2-Spülung) durchgeführt wird, wenn der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt erreicht, kann der Druck der Anode von dem Unterdruckzustand (P) schnell zu einem Überdruckzustand (R) wie in 6 dargestellt, erhöht werden. Mit anderen Worten, da ein Wasserstoffspülen bei dem Unterdruckspitzen-(P)Zeitpunkt durchgeführt werden kann, kann ein Zustand, in dem der Druck der Anode ein Unterdruck wird, minimiert oder vermieden werden.
  • Nachdem der Druck der Anode zu einem Überdruck (positiver Druck) durch das Wasserstoffspülen geändert ist, kann der Druck verringert werden, und der Druck kann leicht reduziert werden (diesbezüglich wird auf die Steigung S2 von 6 verwiesen). Auf diese Weise kann, da ein Wasserstoffspülen (H2-Spülung) nach der Abschaltung der Brennstoffzelle auf der Grundlage des Anhaltens des Brennstoffzellenfahrzeugs (z. B. wird das Fahrzeug gestoppt) vorverlegt werden kann, verglichen mit dem Stand der Technik ein Phänomen, in dem die Anode der Brennstoffzelle zu einem Unterdruckzustand eingestellt wird, minimiert oder vermieden werden, und demzufolge kann eine Einleitung/Einführung (Crossover) von Luft von der Kathode zu der Anode verzögert oder minimiert werden. Zusätzlich können eine Verschlechterung des Brennstoffzellenstapels und eine Verringerung in einer Wasserstoffmenge aufgrund einer schnellen Wasserstoff-/Sauerstoff-Reaktion, die auftreten kann, wenn die Brennstoffzelle abgeschaltet wird, wirksam verhindert werden.
  • Insbesondere kann in der vorliegenden Offenbarung, da ein Wasserstoffspülen (H2-Spülung) durchgeführt werden kann, um Wasserstoff zuzuführen, wenn der Druck der Anode den Unterdruckspitzenwert nach der Abschaltung der Brennstoffzelle erreicht, der Druck der Anode von dem Unterdruck (negativen Druck) zu dem Überdruck (positiven Druck) rasch erhöht werden (diesbezüglich wird auf R von 6 verwiesen), und nachdem der Druck zu dem Überdruck erhöht ist, kann der Druck wesentlich reduziert werden, und somit kann eine Periode zum zusätzlichen Zuführen von Wasserstoff im Vergleich zum Stand der Technik verlängert werden (z. B. erhöht, ausgedehnt). Zum Beispiel kann verglichen mit dem Stand der Technik, in dem Wasserstoff mit einer Periode von 12 Stunden nach dem Abschalten der Brennstoffzelle zugeführt wird, Wasserstoff mit einer Periode von ungefähr 24 Stunden zugeführt werden.
  • Zusätzlich muss in der vorliegenden Offenbarung, da ein Wasserstoffspülen durch Zuführen von Wasserstoff in dem Unterdruckspitzen-Zeitpunkt wie in 2 dargestellt, durchgeführt werden kann, ein Abschalten des Wasserstoffspülens nicht separat durchgeführt werden, wenn die Brennstoffzelle abgeschaltet ist, und somit kann eine Wasserstoffverbrauchsmenge deutlich reduziert werden. Ferner kann die tatsächliche Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs durch die Reduzierung in der Wasserstoffverbrauchsmenge verbessert werden, wodurch die Fahrstrecke des Fahrzeugs erheblich erhöht wird.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Brennstoffzellen-Spülverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 4 dargestellt, wenn gewünscht wird, dass das mit der Brennstoffzelle ausgerüstete Brennstoffzellenfahrzeug am Fahren gehindert wird, kann eine Steuerung, wie beispielsweise eine ECU, eingerichtet sein, um einen Stoppbefehl für das Brennstoffzellenfahrzeug in Vorgang S1 auszugeben, und nach dem Stoppbefehl kann ein Abschalten des Wasserstoffspülen (Abschaltung der H2-Spülung) ausgeführt werden, um Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle in Vorgang S1-1 zuzuführen. Nach der Abschaltung des Wasserstoffspülens kann das Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem Stoppbefehl in Vorgang S2 gestoppt werden. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt ist, kann die Brennstoffzelle abgeschaltet werden. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Abschalten eines Wasserstoffspulens (Abschaltung der H2-Spülung) durchgeführt werden, nachdem die Brennstoffzelle abgeschaltet ist.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4 kann durch Ausführen eines Abschaltens des Wasserstoffspulens (Abschaltung der H2-Spülung) im Voraus vor oder nach der Abschaltung der Brennstoffzelle ein Phänomen, in dem ein Druck der Anode ein Unterdruck (negativer Druck) wird, weiter vermieden oder minimiert werden, und somit kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle weiter wirksam verhindert werden. In dem Ausführungsbeispiel von 4 kann eine Wasserstoffverbrauchsmenge leicht erhöht sein, da im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel von 2 der Wasserstoff an die Anode vor und nach der Abschaltung der Brennstoffzelle zugeführt werden kann. Dennoch, da die Wasserstoffverbrauchsmenge verglichen mit dem Stand der Technik erheblich reduziert werden kann, kann eine tatsächliche Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs verbessert werden.
  • Weitere verbleibende Prozesse sind ähnlich oder gleich wie diejenigen der Ausführungsbeispiele von 2 und 3, die oben beschrieben werden, und somit wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Brennstoffzellen-Spülverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die verschiedenen Schritte von 5 können durch die Steuerung ausgeführt werden. Wie in 5 dargestellt, kann das Brennstoffzellenfahrzeug nach dem Wasserstoffspülen (in Vorgang S5) in dem Unterdruckspitzen-Zeitpunkt S6 neu gestartet werden. Durch das Neustarten des Brennstoffzellenfahrzeugs kann die Brennstoffzelle in Betrieb genommen werden. Nach dem Neustarten des Brennstoffzellenfahrzeugs (in Vorgang S6) kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob eine Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist, eine voreingestellte Zeitdauer (z. B. ungefähr 10 Minuten) in Vorgang S7 überschreitet.
  • Die Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist, kann durch einen Timer/Zeitgeber gezählt oder bestimmt werden, und ein Bestimmen, ob die Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist, eine voreingestellte Zeitdauer überschreitet, kann umfassen ein Bestimmen, ob ein Parken des Brennstoffzellenfahrzeugs ein Langzeitparken oder ein Kurzzeitparken ist. Danach, wenn die Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist, die voreingestellte Zeitdauer überschreitet, kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass das Parken des Brennstoffzellenfahrzeugs das Langzeitparken ist, und eine Inbetriebnahme des Wasserstoffspulens (H2-Spülung) auszuführen, um zusätzlich Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle in Vorgang S8 zuzuführen.
  • Auf diese Weise kann gemäß dem Ausführungsbeispiel von 5 zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Brennstoffzelle, wenn die Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist, oder eine Abschaltzeit der Brennstoffzelle innerhalb der voreingestellten Zeitdauer liegt (z. B. für ein Kurzzeitparken), die Inbetriebnahme des Wasserstoffspulens nicht ausgeführt werden, und wenn die Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt worden ist, oder eine Abschaltzeit des Brennstoffzellenfahrzeugs die voreingestellte Zeitdauer überschreitet (z. B. für ein Langzeitparken), kann die Inbetriebnahme des Wasserstoffspulens ausgeführt werden, wobei eine Verhinderung einer Verschlechterung der Brennstoffzelle und eine Reduzierung in einer Wasserstoffverbrauchsmenge stabiler durchgeführt werden können. Die Vorgänge S1 bis S5 sind denjenigen des vorherigen Ausführungsbeispiels ähnlich oder gleich, und somit wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung, da ein Wasserstoffspülen bei einem Unterdruckspitzen-Zeitpunkt der Anode nach einem Anhalten des Brennstoffzellenfahrzeugs durchgeführt werden kann, eine Wasserstoffverbrauchsmenge signifikant reduziert werden und eine Verschlechterung der Brennstoffzelle und eine Herabsetzung der Haltbarkeit kann in wirksamer Weise verhindert werden. Insbesondere da die tatsächliche Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs durch die Reduzierung in der Wasserstoffverbrauchsmenge beträchtlich verbessert werden kann, kann eine Fahrstrecke des Fahrzeugs in hohem Maße verlängert werden.
  • Vorstehend, obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern kann durch einen Durchschnittsfachmann auf dem die vorliegende Erfindung betreffenden Gebiet verschiedenartig modifiziert und geändert werden, ohne von der Lehre und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung, die in den folgenden Ansprüchen beansprucht ist, abzuweichen.

Claims (17)

  1. Brennstoffzellen-Spülverfahren, aufweisend: Stoppen, durch eine Steuerung, eines Antreibens eines Brennstoffzellenfahrzeugs; Messen, durch die Steuerung, eines Drucks einer Anode einer Brennstoffzelle, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird; und Zuführen, durch die Steuerung, von Wasserstoff an die Anode, wenn der Druck der Anode einen Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht.
  2. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck der Anode mit einem vorgegebenen Zeitintervall mit dem Zeitablauf kontinuierlich gemessen wird, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird, um einen derzeitigen Druck der Anode, der bei einem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, und einen vorherigen Druck der Anode, der vor dem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, zu berechnen.
  3. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 2, ferner aufweisend: Berechnen, durch die Steuerung, eines Druckdifferenzwertes durch Subtrahieren der vorherigen Drucks der Anode von dem derzeitigen Druck der Anode; und Bestimmen, durch die Steuerung, ob der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, wobei, wenn der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, bestimmt wird, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  4. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 2, wobei auf der Grundlage eines Zeitpunktes, bei dem ein Druck der Anode gemessen wird, eine Steigung vor dem Messzeitpunkt und eine Steigung nach dem Messzeitpunkt multipliziert werden, und wenn ein durch Multiplizieren der Steigungen erhaltener Wert ein negativer Wert ist, bestimmt wird, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  5. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Ausgeben, durch die Steuerung, eines Stoppbefehls für das Brennstoffzellenfahrzeug vor dem Anodendruck-Messvorgang; und Stoppen, durch die Steuerung, des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage des Stoppbefehls.
  6. Brennstoffzellen-Spülverfahren, aufweisend: Ausführen, durch die Steuerung, einer Abschaltung eines Wasserstoffspulens, bevor ein Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird; Stoppen, durch die Steuerung, des Brennstoffzellenfahrzeugs nach der Abschaltung des Wasserstoffspulens; Messen, durch die Steuerung, eines Drucks einer Anode einer Brennstoffzelle, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird; und Zuführen, durch die Steuerung, von Wasserstoff an die Anode, wenn der gemessene Druck der Anode einen Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht.
  7. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 6, wobei der Druck der Anode mit einem vorgegebenen Zeitintervall mit dem Zeitablauf kontinuierlich gemessen wird, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt wird, um einen derzeitigen Druck der Anode, der bei einem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, und einen vorherigen Druck der Anode, der vor dem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, zu berechnen.
  8. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Berechnen, durch die Steuerung, eines Druckdifferenzwertes durch Subtrahieren der vorherigen Drucks der Anode von dem derzeitigen Druck der Anode; und Bestimmen, durch die Steuerung, ob der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, wobei, wenn der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, bestimmt wird, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  9. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 7, wobei auf der Grundlage eines Zeitpunktes, bei dem ein Druck der Anode gemessen wird, eine Steigung vor dem Messzeitpunkt und eine Steigung nach dem Messzeitpunkt multipliziert werden, und wenn ein durch Multiplizieren der Steigungen erhaltener Wert ein negativer Wert ist, bestimmt wird, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  10. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: Ausgeben, durch die Steuerung, eines Stoppbefehls für das Brennstoffzellenfahrzeug vor der Abschaltung eines Wasserstoffspulens; und Stoppen, durch die Steuerung, des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage des Stoppbefehls nach der Abschaltung des Wasserstoffspulens.
  11. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: Starten, durch die Steuerung, des Brennstoffzellenfahrzeugs nach dem Wasserstoffspülen; Bestimmen, durch die Steuerung, ob eine Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, eine voreingestellte Zeitdauer überschreitet; und Ausführen, durch die Steuerung, einer Inbetriebnahme eines Wasserstoffspulens, wenn die Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, die voreingestellte Zeitdauer überschreitet.
  12. Brennstoffzellen-Spülverfahren, aufweisend: Messen, durch die Steuerung, eines Drucks einer Anode, nachdem eine Brennstoffzelle abgeschaltet wird; und Ausführen, durch die Steuerung, eines Wasserstoffspulens, wenn der gemessene Druck der Anode einen Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht.
  13. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 12, wobei der Druck der Anode mit einem vorgegebenen Zeitintervall mit dem Zeitablauf kontinuierlich nach der Abschaltung der Brennstoffzelle gemessen wird, um einen derzeitigen Druck der Anode, der bei einem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, und einen vorherigen Druck der Anode, der vor dem derzeitigen Zeitpunkt gemessen wird, zu berechnen.
  14. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 13, ferner aufweisend: Berechnen, durch die Steuerung, eines Druckdifferenzwertes durch Subtrahieren der vorherigen Drucks der Anode von dem derzeitigen Druck der Anode; und Bestimmen, durch die Steuerung, ob der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, wobei, wenn der Druckdifferenzwert größer als oder gleich ungefähr 0 ist, bestimmt wird, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  15. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 13, wobei auf der Grundlage eines Zeitpunktes, bei dem ein Druck der Anode gemessen wird, eine Steigung vor dem Messzeitpunkt und eine Steigung nach dem Messzeitpunkt multipliziert werden, und wenn ein durch Multiplizieren der Steigungen erhaltener Wert ein negativer Wert ist, bestimmt wird, dass der Druck der Anode den Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht hat.
  16. Brennstoffzellen-Spülverfahren, ferner aufweisend: Ausführen, durch die Steuerung, einer Abschaltung eines Wasserstoffspulens, bevor eine Brennstoffzelle abgeschaltet wird; kontinuierliches Messen, durch die Steuerung, eines Drucks einer Anode der Brennstoffzelle nach der Abschaltung des Wasserstoffspulens; und Zuführen, durch die Steuerung, von Wasserstoff an die Anode, wenn der gemessene Druck der Anode einen Unterdruckspitzen-Zeitpunkt erreicht.
  17. Brennstoffzellen-Spülverfahren nach Anspruch 16, ferner aufweisend: Starten, durch die Steuerung, eines Brennstoffzellenfahrzeugs nach dem Wasserstoffspulens; und Ausführen, durch die Steuerung, einer Inbetriebnahme eines Wasserstoffspulens, wenn eine Zeitdauer, während der das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, eine voreingestellte Zeitdauer überschreitet.
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