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HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Inbetriebnahme eines Brennstoffzellenfahrzeugs und insbesondere ein Verfahren zum Steuern der Inbetriebnahme eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das eine Inbetriebnahme desselben durch eine Versorgung mit Wasserstoff und Luft erreicht.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Inbetriebnahme eines Brennstoffzellenfahrzeugs wird erreicht auf der Grundlage einer Sequenz, bei der Luft an eine Kathode nach einer Zufuhr von Wasserstoff an eine Anode zugeführt wird. Im Allgemeinen wird eine Vorsteuerung durchgeführt, nachdem eine Inbetriebnahme beendet ist, um Operationen/Arbeitsabläufe einschließlich eines Betriebs eines Luftabsperrventils, Verbindung einer Brennstoffzellenlastvorrichtung, periodischen Zufuhr von Wasserstoff usw. für eine Standby-Zeit durchzuführen, um zu verhindern, dass Sauerstoff in einem Stapel verbleibt. Wenn jedoch das Fahrzeug in einem Motor-AUS-Zustand für einen langen Zeitraum aufgrund von beispielsweise einem Langzeitparken gelassen wird, wird Sauerstoff in eine Anode des Stapels trotz der oben aufgeführten Vorsteuerung eingeführt.
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Demzufolge wird die nachfolgende Inbetriebnahme unvermeidbar durchgeführt, wenn Sauerstoff an der Anode des Stapels vorhanden ist.
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Wenn Wasserstoff an die Anode für eine Inbetriebnahme in der oben aufgeführten Situation zugeführt wird, tritt eine Erhöhung der Spannung der Brennstoffzelle auf, und als solches kann eine Kohlenstofferosion an der Kathode erzeugt werden. Demzufolge ist es notwendig, eine Steuerung zum Verhindern der Kohlenstofferosion der Kathode während einer Inbetriebnahme durchzuführen, das heißt, an der Anode vorhandenen Sauerstoff durch eine Zufuhr und Ableitung von Wasserstoff schnell zu entfernen, während verhindert wird, dass eine Hochspannung an der Brennstoffzelle während der Entfernung von Sauerstoff erzeugt wird.
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Die oben genannten Aspekte/Sachverhalte, die in diesem Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollten nicht als eine Bestätigung oder irgendeine Form von Vorschlag angesehen werden, dass die Aspekte/Sachverhalte den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung ein Inbetriebnahme-Steuerverfahren eines Brennstoffzellenfahrzeugs bereits, das in der Lage ist, eine Kohlenstofferosion einer Kathode während einer Inbetriebnahme zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können die obigen und weiteren Aufgaben gelöst werden durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern einer Inbetriebnahme eines Brennstoffzellenfahrzeugs einschließlich eines Starts zum Erfassen einer Erzeugung eines Startbefehls von einem Fahrzeug in einer Steuerung, Wasserstoffversorgung zum Zuführen von Wasserstoff an eine Brennstoffzelle durch Öffnen eines Wasserstoffventils in der Steuerung, Spanungserfassung zum Erfassen, ob eine Brennstoffzellenspannung nach der Zufuhr von Wasserstoff zugenommen hat, in der Steuerung, und eine erste Inbetriebnahme zum Verbrauchen von erzeugter elektrischer Leistung der Brennstoffzelle durch Verbindung einer Lastvorrichtung mit der Brennstoffzelle, Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle durch Öffnen eines Luftventils und Einstellen der Brennstoffzellenspannung, so dass sie auf einem vorgegebenen Wert oder weniger gehalten wird, durch Einstellung einer Bus-Stufenspannung eines Stromrichters in der Steuerung, wenn die Steuerung bestimmt, dass die Brennstoffzellenspannung nach Zufuhr von Wasserstoff angestiegen ist.
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Während der ersten Inbetriebnahme, wenn die Steuerung bestimmt, dass die Spannung der Brennstoffzelle nach der Zufuhr von Wasserstoff zugenommen hat, kann die Steuerung eingerichtet sein, um einen Druck von zugeführtem Wasserstoff durch einen Betrieb eines Wasserstoffventils zu erhöhen, und kann eingerichtet sein, um Wasserstoff aus der Brennstoffzelle nach außen durch einen Betrieb einer Wasserstoffspülvorrichtung zu spülen. Während der ersten Inbetriebnahme, wenn die Steuerung bestimmt, dass die Brennstoffzellenspannung nach der Versorgung mit Wasserstoff zugenommen hat, kann die Steuerung eingerichtet sein, um einen Druck von zugeführtem Wasserstoff zu erhöhen und um die Lastvorrichtung mit der Brennstoffzelle zu verbinden, nachdem einen vorgegebene Zeit (t1) verstreicht.
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Während der ersten Inbetriebnahme, wenn das Luftventil geöffnet wird, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die Brennstoffzelle von der Lastvorrichtung zu trennen und um die Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen. Während der ersten Inbetriebnahme kann die Steuerung eingerichtet sein, um eine mit der Bus-Stufe verbundene Hochspannungsbatterie mit von der Brennstoffzelle erzeugter Energie durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters zu laden.
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Das Verfahren kann ferner umfassen eine Spülungserfassung zum Erfassen einer nach der letzten Wasserstoffspülung verstreichenden Zeit in der Steuerung nach der Wasserstoffzufuhr, und eine zweite Inbetriebnahme zum Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle durch Öffnen des Luftventils und Einstellen/Anpassen der Brennstoffzellenspannung, um auf einem vorgegebenen Wert oder weniger gehalten zu werden, durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters in der Steuerung, wenn die verstrichene Zeit gleich oder kleiner als eine vorgegebene Zeit (t2) ist.
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Währen der zweiten Inbetriebnahme, wenn die Steuerung bestimmt, dass die Brennstoffzellenspannung nach Zufuhr von Wasserstoff nicht zunimmt, und die verstrichene Zeit gleich oder kleiner als die vorgegebene Zeit (t2) ist, kann die Steuerung eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit (t3) durch Öffnen des Luftventils zuzuführen, und kann eingerichtet sein, um die Brennstoffzellenspannung durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen, so dass sie auf einem vorgegebenen Wert/Pegel oder weniger gehalten wird.
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Während der zweiten Inbetriebnahme, wenn die Steuerung bestimmt, dass die Brennstoffzellenspannung nach Zufuhr von Wasserstoff nicht ansteigt und die verstrichene Zeit die vorgegebene Zeit (t2) überschreitet, kann die Steuerung eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit (t4) durch Öffnen des Luftventils zuzuführen, und kann eingerichtet sein, um die Brennstoffzellenspannung durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen, um auf einem vorgegebenen Wert/Pegel gehalten zu werden, und die vorgegebene Zeit (t4) kann größer als die vorgegebene Zeit (t3) sein. Während der zweiten Inbetriebnahme kann die Steuerung eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle zuzuführen, und kann eingerichtet sein, um Wasserstoff aus der Brennstoffzelle nach einer vorgegebenen Zeit (t5) durch Betreiben/Betätigen einer Wasserstoffspülvorrichtung zu spülen.
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Das Verfahren kann ferner umfassen eine Wasserstofferfassung zum Erfassen einer Abschaltzeit, die nach der letzten Abschaltung einer Zufuhr von Wasserstoff verstreicht, in der Steuerung nach der Spülungserfassung. Insbesondere während der zweiten Inbetriebnahme, wenn die verstrichene Zeit die vorgegebene Zeit (t2) überschreitet und die Abschaltzeit gleich oder kleiner als eine vorgegebene Zeit (t6) ist, kann die Steuerung eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit (t4) durch Öffnen des Luftventils zuzuführen, und kann eingerichtet sein, um die Brennstoffzellenspannung durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen, um auf einem vorgegebenen Wert/Pegel gehalten zu werden.
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Während der zweiten Inbetriebnahme, in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die verstrichene Zeit die vorgegebene Zeit (t2) überschreitet, die Abschaltzeit die vorgegebene Zeit (t6) überschreitet und die Brennstoffzellenspannung nach Zufuhr von Wasserstoff nicht zunimmt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit (t4) durch Öffnen des Luftventils zuzuführen, und kann eingerichtet sein, um die Brennstoffzellenspannung durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen, um auf einem Wert/Pegel oder weniger gehalten zu werden. In Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die verstrichene Zeit die vorgegebene Zeit (t2) überschreitet, die Abschaltzeit die vorgegebene Zeit (t6) überschreitet und die Brennstoffzellenspannung nach Zufuhr von Wasserstoff zugenommen hat, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste Inbetriebnahme durchzuführen.
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Das Verfahren kann ferner umfassen eine Vorerfassung zum Erfassen einer Spannung der Brennstoffzelle vor einer Zufuhr von Wasserstoff in der Steuerung nach dem Start und eine dritte Inbetriebnahme zum Einstellen der Brennstoffzellenspannung durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters in der Steuerung nach Zufuhr von Wasserstoff, um auf einem vorgegebenen Wert/Pegel oder weniger gehalten zu werden, und Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle durch Öffnen des Luftventils, nachdem eine vorgegebene Zeit (t7) verstreicht, wenn die Steuerung bestimmt, dass die Brennstoffzellenspannung vor einer Zufuhr von Wasserstoff hoch ist.
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Gemäß dem Inbetriebnahme-Steuerverfahren des Brennstoffzellenfahrzeugs der vorliegenden Erfindung kann es möglich sein, eine Kohlenstofferosion der Kathode während einer Inbetriebnahme des Brennstoffzellenfahrzeugs zu verhindern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich. In den Figuren zeigen:
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1 ein Diagramm, das ein System eines Brennstoffzellenfahrzeugs zum Durchführen eines Inbetriebnahme-Steuerverfahrens des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ein Diagramm, das ein System einer Brennstoffzelle zum Durchführen eines Inbetriebnahme-Steuerverfahrens eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 ein Flussdiagramm, das das Inbetriebnahme-Steuerverfahren des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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4 bis 8 Diagramme, die detaillierte Abläufe der Inbetriebnahme des Inbetriebnahme-Steuerverfahrens des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
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Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
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Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
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Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff ”ungefähr”, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. ”Ungefähr” kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff ”ungefähr” verändert.
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Es wird nun ausführlich Bezug genommen auf die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Won immer möglich, werden die gleichen Bezugszeichen überall in den Zeichnungen verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
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1 zeigt ein Diagramm, das ein System eines Brennstoffzellenfahrzeugs zum Durchführen eines Inbetriebnahme-Steuerverfahrens des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt ein Diagramm, das ein System einer Brennstoffzelle zum Durchführen eines Inbetriebnahme-Steuerverfahrens eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 3 zeigt ein Flussdiagramm, das das Inbetriebnahme-Steuerverfahren des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 4 bis 8 zeigen Diagramme, die detaillierte Abläufe der Inbetriebnahme des Inbetriebnahme-Steuerverfahrens des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
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1 zeigt ein Diagramm, das ein Steuersystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs zum Durchführen eines Inbetriebnahme-Steuerverfahrens des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das System kann ein Hybridsystem einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie sein. An einer Hochspannungsbatteriestufe in dem System ist ein bidirektionaler Stromrichter 300, nämlich ein bidirektionaler(DC)/DC-Wandler, der mit einer Hochspannungsbatterie 200 verbunden ist, um eine Ausgangsleistung einer Hochspannungsbatterie 200 einzustellen, vorgesehen. Darüber hinaus kann eine elektronische Hochspannungslast 320 vorgesehen sein, abgesehen von einem Inverter (Wechselrichter) 800 und einem Motor 820, eine Niederspannungsbatterie 400, eine elektronische Niederspannungslast 420, wie beispielsweise Niederspannungs-Hilfsmittel/-Nebenaggregate, und einen Niederspannungs-Stromrichter 440, nämlich einen Niederspannungs-DC/DC-Wandler, der eingerichtet ist, um eine Hochspannung in eine Niederspannung umzuwandeln.
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Ferner kann an der Brennstoffzellenstufe des Systems eine Diode 500 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass ein Rückstrom an eine Brennstoffzelle 100 fließt, und ein Hauptrelais 620 kann eingerichtet sein, um die Brennstoffzelle 100 mit einem Hauptbus 600 zu verbinden. Zusätzlich kann eine Hochspannungs-Lastvorrichtung 700, wie beispielsweise Hochspannungs-Hilfsmittel/-Nebenaggregate für die Brennstoffzelle 100, die für die Brennstoffzelle 100 verwendet werden sollen, mit der Brennstoffzelle 100 verbunden werden für eine Beseitigung der Spannung bei einer Inbetriebnahme und einem Herunterfahren der Brennstoffzelle 100. In der folgenden Beschreibung kann die Hochspannungs-Lastvorrichtung 700 ebenfalls als eine ”Brennstoffzellen-Lastvorrichtung” bezeichnet sein. Als ein Relais zum Betreiben der Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700 sollte ein Öffnerkontakt-Relais 720 verwendet werden, da die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700 immer mit der Brennstoffzelle 100 auch nach Beendigung der Inbetriebnahme verbunden sein sollte.
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Die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700 kann auch als eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, um regenerative Bremsenergie von dem Motor 820 zu gewinnen, verwendet werden, um eine hohe Brennstoffzellenspannung bei einer Inbetriebnahme zu verringern. Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Verringern einer Brennstoffzellenspannung bei einer Inbetriebnahme. Wenn es gewünscht ist, die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700 zu verwenden, sollte das Hauptrelais 620 ausgeschaltet sein. Zusätzlich, wenn es gewünscht ist, eine Steuerung zum Verringern der Spannung für eine Bus-Stufe des mit dem Hauptbus 600 verbundenen Hochspannungs-Stromrichters durchzuführen, sollte das Hauptrelais 620 eingeschaltet sein.
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2 zeigt ein Diagramm, das ein System einer Brennstoffzelle zum Durchführen eines Inbetriebnahme-Steuerverfahrens eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In diesem System können Luftabsperrventile 131 und 132 an einem Lufteinlass beziehungsweise einem Luftauslass angebracht sein, um eine Einleitung von Luft nach Beendigung einer Inbetriebnahme zu verhindern. Ein Ablassventil 151 kann an einem Auslass einer Wasserstoffleitung angebracht sein, um an einer Anode angesammeltes Wasser zu entfernen. Ein Spülventil 152 kann ebenfalls an der Wasserstoffleitung angebracht sein, um eine gewünschte Wasserstoffkonzentration der Anode aufrechtzuerhalten. Durch das Spülventil 152 gespülter Wasserstoff kann zu einem Luftauslass abgeführt werden (um den abgeführten Wasserstoff mit Luft zu verdünnen).
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Eine Lastvorrichtung 700 zur Beseitigung der Spannung kann kontinuierlich verbunden werden, um Sauerstoff von einem Stapel während und nach der Beendigung der Inbetriebnahme zu entfernen. Eingeführter Sauerstoff (z. B. kann es schwierig sein, eine Einleitung von Umgebungsluft vollständig zu verhindern, selbst wenn die Luftabsperrventile arbeiten) kann entfernt werden, wenn Strom durch die Lastvorrichtung 700 verbraucht wird (z. B. kann an der Anode übriger Wasserstoff ebenfalls verbraucht werden). Wenn die Menge an Wasserstoff unzureichend ist, kann eingeführter Sauerstoff möglicherweise nicht mehr durch den Verbrauch der Lastvorrichtung 700 verbraucht werden. Demzufolge kann eine Weck-Technologie (Wakeup-Technologie) verwendet werden, um die Anode in regelmäßigen Abständen mit Wasserstoff in Intervallen einer vorgegebenen Zeit (z. B. 8 Stunden) zu füllen, bevor an der Anode verbleibender Wasserstoff vollständig verbraucht ist.
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Die Wakeup-Steuerung für eine Zufuhr von Wasserstoff weist eine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl derselben auf, da es gesetzlich verboten ist, Wasserstoff von einem Wasserstofftank 160 direkt an einen Stapel 120 durch Öffnen eines zwischen dem Wasserstofftank 160 und dem Stapel 120 angeschlossenen Ventils 153 zuzuführen, und als solches kann eine Zufuhr von Wasserstoff unter Verwendung eines Drucks einer mit einem Auslass des Ventils 153 verbundenen Wasserstoffversorgungsleitung durchgeführt werden. Wenn eine Wakeup-Steuerung für eine Zufuhr von Wasserstoff nicht mehr länger möglich ist, kann eine anschließende Inbetriebnahme unter der Bedingung, dass Sauerstoff in dem Stapel 120 vorhanden ist, durchgeführt werden. Somit ist es notwendig, eine Steuerung zum Verhindern einer Kohlenstofferosion der Kathode, die durch in dem Stapel 120 verbleibenden Sauerstoff verursacht wird, während der Inbetriebnahme durchzuführen.
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3 zeigt ein Flussdiagramm, das das Inbetriebnahme-Steuerverfahren des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Inbetriebnahme-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann umfassen einen Start S100 zum Erfassen einer Erzeugung eines Startbefehls von dem Fahrzeug in einer Steuerung 900, Wasserstoffversorgung S300 zum Zuführen von Wasserstoff an die Brennstoffzelle 100 durch Öffnen des Wasserstoffventils 153 in der Steuerung 900, Spanungserfassung S400 zum Erfassen, ob eine Brennstoffzellenspannung nach der Zufuhr von Wasserstoff zugenommen hat, in der Steuerung 900, und eine erste Inbetriebnahme S800 zum Verbrauchen von erzeugter elektrischer Leistung der Brennstoffzelle 100 durch Verbindung der Lastvorrichtung 700 mit der Brennstoffzelle 100, Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle 100 durch Öffnen des Luftventils 131 und Einstellen der Spannung der Brennstoffzelle 100, so dass sie auf einem vorgegebenen Wert oder weniger gehalten wird, durch Einstellung einer Bus-Stufenspannung des mit dem Hauptbus 600 verbundenen Stromrichters in der Steuerung 900, wenn die Steuerung 900 bestimmt, dass die Brennstoffzellenspannung nach Zufuhr von Wasserstoff angestiegen ist (S540).
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Insbesondere kann die Spannung der Brennstoffzelle 100 durch eine Stapelspannungsüberwachungsvorrichtung (Stack Voltage Monitor – SVM) 920 überwacht und gemessen werden. Die SVM 920 kann eingerichtet sein, um eine Spannung von jeder Zelle zu messen und Informationen, die die gemessene Spannung wiedergeben, an eine übergeordnete Steuerung, nämlich eine Brennstoffzellensteuerung 900 zu übertragen. Eine Einstellung der Bus-Stufenspannung des mit dem Hauptbus 600 verbundenen Stromrichters kann durch den mit dem Hauptbus 600 verbundenen bidirektionalen DC/DC-Wandler 300 durchgeführt werden. Dementsprechend kann die Bus-Stufenspannung des mit dem Hauptbus 600 verbundenen Stromrichters gesteuert/geregelt werden, so dass sie verringert wird. Zusätzlich, wenn das Hauptrelais 620 geschlossen wird, kann erzeugte elektrische Leistung von der Brennstoffzelle 100 verwendet werden, um die Hochspannungsbatterie 200 zu laden.
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Eine Inbetriebnahme der Brennstoffzelle wird auf der Grundlage einer Sequenz erreicht, in der Luft an die Kathode nach einer Zufuhr von Wasserstoff an die Anode zugeführt wird. Eine Vorsteuerung kann durchgeführt werden, nachdem die Inbetriebnahme abgeschlossen ist, um bestimmte Operationen einschließlich eines Betriebs des Luftabsperrventils 131, der Verbindung der Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700, einer periodischen Zufuhr von Wasserstoff usw. für einen Standby-Zeit durchzuführen, um zu verhindern, dass Sauerstoff in dem Stapel 120 verbleibt. Wenn jedoch das Fahrzeug in einem Motor-AUS-Zustand für einen im Wesentlichen längeren Zeitraum gelassen wird, kann Sauerstoff in die Anode des Stapels 120 trotz der oben beschriebenen Vorsteuerung eingeleitet werden. Demzufolge wird eine anschließende Inbetriebnahme unter der Bedingung, dass Sauerstoff an der Anode des Stapels 120 vorhanden ist, unweigerlich durchgeführt.
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Wenn Wasserstoff an die Anode für eine Inbetriebnahme in der oben beschriebenen Situation zugeführt wird, kann eine Erhöhung der Spannung der Brennstoffzelle auftreten und als solches kann eine Kohlenstofferosion an der Kathode erzeugt werden. Demzufolge ist es notwendig, eine Steuerung zum Verhindern einer Kohlenstofferosion der Kathode während der Inbetriebnahme durchzuführen, das heißt, um an der Anode vorhandenen Sauerstoff durch eine Zufuhr und Abführung von Wasserstoff rasch zu entfernen, während verhindert wird, dass eine hohe Spannung an der Brennstoffzelle während der Beseitigung von Sauerstoff erzeugt wird. Wenn die Spannung der Brennstoffzelle nach der Zufuhr von Wasserstoff zunimmt, kann die Ursache das langfristige Abstellen/Parken des Fahrzeugs sein. Insbesondere kann es demzufolge notwendig sein, die Spannung der Brennstoffzelle, die während der Beseitigung von Sauerstoff ansteigt, zu reduzieren. Dementsprechend kann die erste Inbetriebnahme S800 in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
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Während der ersten Inbetriebnahme 800, wenn die Steuerung 900 bestimmt, dass die Spannung der Brennstoffzelle nach der Zufuhr von Wasserstoff zugenommen hat, kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um den Druck von zugeführtem Wasserstoff durch Betrieb des Wasserstoffventils 153 zu erhöhen, und kann eingerichtet sein, um Wasserstoff von der Brennstoffzelle nach außen durch einen Betrieb einer Wasserstoffspülvorrichtung zu spülen. Während der ersten Inbetriebnahme 800, wenn das Luftventil geöffnet ist, kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um die Brennstoffzelle von der Lastvorrichtung zu trennen und um die Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen. Insbesondere kann ein Spannungsanstieg ein Anzeichen dafür sein, dass die Spannungsdifferenz zwischen der Brennstoffzellenspannung vor der Zufuhr von Wasserstoff und der Brennstoffzellenspannung nach der Zufuhr von Wasserstoff gleich oder größer als ein in einem Speicher gespeicherter vorgegebener Wert ist, oder dass die Brennstoffzellenspannung nach der Zufuhr von Wasserstoff gleich oder größer als ein in dem Speicher gespeicherter Referenzwert ist.
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Für eine Bestimmung darüber, ob Sauerstoff in dem Stapel 120 während der Zufuhr von Wasserstoff verbleibt, kann es notwendig sein, eine Brennstoffzellenspannung-Erfassungszeit von ungefähr 2 Sekunden zwischen dem Start der Zufuhr von Wasserstoff und dem Start der Zufuhr von Luft, die der Wasserstoffzufuhr folgt, sicherzustellen. Wenn die Brennstoffzellenspannung während dieser Zeitdauer ansteigt, kann bestimmt werden, dass eine Sauerstoffatmosphäre in dem Stapel 120 gebildet worden ist, und als solches kann eine Steuerung zum Verhindern einer Kohlenstofferosion der Kathode (verstärkte Zufuhr und Abführung von Wasserstoff und Verringerung der Brennstoffzellenspannung durch Verbindung der Brennstoffzellen-Lastvorrichtung) durchgeführt werden.
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Ein beträchtlicher Zeitraum kann für eine Beseitigung von Sauerstoff von der Anode erforderlich sein, da der Prozess zum Entfernen des Sauerstoffs der Anode ein Prozess zum Rückführen von abgeführtem Sauerstoff durch eine Wasserstoff-Rückführungsleitung ist. Demzufolge, wie in 4 dargestellt, schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass die Zeit vom Start der Zufuhr von Wasserstoff bis zum Start der Zufuhr von Luft als eine Standby-Zeit für eine Erfassung der Brennstoffzellenspannung festgelegt ist, und eine Anodensauerstoffentfernung kann unter der Bedingung, dass die Periode der Anodensauerstoffentfernung in eine Periode vor der Zufuhr von Luft und eine Periode nach der Zufuhr von Luft unterteilt wird, ausgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren vor, in dem die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700 mit der Brennstoffzelle vor einer Zufuhr von Luft verbunden wird und eine Steuerung zum Verringern der Spannung durch eine Einstellung der Bus-Stufenspannung des mit dem Hauptbus 600 verbundenen Stromrichters nach der Zufuhr von Luft durchgeführt wird (z. B. wird die Brennstoffzellenspannung auf ungefähr 380 V verringert und dann auf der verringerten Spannung gehalten, um jede Zellenspannung der Brennstoffzelle auf etwa 0,8 V zu halten). Wie in 4 dargestellt, während der ersten Inbetriebnahme S800, kann elektrische Leistung, die von der Brennstoffzelle erzeugt wird, verwendet werden, um die mit der Bus-Stufe verbundene Hochspannungsbatterie durch die Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters zu laden. Darüber hinaus kann eine Einstellung der verstärkten Wasserstoffzufuhr/Abführung von Wasserstoff während der Beseitigung von Sauerstoff von der Anode vor einer Zufuhr von Luft und ebenfalls nach einer Zufuhr von Luft kontinuierlich durchgeführt werden (z. B. für 2 Sekunden oder mehr). Demzufolge kann es möglich sein, ein Problem einer verlängerten Startzeit, die durch Ausführung der Steuerung zum Verhindern einer Kohlenstofferosion der Kathode verursacht wird, zu lösen (verzögerter Start der Zufuhr von Luft).
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Insbesondere kann eine Verbindung der Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700 nach einer Erfassung darüber, ob Wasserstoff gleichmäßig an die Anode zugeführt worden ist, sowie einer Erfassung einer Erhöhung der Brennstoffzellenspannung durchgeführt werden (z. B. für eine Zeit t1). Im Allgemeinen kann Wasserstoff vollständig an die Anode jeder Zelle innerhalb 1 Sekunde nach dem Start der Zufuhr von Wasserstoff zugeführt werden. Wenn eine Last unter der Bedingung, dass Wasserstoff nicht vollständig an alle Zellen zugeführt wird, verwendet wird, kann eine bestimmte der Zellen, bei der Wasserstoff nicht vollständig zugeführt worden ist, aufgrund eines in einem Wasserstoffmangelzustand durchgeführten Verbrauchs von Strom verschlechtert werden.
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Das Inbetriebnahme-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner umfassen eine Spülungserfassung S400 zum Erfassen einer Zeitdauer, die nach der letzten Wasserstoffspülung vergeht (z. B. verstreicht), in der Steuerung 900 nach der Wasserstoffzufuhr S300, und eine zweite Inbetriebnahme S600 zum Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle durch Öffnen des Luftventils und Einstellen der Spannung der Brennstoffzelle, um auf einem vorgegebenen Wert/Pegel oder weniger gehalten zu werden, durch eine Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters in der Steuerung 900.
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Insbesondere in der zweiten Inbetriebnahme S600, wenn die Steuerung 900 bestimmt, dass die Spannung der Brennstoffzelle selbst nach einer Zufuhr von Wasserstoff nicht ansteigt und die verstrichene Zeit gleich oder kleiner als eine vorgegebene Zeit t2 ist, kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um das Luftventil für eine vorgegebene Zeit t3 zu öffnen, und kann eingerichtet sein, um die Spannung der Brennstoffzelle durch eine Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen, so dass sie auf einem vorgegebenen Wert/Pegel oder weniger gehalten wird.
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Wenn die Spannungserhöhung in der Brennstoffzellenspannung-Erfassungsperiode nicht auftritt, wird die Inbetriebnahme-Sequenz zu der zweiten Inbetriebnahme S600 ohne Ausführung der Kathoden-Kohlenstofferosionssteuerung fortgesetzt. Dieser Fall entspricht dem, wenn das Fahrzeug nicht für einen im Wesentlichen längeren Zeitraum geparkt worden ist, sondern für einen kurzen Zeitraum geparkt worden ist, oder dem Fall einer allgemeinen Parksituation zwischen einem Langzeitparken und einem Kurzzeitparken. Wie in 5 dargestellt, wenn es keine Spannungserhöhung in der Spannungserfassungsperiode nach der Zufuhr von Wasserstoff gibt, kann die Zufuhr von Luft durchgeführt werden, und eine Steuerung zum Verringern der Brennstoffzellenspannung kann nach der Zufuhr von Luft durchgeführt werden, um einen Hochspannungsbetrieb der Brennstoffzelle zu verhindern. Wenn sich die in der Brennstoffzelle erzeugte Spannung einer Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage – OCV) nähert, kann eine Verschlechterung der Brennstoffzelle dadurch auftreten, dass die Brennstoffzelle einer hohen Spannung ausgesetzt ist. Demzufolge ist es ebenfalls notwendig, eine Steuerung zum Verhindern eines Hochspannungsbetriebs der Brennstoffzelle durchzuführen.
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Die Steuerung zum Verringern der Brennstoffzellenspannung kann erreicht werden unter Verwendung eines Verfahrens zum Laden einer Leistung von der Brennstoffzelle an die Hochspannungsbatterie durch eine Steuerung zum Verringern der Bus-Stufenspannung des Stromrichters. Wenn eine Verbindung der Brennstoffzellenlast verwendet wird, kann die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle durch die Lastvorrichtung kontinuierlich verbraucht werden, und als solches kann der Kraftstoffverbrauch nachteilig beeinflusst werden. Demzufolge ist die Steuerung zum Verringern der Bus-Stufenspannung durch den Stromrichter geeignet.
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Ähnlich zu der ersten Inbetriebnahme S100, kann eine Spülsteuerung zum Abführen von Wasserstoff nach außen auch in der zweiten Inbetriebnahme S600 durchgeführt werden, um eine gewünschte Wasserstoffkonzentration der Anode sicherzustellen. Jedoch, unter der Bedingung, dass es keinen Wasserstoff an der Anode gibt und nur Sauerstoff und Stickstoff an der Anode während der ersten Inbetriebnahme S100 vorhanden gewesen sind, kann die zweite Inbetriebnahme S600 unter der Bedingung, dass die Atmosphäre der Anode eine Sauerstoff/Stickstoff-Atmosphäre ist, durchgeführt werden. Von außen eingeleiteter Sauerstoff kann auf der Grundlage einer Reaktion desselben mit Wasserstoff, der an der Anode verbleibt (direkte Reaktion oder Verbrauch von Strom durch die Lastvorrichtung) vollständig verbraucht werden, und als solches kann die Menge an Wasserstoff an der Anode reduziert werden und die Menge an Stickstoff kann erhöht werden, da die Motor-AUS-Periode zunimmt.
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Sobald der Wasserstoff vollständig verbraucht ist, kann Sauerstoff in den Stapel eingeführt werden, und als solches kann auch Sauerstoff an der Anode vorhanden sein. Als ein Ergebnis werden Bedingungen der ersten Inbetriebnahme S100 festgelegt. Insbesondere sind interne Stapelbedingungen der ersten Inbetriebnahme S100 im Hinblick auf ein Sicherstellen einer gewünschten Wasserstoffkonzentration ungünstig. Demzufolge kann die Anzahl von Wasserstoffspülungen während der ersten Inbetriebnahme S100 zumindest gleich oder größer als die Anzahl von Wasserstoffspülungen während der zweiten Inbetriebnahme S600 sein. Eine zusätzliche Steuerung zum Erhöhen eines Wasserstoffversorgungsdrucks kann ebenfalls durchgeführt werden, um die Effizienz der Entfernung des Sauerstoffs an der Anode zu erhöhen.
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Die Wasserstoffspülsteuerung während der zweiten Inbetriebnahme S600 kann durchgeführt werden, nachdem eine vorgegebene Zeit t5 nach der Zufuhr von Luft verstreicht, die sich von der der ersten Inbetriebnahme S100 unterscheidet. Die Bedingung der zweiten Inbetriebnahme S600 kann als entsprechend zu der Bedingung betrachtet werden, dass es keinen Sauerstoff in dem Stapel gibt und Wasserstoff mehr oder weniger an der Anode verbleibt. Wenn eine Wasserstoffspülung vor einer Zufuhr von Luft unter der oben beschriebenen Bedingung durchgeführt wird, kann die Wasserstoffkonzentration des Abgases erhöht werden, und als solches möglicherweise Vorschriften bezüglich der Abgas-Wasserstoffkonzentration nicht erfüllen.
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Demzufolge kann eine Wasserstoffspülung nach der Zufuhr von Luft durchgeführt werden, um gespülten Wasserstoff abzuführen, nachdem der mit der zugeführten Luft verdünnt wird, und als solches kann es möglich sein, die Vorschriften bezüglich der Gas-Wasserstoffkonzentration zu erfüllen. Ferner verbleibt während der ersten Inbetriebnahme S100 eine beträchtliche Menge an Sauerstoff in dem Stapel und es kann kein Wasserstoff an der Anode vorhanden sein. Unter dieser Bedingung, obwohl eine Wasserstoffspülsteuerung direkt durchgeführt wird, wenn eine Spannungszunahme auftritt, vor einer Zufuhr von Luft, kann es möglich sein, die Vorschriften bezüglich der Abgas-Wasserstoffkonzentration zu erfüllen.
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Während der zweiten Inbetriebnahme S700, wie in 6 dargestellt, wenn die Steuerung 900 bestimmt, dass die Spannung der Brennstoffzelle nach der Zufuhr von Wasserstoff nicht ansteigt und die verstrichene Zeit die vorgegebene Zeit t2 überschreitet (S500), kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit t4 durch Öffnen des Luftventils zuzuführen. Zur gleichen Zeit kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um die Spannung der Brennstoffzelle durch eine Steuerung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen, so dass sie auf einem vorgegebenen Pegel oder weniger gehalten wird. Die vorgegebene Zeit t4 kann größer als die vorgegebene Zeit t3 sein. Mit anderen Worten bedeutet der Fall von 6 eine Steuerung, die durchgeführt wird, wenn eine allgemeine Inbetriebnahme in einer anderen Situation als ein Kurzeitparken von 5 durchgeführt wird.
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Das Inbetriebnahme-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner umfassen eine Wasserstofferfassung S400 zum Erfassen einer Abschaltzeit, die nach der letzten Abschaltung der Zufuhr von Wasserstoff verstreicht, in der Steuerung 900, nach der Spülerfassung. Während der zweiten Inbetriebnahme S700, wenn die verstrichene Zeit die vorgegebene Zeit t2 überschreitet und die Abschaltzeit gleich oder kleiner als eine vorgegebene Zeit t6 sein kann, kann die die Steuerung 900 eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit t4 durch Öffnen des Luftventils zuzuführen. Zur gleichen Zeit kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um die Spannung der Brennstoffzelle durch eine Einstellung der des Stromrichters einzustellen, so dass sie auf einem vorgegebenen Pegel oder weniger gehalten wird.
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Die zweite Inbetriebnahme kann unterteilt werden in eine Kurzparkmodus-Inbetriebnahme S600 und eine allgemeine Inbetriebnahme S700. Die mit der Kurzparkmodus-Inbetriebnahme S600 verbundene Situation entspricht einer Situation, in der eine ausreichende Menge an Wasserstoff an der Anode verbleibt, wie in dem Fall von 5, und als solches kann eine Inbetriebnahme unter der Bedingung, dass die Anzahl von Wasserstoffspülungen reduziert wird, oder ohne eine Wasserstoffspülung durchgeführt werden, und unter der Bedingung, dass die Sequenz der Inbetriebnahme in etwa die gleiche wie die des normalen/allgemeinen Inbetriebnahme-Modus ist. Die Situation der Kurzzeitpark-Modus-Inbetriebnahme kann wie folgt bestimmt werden.
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Mit anderen Worten kann die Zeit, wenn die letzte Wasserstoffspülung während des Betriebs der Brennstoffzelle startet, aufgezeichnet werden. Ferner können Informationen bezüglich einer verstrichenen Zeit bis zu einer Inbetriebnahme nach der letzten Wasserstoffspülung auf der Grundlage einer Differenz zwischen der aufgezeichneten letzten Wasserstoffspülzeit und der Zeit, wenn eine anschließende Inbetriebnahme beginnt, extrahiert werden. Wenn die verstrichene Zeit minimal ist, nämlich gleich oder kleiner als die vorgegebene Zeit t2, kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass die derzeitige Situation einer Situation entspricht, in der es unnötig ist, eine Steuerung zum Sicherstellen einer gewünschten Wasserstoffkonzentration durchzuführen, und als solches kann eine Wasserstoffspülung weggelassen werden oder die Anzahl von Wasserstoffspülungen kann reduziert werden. Während eines Betriebs der Brennstoffzelle kann eine Wasserstoffspülsteuerung in Intervallen einer vorgegebenen Zeit durchgeführt werden, um eine gewünschte Wasserstoffkonzentration sicherzustellen (Z. B. Beseitigung von Stickstoff von der Anode).
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In diesem Zusammenhang kann es möglich sein, am korrektesten zu bestimmen, ob eine Steuerung zum Sicherstellen einer gewünschten Wasserstoffkonzentration erforderlich ist, wenn die Bestimmung auf der Grundlage der Informationen in Bezug auf die verstrichene Zeit nach der letzten Wasserstoffspülung durchgeführt wird. Für eine Extraktion von solchen Informationen kann es notwendig sein, eine Steuerung zu verwenden, die in der Lage ist, Zeitinformationen selbst nach einem Motor-AUS aufzuzeichnen. In diesem Zusammenhang kann ein Echtzeituhr-(real time clock – RTC)Chip verwendet werden, der für eine Wakeup-Steuerung nach einem Motor-AUS verwendet wird.
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Darüber hinaus, während der zweiten Inbetriebnahme S700, in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die verstrichene Zeit die vorgegebene Zeit t2 überschreitet, die Abschaltzeit die vorgegebene Zeit t6 überschreitet und die Spannung der Brennstoffzelle nach der Zufuhr von Wasserstoff nicht zunimmt, kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um Luft an die Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit t4 durch Öffnen des Luftventils zuzuführen. Zur gleichen Zeit kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um die Spannung durch eine Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters einzustellen, so dass sie auf einem vorgegebenen Pegel oder weniger gehalten wird. Ferner, in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die verstrichene Zeit die vorgegebene t2 überschreitet, die Abschaltzeit die vorgegebene Zeit t6 überschreitet und die Spannung der Brennstoffzelle nach der Zufuhr von Wasserstoff zugenommen hat, kann die Steuerung 900 eingerichtet sein, um die erste Inbetriebnahme S800 durchzuführen.
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Herkömmliche Langzeit-/Allgemein-/Kurzzeit-Park-Modus-Inbetriebnahme-Verfahren werden unter der Bedingung durchgeführt, dass die Standby-Zeit bis zum Start der Zufuhr von Luft nach der Zufuhr von Wasserstoff festgelegt ist, um eine Erfassung zu ermöglichen, ob die Spannung der Brennstoffzelle während einer Wasserstoffversorgungsperiode zunimmt. Jedoch wird eine Erfassung, ob die Spannung der Brennstoffzelle ansteigt, durchgeführt, um zu bestimmen, ob es keinen Wasserstoff in dem Stapel gibt und eine Sauerstoffatmosphäre in dem Stapel gebildet worden ist. Demzufolge, wenn Informationen in Bezug auf die Bedingung, dass keine Sauerstoffatmosphäre in dem Stapel gebildet worden ist, vor einer Inbetriebnahme bereitgestellt werden, kann es möglicherweise unnötig sein, eine Standby-Zeit für eine Erfassung eines Anstiegs der Brennstoffzellenspannung einzustellen.
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Mit anderen Worten kann es vorher bestimmt werden, dass es nicht notwendig ist, eine Steuerung zum Verhindern einer Kohlenstofferosion der Kathode während einer Langzeitpark-Modus-Inbetriebnahme durchzuführen, wenn die Zeit, die nach der Abschaltung der Zufuhr von Wasserstoff verstreicht, minimal ist, nämlich gleich oder kleiner als die vorgegebene Zeit t2, die Abschaltzeit, die nach dem letzten Wasserstoffspülereignis verstreicht, minimal ist, nämlich gleich oder kleiner als die vorgegebene Zeit t6 oder die Spannung der Brennstoffzelle vor einer Zufuhr von Wasserstoff hoch ist. Diese Situation entspricht einer Situation, in der Wasserstoff an der Anode verbleibt. Insbesondere kann demzufolge Sauerstoff, der nach einem Motor-AUS eingebracht wird, basierend auf einer Reaktion desselben mit dem übrigen Wasserstoff oder durch die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung sofort entfernt werden. Obwohl die Brennstoffzellenspannung vor der Zufuhr von Wasserstoff hoch ist, und als solches Sauerstoff in dem Stapel vorhanden ist, kann es möglicherweise unnötig sein, die Steuerung zum Verhindern der Kathoden-Kohlenstofferosion durchzuführen, da Wasserstoff an der Anode verbleibt.
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Insbesondere kann eine Zufuhr von Luft sofort nach der Zufuhr von Wasserstoff ohne Sicherstellen einer Standby-Zeit für eine Erfassung der Zunahme der Brennstoffzellenspannung durchgeführt werden. Demzufolge kann die Zeit der Inbetriebnahme verringert werden. Nach der Zufuhr von Luft kann es jedoch notwendig sein, die Bus-Stufenspannung des Stromrichters zu reduzieren, um zu verhindern, dass eine hohe Spannung an der Brennstoffzelle aufgrund der Zunahme der Brennstoffzellenspannung nach der Zufuhr von Luft erzeugt wird. Insbesondere kann eine Brennstoffzellenlast erzeugt werden. Dementsprechend, sobald es erfasst wird, ob Sauerstoff gleichmäßig an die Anode nach der Zufuhr von Wasserstoff zugeführt worden ist, kann die Bus-Stufenspannung des Stromrichters durch einen Betrieb des Stromrichters nach der Zufuhr von Luft verringert werden. Ähnlich den Allgemein-/Kurzzeit-Park-Modus-Inbetriebnahme-Verfahren kann eine Wasserstoffspülsteuerung nach der Zufuhr von Luft durchgeführt werden. Darüber hinaus, wenn die nach dem letzten Wasserstoffspülereignis verstreichende Zeit minimal ist, wird bestimmt, dass diese Situation der Kurzzeit-Park-Modus-Inbetriebnahme entspricht. Insbesondere kann demzufolge im Vergleich zur allgemeinen Inbetriebnahme eine Wasserstoffspülung weggelassen werden oder die Anzahl von Wasserstoffspülungen kann reduziert werden.
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Unterdessen, wie in 7 und 8 dargestellt, kann das Inbetriebnahme-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner umfassen einer Vorerfassung S200 zum Erfassen einer Spannung der Brennstoffzelle vor einer Zufuhr von Wasserstoff in der Steuerung 900 nach dem Start S100 und eine dritte Inbetriebnahme (in dem Fall von 7 und 8) zum Steuern/Regeln einer Spannung der Brennstoffzelle 100 durch eine Einstellung der Bus-Stufenspannung des Stromrichters, um auf einem vorgegebenen Wert/Pegel oder weniger gehalten zu werden, in der Steuerung 900 nach einer Zufuhr von Wasserstoff, und Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle durch Öffnen des Luftventils, nachdem eine vorgegebene Zeit t7 verstreicht, wenn die Steuerung 900 bestimmt, dass die Brennstoffzellenspannung vor der Zufuhr von Wasserstoff hoch ist. Die Brennstoffzellenspannung kann durch vorheriges Speichern eines Referenzwertes und Vergleichen eines gemessenen Wertes mit dem gespeicherten Referenzwert bestimmt werden.
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Ausnahmsweise, wenn die Brennstoffzellenspannung vor einer Zufuhr von Wasserstoff hoch ist, schreitet die Inbetriebnahme-Sequenz nicht zu der ersten Inbetriebnahme S800 voran, sondern kann zu der zweiten Inbetriebnahme S700 fortschreiten, auch während eines Anstiegs der Brennstoffzellenspannung während der Zufuhr von Wasserstoff. Die Bedingung, dass die Brennstoffzellenspannung vor der Zufuhr von Wasserstoff hoch ist, gibt eine Situation an, in der Wasserstoff an der Anode zusätzlich zu Sauerstoff verbleibt, und als solches kann es möglicherweise unnötig sein, die Steuerung zum Verhindern einer Kohlenstofferosion an der Kathode für eine Beseitigung des Sauerstoffs von der Anode durchzuführen.
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Weiterhin, wenn eine Steuerung der verstärkten Wasserstoff-Zufuhr/-Abführung von Wasserstoff vor der Zufuhr von Luft für eine Steuerung zum Verhindern der Kathoden-Kohlenstofferosion durchgeführt wird, kann es möglicherweise unmöglich sein, die Vorschriften bezüglich der Abgas-Wasserstoffkonzentration aufgrund des an der Anode verbleibendem Wasserstoffs zu erfüllen. Insbesondere kann demzufolge eine Wasserstoffspülsteuerung nach der Zufuhr von Luft durchgeführt werden, wie im Falle der allgemeinen Inbetriebnahme. Beim Abschalten/Herunterfahren der Brennstoffzelle wird ein Prozess zum Entfernen von Sauerstoff aus dem Stapel an die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung durchgeführt. Wenn eine Inbetriebnahme in dem Prozess der Abschaltung auftritt, schreitet die Inbetriebnahme-Sequenz unter der Bedingung, dass der Beseitigungsprozess weggelassen werden kann, voran, und als solches kann die Brennstoffzellenspannung vor der Zufuhr von Wasserstoff ansteigen.
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Obwohl die Brennstoffzellen-Lastvorrichtung 700 immer mit der Brennstoffzelle 100 in einem Motor-AUS-Zustand des Fahrzeugs nach Beendigung der Inbetriebnahme verbunden sein sollte, können sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff in dem Stapel vorhanden sein, wenn die Brennstoffzelle nicht mit der Lastvorrichtung aufgrund eines Ausfalls der Lastvorrichtung oder eines Ausfalls des Relais verbunden werden kann. Wenn eine Inbetriebnahme der Brennstoffzelle in einer solchen Situation durchgeführt wird, kann die Brennstoffzellenspannung vor einer Zufuhr von Wasserstoff zunehmen.
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Insbesondere kann die Steuerung zum Verringern der Brennstoffzellenspannung zum Verhindern eines Hochspannungsbetriebs der Brennstoffzelle nach der Zufuhr von Luft anders als der allgemeine Inbetriebnahme-Modus möglicherweise nicht durchgeführt werden. In Erwiderung auf ein Bestimmen, ob Wasserstoff gleichmäßig an die Anode zugeführt worden ist, kann die Steuerung zum Verringern der Brennstoffzellenspannung sofort durchgeführt werden, auch vor der Zufuhr von Luft. Da die Brennstoffzellenspannung in einem hohen Zustand vor der Zufuhr von Wasserstoff und der Zufuhr von Luft gewesen ist, kann die Steuerung zum Verringern der Brennstoffzellenspannung durchgeführt werden, indem die Bus-Stufenspannung des Stromrichters reduziert wird, unabhängig von vor/nach der Zufuhr von Luft, wenn Wasserstoff gleichmäßig an die Anode zugeführt worden ist. Ferner kann die Steuerung zum Verringern der Brennstoffzellenspannung durch zwei Schritte vor und nach der Zufuhr von Luft unter Verwendung der Brennstoffzellen-Lastvorrichtung vor der Zufuhr von Luft und Durchführen einer Steuerung zum Reduzieren der Bus-Stufenspannung des Stromrichters nach der Zufuhr von Luft durchgeführt werden, wie in dem Fall der Langzeitpark-Modus-Inbetriebnahme.
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Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für veranschaulichende Zwecke offenbart worden sind, wird ein Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen mögliche sin, ohne von dem Umfang und der Lehre der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.
