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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem sowie ein Brennstoffzellenfahrzeug.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Brennstoffzellensystem hat einen Kühlmechanismus, der eine Brennstoffzelle so kühlt, dass die Temperatur der Brennstoffzelle eine vorgegebene Temperatur nicht übersteigt, während Leistung erzeugt wird. Als ein solcher Kühlmechanismus ist ein flüssigkeitsgekühlter Kühlmechanismus bekannt, der eine Brennstoffzelle kühlt, indem ein Kühlmittel wie beispielsweise Kühlwasser zirkuliert wird.
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In der offengelegten japanischen Patentanmeldung
JP 2010-267471 A wird ein Brennstoffzellensystem beschrieben, das ein flüssigkeitsgekühltes Brennstoffzellensystem ist, das einen Kühlwasserkanal umfasst, in dem Kühlwasser zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, sowie eine Wasserpumpe, die das Kühlwasser unter Druck zuführt, und einen Radiator, der die Temperatur des durchströmenden Kühlwassers senkt.
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Wenn bei dem in der
JP 2010-267471 A beschriebenen Brennstoffzellensystem zeitweilig ein Hochlastbetrieb ausgeführt wird, kann es vorkommen, dass der Brennwert bzw. Wärmewert oder Heizwert der Brennstoffzelle ansteigt und die Temperatur des Kühlwassers zeitweilig hoch wird. Als eine Maßnahme gegen die zeitweilig hohe Kühlwassertemperatur wurde in Erwägung gezogen, die Leistung des Radiators zu verbessern, um eine Wärmeabgabeleistung des Kühlwassers sicherzustellen. Wenn diese Maßnahme jedoch umgesetzt wird, besteht das Problem, dass die Größe des Radiators zunimmt. Weitere Brennstoffzellensysteme mit Kühleinrichtungen sind in den Schriften
US 2009/0208796 A1 ,
DE 20 2015 101 010 U1 ,
US 2003/0162066 A1 ,
DE 11 2013 002 017 T5 und
DE 10 2013 221 876 A1 beschrieben.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem, das verhindern kann, dass die Kühlwassertemperatur zeitweilig hoch wird, ohne dass die Größe des Radiators zunimmt.
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Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Radiator, der eine Temperatur eines Kühlmittels zum Kühlen der Brennstoffzelle senkt, einem ersten Strömungskanal, in welchem das Kühlmittel von der Brennstoffzelle zu dem Radiator fließt, einem zweiten Strömungskanal, in welchem das Kühlmittel von dem Radiator zu der Brennstoffzelle fließt, einem Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil, das ausgestaltet ist, um die Temperatur des in dem zweiten Strömungskanal in die Brennstoffzelle fließenden Kühlmittels zu erfassen, einem ersten Umgehungskanal, der eine Position an einer stromabwärtigen Seite des Radiators mit einer Position in dem zweiten Strömungskanal an einer stromaufwärtigen Seite des Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteils verbindet, einem An-Aus-Ventil, das zwischen einem Öffnen und einem Schließen des ersten Umgehungskanals schaltet, einem Reservetank, der in dem ersten Umgehungskanal angeordnet ist und Kühlmittel speichert, und einem Steuerteil, das ausgestaltet ist, um einen Betrieb des An-Aus-Ventils auf Basis der durch das Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil erfassten Kühlmitteltemperatur zu steuern. Das Steuerteil ist derart ausgestaltet, dass, wenn die durch das Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil erfasste Kühlmitteltemperatur eine vorher eingestellte erste Grundtemperatur übersteigt, das Steuerteil das Kühlmittel durch Öffnen des An-Aus-Ventils zur Brennstoffzelle fördert und zulässt, dass vorher im Reservetank gespeichertes Kühlmittel mit dem Kühlmittel zusammenfließt, das von dem Radiator zugeführt wird und in dem zweiten Strömungskanal fließt. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlwassers zeitweilig hoch wird, ohne den Radiator größer auszubilden.
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Das Brennstoffzellensystem kann weiter umfassen: ein Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil, das ausgestaltet ist, um die Kühlmitteltemperatur in dem ersten Strömungskanal unmittelbar nach dem Ausströmen aus der Brennstoffzelle zu erfassen, einen zweiten Umgehungskanal, der eine Position in dem ersten Strömungskanal auf einer stromaufwärtigen Seite des Radiators, den Reservetank und den zweiten Strömungskanal miteinander verbindet, und ein Dreiwegeventil, das in einem Verbindungsteil zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Umgehungskanal angeordnet ist und eine Menge des von dem ersten Strömungskanal in den Radiator fließenden Kühlmittels sowie eine Menge des von dem ersten Strömungskanal in den zweiten Umgehungskanal fließenden Kühlmittels einstellt. Das Steuerteil kann derart ausgestaltet sein, dass, wenn die durch das Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil erfasste Temperatur eine vorher eingestellte zweite Grundtemperatur oder weniger ist, das Steuerteil die Öffnung des Dreiwegeventils so einstellt, dass das gesamte Kühlmittel von dem ersten Strömungskanal in den zweiten Umgehungskanal fließt. Somit ist es möglich, Kühlmittel mit niedriger Temperatur in dem Reservetank zu speichern.
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Das Steuerteil kann ferner derart ausgestaltet sein, dass, wenn die durch das Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil erfasste Temperatur die vorher eingestellte zweite Grundtemperatur übersteigt, das Steuerteil die Öffnung des Dreiwegeventils so einstellt, dass das gesamte Kühlmittel von dem ersten Strömungskanal in den Radiator fließt, und das An-Aus-Ventil schließt. Somit ist es möglich, Kühlmittel mit niedriger Temperatur in dem Reservetank gespeichert zu halten.
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Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem gemäß des ersten Aspekts ausgestaltet ist.
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Der dritte Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Brennstoffzelle, einem Radiator, der eine Temperatur eines Kühlmittels zum Kühlen der Brennstoffzelle senkt, einem ersten Strömungskanal, in welchem das Kühlmittel von der Brennstoffzelle zu dem Radiator fließt, einem zweiten Strömungskanal, in welchem das Kühlmittel von dem Radiator zu der Brennstoffzelle fließt, einem Navigationssystem, einem Umgehungskanal, der eine Position an einer stromabwärtigen Seite des Radiators mit dem zweiten Strömungskanal verbindet, einem An-Aus-Ventil, das zwischen einem Öffnen und einem Schließen des Umgehungskanals schaltet, einem Reservetank, der in dem Umgehungskanal angeordnet ist und Kühlmittel speichert, einer Pumpe, die ermöglicht, dass Kühlmittel durch den Radiator, den ersten Strömungskanal, den zweiten Strömungskanal und die Brennstoffzelle zirkuliert, und einem Steuerteil, das ausgestaltet ist, um eine Kühlmitteltemperatur stromab des Umgehungskanals basierend auf Strecken- bzw. Fahrbahninformationen von dem Navigationssystem, der Ventilöffnungszeit des An-Aus-Ventils und der Betriebszeit der Pumpe zu ermitteln, und, wenn die ermittelte Kühlmitteltemperatur eine vorher eingestellte Grundtemperatur übersteigt, das Steuerteil das Kühlmittel durch Öffnen des An-Aus-Ventils zur Brennstoffzelle fördert und zulässt, dass vorher im Reservetank gespeichertes Kühlmittel mit dem Kühlmittel zusammenfließt, das von dem Radiator zugeführt wird und in dem zweiten Strömungskanal fließt.
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Mit der Erfindung ist es möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlwassers zeitweilig hoch wird, ohne den Radiator größer auszubilden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
- 1 eine Ansicht, die ein Blockschaubild eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zeigt;
- 2 eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das An-Aus-Ventil in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem geöffnet ist;
- 3 ein Flussschaubild, das einen Ablauf eines Prozesses zum Steuern eines Kühlmittelzuführbetriebs von einem Reservetank in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem basierend auf der Kühlmitteltemperatur zeigt, die von einem Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil erfasst wird;
- 4 eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Speichern von Kühlmittel mit niedriger Temperatur in dem Reservetank in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem erläutert;
- 5 eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Speichern von Kühlmittel mit niedriger Temperatur in dem Reservetank in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem erläutert;
- 6 ein Flussschaubild, das einen Ablauf eines Prozesses zum Speichern von Kühlmittel mit niedriger Temperatur in dem Reservetank in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem zeigt; und
- 7 eine Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems, bei dem ein Navigationssystem genutzt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Ansicht, die ein Blockschaubild eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zeigt. Ein Brennstoffzellensystem 1 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 2 als Brennstoffzelle, einen Kühlmechanismus 3 zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 2 sowie ein Steuerteil 4.
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Der Brennstoffzellenstapel 2 wird beispielsweise durch das Aneinanderreihen einer Mehrzahl von Zellen der Brennstoffzelle gebildet, die jeweils durch sandwichartiges Aufnehmen einer Elektrolytmembran, beispielsweise einer Festpolymer-Ionenaustauschmembran, mit einer Anodenelektrode (Brennstoffelektrode) und einer Kathodenelektrode (Oxidationselektrode) von beiden Seiten ausgebildet sind. Wenn der Anodenelektrode der Zelle der Brennstoffzelle Anodengas mit Wasserstoff und der Kathodenelektrode Luft mit Sauerstoff zugeführt wird, bewegen sich aufgrund einer katalytischen Reaktion in der Anodenelektrode erzeugte Wasserstoffionen durch die Elektrolytmembran zur Kathodenelektrode. Dann verursachen die Wasserstoffionen und der Sauerstoff eine chemische Reaktion an der Kathodenelektrode, wodurch Leistung bzw. Strom erzeugt wird. Wenn die Wasserstoffionien und der Sauerstoff die chemische Reaktion in der Kathodenelektrode verursachen, wird Wasser erzeugt. Da der Brennstoffzellenstapel 2 durch das Aneinanderreihen einiger hundert Zellen der Brennstoffzelle ausgebildet wird, ist es möglich, eine für das Fahren eines Fahrzeugs wie beispielsweise einem Automobil benötigte hohe Leistung zu erhalten.
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Der Kühlmechanismus 3 hat einen Radiator 30, einen ersten Strömungskanal 31, einen zweiten Strömungskanal 32, ein Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33, einen Umgehungskanal 34, einen Reservetank 35 und ein An-Aus-Ventil 36. Der Radiator bzw. Kühler 30 senkt die Temperatur eines Kühlmittels wie beispielsweise Kühlwasser, das den Brennstoffzellenstapel 2 kühlt. Der erste Strömungskanal 31 ist ein Strömungskanal, in welchem das Kühlmittel von dem Brennstoffzellenstapel 2 zum Radiator 30 fließt. Der zweite Strömungskanal 32 ist ein Strömungskanal, in welchem das Kühlmittel von dem Radiator 30 zum Brennstoffzellenstapel 2 fließt. Das Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 ist ein Temperatursensor und erfasst eine Kühlmitteltemperatur im zweiten Strömungskanal 32 unmittelbar bevor das Kühlmittel in den Brennstoffzellenstapel 2 fließt. Der Umgehungskanal 34 verbindet den Radiator (einen Kühlmittelauslass des Radiators 30) mit einer Position des zweiten Strömungskanals 32 an einer stromaufwärtigen Seite des Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteils 33. Der Umgehungskanal 34 hat den Reservetank 35, der das Kühlmittel bevorratet bzw. speichert, sowie das An-Aus-Ventil 36. Der Reservetank 35 ist in dem Umgehungskanal 34 an einer Stelle an einer stromabwärtigen Seite des An-Aus-Ventils 36 angeordnet. Das An-Aus-Ventil 36 schaltet das Öffnen und Schließen des Umgehungskanals 34 (öffnet und schließt den Umgehungskanal 34).
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Der Kühlmechanismus 3 hat zudem ein Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37, einen zweiten Umgehungskanal 38, ein Dreiwegeventil 39 und eine Wasserpumpe 40. Das Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasst die Kühlmitteltemperatur in dem ersten Strömungskanal 31 unmittelbar, nachdem das Kühlmittel aus dem Brennstoffzellenstapel 2 fließt. Der zweite Umgehungskanal 38 verbindet eine Stelle in dem ersten Strömungskanal 31 auf der stromaufwärtigen Seite des Radiators 30, den Reservetank 35 und den zweiten Strömungskanal 32 miteinander. Das Dreiwegeventil 39 ist in einem Verbindungsteil zwischen dem ersten Strömungskanal 31 und dem zweiten Umgehungskanal 38 angeordnet und stellt eine Menge des von dem ersten Strömungskanal 31 in den Radiator 30 fließenden Kühlmittels sowie eine Menge des von dem ersten Strömungskanal 31 in den zweiten Umgehungskanal 38 fließenden Kühlmittels ein. Das Dreiwegeventil 39 kann durch eine An-/Aus-Betätigung betätigt werden, oder die Öffnung des Dreiwegeventils 39 kann allmählich (linear) verändert werden.
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Die Wasserpumpe 40 ist in dem zweiten Strömungskanal 32 in der Nähe eines Einlasses des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet und zirkuliert das Kühlmittel im Kühlmechanismus 3. Eine Fördermenge wird kontinuierlich durch die Drehzahl der Wasserpumpe 40 verändert.
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Das Steuerteil 4 besteht aus einem Microcomputer mit einem Prozessor (CPU), einem Festwertspeicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM), eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle (I/O-Interface) und dergleichen. Das Steuerteil 4 steuert das Öffnen und Schließen des An-Aus-Ventils 36 basierend auf der durch das Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfassten Kühlmitteltemperatur. Das Steuerteil 4 stellt auch die Öffnung des Dreiwegeventils 39 ein.
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Nachfolgend wird ein Prozess zum Steuern eines Kühlmittelzuführbetriebs vom Reservetank 35 basierend auf der vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfassten Kühlmitteltemperatur beschrieben. Um den Brennstoffzellenstapel 2 ausreichend zu kühlen, ist es nötig, die Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor dem Einströmen in den Brennstoffzellenstapel 2 auf einer vorgegebenen Temperatur oder darunter zu halten. Wenn die Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor dem Einströmen in den Brennstoffzellenstapel 2 eine Ausgabegrenztemperatur (etwa 85°C) oder mehr wird, wird die Ausgabe des Brennstoffzellenstapels 2 begrenzt, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des Brennstoffzellenstapels 2 zu verhindern.
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Bei einer Ausführungsform öffnet, wenn die Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor dem Einströmen in den Brennstoffzellenstapel 2 (die Kühlmitteltemperatur, die vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfasst wird) eine vorher bestimmte Grundtemperatur TB übersteigt, das Steuerteil 4 das An-Aus-Ventil 36, so dass das vorab im Reservetank 35 gespeicherte Kühlmittel mit dem vom Radiator 30 zugeführten und im zweiten Strömungskanal 32 fließenden Kühlmittel zusammenfließen kann und dann dem Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt wird. Die Grundtemperatur TB ist auf einen Wert eingestellt, der niedriger ist als die Ausgabebegrenzungstemperatur. Die Temperatur des Kühlmittels im Reservetank 35 ist beispielsweise -35 ~ 57 °C. Daher ist es möglich, die Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor dem Einströmen in den Brennstoffzellenstapel 2 derart zu halten, dass diese nicht die Ausgabebegrenzungstemperatur oder mehr erreicht.
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2 zeigt eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das An-Aus-Ventil 36 geöffnet ist. Die Öffnung des Dreiwegeventils 39 ist so eingestellt, dass das gesamte Kühlmittel von dem ersten Strömungskanal 31 in den Radiator 30 fließt. Wie in 2 gezeigt ist, fließen, wenn das An-Aus-Ventil 36 geöffnet ist, das im Reservetank 35 mit niedriger Temperatur gespeicherte Kühlmittel (niedrigtemperiertes Kühlmittel) und das Kühlmittel nach der Wärmeabgabe durch den Radiator 30 am Verbindungsteil P1 zwischen dem Umgehungskanal 34 und dem zweiten Strömungskanal 32 zusammen. Damit ist es möglich, zu verhindern, dass die Kühlwassertemperatur zeitweilig hoch wird, ohne den Radiator zu vergrößern.
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Ein in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
JP 2007-311058 A beschriebenes Brennstoffzellensystem hat zwei Strömungskanäle (einen geschlossenen Kreis), die zwischen einem Strömungskanal umgeschaltet werden können, in dem das Kühlwasser durch einen isolierten Tank fließt, in dem Kühlwasser mit niedriger Temperatur gespeichert ist, und einem Strömungskanal, in dem das Kühlwasser fließt, ohne durch den isolierten Tank zu gelangen (ein normaler Strömungskanal, in dem das Kühlwasser durch einen Radiator fließt). Wenn die Temperatur der Brennstoffzelle eine vorgegebene Temperatur oder höher ist, wird ein Strömungskanal vom normalen Strömungskanal, in dem das Kühlwasser durch den Radiator fließt, zu dem Strömungskanal, in dem das Kühlwasser durch den isolierten Tank fließt, umgeschaltet. Bei dem in der
JP 2007-311058 A beschriebenen Brennstoffzellensystem kann das Kühlwasser jedoch nur in dem Strömungskanal, in dem das Kühlwasser durch den isolierten Tank fließt, oder dem normalen Strömungskanal, in dem das Kühlwasser durch den Radiator fließt, zirkulieren.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform dagegen ist es möglich, indem das vorab im Reservetank 35 mit niedriger Temperatur gespeicherte Kühlmittel mit dem Kühlmittel nach der Wärmeabgabe durch den Radiator 30 zusammenfließen kann, die Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor dem Einströmen in den Brennstoffzellenstapel 2 schnell auf der Ausgabegrenztemperatur oder darunter zu halten. Daher ist es möglich, die Brennstoffzelle besser zu kühlen, wenn eine Arbeitslast des Brennstoffzellensystems zeitweilig stark ansteigt.
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Die Steuerung zum Zuführen des vorab im Reservetank 35 gespeicherten Kühlmittels zu dem im zweiten Strömungskanal 32 fließenden Kühlmittel kann basierend auf der Temperatur des Kühlwassers unmittelbar nach dem Ausströmen aus dem Brennstoffzellenstapel 2 oder der Temperatur, die direkt im Brennstoffzellenstapel 2 gemessen wird, ausgeführt werden. Wenn die Steuerung jedoch basierend auf der Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor dem Einströmen in den Brennstoffzellenstapel 2 erfolgt (der vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfassten Kühlmitteltemperatur), kann die Steuerung mit einem besseren Ansprechverhalten ausgeführt werden. Daher ist es möglich, schnell auf einen plötzlichen Anstieg der Betriebslast des Brennstoffzellensystems 1 zu reagieren.
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Bei dem Brennstoffzellensystem 1 hängt die Zeit, für welche ein zeitweiliger Anstieg der Betriebslast handhabbar ist, von der Kapazität des Reservetanks 35 ab. Beispielsweise dauert es auf dem Highway 73 in den Vereinigten Staaten von Amerika mit einer besonders hohen Anzahl von Steigungen und Gefällen, wenn man versucht, auf einer Strecke bzw. Route mit einem maximalen Gradienten von 6,3 % bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 75 mph (etwa 120,7 km/h) zu fahren, etwa 65 Sekunden, bis die Strecke bzw. Route gefahren ist. Während das Fahrzeug eine Route mit einem derartig steilen Gefälle fährt, wird davon ausgegangen, dass der Hochlastbetrieb des Brennstoffzellensystems 1 anhält. Daher kann bei der Konstruktion des Brennstoffzellensystems 1 die Kapazität des Reservetanks 35 abhängig von der Länge der Zeit bemessen werden, von der man ausgeht, dass der Hochlastbetrieb anhält.
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3 zeigt ein Flussschaubild, das einen Ablauf eines Prozesses zum Schalten zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand des An-Aus-Ventils 36 basierend auf der Kühlmitteltemperatur zeigt, die von dem Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfasst wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird, wo erforderlich, auf 1 Bezug genommen. Wie in 3 gezeigt ist, wird zuerst bestimmt, ob die vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfasste Kühlmitteltemperatur (T2) die voreingestellte Grundtemperatur TB übersteigt (Schritt S1). Wenn in Schritt S1 bestimmt wird, dass die vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfasste Kühlmitteltemperatur (T2) die voreingestellte Grundtemperatur TB übersteigt (T2 > TB; JA in Schritt S1), wird das An-Aus-Ventil 36 geöffnet oder offen gehalten (Schritt S2). Wenn in Schritt S1 die vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfasste Kühlmitteltemperatur (T2) die vorher eingestellte Grundtemperatur TB nicht übersteigt (T2 ≤ TB; NEIN in Schritt S1), wird das An-Aus-Ventil 36 geschlossen oder geschlossen gehalten (Schritt S3). Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 werden die Prozesse der Schritte S1 ~ S3 wiederholt.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist es durch das Schalten zwischen dem An und Aus des An-Aus-Ventils 36 möglich zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels das im Kühlmechanismus zirkuliert, die Grenztemperatur aufgrund eines zeitweiligen Anstiegs der Betriebslast übersteigt.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Speichern von Kühlmittel mit niedriger Temperatur im Reservetank 35 erläutert. Die 4 und 5 zeigen Ansichten, welche Beispiele zum Speichern von Kühlmittel mit niedriger Temperatur in dem Reservetank 35 erläutern. Wenn die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die vorher eingestellte zweite Grundtemperatur TB2 (Sollbetriebstemperatur: etwa 57 °C) oder weniger ist (T1 ≤ TB2), stellt das Steuerteil 4 die Öffnung des Dreiwegeventils 39 so ein, dass das gesamte Kühlmittel vom ersten Strömungskanal in den zweiten Umgehungskanal 38 fließt und öffnet auch das An-Aus-Ventil 36, wie in 4 gezeigt. Wie vorstehend beschrieben ist, verbindet der zweite Umgehungskanal 38 die Position des ersten Strömungskanals 31 auf der stromaufwärtigen Seite des Radiators 30, den Reservetank 35 und den zweiten Strömungskanal 32 miteinander. Dies bedeutet, dass, wenn die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die zweite Grundtemperatur TB2 oder weniger ist (T1 ≤ TB2), bestimmt wird, dass die Temperatur des im Kühlmechanismus 3 zirkulierenden Kühlmittels niedrig ist, und das Kühlmittel nicht vom ersten Strömungskanal 31 in den Radiator 30 fließen darf. Das Kühlmittel kann vom ersten Strömungskanal 31 in den Reservetank 35 und den zweiten Strömungskanal 32 fließen, und das Kühlmittel mit niedriger Temperatur wird im Reservetank 35 gespeichert. Im Reservetank 35 wird das niedrigtemperierte Kühlmittel bei etwa -30 - 57 °C gespeichert. Der zweite Umgehungskanal 38 kann eine Position im ersten Strömungskanal 31 auf der stromaufwärtigen Seite des Radiators 30 mit dem Reservetank 35 verbinden. In diesem Fall fließt das gesamte Kühlmittel vom ersten Strömungskanal 31 durch den zweiten Umgehungskanal 38 in den Reservetank 35.
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Wie in 5 gezeigt ist, stellt das Steuerteil 4, wenn die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die vorher eingestellte zweite Grundtemperatur TB2 übersteigt (T1 > TB2), die Öffnung des Dreiwegeventils 39 derart ein, dass das gesamte Kühlmittel vom ersten Strömungskanal 31 in den Radiator 30 fließt und schließt zudem das An-Aus-Ventil 36. Dies bedeutet, dass, wenn die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die zweite Grundtemperatur TB2 übersteigt (T1 > TB2), bestimmt wird, dass die Temperatur des im Kühlmechanismus 3 zirkulierenden Kühlmittels relativ hoch ist, und das Kühlmittel mit der relativ hohen Temperatur nicht in den Reservetank 35 fließen darf. Auf diese Weise ist es möglich, das im Reservetank 35 gespeicherte Kühlmittel auf niedriger Temperatur zu halten.
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6 zeigt ein Flussschaubild, das einen Ablauf eines Prozesses zum Speichern von Kühlmittel mit niedriger Temperatur in dem Reservetank 35 zeigt. In der nachfolgenden Beschreibung wird, wo erforderlich, auf 1 Bezug genommen. Wie in 6 gezeigt ist, wird zunächst bestimmt, ob die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die vorher eingestellte zweite Grundtemperatur (Sollbetriebstemperatur) TB2 oder weniger ist (Schritt S101). Wenn in Schritt S101 die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die vorher eingestellte zweite Grundtemperatur TB2 oder weniger ist (T1 ≤ TB2; JA in Schritt S101), wird die Öffnung des Dreiwegeventils 39 so eingestellt, dass das gesamte Kühlmittel vom ersten Strömungskanal 31 in den zweiten Umgehungskanal 38 fließt und das An-Aus-Ventil 36 wird geöffnet (Schritt S102).
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Wenn in Schritt S101 die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die vorher eingestellte zweite Grundtemperatur TB2 übersteigt (T1 > TB2; NEIN in Schritt S101), wird die Öffnung des Dreiwegeventils 39 so eingestellt, dass das gesamte Kühlmittel vom ersten Strömungskanal 31 in den Radiator 30 fließt und das An-Aus-Ventil 36 wird geschlossen (Schritt S103). Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 werden die Prozesse der Schritte S101 ~ S 103 wiederholt.
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Bei dem in 3 gezeigten Prozessablauf wird, wenn die vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfasste Kühlmitteltemperatur die vorher eingestellte Grundtemperatur TB in Schritt S1 nicht übersteigt, das An-Aus-Ventil 36 in Schritt S3 geschlossen. Im Gegensatz dazu hat, wenn der Prozess zum Speichern von Kühlmittel mit niedriger Temperatur im Reservetank 35 entsprechend dem unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen Ablauf ausgeführt wird, der Prozess aus Schritt S102 in 6 Vorrang gegenüber dem Prozess aus Schritt S3 in 3. Dies bedeutet, dass, wenn bestimmt wird, dass die vom Kühlmitteleinströmtemperaturerfassungsteil 33 erfasste Kühlmitteltemperatur (T2) die vorher eingestellte Grundtemperatur TB nicht übersteigt, und bestimmt wird, dass die vom Kühlmittelausströmtemperaturerfassungsteil 37 erfasste Kühlmitteltemperatur (T1) die vorher eingestellte zweite Grundtemperatur TB2 oder weniger ist, die Öffnung des Dreiwegeventils 39 derart eingestellt wird, dass das gesamte Kühlmittel vom ersten Strömungskanal 31 in den zweiten Umgehungskanal 38 fließt, und das An-Aus-Ventil 36 geöffnet wird.
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Durch das Einstellen der Öffnung des Dreiwegeventils und das Öffnen und Schließen des An-Aus-Ventils 36 wie vorstehend beschrieben ist es möglich, Kühlmittel mit niedriger Temperatur (niedrigtemperiertes Kühlmittel) im Reservetank 35 zu speichern.
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Das An-Aus-Ventil 36 kann basierend auf einer Positionsinformation von einem in einem Fahrzeug installierten Navigationssystem geöffnet und geschlossen werden. Wie bei dem in 7 gezeigten Brennstoffzellensystem wird von einem Navigationssystem 50 eine Information hinsichtlich der Strecke bzw. Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt (beispielsweise ein steiles Gefälle und dergleichen) abgefragt und das An-Aus-Ventil 36 kann basierend auf einem anhand dieser Information ermittelten Hochlastbetrieb geöffnet oder geschlossen werden. In einem derartigen Fall wird die Kühlmitteltemperatur an der stromabwärtigen Seite des Umgehungskanals 34 basierend auf der Fahrbahninformation vom Navigationssystem, der Ventilöffnungszeit des An-Aus-Ventils 36 und der Betriebszeit der Pumpe 40 ermittelt und die Kühlmitteltemperatur an der stromabwärtigen Seite des Umgehungskanals 34 wird ermittelt. Wenn die ermittelte Kühlmitteltemperatur die vorher eingestellte Grundtemperatur übersteigt, wird das An-Aus-Ventil 36 geöffnet.
