DE102016109389B4 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellensystem (100), aufweisend:
eine Brennstoffzelle (10);
einen Brenngasströmungspfad (50), der ausgestaltet ist, um der Brennstoffzelle (10)ein Brenngas zuzuführen;
einen Oxidationsgasströmungspfad (30), der ausgestaltet ist, um der Brennstoffzelle (10) ein Oxidationsgas zuzuführen; und
einen Controller (20), der ausgestaltet ist, um die Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle (10) zu steuern, wobei
der Controller (20) zu einem normalen Stoppzeitpunkt des Brennstoffzellensystems (100) einen Normalstoppprozess (S100 - S120) ausführt, der zumindest einen von einem Wasserabführprozess, der Wasser aus dem Brenngasströmungspfad (50) und/oder dem Oxidationsgasströmungspfad (30) abführt, und einem Kathodenversiegelungsprozess umfasst, der den Oxidationsgasströmungspfad (30) versiegelt, und anschließend das Brennstoffzellensystem (100) stoppt,
der Controller (20), wenn das Brennstoffzellensystem (100) eine vorgegebene Notstoppbedingung erfüllt, während die jeweiligen Prozesse des Normalstoppprozesses (S100 - S120) ausgeführt werden, den Normalstoppprozesses (S100 - S120), der gerade ausgeführt wird, aussetzt und zumindest einen Teil des Normalstoppprozesses (S100 - S120) nicht ausführt sondern einen Notstoppprozess (S140) ausführt, der das Brennstoffzellensystem (100) auf einen Neustart nach Ablauf einer ersten Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems (100) einstellt, und anschließend das Brennstoffzellensystem (100) stoppt, und
der Controller (20) das Brennstoffzellensystem (100) nach Ablauf der ersten Zeitspanne nach dem Stopp des Brennstoffzellensystems (100) neu startet und einen Neustartprozess ausführt, der den Normalstoppprozess (S100 - S120) ausführt.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 24. Juni 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2015-126287 .
  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
  • Stand der Technik
  • Eine ein Brennstoffzellensystem betreffende Technologie, die in der JP 2015 - 090779 A beschrieben ist, fährt mit der Leistungs- bzw. Stromerzeugung durch eine Brennstoffzelle zum Zeitpunkt eines Systemstopps fort, bis die Wassermenge, die in der Brennstoffzelle enthalten ist, auf ein vorgegebenes Niveau oder darunter gesunken ist. Hierdurch wird verhindert, dass die Brennstoffzelle während des Stillstands des Systems gefriert.
  • Das Brennstoffzellensystem kann unmittelbar gestoppt werden, ohne einen Prozess auszuführen, der normalerweise zum Systemstoppzeitpunkt ausgeführt wird (nachfolgend als Normalstoppprozess bezeichnet), wenn aus irgendeinem Grund, beispielsweise, wenn ein Tankdeckel zur Zufuhr von Brenngas geöffnet ist, oder wenn eine Komponente auf oder über eine vorgegebene Temperatur überhitzt ist, ein Notstopp des Systems erforderlich ist. Der Normalstoppprozess umfasst beispielsweise einen Wasserabführprozess, der Wasser, das in der Brennstoffzelle enthalten ist, abführt, sowie einen Kathodenversiegelungsprozess, der das Eindringen von Luft in eine Kathode unterbindet, um eine Verschlechterung des Katalysators in der Brennstoffzelle zu verhindern.
  • Einige der Ursachen für einen derartigen Notstopp können nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wegfallen. Wenn beispielsweise der geöffnete Tankdeckel die Ursache für den Notstopp ist, beseitigt das Schließen des Tankdeckels die Ursache für den Notstopp. Wenn andererseits das Überhitzen der Komponente auf oder über die vorgegebene Temperatur die Ursache für einen Notstopp ist, beseitigt das Absenken der Temperatur der Komponente unter die vorgegebene Temperatur die Ursache für den Notstopp. Nach der Beseitigung der Ursache für den Notstopp soll das Brennstoffzellensystem vorzugsweise den Normalstoppprozess ausführen, der zum Zeitpunkt des Notstopps nicht ausgeführt wurde. Eine Konfiguration zur Überwachung, ob die Ursache für den Notstopp nach dem Notstopp beseitigt ist, um dann den Normalstoppprozess auszuführen, setzt jedoch voraus, dass der für die Überwachung benötigten Komponente kontinuierlich elektrische Leistung bzw. Strom zugeführt wird. Hierdurch steigt der Stromverbrauch.
  • Aus der DE 10 2007 046 298 A1 ist zudem ein Brennstoffzellensystem bekannt, aufweisend eine Reformierungseinrichtung, die ein reformiertes Gas unter Verwendung von Reformierungsbrennstoffs erzeugt; und eine Brennstoffzelle, die eine elektrische Leistung unter Verwendung des durch die Reformierungseinrichtung erzeugten, reformierten Gases erzeugt. In dem Brennstoffzellensystem ist eine Steuerungsvorrichtung angeordnet, die das Brennstoffzellensystem steuert, wobei die Steuerungsvorrichtung eine Mehrzahl von unterschiedlichen Stoppsteuerungsmodi zum Stoppen eines Betriebs des Brennstoffzellensystems beinhaltet und einen spezifischen Stoppsteuerungsmodus aus der Mehrzahl der Stoppsteuerungsmodi entsprechend der Ursache einer Störung des Brennstoffzellensystems auswählt.
  • KURZFASSUNG
  • Um zumindest einen Teil der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen kann die Erfindung entsprechend der nachstehend beschriebenen Aspekte verwirklicht werden.
    1. (1) Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen. Das Brennstoffzellensystem weist auf: eine Brennstoffzelle; einen Brenngasströmungspfad, der ausgestaltet ist, um der Brennstoffzelle ein Brenngas zuzuführen; einen Oxidationsgasströmungspfad, der ausgestaltet ist, um der Brennstoffzelle ein Oxidationsgas zuzuführen; und einen Controller, der ausgestaltet ist, um die Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle zu steuern. Zu einem normalen Stoppzeitpunkt des Brennstoffzellensystems führt der Controller einen Normalstoppprozess aus, der zumindest einen von einem Wasserabführprozess, der Wasser aus dem Brenngasströmungspfad und/oder dem Oxidationsgasströmungspfad abführt, und einem Kathodenversiegelungsprozess umfasst, der den Oxidationsgasströmungspfad versiegelt, und stoppt anschließend das Brennstoffzellensystem. Wenn das Brennstoffzellensystem eine vorgegebene Notstoppbedingung erfüllt, während die jeweiligen Prozesse des Normalstoppprozesses ausgeführt werden, setzt der Controller den Normalstoppprozesses, der gerade ausgeführt wird, aus, und führt zumindest einen Teil des Normalstoppprozesses nicht aus sondern führt einen Notstoppprozess aus, der das Brennstoffzellensystem auf einen Neustart nach Ablauf einer ersten Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems einstellt, und anschließend das Brennstoffzellensystem stoppt. Der Controller startet das Brennstoffzellensystem nach Ablauf der ersten Zeitspanne nach dem Stopp des Brennstoffzellensystems neu und führt einen Neustartprozess aus, der den Normalstoppprozess ausführt. Wenn das Brennstoffzellensystem die Notstoppbedingung erfüllt, wird das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt der Erfindung auf einen Neustart nach dem Ablauf der ersten Zeitspanne eingestellt, bevor es gestoppt wird. Das Brennstoffzellensystem wird dann entsprechend dieser Einstellung neu gestartet und führt den Normalstoppprozess aus. Diese Konfiguration macht eine Überwachung, ob die Notstoppbedingung nach einem Notstopp noch erfüllt ist, überflüssig und verhindert somit, dass kontinuierlich elektrische Leistung für eine derartige Überwachung verbraucht wird. Somit wird die Menge an verbrauchter Leistung nach dem Notstopp verringert.
    2. (2) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der Controller einen Speicher umfassen und, wenn der Notstoppprozess ausgeführt wird, eine Fortschrittinformation über den gerade ausgeführten Normalstoppprozesses im Speicher speichern und bei dem Neustartprozess basierend auf der Fortschrittinformation, die im Speicher hinterlegt wurde, einen nicht abgeschlossenen bzw. unvollständigen Teil des Normalstoppprozesses ausführen. Das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt ermöglicht es, dass der Normalstoppprozess nach dem Neustart schnell abgeschlossen bzw. ausgeführt wird.
    3. (3) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der Normalstoppprozess einen Wasserabführprozess umfassen, der Wasser aus dem Brenngasströmungspfad abführt. Der Controller kann einen Leckerfassungsprozess ausführen, der erfasst, ob Brenngas aus dem Brenngasströmungspfad austritt, bevor der Wasserabführprozess beim Neustartprozess ausgeführt wird. Wenn ein Austreten von Brenngas im Leckerfassungsprozess erfasst wird, kann der Controller den Neustartprozess aussetzen, ohne den Wasserabführprozess auszuführen. Wenn kein Austreten von Brenngas im Leckerfassungsprozess erfasst wird, kann der Controller den Wasserabführprozess ausführen. Das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt verhindert das Austreten von Brenngas aus dem Brenngasströmungspfad während der Ausführung des Wasserabführprozesses.
    4. (4) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der Controller bestimmen, ob eine für den Normalstoppprozess genutzte Komponente fehlerhaft ist, bevor der Normalstoppprozess bei dem Neustartprozess ausgeführt wird. Wenn bestimmt wird, dass die für den Normalstoppprozess genutzte Komponente fehlerhaft ist, kann der Controller den Neustartprozess aussetzen, ohne den Normalstoppprozess auszuführen. Wenn bestimmt wird, dass keine für den Normalstoppprozess genutzte Komponente fehlerhaft ist, kann der Controller den Normalstoppprozess ausführen. Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt wird verhindert, dass der Normalstoppprozess sinnlos ausgeführt wird, wenn eine für den Normalstoppprozess genutzte Komponente fehlerhaft ist.
    5. (5) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann, wenn das Brennstoffzellensystem die Notstoppbedingung bei dem Neustartprozess erfüllt, der Controller den Notstoppprozess ausführen. Wenn das Brennstoffzellensystem die Notstoppbedingung bei dem Neustartprozess nicht erfüllt, kann der Controller den Notstoppprozess nicht ausführen. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts wird nach einem Notstopp neu gestartet, bis die Notstoppbedingung nicht mehr erfüllt ist. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht, dass der Normalstoppprozess in dem Brennstoffzellensystem ausgeführt wird.
    6. (6) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann, wenn der Normalstoppprozess ausgeführt wird, der Controller das Brennstoffzellensystem auf einen Neustart nach Ablauf einer zweiten Zeitspanne, die länger ist als die erste Zeitspanne, seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems einstellen, und kann anschließend das Brennstoffzellensystem stoppen. Der Controller kann die Brennstoffzelle nach Ablauf der zweiten Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems neu starten und einen vorgegebenen Prozess ausführen. Das Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt wird nach dem Notstopp zu einem früheren Zeitpunkt neu gestartet als dem Zeitpunkt nach dem Normalstoppprozess. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Normalstoppprozess nach einem Notstopp zu einem früheren Zeitpunkt ausgeführt wird.
  • Die Erfindung kann auf verschiedene andere Art und Weise als den vorstehend beschriebenen Aspekten des Brennstoffzellensystems ausgeführt werden, beispielswiese als Fahrzeug, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestaltet ist, oder als Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems zeigt;
    • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Systemstoppprozess zeigt;
    • 3 zeigt eine Darstellung, die den Ablauf eines Normalstoppprozesses zeigt;
    • 4 zeigt eine Flussdiagramm, das einen Neustartprozess zeigt; und
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Normalbetriebsprozess zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Brennstoffzellensystem 100 hat eine Brennstoffzelle 10, einen Controller 20, einen Oxidationsgasströmungspfad 30 und einen Brenngasströmungspfad 50. Das Brennstoffzellensystem 100 dieser Ausführungsform ist an einem Fahrzeug montiert und wird als Stromquelle für das Fahrzeug verwendet.
  • Die Brennstoffzelle 10 ist eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die mit Wasserstoff (Brenngas) und Luft (Oxidationsgas) als Reaktionsgas versorgt wird, und erzeugt elektrische Leistung bzw. Strom. Die Brennstoffzelle 10 hat einen Stapelaufbau, in welchem eine Mehrzahl von Zellen 11 gestapelt ist. Jede Zelle 11 hat eine Membranelektrodenanordnung, in welcher Elektroden an jeweiligen Flächen einer Elektrolytmembran angeordnet sind, und ein Paar Separatoren die an gegenüberliegenden Seiten der Membranelektrodenanordnung angeordnet sind. Der durch die Brennstoffzelle 10 erzeugte Strom wird über einen DC-DC-Wandler bzw. Gleichstromwandler 90 in einer Batterie 92 gesammelt. Verschiedene Verbraucher bzw. Lasten 93 sind mit der Batterie 92 verbunden. Ein Luftkompressor 32, eine Umwälzpumpe 64 und verschiedene Ventile, welche später beschrieben werden, werden mit elektrischer Leistung bzw. Strom, die/der von der Brennstoffzelle 10 oder der Batterie 92 geliefert werden, versorgt, um zu arbeiten.
  • Der Oxidationsgasströmungspfad 30 ist ein Strömungspfad, der vorgesehen ist, um der Brennstoffzelle 10 Brenngas zuzuführen. Der Oxidationsgasströmungspfad 30 umfasst eine Oxidationsgasleitung 31, einen Luftkompressor 32, ein An-Aus-Ventil 34, eine Kathodenabgasleitung 41 und einen Druckregler 43. Der Oxidationsgasströmungspfad 30 hat kathodenseitige Strömungspfade, die in der Brennstoffzelle 10 ausgebildet sind.
  • Der Luftkompressor 32 ist mit der Brennstoffzelle 10 über die Oxidationsgasleitung 31 verbunden. Der Luftkompressor 32 verdichtet die von außerhalb angesaugte Luft und führt die verdichtete Luft der Brennstoffzelle 10 ansprechend auf ein Steuersignal vom Controller 20 als Oxidationsgas zu.
  • Das An-Aus-Ventil 34 ist zwischen dem Luftkompressor 32 und der Brennstoffzelle 10 angeordnet und wird entsprechend der Strömung der zugeführten Luft in der Oxidationsgasleitung 31 geöffnet und geschlossen. Genauer gesagt ist das An-Aus-Ventil 34 üblicherweise geschlossen und wird durch die Zufuhr von Luft mit einem vorgegebenen Druck vom Luftkompressor 32 zur Oxidationsgasleitung 31 geöffnet.
  • Die Kathodenabgasleitung 41 ist vorgesehen, um Kathodenabgas aus der Kathode der Brennstoffzelle 10 aus dem Brennstoffzellensystem 100 auszutragen. Der Druckregler 43 regelt den Druck des Kathodenabgases in der Kathodenabgasleitung 41 (Gegendruck der Brennstoffzelle 10) ansprechend auf ein Steuersignal vom Controller 20.
  • Der Brenngasströmungspfad 50 ist ein Strömungspfad, der vorgesehen ist, um der Brennstoffzelle 10 Brenngas zuzuführen. Der Brenngasströmungspfad 50 umfasst eine Brenngasleitung 51, einen Wasserstofftank 52, ein An-Aus-Ventil 53, einen Regler 54, einen Injektor 55, einen Drucksensor 56, eine Anodenabgasleitung 61, einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62, eine Zirkulationsleitung 63, eine Umwälzpumpe 64, eine Abführleitung 65 sowie eine Abführventil 66. Der Brenngasströmungspfad 50 umfasst anodenseitige Strömungspfade, die in der Brennstoffzelle 10 ausgebildet sind.
  • Der Wasserstofftank 52 ist mit der Anode der Brennstoffzelle 10 über die Brenngasleitung 51 verbunden, und in den Wasserstofftank 52 gefüllter Wasserstoff wird der Brennstoffzelle 10 zugeführt. Das An-Aus-Ventil 53, der Regler 54, der Injektor 55 und der Drucksensor 56 sind in dieser Reihenfolge von der stromabwärtigen Seite, d.h. der Seite des Wasserstofftanks 52, in der Brenngasleitung 51 angeordnet.
  • Das An-Aus-Ventil 53 wird ansprechend auf ein Steuersignal vom Controller 20 geöffnet und geschlossen, um das Einströmen von Wasserstoff vom Wasserstofftank 52 zur stromaufwärtigen Seite des Injektors 55 zu steuern. Das An-Aus-Ventil 53 ist beim Stopp des Brennstoffzellensystems 100 geschlossen. Der Regler 54 regelt den Druck des Wasserstoffs auf der stromaufwärtigen Seite des Injektors 55 ansprechend auf ein Steuersignal vom Controller 20. Der Injektor 55 ist ein elektromagnetisches An-Aus-Ventil mit einem Ventilelement, das basierend auf einem Antriebszyklus elektromagnetisch angetrieben wird und eine Ventilöffnungszeit durch den Controller 20 eingestellt wird. Der Controller 20 steuert den Antriebszyklus und den Ventilöffnungszeitpunkt des Injektors 55, um die Menge an Wasserstoff, die der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, zu regeln.
  • Die Anodenabgasleitung 61 ist eine Leitung, die vorgesehen ist, um den Auslass der Anode der Brennstoffzelle 10 mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 zu verbinden. Die Anodenabgasleitung 61 führt ein Anodenabgas, welches nicht reagiertes Gas (beispielsweise Wasserstoff und Stickstoff) umfasst, das für die Stromerzeugungsreaktion nicht verwendet wurde, zum Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62.
  • Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 ist mit der Zirkulationsleitung 63 und der Abführleitung 65 verbunden. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 trennt eine Gaskomponente, die im Anodenabgas enthalten ist, von Wasser. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 führt die Gaskomponente zur Zirkulationsleitung 63, während er das Wasser zur Abführleitung 65 führt.
  • Die Zirkulationsleitung 63 ist mit der Brenngasleitung 51 an der stromabwärtigen Seite des Injektors 55 verbunden. Die Umwälzpumpe 64 ist in der Zirkulationsleitung 63 angeordnet und wird ansprechend auf ein Steuersignal vom Controller 20 angetrieben. Diese Umwälzpumpe 64 dient dazu, Wasserstoff, der in der vom Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 separierten Gaskomponente enthalten ist, der Brenngasleitung 51 zuzuführen. Wie vorstehend beschrieben ist, zirkuliert das Brennstoffzellensystem 100 Wasserstoff, der im Anodenabgas enthalten ist, und führt den Wasserstoff der Brennstoffzelle 10 erneut zu. Hierdurch wird der Nutzungsgrad von Wasserstoff verbessert.
  • Die Abführleitung 65 ist eine Leitung, die vorgesehen ist, um Wasser, das vom Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 abgeschieden wurde, aus dem Brennstoffzellensystem 100 auszutragen. Das Abführventil 66 ist in der Abführleitung 65 vorgesehen und wird ansprechend auf ein Steuersignal vom Controller 20 geöffnet und geschlossen. Der Controller 20 schließt das Abführventil 66 normalerweise während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 und öffnet das Abführventil 66 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, um Wasser im Brenngasströmungspfad 50 sowie im Anodenabgas enthaltene Verunreinigungen auszutragen.
  • Der Controller 20 ist als Computer mit einer CPU, einem Speicher und Schnittstellen ausgebildet, die mit den jeweiligen vorstehend beschriebenen Komponenten verbunden sind. Die CPU führt ein Steuerprogramm aus, das im Speicher hinterlegt ist, um verschiedene vorstehend beschriebene Prozesse auszuführen, und eine Betriebssteuerung des Brennstoffzellensystems 100 auszuführen. Der Controller 20 ist mit einem Tankdeckelsensor 70, einem Zündschalter 80 und einem Umgebungstemperatursensor 85 verbunden. Der Tankdeckelsensor 70 ist ein Sensor, der ausgestaltet ist, um den Offen-Geschlossen-Zustand eines Deckels (Tankdeckel) zu erfassen, der einen Zufuhranschluss abdeckt, der zum Zuführen von Brenngas zum Wasserstofftank 52 verwendet wird. Der Zündschalter 80 ist ein Schalter, der durch den Nutzer betätigt wird, um das Brennstoffzellensystem 100 zu starten und zu stoppen. Der Controller 20 wird mit der von der Batterie 92 zugeführten elektrischen Leistung betrieben.
  • Obgleich die Details der jeweiligen Prozesse nachfolgend beschrieben werden, dient der Controller 20 zu einem normalen Stoppzeitpunkt des Brennstoffzellensystems 100 dazu, das Brennstoffzellensystem 100 nach Abschluss bzw. nach dem Ausführen eines Normalstoppprozesses zu stoppen, der zumindest einen von einem Wasserabführprozess, der Wasser aus dem Brenngasströmungspfad 50 und/oder dem Oxidationsgasströmungspfad 30 abführt, und einem Kathodenversiegelungsprozess umfasst, der den Oxidationsgasströmungspfad 30 versiegelt. Wenn das Brennstoffzellensystem 100 eine vorgegebene Notstoppbedingung erfüllt, führt der Controller 20 zumindest einen Teil des Normalstoppprozesses nicht aus, sondern dient dazu, einen Notstoppprozess auszuführen, der das Brennstoffzellensystem 100 stoppt, nachdem Einstellungen zum Neustart des Brennstoffzellensystems 100 nach Verstreichen einer ersten Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems 100 getroffen wurden. Überdies dient der Controller 20 dazu, einen Neustartprozess auszuführen, der das Brennstoffzellensystem 100 nach Verstreichen der ersten Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems 100 entsprechend den vorstehend beschriebenen Einstellungen neu startet und dann den Normalstoppprozess ausführt.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Systemstoppprozess zeigt, der durch den Controller 20 ausgeführt wird. Dieser Systemstoppprozess wird ausgelöst, wenn der Nutzer den Zündschalter 80 ausschaltet. Der Systemstoppprozess wird unter der Vorgabe gestartet, dass ein später beschriebenes Abschlussflag auf AUS steht.
  • Wenn der Systemstoppprozess ausgelöst wird, führt der Controller 20 zunächst den Normalstoppprozess aus (Schritt S100). Der Normalstoppprozess bezeichnet dabei eine Serie von Prozessen, die ausgeführt werden, um das Brennstoffzellensystem 100 normal zu stoppen.
  • 3 ist eine Darstellung, die den Ablauf des Normalstoppprozesses zeigt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Normalstoppprozess S100 einen Wasserabführprozess S101 und einen Kathodenversiegelungsprozess S102.
  • Der Wasserabführprozess S101 ist ein Prozess zum Austragen von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem 100, um zu verhindern, dass Wasser im Brennstoffzellensystem 100 nach dem Stopp des Systems gefriert. Der Wasserabführprozess S101 umfasst einen Kathodenabführprozess S103 und einen Anodenabführprozess S104.
  • Gemäß dieser Ausführungsform werden der Kathodenabführprozess S103 und der Anodenabführprozess S104 gleichzeitig parallel ausgeführt. Gemäß einer Abwandlung kann, nach Abschluss des Kathodenabführprozesses S103 oder des Anodenabführprozesses S104 der andere Prozess ausgeführt werden.
  • Der Kathodenabführprozess S103 ist ein Prozess zum Austragen von Wasser aus dem Oxidationsgasströmungspfad 30. Bei diesem Kathodenabführprozess S103 öffnet der Controller 20 den Druckregler 43 und treibt den Luftkompressor 32 an, um Wasser aus der Oxidationsgasleitung 31, den kathodenseitigen Strömungspfaden innerhalb der Brennstoffzelle 10 und der Kathodenabgasleitung 41 auszutragen. Der Kathodenabführprozess S103 umfasst einen ersten Kathodenabführprozess S105 und einen zweiten Kathodenabführprozess S106. Der zweite Kathodenabführprozess S106 wird nach dem ersten Kathodenabführprozess S105 ausgeführt.
  • Im ersten Kathodenabführprozess S105 erhöht der Controller 20 die Durchflussmenge von Luft, die vom Luftkompressor 32 zugeführt wird, und trägt das Wasser, das sich im Oxidationsgasströmungspfad 30 gesammelt hat, aus. Im zweiten Kathodenabführprozess S106 verringert der Controller 20 die Durchflussmenge von Luft, die vom Luftkompressor 32 zugeführt wird, auf einen Wert, der niedriger ist als die Durchflussmenge beim ersten Kathodenabführprozess S105, und trägt das Wasser für eine vorgegebene Zeitspanne aus, um dadurch den Wassergehalt der Brennstoffzelle 10 auf oder unter einen vorgegebenen Wert zu verringern.
  • Der Anodenabführprozess S104 ist ein Prozess zum Austragen von Wasser aus dem Brenngasströmungspfad 50. Bei diesem Anodenabführprozess S104 treibt der Controller 20 die Umwälzpumpe 64 und das Abführventil 66 an, um Wasser aus der Brenngasleitung 51, den anodenseitigen Strömungspfaden in der Brennstoffzelle 10, der Anodenabgasleitung 61 und dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 auszutragen. Der Anodenabführprozess S104 umfasst einen ersten Anodenabführprozess S107 und einen zweiten Anodenabführprozess S108. Der zweite Anodenabführprozess S108 wird nach dem ersten Anodenabführprozess S107 ausgeführt.
  • Im ersten Anodenabführprozess S107 öffnet der Controller 20 das Abführventil 66 in regelmäßigen Abständen, während die Umwälzpumpe 64 angetrieben wird, um Wasser, das sich im Brenngasströmungspfad 50 angesammelt hat, auszutragen. Im zweiten Anodenabführprozess S108 öffnet der Controller 20 das Abführventil 66 für eine lange Zeitspanne, um Wasser aus dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 62 auszutragen.
  • Nach Abschluss des vorstehend beschriebenen Wasserabführprozesses S101 führt der Controller 20 den Kathodenversiegelungsprozess S102 durch. Bei diesem Kathodenversiegelungsprozess S102 stoppt der Controller 20 den Luftkompressor 32 und schließt den Druckregler 43, um das Eindringen von Luft in die Brennstoffzelle 10 während des Halts bzw. Stillstands des Brennstoffzellensystems 100 zu verhindern. Das Ausführen des Kathodenversiegelungsprozesses S102 verhindert das Eindringen von Sauerstoff in die Kathode während Stillstands Halts des Brennstoffzellensystems 100, und verhindert dadurch eine Verschlechterung des Katalysators der Brennstoffzelle 10 aufgrund einer Kohlenstoffoxidationsreaktion während des Stillstands des Brennstoffzellensystems 100.
  • Beim Normalstoppprozess (Schritt S100) der 2 wird die Reihe von Prozessen, die in 3 dargestellt sind, in der in 3 dargestellten Abfolge ausgeführt. Während dieser Reihe von Prozessen bestimmt der Controller 20, ob das Brennstoffzellensystem 100 eine Notstoppbedingung erfüllt (Schritt S110). Wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung nicht erfüllt (Schritt S110: NEIN) bestimmt der Controller 20 anschließend, ob der Normalstoppprozess aus 3 vollständig ausgeführt bzw. abgeschlossen wurde (Schritt S120). Wenn der Normalstoppprozess noch nicht abgeschlossen wurde (Schritt S120: NEIN) kehrt der Controller 20 zum Prozessablauf aus Schritt S100 zurück und fährt mit dem Normalstoppprozess aus 3 fort. 2 zeigt die Prozesse der Schritte S100 bis S120 in schrittweiser Abfolge. Dies dient jedoch nur zur Vereinfachung der Darstellung. Im tatsächlichen Ablauf werden die Prozesse der Schritte S110 und S120 wiederholt zu vorgegebenen Steuerzeitpunkten während der Ausführung des Schritts S100 ausgeführt. Das gleiche gilt für die Prozesse der Schritte S240 bis S260 von 4, wie später beschrieben wird.
  • Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, dass der Normalstoppprozess ausgeführt wurde (Schritt S120: JA) stellt der Controller 20 das Abschlussflag AN und speichert diese Information (nachfolgend als „Abschlussflaginformation“ bezeichnet) nicht-flüchtig im Speicher des Controllers 20 (Schritt S130). Der Controller 20 setzt auch eine Zeitspanne bis zum Neustart auf 90 Minuten und speichert diese Information (nachfolgend als „Neustartzeitinformation“ bezeichnet) in nicht-flüchtiger Weise im Speicher (Schritt S130). Das Abschlussflag bezeichnet ein Flag, das anzeigt, dass der Normalstoppprozess aus 3 vollständig ausgeführt wurde. Das Einstellen der Zeitspanne bis zum Neustart in Schritt S130 nach Abschluss des Normalstoppprozesses sorgt dafür, dass ein Anti-Gefrierprozess, der später beschrieben wird, nach dem Stopp des Brennstoffzellensystems 100 ausgeführt wird.
  • Nach dem Speichern der Abschlussflaginformation und der Neustartzeitinformation in nicht-flüchtiger Weise im Speicher in Schritt S130, wie vorstehend beschrieben, stoppt der Controller 20 das Brennstoffzellensystem 100. Gemäß dieser Ausführungsform bedeutet „Stopp des Brennstoffzellensystems 100“, dass der Controller 20 das Brennstoffzellensystem 100 in einem Zustand stoppt, der einen Neustart nach Ablauf der Zeitspanne, die im Speicher als Neustartzeitinformation hinterlegt wurde, ermöglicht.
  • Wenn der Controller 20 bestimmt, dass das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt (Schritt S110: JA), während die jeweiligen Prozesse des Normalstoppprozesses von 3 ausgeführt werden, führt der Controller 20 einen Notstoppprozess (Schritt S140) aus. Gemäß dieser Ausführungsform bestimmt der Controller 20 ansprechend auf die Erfassung einer Öffnungsbetätigung des Tankdeckels durch den Tankdeckelsensor 70, ansprechend auf die Erfassung eines Fehlers irgendeiner der Komponenten, wie beispielsweise der Sensoren und Aktoren, welche das Brennstoffzellensystem 100 bilden, und ansprechend auf die Erfassung eines Temperaturanstiegs irgendeiner der Komponenten, die das Brennstoffzellensystem 100 bilden, über eine vorgegebene Temperatur, dass das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt. Die Techniken zum Erfassen eines Fehlers einer Komponente und zum Erfassen einer Temperatur einer Komponente sind hinlänglich bekannte Techniken und werden nicht im Detail beschrieben.
  • Bei dem Notstoppprozess aus Schritt S140 setzt der Controller 20 den Normalstoppprozess, der gerade ausgeführt wird, aus, und speichert die Information, die den Fortschrittstatus des Normalstoppprozesses anzeigt (nachfolgend als Fortschrittinformation bezeichnet) in nicht-flüchtiger Weise im Speicher des Controllers 20. Der Controller 20 setzt auch die Zeitspanne bis zum Neustart auf 10 Minuten und speichert die Neustartzeitinformation in nicht-flüchtiger Weise im Speicher. Nach Ausführen des Notstoppprozesses zum Speichern der Fortschrittinformation und der Neustartzeitinformation im Speicher stoppt der Controller 20 das Brennstoffzellensystem 100. In anderen Worten: wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt, stoppt der Controller 20 das Brennstoffzellensystem 100 während er den Normalstoppprozess aussetzt. Wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt, kann es vorkommen, dass der Kathodenversiegelungsprozess S102 nicht ausgeführt wurde, während der Wasserabführprozess S101 abgeschlossen wurde, oder dass ein Teil des Wasserabführprozesses S101 und des Kathodenversiegelungsprozesses S102 nicht abgeschlossen wurden.
  • In der Ausführungsform wird die Zeitspanne, die eingestellt wird, wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt, eine „erste Zeitspanne“ genannt. Die erste Zeitspanne wird vorab basierend auf einer Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Notstoppbedingung nicht länger vorliegt, bestimmt. Genauer gesagt kann die erste Zeitspanne beispielsweise basierend auf einer Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, wenn der Tankdeckel geöffnet wurde, bis zu dem Zeitpunkt, wenn davon ausgegangen wird, dass der Tankdeckel geschlossen ist, oder basierend auf einer Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, wenn die Temperatur einer Komponente auf oder über eine bestimmte Temperatur ansteigt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn davon ausgegangen wird, dass die Temperatur unter die bestimmte Temperatur gesunken ist, bestimmt werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird diese erste Zeitspanne auf 10 Minuten eingestellt. Eine zu lange erste Zeitspanne führt wahrscheinlich zu einer Verschlechterung des Katalysators, während eine zu kurze erste Zeitspanne wahrscheinlich dazu führt, dass der Nutzer die Ausführung eines Neustartprozesses wahrnimmt und sich unbehaglich fühlt. Es ist daher bevorzugt, dass die erste Zeitspanne vorzugsweise in einem Bereich von beispielsweise 5 bis 30 Minuten ist.
  • In der Ausführungsform wird die Zeitspanne, bis ein Neustart nach Abschluss des Normalstoppprozesses ausgeführt wird, als „zweite Zeitspanne“ bezeichnet. Die zweite Zeitspanne ist entsprechend dieser Ausführungsform auf 90 Minuten eingestellt, kann jedoch zwischen 30 und 120 Minuten liegen. Diese zweite Zeitspanne kann in geeigneter Weise verkürzt werden, um kürzer als die erste Zeitspanne zu sein, indem ein Anti-Gefrierprozess beim vorstehend beschriebenen Neustartprozess ausgeführt wird. Die zweite Zeitspanne, die unmittelbar nach Abschluss des Normalstoppprozesses eingestellt wird, ist gemäß dieser Ausführungsform immer länger als die erste Zeitspanne.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Neustartprozess zeigt, der ausgeführt wird, nachdem das Brennstoffzellensystem 100 durch den Systemstoppprozess aus 2 gestoppt wurde. Wenn die als Neustartzeitinformation im Speicher des Controllers 20 hinterlegte Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems 100 verstrichen ist, startet der Controller 20 das Brennstoffzellensystem 100 neu und führt diesen Neustartprozess aus.
  • Wenn der Neustartprozess ausgelöst wird, bestimmt der Controller 20 zunächst basierend auf der Abschlussflaginformation, die im Speicher des Controllers 20 hinterlegt ist, ob das Abschlussflag AN ist (Schritt S200). Das auf AN gesetzte Abschlussflag (Schritt S200: JA) zeigt an, dass das Brennstoffzellensystem 100 normal gestoppt ist. In diesem Fall führt der Controller 20 einen Anti-Gefrierprozess aus (Schritt S205). In diesem Anti-Gefrierprozess nutzt der Controller 20 den Umgebungstemperatursensor 85, um die Umgebungstemperatur zu ermitteln, verlagert den Neustartzeitpunkt nach vorne (d.h. kürzt die zweite Zeitspanne), wenn die Umgebungstemperatur sinkt, und aktualisiert die Neustartzeitinformation. Wenn die gemessene Umgebungstemperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur (beispielsweise 5°C) wird, führt der Controller 20 einen Prozess aus, der äquivalent zum Wasserabführprozess S101 aus 3 ist, um das Wasser in der Brennstoffzelle 10 auszutragen, und verhindert das Gefrieren während des Stillstands des Brennstoffzellensystems 100. Nach Abschluss des Anti-Gefrierprozesses beendet der Controller 20 den Neustartprozess. Dieser Anti-Gefrierprozess verschiebt den Neustartzeitpunkt mit Abnahme der Umgebungstemperatur nach vorne. Dies verursacht, dass Wasser früher ausgetragen wird und verhindert somit das Gefrieren.
  • Wenn dagegen in Schritt S200 bestimmt wird, dass das Abschlussflag AUS ist (Schritt S200: NEIN), bestimmt der Controller 20 anschließend, ob eine der Komponenten, die für den Normalstoppprozess benötigt werden, fehlerhaft ist (Schritt S210). Die für den Normalstoppprozess benötigten Komponenten umfassen beispielsweise den Luftkompressor 32, die Umwälzpumpe 64 und verschiedene Ventile, die im Oxidationsgasströmungspfad 30 und im Brenngasströmungspfad 50 angeordnet sind. Wenn eine der für den Normalstoppprozess benötigten Komponenten fehlerhaft ist (Schritt S210: JA), beendet der Controller 20 den Neustartprozess, ohne den Normalstoppprozess auszuführen und ohne die nächste Neustartzeit einzustellen. Wenn keine neue Neustartzeit eingestellt wird, führt der Controller 20 den nächsten Neustart nicht aus. Wenn irgendeine der Komponenten, die für den Normalstoppprozess benötigt werden, einen Fehler hat, wird das Brennstoffzellensystem 100 somit nicht automatisch neu gestartet, bis diese Komponente repariert wurde.
  • Wenn keine der für den Normalstoppprozess benötigten Komponenten fehlerhaft ist (Schritt S210: NEIN), führt der Controller 20 anschließend einen Leckerfassungsprozess aus, um ein Wasserstoffleck zu erfassen (Schritt S220). Bei diesem Leckerfassungsprozess führt der Controller 20 Wasserstoff mit einem vorgegebenen Druck in den Brenngasströmungspfad 50 und schließt anschließend das An-Aus-Ventil 53, den Injektor 55 und das Abführventil 66. Wenn eine Abnahme des Wasserstoffdrucks auf ein vorgegebenes Druckniveau oder darunter nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne durch den Drucksensor 56 erfasst wird, bestimmt der Controller 20, dass ein Wasserstoffleck vorliegt. Der Leckerfassungsprozess kann ein Wasserstoffleck an verschiedenen Stellen im Brenngasströmungspfad 50 schrittweise erfassen, beispielsweise zwischen dem Injektor 55 und dem An-Aus-Ventil und stromab des Injektors 55.
  • Wenn im Leckerfassungsprozess ein Wasserstoffleck erfasst wird (Schritt S230: JA), beendet der Controller 20 den Neustartprozess, ohne den Normalstoppprozess auszuführen und ohne die nächste Neustartzeit einzustellen. Wenn dementsprechend ein Wasserstoffleck vorliegt, wird das Brennstoffzellensystem 100 nicht automatisch neu gestartet, bis das Wasserstoffleck beseitigt ist. In dem Fall, bei dem in Schritt S230 ein Wasserstoffleck erfasst wird, kann der Controller 20 auf einer vorgegebenen Anzeigevorrichtung, die im Brennstoffzellensystem 100 vorgesehen ist, eine Anzeige ausgeben, die das Vorliegen eines Wasserstofflecks anzeigt.
  • Wenn kein Wasserstoffleck durch den Leckerfassungsprozess erfasst wird (Schritt S230: NEIN), führt der Controller 20 andererseits einen Prozess ähnlich dem Normalstoppprozess S100 aus 3 durch (Schritt S240). In Schritt S240 führt der Controller 20 jedoch den nicht abgeschlossenen Teil des Normalstoppprozesses S100 in der in 3 gezeigten Abfolge basierend auf der Fortschrittinformation, die im Speicher hinterlegt wurde, aus. In einem Fall beispielsweise, bei welchem der Wasserabführprozess S101 vollständig ausgeführt wurde, der Kathodenversiegelungsprozess S102 jedoch nicht ausgeführt wurde, führt der Controller 20 den Kathodenversiegelungsprozess S102 aus. Bei einem anderen Beispiel führt der Controller 20, wenn nur der erste Kathodenabführprozess S105 des Wasserabführprozesses S101 ausgeführt wurde, den zweiten Kathodenabführprozess S106, den Anodenabführprozess S104 und den Kathodenversiegelungsprozess S102 durch.
  • Während der Ausführung des Normalstoppprozesses bestimmt der Controller 20 kontinuierlich, ob das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt (Schritt S250). Wenn die Notstoppbedingung nicht erfüllt ist (Schritt S250: NEIN), bestimmt der Controller 20, ob der Normalstoppprozess aus 3 vollständig abgeschlossen bzw. ausgeführt wurde (Schritt S260). Wenn der Normalstoppprozess nicht vollständig ausgeführt wurde (Schritt S260: NEIN), kehrt der Controller 20 zum Prozessablauf aus Schritt S240 zurück und fährt mit dem Normalstoppprozess aus 3 fort.
  • Wenn in Schritt S260 bestimmt wird, dass der Normalstoppprozess vollständig ausgeführt wurde (Schritt S260: JA), setzt der Controller 20 das Abschlussflag auf AN und speichert die Abschlussflaginformation nicht-flüchtig im Speicher des Controllers 20, während er die Zeitspanne bis zum Neustart auf 90 Minuten setzt und die Neustartzeitinformation in nicht-flüchtiger Weise im Speicher hinterlegt (Schritt S270). Dann stoppt der Controller 20 das Brennstoffzellensystem 100.
  • Wenn der Controller 20 bestimmt, dass das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt (Schritt S250: JA), während die jeweiligen Prozesse im Normalstoppprozess aus 3 ausgeführt werden, führt der Controller 20 den Notstoppprozess aus (Schritt S280). Bei diesem Notstoppprozess setzt der Controller 20 den Normalstoppprozess, der gerade ausgeführt wird, aus, und speichert die Fortschrittinformation im Speicher des Controllers 20. Zudem setzt der Controller 20 die Zeitspanne bis zum Neustart auf 10 Minuten und speichert die Neustartzeitinformation nicht-flüchtig im Speicher. Nach Ausführen des Notstoppprozesses zum Speichern der Fortschrittinformation und der Neustartzeitinformation im Speicher stoppt der Controller 20 das Brennstoffzellensystem 100. Beim Neustartprozess aus 4 wird, wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt und der Normalstoppprozess angehalten ist, das Brennstoffzellensystem 100 nach Verstreichen der vorgegebenen Zeitspanne neu gestartet.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird im Falle eines Notstopps des Brennstoffzellensystems 100 das Brennstoffzellensystem 100 der Ausführungsform so eingestellt, um nach Ablauf der ersten Zeitspanne vor dem Stopp neu gestartet zu werden. Das Brennstoffzellensystem 100 wird dann entsprechend dieser Einstellung neu gestartet und führt den Normalstoppprozess aus. Diese Konfiguration macht eine Überwachung, ob die Notstoppbedingung nach einem Notstopp beseitigt ist, überflüssig und verhindert dadurch, dass kontinuierlich elektrische Leistung bzw. Strom für eine derartige Überwachung verbraucht wird. Dies spart die Menge an elektrischer Leistung nach dem Notstopp.
  • Gemäß dieser Ausführungsform führt der Neustartprozess nach dem Notstopp den nicht ausgeführten Teil des Normalstoppprozesses, der im Systemstoppprozess nicht ausgeführt wurde, aus. Hierdurch kann der Normalstoppprozess schnell nach einem Neustart abgeschlossen werden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn ein Wasserstoffleck im Neustartprozess erfasst wird, der Normalstoppprozess nicht ausgeführt. Dies verhindert, dass es zu einem Wasserstoffleck während des Anodenabführprozesses kommt.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn ein Fehler irgendeiner Komponente, die für den Normalstoppprozess benötigt wird, beim Neustartprozess erfasst wird, der Normalstoppprozess nicht ausgeführt. Dies verhindert, dass der Normalstoppprozess sinnlos ausgeführt wird, wenn eine für den Normalstoppprozess benötigte Komponente fehlerhaft ist.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn die Notstoppbedingung im Neustartprozess nach einem Notstopp erneut erfüllt ist, der Notstoppprozess ausgeführt, um die Zeitspanne bis zum Neustart einzustellen. Dies steigert die Sicherheit, dass der Normalstoppprozess im Brennstoffzellensystem 100 ausgeführt wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist die Zeitspanne, bis ein Neustart im Fall eines Notstopps (erste Zeitspanne) eingestellt wird, kürzer als die Zeitspanne bis ein Neustart im Fall eines normalen Abschlusses des Normalstoppprozesses eingestellt wird (zweite Zeitspanne). Dementsprechend wird das Brennstoffzellensystem 100 nach einem Notstopp zu einem früheren Zeitpunkt gestartet als zum Neustartzeitpunkt nach Abschluss des Normalstoppprozesses. Dies ermöglicht es, dass der Normalstoppprozess nach dem Notstopp früher ausgeführt wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform bestimmt während der Ausführung des Systemstoppprozesses aus 2, ob das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt. Eine zweite Ausführungsform dagegen bestimmt während des normalen Betriebs statt während der Ausführung des Systemstoppprozesses, ob das Brennstoffzellensystem 100 eine Notstoppbedingung erfüllt. Das Brennstoffzellensystem 100 der zweiten Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie das Brennstoffzellensystem 100 der ersten Ausführungsform. Ein Normalbetriebsprozess, der nachfolgend beschrieben wird, wird unter der Vorgabe ausgeführt, dass das Abschlussflag AUS ist.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Normalbetriebsprozess zeigt, der vom Controller 20 ausgeführt wird. Dieser Normalbetriebsprozess wird durch die AN-Betätigung des Zündschalters 80 ausgelöst. Im Normalbetriebsprozess bestimmt der Controller 20 zunächst, ob das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt (Schritt S300).
  • Wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung nicht erfüllt (Schritt S300: NEIN), bestimmt der Controller 20 anschließend, ob der Zündschalter 80 AUS-geschalten wurde (Schritt S310). Wenn der Zündschalter 80 nicht AUS-geschalten wurde (Schritt S310: NEIN), fährt der Controller 20 mit dem Stromerzeugungsprozess fort, so dass die Brennstoffzelle 10 elektrische Leistung bzw. Strom erzeugt (Schritt S320). Wenn der Zündschalter 80 AUS-geschalten wurde (Schritt S310: JA), führt der Controller 20 andererseits einen Prozess durch, der ähnlich dem Normalstoppprozess S100 aus 3 ist (Schritt S330). Nach Abschluss des Normalstoppprozesses stellt der Controller 20 das Abschlussflag auf AN, stellt die Zeitspanne bis zum Neustart auf 90 Minuten und stoppt das Brennstoffzellensystem 100.
  • Wenn dagegen in Schritt S300 bestimmt wird, dass das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung erfüllt (Schritt S300: JA), führt der Controller 20 den Normalstoppprozess nicht aus, sondern führt den Notstoppprozess aus (Schritt S350). Bei diesem Notstoppprozess stellt der Controller 20 die Zeitspanne bis zum Neustart auf 10 Minuten und stoppt das Brennstoffzellensystem 100.
  • Nachdem der Normalbetriebsprozess aus 5 beendet und das Brennstoffzellensystem 100 gestoppt ist, führt die zweite Ausführungsform den Neustartprozess aus 4 wie bei der ersten Ausführungsform durch.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ermöglicht die Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform einen Notstopp des Brennstoffzellensystems 100, wenn das Brennstoffzellensystem 100 die Notstoppbedingung während des Normalbetriebs des Brennstoffzellensystems 100 erfüllt. Gemäß einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann der Controller 20 den Systemstoppprozess aus 2 anstelle der Prozesse der Schritte S330 und S340 aus 5 ausführen. Das Ausführen des Systemstoppprozesses aus 2 anstelle der Schritte S330 und S340 aus 5 ermöglicht es, dass der Notstoppprozess ausgeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem während der Ausführung des Normalstoppprozesses die Notstoppbedingung erfüllt.
  • Abwandlungen
  • <Abwandlung 1>
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform führt der Normalstoppprozess (Schritt S240) im Neustartprozess aus 4 beispielsweise den nicht ausgeführten Teil des Normalstoppprozesses aus, der im Systemstoppprozess nicht ausgeführt wurde. Gemäß einer Abwandlung kann der Controller 20 den Normalstoppprozess von vorne als Normalstoppprozess im Neustartprozess starten.
  • <Abwandlung 2>
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird, wenn ein Wasserstoffleck erfasst wird, im Neustartprozess aus 4 der gesamte Normalstoppprozess nicht ausgeführt. Gemäß einer Abwandlung kann der Controller 20, bei der Erfassung eines Wasserstofflecks, nur einen Teil des Anodenabführprozesses S104, der wahrscheinlich vom Wasserstoffleck betroffen ist, nicht ausführen, kann jedoch die übrigen Prozesse, die vom Wasserstoffleck nicht betroffen sind, ausführen, beispielsweise den Kathodenabführprozess S103 und den Kathodenversiegelungsprozess S102.
  • <Abwandlung 3>
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst der Wasserabführprozess S101 aus 3 den Kathodenabführprozess S103 und den Anodenabführprozess S104, wobei jeder dieser Abführprozesse S103 und S104 mehrere Prozesse umfasst. Die Konfiguration der Prozessabläufe gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist dabei jedoch lediglich beispielhaft und keineswegs beschränkend. Beispielsweise kann der Wasserabführprozess weiter in eine größere Anzahl von Prozessen unterteilt werden, oder kann als einziger Prozess ausgeführt werden. Der Wasserabführprozess S101 kann nur einem vom Kathodenabführprozess S103 und vom Anodenabführprozess S104 umfassen.
  • <Abwandlung 4>
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform führt der Controller 20 sowohl den Wasserabführprozess S101 als auch den Kathodenversiegelungsprozess S102 als Normalstoppprozess S100 aus. Gemäß einer Abwandlung kann der Controller 20 nur den Wasserabführprozess S101 als Normalstoppprozess S100 ausführen. Alternativ kann der Controller 20 nur den Kathodenversieglungsprozess S102 als Normalstoppprozess S100 ausführen.
  • <Abwandlung 5>
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird, nach einem normalen Stopp des Brennstoffzellensystems 100, das Brennstoffzellensystem 100 nach Verstreichen der zweiten Zeitspanne zur Ausführung des Anti-Gefrierprozesses neu gestartet. Das Brennstoffzellensystem 100, das nach einem normalen Stopp neu gestartet wird, muss jedoch nicht unbedingt den Anti-Gefrierprozess ausführen sondern kann den Wasserabführprozess unabhängig von der Umgebungstemperatur ausführen, oder kann den Leckerfassungsprozess ausführen.
  • <Abwandlung 6>
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird, selbst wenn der Normalstoppprozess normal ausgeführt wird, die Zeitspanne bis zu einem Neustart eingestellt und das Brennstoffzellensystem 100 neu gestartet. Gemäß einer Abwandlung braucht, wenn der Normalstoppprozess normal ausgeführt wird, das Brennstoffzellensystem 100 nicht neu gestartet werden.
  • <Abwandlung 7>
  • Das Brennstoffzellensystem 100 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist am Fahrzeug montiert. Das Brennstoffzellensystem 100 kann jedoch auch an einem anderen beweglichen Körper wie einem Flugzeug, einem Boot oder einem Schiff montiert werden. Das Brennstoffzellensystem 100 kann auch in einem Gebäude oder auf einem Grundstück als Stromquelle für einen Haushalt oder für geschäftliche Zwecke installiert werden. Die Brennstoffzelle 10 ist nicht auf die Polymerelektrolytbrennstoffzelle beschränkt sondern kann verschiedene Arten von Brennstoffzellen, beispielsweise Phosphorsäurebrennstoffzellen, umfassen.

Claims (6)

  1. Brennstoffzellensystem (100), aufweisend: eine Brennstoffzelle (10); einen Brenngasströmungspfad (50), der ausgestaltet ist, um der Brennstoffzelle (10)ein Brenngas zuzuführen; einen Oxidationsgasströmungspfad (30), der ausgestaltet ist, um der Brennstoffzelle (10) ein Oxidationsgas zuzuführen; und einen Controller (20), der ausgestaltet ist, um die Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle (10) zu steuern, wobei der Controller (20) zu einem normalen Stoppzeitpunkt des Brennstoffzellensystems (100) einen Normalstoppprozess (S100 - S120) ausführt, der zumindest einen von einem Wasserabführprozess, der Wasser aus dem Brenngasströmungspfad (50) und/oder dem Oxidationsgasströmungspfad (30) abführt, und einem Kathodenversiegelungsprozess umfasst, der den Oxidationsgasströmungspfad (30) versiegelt, und anschließend das Brennstoffzellensystem (100) stoppt, der Controller (20), wenn das Brennstoffzellensystem (100) eine vorgegebene Notstoppbedingung erfüllt, während die jeweiligen Prozesse des Normalstoppprozesses (S100 - S120) ausgeführt werden, den Normalstoppprozesses (S100 - S120), der gerade ausgeführt wird, aussetzt und zumindest einen Teil des Normalstoppprozesses (S100 - S120) nicht ausführt sondern einen Notstoppprozess (S140) ausführt, der das Brennstoffzellensystem (100) auf einen Neustart nach Ablauf einer ersten Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems (100) einstellt, und anschließend das Brennstoffzellensystem (100) stoppt, und der Controller (20) das Brennstoffzellensystem (100) nach Ablauf der ersten Zeitspanne nach dem Stopp des Brennstoffzellensystems (100) neu startet und einen Neustartprozess ausführt, der den Normalstoppprozess (S100 - S120) ausführt.
  2. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1 wobei der Controller (20) einen Speicher umfasst und, wenn der Notstoppprozess (S140) ausgeführt wird, eine Fortschrittinformation über den gerade ausgeführten Normalstoppprozesses (S100 - S120) im Speicher speichert und bei dem Neustartprozess basierend auf der Fortschrittinformation, die im Speicher hinterlegt wurde, einen nicht abgeschlossenen Teil des Normalstoppprozesses (S100 - S120) ausführt (S240).
  3. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1 oder 2 wobei der Normalstoppprozess (S100 - S120) einen Wasserabführprozess (S101) umfasst, der Wasser aus dem Brenngasströmungspfad (50) abführt, und der Controller (20) einen Leckerfassungsprozess (S220) ausführt, der erfasst, ob Brenngas aus dem Brenngasströmungspfad (50) austritt, bevor der Wasserabführprozess (S101) beim Neustartprozess ausgeführt wird, wobei, wenn ein Austreten von Brenngas im Leckerfassungsprozess (S220) erfasst wird, der Controller (20) den Neustartprozess aussetzt, ohne den Wasserabführprozess (S101) auszuführen, und, wenn kein Austreten von Brenngas im Leckerfassungsprozess erfasst wird, der Controller (20) den Wasserabführprozess ausführt.
  4. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 wobei der Controller (20) bestimmt (S210), ob eine für den Normalstoppprozess (S100 - S120) genutzte Komponente fehlerhaft ist, bevor der Normalstoppprozess (S100 - S120) bei dem Neustartprozess ausgeführt wird, wobei, wenn bestimmt wird, dass die für den Normalstoppprozess (S100 - S120) genutzte Komponente fehlerhaft ist, der Controller (20) den Neustartprozess aussetzt, ohne den Normalstoppprozess (S100 - S120) auszuführen, und, wenn bestimmt wird, dass keine für den Normalstoppprozess (S100 - S120) genutzte Komponente fehlerhaft ist, der Controller (20) den Normalstoppprozess(S100 - S120) ausführt.
  5. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 wobei, wenn das Brennstoffzellensystem (100) die Notstoppbedingung bei dem Neustartprozess erfüllt, der Controller (20) den Notstoppprozess (S140)ausführt, und, wenn das Brennstoffzellensystem (100) die Notstoppbedingung bei dem Neustartprozess nicht erfüllt, der Controller (20) den Notstoppprozess (S140)nicht ausführt.
  6. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 wobei, wenn der Normalstoppprozess (S100 - S120) ausgeführt wird, der Controller (20) das Brennstoffzellensystem (100) auf einen Neustart nach Ablauf einer zweiten Zeitspanne, die länger ist als die erste Zeitspanne, seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems (100) einstellt und anschließend das Brennstoffzellensystem (100) stoppt, und der Controller (20) die Brennstoffzelle (10) nach Ablauf der zweiten Zeitspanne seit dem Stopp des Brennstoffzellensystems (100) neu startet und einen vorgegebenen Prozess ausführt.
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