DE102015225281A1

DE102015225281A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern eines betriebs einesbrennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE102015225281A1
Application number: DE102015225281.7A
Authority: DE
Inventors: Se Joon Im
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-12-29
Also published as: CN106299417B; KR101704224B1; US20160380281A1; KR20170001231A; CN106299417A

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren sind zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems geliefert, um einen momentanen Ausgang eines Brennstoffzellensystems zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen Brennstoffzellen zu verringern. Die Vorrichtung reduziert vorübergehend eine Zellenspannung einer Brennstoffzelle oder ändert bzw. stellt ein Brennstoffzellensystem auf einen Zustand nahe einem Abschalten um, bringt das Brennstoffzellensystem wieder zu einer normalen Bedingung zurück und ermöglicht dann dem Brennstoffzellensystem, normal betätigt zu werden, durch Anwenden des „Sägezahn-Ereignisses” und des „Hysterese-Ereignisses”. Folglich wird ein momentaner Ausgang des Brennstoffzellensystems zu einer Leistung eines höchsten Ausgangspegels oder mehr, die in einem vorherigen Zustand zum Ausdruck gebracht werden kann, verbessert und eine Leistungsabweichung zwischen Brennstoffzellen wird verringert.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems und genauer eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betätigen eines Brennstoffzellensystems, um einen momentanen Ausgang eines Brennstoffzellensystems zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen Brennstoffzellen zu verringern.
(b) Hintergrund der Erfindung
Ein Brennstoffzellensystem enthält einen Brennstoffzellenstapel, der elektrische Energie erzeugt, ein Brennstoffversorgungssystem, das Brennstoff (z. B. Wasserstoff) zu dem Brennstoffzellenstapel zuführt, ein Luftversorgungssystem, das Sauerstoff, der ein für eine elektrochemische Reaktion erfordertes Oxidationsmittel ist, in der Luft zu dem Brennstoffzellenstapel zuführt, ein Wärme- und Wassermanagementsystem, das eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels einstellt, und dergleichen.
Wenn Wasserstoff, der ein Brennstoff ist, einer Anode des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird und Luft, die ein Oxidationsmittel ist, einer Kathode zugeführt wird, wird folglich der zugeführte Wasserstoff durch eine Oxidationsreaktion einer Katalysatorschicht der Anode in der Anode in Wasserstoffionen und Elektronen gespaltet und in diesem Fall werden die erzeugten Wasserstoffionen einer Kathode durch eine Polymerelektrolytschicht innerhalb eines Stapels zugeführt und die erzeugten Elektronen der Kathode durch einen externen Kreislauf zugeführt. Der zugeführte Sauerstoff und die zugeführten Elektronen treffen in der Kathode zusammen, um Sauerstoffionen durch eine Reduktionsreaktion der Katalysatorschicht zu erzeugen, und Elektrizität wird durch ein Prinzip erzeugt, bei dem Wasserstoffionen mit Sauerstoffionen verbunden werden, um Wasser zu erzeugen.
Wenn eine Luftzufuhr in einem Leelaufspannungs- (OCV-; engl. open circuit voltage) Erzeugungszustand eines Stapels unterbrochen wird, der durch Zuführen von Wasserstoff zu der Anode des Brennstoffzellenstapels und Zuführen von Luft zu der Kathode gebildet wird, eine Spannung auf einen Pegel äquivalent zu 0 V unter Verwendung eines Widerstands, einer Batterie, einer Diode, einer anderen spannungsreduzierenden Vorrichtung und/oder eines anderen Verfahrens verringert wird und dann ein Ausgang des Stapels durch wieder Erhöhen einer Spannung gemessen wird, wird ein Ereignis festgestellt, bei dem der Ausgang des Stapels momentan bzw. vorübergehend verbessert wird, und das Ereignis wird in der Technik „Sägezahn”-Ereignis genannt.
Ähnlich wird ein „Hysterese-Ereignis” (z. B. wenn ein Strom an den Brennstoffzellenstapel in einer Reihenfolge von 100 A → 200 A → 300 A → 400 A → 300 A → 200 A → 100 A... angelegt wird, wird eine höhere Stapelleistung in einem Abschnitt mit verringertem Strom (400 → 300 → 200 → 100 A) als in einem Abschnitt mit erhöhtem Strom (100 → 200 → 300 → 400 A) gemessen und eine Leistungsabweichung zwischen den entsprechenden Zellen, die den Brennstoffzellenstapel bilden, verringert), das während einer gewöhnlichen I-V-Evaluation auftritt, erzeugt.
Durch die zwei Ereignisse, das heißt, das Sägezahn-Ereignis und das Hysterese-Ereignis, kann eine Leistung des Stapels vorübergehend verbessert werden und eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen verringert werden, wenn eine Betriebsbedingung, wie beispielsweise eine Strömungsrate und Befeuchtungsbedingung, für ein Material bzw. einen Stoff, wie beispielsweise ein Reaktionsgas, der dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, nicht verbessert wird, das heißt, wenn verschiedene Betriebssteuerbedingungen, wie beispielsweise eine Strömungsratensteuerung und eine Steuerung der Befeuchtungsbedingung, für ein Reaktionsgas, das Wasserstoff und Luft enthält, nicht angewandt werden.
Um einen Ausgang des Brennstoffzellensystems zu verbessern und eine Leistungsabweichung der Zellen zu verringern, können im Allgemeinen verschiedene Betriebsbedingungen, wie beispielsweise eine Temperatur, ein Druck und eine Befeuchtung, auf ein optimales Niveau eingestellt werden oder eine Zuflussmenge des Reaktionsgases erhöht werden.
Da die Betriebsbedingung (z. B. Erhöhen der Befeuchtung auf ein vorbestimmtes Niveau oder höher) oder ein zusätzliches Einlassen des Reaktionsgases (z. B. Erhöhung einer Strömungsrate und eines Drucks auf ein vorbestimmtes Niveau oder höher) gegenüber einer beschränkten Bedingung einer Hardwarekonfiguration des Brennstoffzellensystems nicht verbessert werden kann, sofern nicht eine Kapazität der Hardwarekonfiguration des entsprechenden Brennstoffzellensystems erhöht wird, kann jedoch kein Wert eines vorbestimmten Ausgangs oder höher erhalten werden oder eine Leistungsabweichung abnehmen, wenn die Leistungsabweichung zwischen den Zellen erzeugt wird.
Wenn eine Antriebszeit des Brennstoffzellensystems verstreicht, verschlechtert sich tendenziell ein Ausgang des Brennstoffzellenstapels selbst und folglich bildet das Brennstoffzellensystem, das eine Betätigung für eine vorbestimmte Zeit oder länger erfährt, einen Ausgang mit einem niedrigen Niveau bzw. Pegel verglichen zur anfänglichen Leistung und eine Leistungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen wird auch erhöht. Wenn der Ausgang des Brennstoffzellenstapels verringert wird und die Abweichung zwischen den Zellen erhöht wird, wie oben beschrieben wurde, kann es jedoch nicht möglich sein, eine Leistung eines normalen Betriebs, die eine Beschleunigungs-/Überhol-Charakteristik enthält, eines Brennstoffzellenfahrzeugs durch eine Ausgangsbegrenzung und dergleichen gemäß der Betriebsbedingung des Brennstoffzellensystems sicherzustellen und einzustellen.
Das typische Brennstoffzellensystem weist jedoch keine andere bestimmte Alternative zum Lösen des Problems als ein gewöhnliches Verfahren zum Beenden eines Betriebs des Brennstoffzellensystems und Durchführen einer separaten Nachbehandlung, wie beispielsweise ein Austausch einer Komponente in dem Brennstoffzellensystem oder ein Leistungs-Wiederherstellungsprozess für eine reversible Leistungsverschlechterung der Brennstoffzelle, auf und es besteht darin ein Problem, dass die Prozesse einen separaten Prozess zum Demontieren und erneuten Installieren des Brennstoffzellensystems erfordern, wobei folglich die Durchführbarkeit herabgesetzt wird.
Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der jemandem mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik hierzulande bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung liefert eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems, die durch Anwenden des „Sägezahn-Ereignisses” und des „Hysterese-Ereignisses” eine Zellenspannung einer Brennstoffzelle für einen Moment bzw. vorübergehend reduzieren oder ein Brennstoffzellensystem zu einem Zustand nahe einem Abschalten betätigen, das Brennstoffzellensystem wieder zu einer normalen Bedingung zurückbringen und dann dem Brennstoffzellensystem ermöglichen, normal betätigt zu werden, wobei dadurch ein momentaner Ausgang des Brennstoffzellensystems zu einer Leistung mit einem höchsten Ausgangspegel oder höher, die in einem vorherigen Zustand ausdrückbar ist bzw. zum Ausdruck gebracht werden kann, verbessert wird und eine Leistungsabweichung zwischen Brennstoffzellen verringert wird.
In einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems, die Folgendes enthalten kann: eine Erfassungseinheit, die zum Bestimmen einer Zeit konfiguriert ist, zu der es erforderlich ist, eine Leistung einer Brennstoffzelle zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen Zellen zu verringern; eine Steuerung, die zum Einstellen eines Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems auf einen Hilfsleistungsmodus und gleichzeitig Einstellen einer Zellenspannung der Brennstoffzelle, um auf ca. 0 V zu der Zeit verringert zu werden, zu der es erforderlich ist, die Leistung der Brennstoffzelle zu verbessern und die Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu verringern, und dann wieder Einstellen des Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems auf einen normalen Betriebsmodus konfiguriert ist; und eine spannungsreduzierende Vorrichtung, die zum Reduzieren der Zellenspannung der Brennstoffzelle auf ca. 0 V durch einen Befehl der Steuerung konfiguriert ist.
Wenn eine Gesamtspannung der Brennstoffzellen für jeden Betriebsstrom des Brennstoffzellensystems (z. B. eine Gesamtspannung der Brennstoffzellen für jeden Betriebsstrom zum Fahren mit einem hohen Ausgang des Brennstoffzellenfahrzeugs) gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist und eine Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, kann bei einer beispielhaften Ausführungsform die Erfassungseinheit konfiguriert sein, um zu bestimmen, dass es erforderlich ist, die Leistung der Brennstoffzelle zu dieser Zeit zu verbessern.
Wenn eine Zellenabweichung, die eine Differenz zwischen einer Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen und einer minimalen Zellenspannung ist, gleich einem Schwellenwert oder größer als derselbe ist, kann die Erfassungseinheit zudem konfiguriert sein, um eine erforderte Verringerung der Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu dieser Zeit zu bestimmen. Jedes beliebige Element, das aus einem Widerstand, einer Diode und einer Batterie ausgewählt wird, die die Spannung der Brennstoffzelle auf ca. 0 V durch Verbrauchen eines Stroms der Zelle der Brennstoffzelle nach dem Sperren von Luft für eine Kathode der Brennstoffzelle verringern, kann als die spannungsreduzierende Vorrichtung eingesetzt werden.
Eine Wasserstoff-Spülleitung für eine Kathode, die eine Zellenspannung auf ca. 0 V durch Verringern einer Luftzufuhr-Strömungsrate für die Kathode der Brennstoffzelle auf einen minimalen Strömungsratenbereich und gleichzeitiges Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode reduziert, kann als die spannungsreduzierende Vorrichtung eingesetzt werden. Eine zusätzliche Leistungsversorgung, die eine Spannung der Brennstoffzelle auf einen vorbestimmten Pegel oder geringer durch Anlegen eines hohen Stroms an eine Brennstoffzelle während eines normalen Betriebs der Brennstoffzelle reduziert, kann als die spannungsreduzierende Vorrichtung eingesetzt werden.
In einem anderen Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems, das Folgendes enthalten kann: Bestimmen einer Zeit, zu der es erforderlich ist, eine Leistung einer Brennstoffzelle zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen Zellen zu verringern; Einstellen eines Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems auf einen Nur-Hilfsleistung-Modus und gleichzeitig Einstellen einer Zellenspannung der Brennstoffzelle, um auf ca. 0 V zu der Zeit reduziert zu werden, zu der es erforderlich ist, die Leistung der Brennstoffzelle zu verbessern und die Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu verringern; und Einstellen des Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems auf einen normalen Betriebsmodus.
Wenn eine Gesamtspannung der Brennstoffzellen für jeden Betriebsstrom des Brennstoffzellensystems (z. B. eine Gesamtspannung der Brennstoffzellen für jeden Betriebsstrom zum Fahren mit einem hohen Ausgang des Brennstoffzellenfahrzeugs) gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist und eine Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, kann bestimmt werden, dass es erforderlich ist, die Leistung der Brennstoffzelle zu dieser Zeit zu verbessern.
Wenn eine Zellenabweichung, die eine Differenz zwischen einer Durchschnittspannung der Brennstoffzellen und einer minimalen Zellenspannung ist, gleich einem Schwellenwert oder größer als derselbe ist, kann ein Erfordernis, die Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu verringern, zu dieser Zeit bestimmt werden. Die Einstellung der Zellenspannung der Brennstoffzelle kann durch Verbrauchen eines Stroms der Brennstoffzelle nach dem Sperren von Luft für eine Kathode der Brennstoffzelle durch jedes beliebige Element, das aus einem Widerstand, einer Diode und einer Batterie ausgewählt wird, durchgeführt werden.
Zudem kann die Einstellung der Spannung der Zelle der Brennstoffzelle durch Verringern einer Luftzufuhr-Strömungsrate für die Kathode der Brennstoffzelle auf einen minimalen Strömungsratenbereich und gleichzeitig Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode unter Verwendung einer Wasserstoff-Spülleitung für die Kathode durchgeführt werden. Die Einstellung der Zellenspannung der Brennstoffzelle kann auch durch Reduzieren einer Spannung der Brennstoffzelle auf einen vorbestimmten Pegel oder geringer durch Anlegen eines hohen Stroms an eine Brennstoffzelle während eines normalen Betriebs der Brennstoffzelle durchgeführt werden.
Durch die zuvor erwähnten technischen Lösungen liefert die vorliegende Erfindung die nachstehenden Effekte.
Nach der vorliegenden Erfindung kann es durch vorübergehendes Reduzieren einer Zellenspannung der Brennstoffzelle auf eine spezifische Spannung (z. B. ca. 0 V) zu einer Zeit, zu der es erforderlich ist, eine Leistung der Brennstoffzelle zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu verringern, und dann Ermöglichen, dass das Brennstoffzellensystem normal betätigt wird, durch wieder Zurückbringen des Brennstoffzellensystems zu einer normalen Bedingung durch Anwenden des „Sägezahn-Ereignisses” und des „Hysterese-Ereignisses” möglich sein, einen momentanen Ausgang des Brennstoffzellensystems zu einer Leistung mit einem maximalen Ausgangspegel oder höher, die in einem vorherigen Zustand zum Ausdruck gebracht werden kann, zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen zu verringern.
Mit anderen Worten kann es möglich sein, eine Leistung (z. B. Ausgang) der Brennstoffzelle zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen zu einer Zeit zu verringern, zu der die Leistung der Brennstoffzelle, die eine Vielzahl von Brennstoffzellen enthält, auf einen begrenzten Wert oder kleiner verringert wird oder eine Leistungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen erhöht wird, wie beispielsweise ein Betriebsabschnitt, der einen hohen Ausgang in einer kurzen Zeitdauer erfordert, der eine vorübergehenden plötzlichen Beschleunigung enthält, oder eine schwache Betriebsbedingung der Brennstoffzelle (z. B. eine niedrige Temperatur oder eine hohe Temperatur der Brennstoffzelle, eine Bedingung mit einer geringen Feuchtigkeit, eine Abnahme der Wasserstoffkonzentration und Austrocknungsbedingung, wie beispielsweise ein Leerlaufbetrieb für eine lange Zeit, und eine Anfangszeit des Neustartens, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für eine lange Zeit stillsteht).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben werden, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, die nachstehend nur zur Veranschaulichung aufgeführt sind und die vorliegende Erfindung folglich nicht beschränken und in denen:
1 ein Ablaufplan ist, der ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
die 2 bis 4 Graphen sind, die einen Vergleich einer gemessenen Leistung eines Brennstoffzellenstapels veranschaulichen, wenn eine verwandte Technik (das Vergleichsbeispiel) und die vorliegende Erfindung (eine beispielhafte Ausführungsform) angewandt werden; und
die 5 und 6 Graphen sind, die einen Vergleich einer gemessenen Zellenleistung einer Brennstoffzelle veranschaulichen, wenn eine verwandte Technik (eine Anfangszeit zum Neustarten nach einem Stillstand für eine lange Zeit) und die vorliegende Erfindung (Neustart nach dem Verringern einer Zellenspannung) angewandt werden.
Es sollte klar sein, dass die beiliegenden Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener beispielhafter Merkmale aufzeigen, die für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichend sind. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die hierin offenbart sind und beispielsweise bestimmte Maße, Orientierungen, Plätze und Formen enthalten, werden zum Teil durch die bestimmte vorgesehene Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden. In den Figuren beziehen sich die Bezugsnummern überall in den verschiedenen Figuren der Zeichnung auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es ist klar, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, die Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, die eine Vielzahl von Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und Fahrzeuge mit anderen alternativen Brennstoffen enthält (z. B. Brennstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Zwar wird eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben, eine Vielzahl von Einheiten zum Durchführen des beispielhaften Prozesses zu verwenden, aber es ist klar, dass die beispielhaften Prozesse auch durch ein Modul oder eine Vielzahl von Modulen durchgeführt werden können. Zudem ist klar, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardwarevorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist zum Speichern der Module vorgesehen und der Prozessor ist insbesondere zum Ausführen der Module zum Durchführen von einem oder mehreren Prozessen vorgesehen, die weiter unten beschrieben werden.
Zudem kann eine Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht-transitorische computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Datenträger ausgeführt werden, der ausführbare Programmbefehle enthält, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder Ähnliches ausgeführt werden. Beispiele computerlesbarer Datenträger enthalten Festwertspeicher, Direktzugriffsspeicher, Compact-Disc-Festwertspeicher (CD-ROMs), Magnetbänder, Disketten, Flash-Laufwerke, Chipkarten und optische Datenspeichervorrichtungen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das computerlesbare Aufnahmemedium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematikserver oder ein Controller Area Network (CAN).
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder” jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
Sofern nicht speziell angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck „ca.”, wie hierin verwendet, als innerhalb eines Bereiches einer normalen Toleranz in der Technik, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwertes, zu verstehen. „Ca.” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des genannten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext klar, sind alle hierin gelieferten numerischen Werte durch den Ausdruck „ca.” modifiziert.
Nachstehend wird nun auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert Bezug genommen werden, deren Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht und unten beschrieben sind. Zwar wird die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, aber es wird klar sein, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, die innerhalb des Wesens und Bereiches der Erfindung enthalten sein können, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
Nachstehend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
Die vorliegende Erfindung legt Wert auf das Fördern einer Verbesserung eines momentanen Ausgangs eines Brennstoffzellensystems und das Verringern einer Leistungsabweichung in einer Situation, in der die Leistungsabweichung zwischen Brennstoffzellen zu einer Zeit erhöht wird, zu der die Verbesserung der Leistung der Brennstoffzelle und die Verringerung der Leistungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen erforderlich sind, ohne verschiedene Formen von Betriebsbedingungen zu ändern oder zu verbessern, wie beispielsweise Zuführen eines separaten Stoffes zu einem Brennstoffzellenstapel, Einstellen einer Befeuchtungsmenge für den Brennstoffzellenstapel oder mit Druck Beaufschlagen von Wasserstoff oder Luft für den Brennstoffzellenstapel.
1 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Um einen Betrieb eines Brennstoffzellensystems der vorliegenden Erfindung einzustellen, kann eine Steuerung zunächst zum Erfassen, ob ein Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird, Erfassen von Betriebsinformationen oder Erfassen, ob ein Fahrer in das Fahrzeug einsteigt, konfiguriert sein (S101).
Genauer kann das Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel, der zum Erzeugen von elektrischer Energie konfiguriert ist, ein Brennstoffversorgungssystem, das zum Zuführen von Brennstoff (z. B. Wasserstoff) zu dem Brennstoffzellenstapel konfiguriert ist, ein Luftversorgungssystem, das zum Zuführen von Sauerstoff, der ein für eine elektrochemische Reaktion erfordertes Oxidationsmittel ist, in der Luft zu dem Brennstoffzellenstapel konfiguriert ist, ein Wärme- und Wassermanagementsystem, das zum Einstellen einer Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels konfiguriert ist, und dergleichen enthalten. Wenn das Brennstoffzellensystem in dem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist, kann eine Steuerung zum Erfassen, ob ein Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird, von Betriebsinformationen oder, ob ein Fahrer in das Fahrzeug einsteigt, konfiguriert sein, um ein Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung zu betätigen.
Ferner kann eine Erfassungseinheit (z. B. ein Sensor) zum Bestimmen einer Zeit konfiguriert sein, zu der eine Verbesserung der Leistung der Brennstoffzelle und eine Verringerung einer Leistungsabweichung zwischen Zellen erfordert werden, (S102). Wenn die Zellenleistung der Brennstoffzelle gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, kann die Erfassungseinheit insbesondere zum Bestimmen des Verbesserungserfordernisses der Brennstoffzellenleistung zu dieser Zeit konfiguriert sein. Mit anderen Worten kann die Erfassungseinheit, wenn eine Gesamtspannung der Brennstoffzelle für jeden Betriebsstrom des Brennstoffzellensystems (z. B. eine Gesamtspannung der Brennstoffzellen für jeden Betriebsstrom zum Fahren mit einem hohen Ausgang des Brennstoffzellenfahrzeugs) gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist und eine Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, zum Bestimmen des Verbesserungserfordernisses der Brennstoffzellenleistung zu dieser Zeit konfiguriert sein.
Wenn eine Spannungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, kann die durch die Steuerung ausgeführte Erfassungseinheit zum Bestimmen eines Erfordernisses, die Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu dieser Zeit zu verringern, konfiguriert sein. Mit anderen Worten kann die Erfassungseinheit, wenn eine Zellenabweichung, die eine Differenz zwischen der Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen und einer minimalen Zellenspannung ist, gleich einem Schwellenwert oder größer als derselbe ist, zum Bestimmen eines Erfordernisses, die Leistungsabweichung zwischen Zellen zu dieser Zeit zu verringern, konfiguriert sein. Insbesondere kann die Zeit, zu der es erforderlich ist, die Brennstoffzellenleistung zu verbessern, oder die Zeit, zu der es erforderlich ist, die Spannungsabweichung zwischen Brennstoffzellen zu verringern, im Wesentlichen zu der Zeit des Startens, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug für eine erhebliche Zeitdauer geparkt wird, in einem Beschleunigungsmodus nach einem Fahren im Leerlauf für eine erhebliche Zeitdauer und in einem Überhol-Beschleunigungsmodus während des gewöhnlichen Fahrens im Wesentlichen generiert werden.
In Erwiderung auf das Bestimmen des Erfordernisses, die Brennstoffzellenleistung zu dieser Zeit zu verbessern, zu der die Zellenleistung der Brennstoffzelle gleich dem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, oder des Erfordernisses, die Leistungsabweichung zwischen Zellen zu dieser Zeit zu verringern, zu der die Spannungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen gleich dem vorbestimmten Wert oder kleiner als derselbe ist, kann die Steuerung zum Schalten oder Einstellen eines Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems konfiguriert sein, um in einen Hilfsleistungsmodus (z. B. Fahren in einem Elektrofahrzeug-Modus (EV-Modus) unter Verwendung von Batterieleistung des Brennstoffzellenfahrzeugs), der Hilfsleistung verwendet, geändert zu werden (S103), und gleichzeitig konfiguriert sein, um eine Zellenspannung der Brennstoffzelle einzustellen, um auf eine spezifische Spannung (z. B. ein Pegel von ca. 0,1 V oder 0 V) verringert zu werden (S104). Insbesondere kann eine spannungsreduzierende Vorrichtung zum Reduzieren der Zellenspannung der Brennstoffzelle auf ca. 0 V durch einen Befehl der Steuerung konfiguriert sein.
Als eine erste beispielhafte Ausführungsform der spannungsreduzierenden Vorrichtung kann jedes beliebige Element, das aus einem Widerstand, einer Diode und einer Batterie ausgewählt wird, die die Spannung der Brennstoffzelle reduzieren, um eine Zellenspannung der Brennstoffzelle auf eine spezifische Spannung oder geringer zu reduzieren, verwendet werden. Die aus dem Widerstand, der Diode und der Batterie ausgewählte Vorrichtung kann einen Strom der Brennstoffzelle verbrauchen, nachdem Luft für eine Kathode der Brennstoffzelle gesperrt wird, um die Spannung der Brennstoffzelle auf die spezifische Spannung oder geringer zu reduzieren.
Als eine zweite beispielhafte Ausführungsform der spannungsreduzierenden Vorrichtung kann eine Wasserstoff-Spülleitung für die Kathode, die zum Reduzieren der Zellenspannung auf eine spezifische Spannung (z. B. ein Pegel von ca. 0,1 V oder 0 V) konfiguriert ist, eingesetzt werden und die Spannung der Brennstoffzelle auf die spezifische Spannung oder geringer durch Reduzieren einer Luftzufuhr-Strömungsrate für die Kathode der Brennstoffzelle auf einen minimalen Strömungsratenbereich und gleichzeitig Zuführen von Wasserstoff, nicht Luft, zu der Kathode unter Verwendung der Wasserstoff-Spülleitung für die Kathode reduziert werden.
Genauer kann in einem normalen Betriebszustand des Brennstoffzellensystems Elektrizität durch Zuführen von Luft zu der Kathode der Brennstoffzelle und Zuführen von Wasserstoff zu einer Anode erzeugt werden. Um die Spannung der Brennstoffzelle auf die spezifische Spannung oder geringer zu reduzieren, kann Wasserstoff der Kathode durch Verbinden der separaten Wasserstoff-Spülleitung für die Kathode mit der Kathode zugeführt werden, um eine Reaktion zum Erzeugen von Elektrizität der Brennstoffzelle zu verringern, und folglich kann die Spannung der Brennstoffzelle auf beispielsweise einen Pegel von ca. 0,1 V oder 0 V reduziert werden.
Als eine dritte beispielhafte Ausführungsform der spannungsreduzierenden Vorrichtung kann eine zusätzliche Leistungsversorgung, die zum Reduzieren der Spannung der Brennstoffzelle auf einen vorbestimmten Pegel oder geringer durch Anlegen eines hohen Stroms an die Brennstoffzelle während des normalen Betriebs der Brennstoffzelle konfiguriert ist, verwendet werden und durch Verwenden der zusätzlichen Leistung kann die Spannung der Brennstoffzelle durch ein Minimum von ca. 50 mA oder mehr im Vergleich zu dem normalen Betrieb verringert werden.
Wenn die Spannung der Brennstoffzelle auf die spezifische Spannung oder geringer durch die spannungsreduzierende Vorrichtung verringert wird, kann des Weiteren ein spannungsreduzierender Prozess der spannungsreduzierenden Vorrichtung nach jeder beispielhaften Ausführungsform freigegeben werden (S105). Gleichzeitig kann die Steuerung zum Ändern des Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems von dem Hilfsleistungsmodus in den normalen Betriebmodus konfiguriert sein (S106) und in diesem Fall kann in Erwiderung auf das Bestimmen eines Erfordernisses, die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle zu verbessern und die Zellenspannungsabweichung nach der Spannung des Brennstoffzellenstapels zu verringern, wieder der zuvor erwähnte Prozess wiederholt durchgeführt werden (S107).
Wenn ein Ausgang des Brennstoffzellenstapels durch einen vorherigen Betriebszustand des Brennstoffzellensystems vorübergehend verringert wird (z. B. reversible Leistungsherabsetzung), eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen auf ein bestimmtes Niveau oder höher erhöht werden kann oder eine vorübergehende Leistungsverbesserung, wie beispielsweise plötzliche Beschleunigung, die eine Überhol-Beschleunigung enthält, durch ein Verfahren durch eine Betätigung eines Fahrers, ein Verfahren unter Verwendung einer Fahrzeug-Diagnose-/Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebszustands eines Fahrzeugs erfordert wird, kann es nach der Vorrichtung und dem Verfahren zum Steuern des Betriebs des Brennstoffzellensystems der vorliegenden Erfindung möglich sein, einen momentanen Ausgang des Brennstoffzellensystems zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen zu verringern, ohne ein Hardwareelement separat zu modifizieren/ergänzen, wobei dadurch eine stabile Betätigung des Brennstoffzellenfahrzeugs ermöglicht wird.
Wenn die Vorrichtung und das Verfahren zum Steuern des Betriebs des Brennstoffzellensystems der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann es möglich sein, einen Effekt einer größeren Leistungsverbesserung insbesondere dann zu erwarten, wenn sich eine Leistung des Brennstoffzellenstapels durch eine anormale Betriebsbedingung, kein normaler Betriebszustand, verschlechtert, und die Bedingungen werden unten beschrieben.
Erstens, ein Fall einer irreversiblen Verschlechterung, bei der eine Herabsetzung der Leistung des Brennstoffzellenstapels/eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen schwerwiegend ist, nachdem das Brennstoffzellensystem für eine vorbestimmte Zeit oder länger und nach einem anormalen Zustand angetrieben wird, der den Stapel beschädigen kann.
Zweitens, wenn eine reversible Leistungsverschlechterung und eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu einer Anfangszeit eines Startens/Betriebs, nachdem das Fahrzeug für eine erhebliche Zeitdauer geparkt wird, schwerwiegend sind, und durch eine Abnahme der Wasserstoffkonzentration oder ein Austrocknen des Stapels basierend auf dem Fahren auf einer abschüssigen Straße für eine erhebliche Zeitdauer, einer Aufrechterhaltung eines Betriebs mit hoher Temperatur und geringer Feuchtigkeit und einer Aufrechterhaltung eines Leerlaufbetriebs bei niedriger Drehzahl, wenn sich der Brennstoffzellenstapel nach der anormalen Betriebsbedingung reversibel verschlechtert. Insbesondere kann eine Leistung des Brennstoffzellenstapels unter Verwendung eines gewöhnlichen Leistungsmessgeräts gemessen werden und verglichen werden, wenn die Verfahren zum Ändern des Betriebs des Brennstoffzellensystems nach der vorliegenden Erfindung und der verwandten Technik angewandt werden, und ein Ergebnis dessen wird in den 2 bis 4 veranschaulicht.
Wenn ein Ausgang des Brennstoffzellenstapels zwischen einem Fall, der die verwandte Technik anwendet, bei der ein Betriebsstrom vorübergehend und unmittelbar auf einen Abschnitt mit einem hohen Ausgang (z. B. ca. 1,2 A/cm²) in einem gewöhnlichen Betriebsabschnitt erhöht wird, und einem Fall, der das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwendet, bei der eine Stapelspannung auf ungefähr 0 V vor einer Erhöhung eines Stroms reduziert wird, verglichen wird, kann in Bezug auf 2 erkannt werden, dass der Ausgang des Stapels um ungefähr 5% oder höher bei der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der verwandten Technik verbessert wird. In Bezug auf 3 kann erkannt werden, dass in einem Fall des Fahrens in einer Stadt für mehrere Minuten oder länger (z. B. ein Betrieb mit einem niedrigen Ausgang: ungefähr 0,6 A/cm²) der Ausgang des Stapels um ungefähr 10% oder mehr bei der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der verwandten Technik verbessert werden kann.
In Bezug auf 4 kann erkannt werden, dass, wenn eine reversible Leistungsverschlechterung durch das Austrocknungsereignis der Brennstoffzelle gemäß der Aufrechterhaltung des Leerlaufbetriebs stark hervorgerufen wird oder sich die Haltbarkeitsleistung des Stapels durch den Betrieb für eine erhebliche Zeitdauer verschlechtert, die vorliegende Erfindung, die eine Zellenspannung des Brennstoffzellenstapels auf ungefähr 0 V durch Zuführen von Wasserstoff zu dem Widerstand oder der Anode reduziert und das Fahrzeug dann neu startet, einen Effekt des weiteren Verbesserns eines Ausgangs (ungefähr 5 bis 10% oder mehr) im Vergleich zu der verwandten Technik aufweist. Als ein anderes Testbeispiel der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine Zellenspannung in einem Abschnitt mit einem niedrigen Ausgang gemessen werden, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug für eine erhebliche Zeitdauer stillsteht und dann neu gestartet wird, und ein Ergebnis dessen wird in 5 veranschaulicht.
5 ist ein Ergebnis einer Messung der Leistung der Brennstoffzelle, die den Stapel konfiguriert, in einem Abschnitt mit einem niedrigen Ausgang, in dem eine Stromdichte gleich oder kleiner als 50 mA/cm² ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorbestimmte Zeit oder länger stillsteht und sich dann in einer Anfangszeit (z. B. niedrige Temperatur) des Neustartens befindet, und (a) repräsentiert eine Zellenleistung, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug für eine erhebliche Zeitdauer stillsteht, bei der verwandten Technik und (b) repräsentiert eine Zellenleistung, wenn eine Zellenspannung auf 0,1 V oder geringer unter Verwendung des Verfahrens zum Reduzieren der Spannung der vorliegenden Erfindung reduziert wird und das Brennstoffzellenfahrzeug dann neu gestartet wird.
In Bezug auf 5 kann erkannt werden, dass eine Leistung des Brennstoffzellenstapels im Vergleich zu der des normalen Zustands zu der Anfangszeit des Startens, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug für eine erhebliche Zeitdauer stillsteht, aufgrund von Trockenheit innerhalb der Zelle des Brennstoffzellenstapels und einem Zufluss von Luft in den Brennstoffzellenstapel, während das Brennstoffzellenfahrzeug für eine erhebliche Zeitdauer stillsteht, etwas reduziert wird und eine Leistung selbst gering ist und eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen in dem Brennstoffzellenstapel tendenziell schwerwiegend ist, in dem mehrere hundert oder mehr Zellen gestapelt sind, aber bei der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Spannung des Brennstoffzellenstapels auf einen vorbestimmten Pegel oder höher durch Reduzieren einer Spannung durch die spannungsreduzierende Einrichtung (z. B. Reduzieren einer Spannung unter Verwendung des Widerstands) reduziert wird, wie oben beschrieben wurde, und dann das Brennstoffzellenfahrzeug neu gestartet wird, eine Zellenleistung der Brennstoffzelle um ca. 5% oder mehr verglichen zu der verwandten Technik verbessert werden. Als ein anderes Testbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Zellenleistung gemessen werden, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug für eine erhebliche Zeitdauer stillsteht und sich dann in einer Anfangszeit des Neustartens befindet, und ein Ergebnis dessen wird in 6 veranschaulicht.
6 veranschaulicht ein Ergebnis einer Messung der Zellenleistung des Brennstoffzellenstapels, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug für 15 Stunden oder länger stillsteht und sich dann in der Anfangszeit des Neustartens befindet, und (a) repräsentiert eine Zellenleistung bei der verwandten Technik, wenn eine Leistung gemessen wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug nach einem Stillstand für eine erhebliche Zeitdauer ohne jegliche Maßnahmen neu gestartet wird, und (b) repräsentiert eine Zellenleistung, wenn eine Spannung des Brennstoffzellenstapels auf einen vorbestimmten Pegel oder geringer unter Verwendung des Verfahrens zum Reduzieren der Spannung der vorliegenden Erfindung reduziert wird und dann das Brennstoffzellenfahrzeug neu gestartet wird.
In Bezug auf 6 kann erkannt werden, dass sich bei der verwandten Technik eine Leistung in einigen Zellen verschlechtert (mit einem Kästchen in Form einer verdeckten Linie angegeben), so dass eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen einen erheblich großen Wert aufweist, aber es bei der vorliegenden Erfindung möglich sein kann, eine Spannungsabweichung von ca. 0,1 V oder größer zwischen den Zellen zu lösen.
Wenn das Verfahren zum Verbessern der Leistung des Brennstoffzellensystems der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann es möglich sein, wie oben beschrieben wurde, einen Ausgang des Brennstoffzellenstapels zu verbessern und eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen in einem Betriebsabschnitt zu verringern, der vorübergehend oder für eine kurze Zeitdauer einen hohen Ausgang erfordert, und wenn eine Leistungsabweichung zwischen den Brennstoffzellen des Stapels erhöht wird, wobei dadurch eine stabilere Betätigung des Brennstoffzellenfahrzeugs ermöglicht wird. Eine Leistungsabweichung zwischen den Zellen, die in einer relativ schwachen Betriebsbedingung generiert wird, kann verringert werden und folglich kann es möglich sein, zu verhindern, dass eine Leistung des Brennstoffzellenstapels anormal verringert wird/sich anormal verschlechtert, und einen Ausgang zu verbessern, wenn sich der Brennstoffzellenstapel verschlechtert, wobei dadurch eine Haltbarkeitsleistung der Brennstoffzelle verbessert wird.
Die Erfindung wurde in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben. Es wird jedoch von jemandem mit Fähigkeiten in der Technik eingesehen werden, dass Änderungen an diesen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Wesen der Erfindung abzuweichen, deren Bereich in den beiliegenden Ansprüchen und Äquivalenten derselben definiert ist.

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems, aufweisend: eine Erfassungseinheit, die zum Bestimmen einer Zeit konfiguriert ist, zu der eine Verbesserung einer Leistung einer Brennstoffzelle und eine Verringerung einer Leistungsabweichung zwischen den Zellen erfordert werden; eine Steuerung, die zum Ändern eines Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems in einen Hilfsleistungsmodus und gleichzeitig Einstellen einer Zellenspannung der Brennstoffzelle, um auf eine spezifische Spannung oder geringer zu der Zeit reduziert zu werden, zu der eine Verbesserung einer Leistung einer Brennstoffzelle und eine Verringerung einer Leistungsabweichung zwischen Zellen erfordert werden, und dann wieder Ändern des Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems in einen normalen Betriebsmodus konfiguriert ist; und eine spannungsreduzierende Vorrichtung, die zum Reduzieren der Zellenspannung der Brennstoffzelle auf die spezifische Spannung oder höher durch einen Befehl der Steuerung konfiguriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Gesamtspannung der Brennstoffzellen für jeden Betriebsstrom des Brennstoffzellensystems gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist und eine Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, die Erfassungseinheit konfiguriert ist, um ein Erfordernis, die Leistung der Brennstoffzelle zu dieser Zeit zu verbessern, zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Zellenabweichung, die eine Differenz zwischen einer Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen und einer minimalen Zellenspannung ist, gleich einem Schwellenwert oder größer als derselbe ist, die Erfassungseinheit konfiguriert ist, um ein Erfordernis, die Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu dieser Zeit zu verringern, zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes beliebige Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht: einem Widerstand, einer Diode und einer Batterie, die die Spannung der Brennstoffzelle auf die spezifische Spannung oder geringer durch Verbrauchen eines Stroms der Brennstoffzelle nach dem Sperren von Luft für eine Kathode der Brennstoffzelle reduzieren, als die spannungsreduzierende Vorrichtung eingesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Wasserstoff-Spülleitung für eine Kathode als die spannungsreduzierende Vorrichtung eingesetzt wird und wobei die Wasserstoff-Spülleitung konfiguriert ist, um die Zellenspannung auf eine spezifische Spannung oder geringer durch Verringern einer Luftzufuhr-Strömungsrate für die Kathode der Brennstoffzelle auf einen minimalen Strömungsratenbereich und gleichzeitig Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine zusätzliche Leistungsversorgung als die spannungsreduzierende Vorrichtung eingesetzt wird und wobei die zusätzliche Leistungsversorgung zum Reduzieren der Zellenspannung der Brennstoffzelle auf einen vorbestimmten Pegel oder geringer durch Anlegen eines hohen Stroms an eine Brennstoffzelle während eines normalen Betriebs der Brennstoffzelle konfiguriert ist.
Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Brennstoffzellensystems, aufweisend: Bestimmen einer Zeit durch einen Sensor, zu der eine Verbesserung einer Leistung einer Brennstoffzelle und eine Verringerung einer Leistungsabweichung zwischen Zellen erfordert werden; Ändern eines Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems in einen Hilfsleistungsmodus durch eine Steuerung und gleichzeitig Einstellen einer Zellenspannung der Brennstoffzelle, um auf eine spezifische Spannung oder geringer zu der Zeit reduziert zu werden, zu der eine Verbesserung einer Leistung einer Brennstoffzelle und eine Verringerung einer Leistungsabweichung zwischen Zellen erfordert werden; und wenn der Betriebsmodus in den Hilfsleistungsmodus geändert wird, Einstellen des Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems auf einen normalen Betriebsmodus durch die Steuerung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei, wenn eine Gesamtspannung der Brennstoffzellen für jeden Betriebsstrom des Brennstoffzellensystems gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist und eine Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen gleich einem Schwellenwert oder kleiner als derselbe ist, ein Erfordernis, die Leistung der Brennstoffzelle zu dieser Zeit zu verbessern, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei, wenn eine Zellenabweichung, die eine Differenz zwischen einer Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen und einer minimalen Zellenspannung ist, gleich einem Schwellenwert oder größer als derselbe ist, ein Erfordernis, die Leistungsabweichung zwischen den Zellen zu dieser Zeit zu verringern, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen der Zellenspannung der Brennstoffzelle, um auf die spezifische Spannung oder geringer reduziert zu werden, durch Verbrauchen eines Stroms der Brennstoffzelle nach dem Sperren von Luft für eine Kathode der Brennstoffzelle durch jedes beliebige Element durchgeführt wird, das aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt wird: einem Widerstand, einer Diode und einer Batterie.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen der Zellenspannung der Brennstoffzelle, um auf die spezifische Spannung oder geringer reduziert zu werden, durch Verringern einer Luftzufuhr-Strömungsrate für die Kathode der Brennstoffzelle auf einen minimalen Strömungsratenbereich und gleichzeitig Zuführen von Wasserstoff zu der Kathode unter Verwendung einer Wasserstoff-Spülleitung für die Kathode durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen der Zellenspannung der Brennstoffzelle, um auf die spezifische Spannung oder geringer reduziert zu werden, durch einen Prozess zum Reduzieren einer Zellenspannung der Brennstoffzelle auf einen vorbestimmten Pegel oder geringer durch Anlegen eines hohen Stroms an eine Brennstoffzelle während eines normalen Betriebs der Brennstoffzelle durchgeführt wird.