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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konstantspannungs-Regelungsverfahren und -System eines Brennstoffzellenfahrzeugs, die ein Überlaufen verhindern können, das unter einer Konstantspannungsregelung auftreten kann, wenn eine Temperatur eines Brennstoffzellenstapels zum Zeitpunkt eines Kaltstarts erhöht wird.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein mit dem Brennstoffzellensystem ausgerüstetes Brennstoffzellenfahrzeug erzeugt elektrischen Strom durch Zuführen von Wasserstoff, der als Brennstoff für einen Brennstoffzellenstapel verwendet wird, und wird durch einen Elektromotor angetrieben, der durch den von dem Brennstoffzellenstapel erzeugten elektrischen Strom angetrieben wird. Das Brennstoffzellensystem ist eine Art Stromerzeugungssystem bzw. Energieerzeugungssystem, das die chemische Energie von Brennstoff direkt in elektrische Energie anstelle von Wärme durch einen elektrochemischen Prozess in dem Brennstoffzellenstapel umwandelt.
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In dem Brennstoffzellensystem wird hochreiner Wasserstoff an eine Anode einer Brennstoffzelle aus einem Wasserstofftank während eines Betriebs zugeführt und atmosphärische Luft wird direkt an eine Kathode der Brennstoffzelle durch eine Luftversorgungsvorrichtung wie ein Luftgebläse zugeführt.
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Der an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoff wird durch einen Katalysator an der Anode in Wasserstoffionen und Elektronen zersetzt und die Wasserstoffionen strömen durch eine Polymerelektrolytmembran zu der Kathode, während der an die Kathode zugeführte Sauerstoff mit den Elektronen, die die Kathode durch einen externen Leitungsdraht erreichen, verbunden wird, wodurch Wasser produziert und Elektrizität erzeugt wird.
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Unterdessen werden nicht umgesetzter Wasserstoff und Kondenswasser, das durch von der Kathode fließendes Wasser produziert wird, an der Anode der Brennstoffzelle abgegeben, wo der nicht umgesetzte Wasserstoff an den Brennstoffzellenstapel zugeführt wird und das Kondenswasser in einem Wasserabscheider gehalten wird und nach außen abgegeben wird.
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Jedoch ist es unmöglich, das Kondenswasser vollständig abzuführen, so dass es schwieriger sein kann, eine Spannung beim Starten eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das bei einer Temperatur unter Null geparkt worden ist, als beim Starten des Fahrzeugs bei Raumtemperatur aufgrund eines Abkühlens des in der Brennstoffzelle verbleibenden Kondenswassers zu erzeugen. Insbesondere wird, wenn die Brennstoffzelle gekühlt wird, das darin verbleibende Kondenswasser ebenfalls gekühlt, und demzufolge werden Brenngase durch Eis blockiert und können den Reaktionsbereich nicht erreichen.
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Dementsprechend sind viele Technologien entwickelt worden, um ein solches Überlaufen zu verhindern. Beispielsweise kann ein Brennstoffzellensystem, das ein Hilfs-Spülventil, das ein Spülventil schnell auftauen kann, und ein Wasserstoffrückführungsventil umfasst, einen Energieverbrauch durch eine Niederspannungsbatterie zum Heizen von Ventilen und eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit eines Kaltstartens verhindern und kann eine Brennkraftmaschine schneller und effizienter starten.
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Die Beschreibung, die oben als Stand der Technik der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, dient nur dazu, um das Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung zu fördern und sollte nicht derart ausgelegt werden, dass sie in dem von einem Fachmann bekannten Stand der Technik umfasst ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konstantspannungs-Regelungsverfahren und -System eines Brennstoffzellenfahrzeugs bereitzustellen, die ein Überlaufen in einer Brennstoffzelle aufgrund einer Verringerung des Durchsatzes der an ein Luftgebläse zugeführten Luft verhindern können, wenn eine Konstantspannungsregelung durchgeführt wird, um eine Temperatur der Brennstoffzelle zum Zeitpunkt eines Kaltstarts durchgeführt wird.
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Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst ein Konstantspannungs-Regelungsverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: Bestimmen, durch eine Steuereinheit, ob eine Fahrzeugzustandsinformation (bzw. Fahrzeugzustandsinformationen) eine Kaltstartbedingung erfüllt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird; Starten, durch die Steuereinheit, einer Konstantspannungsregelung einer Brennstoffzelle, wenn die Fahrzeugzustandsinformation die Kaltstartbedingung erfüllt; Vergleichen, durch die Steuereinheit, einer Drehzahl (revolution per minute – RPM) eines Luftgebläses zum Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle mit einer vorgegebenen Steuerstoppbedingung; und Beenden, durch die Steuereinheit, der Konstantspannungsregelung der Brennstoffzelle, wenn die Drehzahl des Luftgebläses die vorgegebene Steuerstoppbedingung erfüllt.
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Die Kaltstartbedingung kann auftreten, wenn eine interne Brennstoffzellenstapeltemperatur, die in der Fahrzeugzustandsinformation umfasst ist, eine vorgegebene Temperatur oder niedriger ist.
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Das Verfahren kann ferner umfassen: nach Starten der Konstantspannungsregelung, Schätzen/Veranschlagen, durch die Steuereinheit, eines minimal erforderlichen Heizwertes auf der Grundlage der Fahrzeugzustandsinformation; und Fortführen der Konstantspannungsregelung, durch die Steuereinheit, bis ein Heizwert der Brennstoffzelle, der ab dem Start des Fahrzeugs kumuliert wird, den minimal erforderlichen Heizwert überschreitet.
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Der minimal erforderliche Heizwert kann auf der Grundlage der Temperatur, des Stromes und der Spannung der Brennstoffzelle geschätzt werden, wenn das Fahrzeug gestartet wird.
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Das Verfahren kann ferner umfassen: vor einem Vergleichen der Drehzahl des Luftgebläses mit der vorgegebenen Steuerstoppbedingung, Vergleichen, durch die Steuereinheit, der Drehzahl des Luftgebläses mit einer vorgegebenen Steuerhaltebedingung; und Beibehalten, durch die Steuereinheit, er Konstantspannungsregelung an der Brennstoffzelle, wenn die Drehzahl des Luftgebläses die vorgegebene Steuerhaltebedingung erfüllt.
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Die Steuerstoppbedingung kann sein, dass die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses eine vorgegebene Referenzänderungsrate oder höher ist, und die Steuerhaltebedingung kann sein, dass die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses kleiner als die Referenzänderungsrate ist.
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Die Steuerstoppbedingung kann sein, dass die erfasste/abgetastete Drehzahl des Luftgebläses eine vorgegebene Referenzdrehzahl oder niedriger ist.
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Ein Konstantspannungs-Regelungssystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Brennstoffzelle; ein Luftgebläse, das Luft an die Brennstoffzelle zuführt; und eine Steuereinheit, die bestimmt, ob eine Fahrzeugzustandsinformation (bzw. Fahrzeugzustandsinformationen) eine Kaltstartbedingung erfüllt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird, eine Konstantspannungsregelung an der Brennstoffzelle startet, wenn die Fahrzeugzustandsinformation die Kaltstartbedingung erfüllt, und die Konstantspannungsregelung an der Brennstoffzelle beendet, wenn die Drehzahl des Luftgebläses eine vorgegebene Steuerstoppbedingung als das Ergebnis eines Vergleichens der Drehzahl des Luftgebläses mit der vorgegebenen Steuerstoppbedingung erfüllt.
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Die Steuereinheit kann die Drehzahl des Luftgebläses mit einer vorgegebenen Steuerhaltebedingung vor einem Vergleichen der Drehzahl des Luftgebläses mit einer vorgegebenen Steuerstoppbedingung vergleichen und kann eine Konstantspannungsregelung an der Brennstoffzelle beibehalten, wenn die Drehzahl des Luftgebläses die vorgegebene Steuerhaltebedingung erfüllt.
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Die Steuerstoppbedingung kann sein, dass die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses eine vorgegebene Referenzänderungsrate oder höher ist, und die Steuerhaltebedingung kann sein, dass die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses kleiner als die Referenzänderungsrate ist.
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Ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle/Programmanweisungen enthält, die durch einen Prozessor ausgeführt werden, umfasst: Programmbefehle, die bestimmen, ob eine Fahrzeugzustandsinformation (bzw. Fahrzeugzustandsinformationen) eine Kaltstartbedingung erfüllt, wenn ein Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird; Programmbefehle, die eine Konstantspannungsregelung an einer Brennstoffzelle starten, wenn die Fahrzeugzustandsinformation die Kaltstartbedingung erfüllt; Programmbefehle, die eine Drehzahl eines Luftgebläses zum Zuführen von Luft an die Brennstoffzelle mit einer vorgegebenen Steuerstoppbedingung vergleichen; und Programmbefehle, die die Konstantspannungsregelung an der Brennstoffzelle beenden, wenn die Drehzahl des Luftgebläses die vorgegebene Steuerstoppbedingung erfüllt.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine Konstantspannungsregelung unabhängig von der Menge der von dem Luftgebläse zugeführten Luft durchgeführt wird, beendet die vorliegende Erfindung eine Konstantspannungsregelung, wenn es eine große Wahrscheinlichkeit eines Überlaufens einer Brennstoffzelle gibt. Weil eine kleine Luftmenge von einem Luftgebläse zugeführt wird, ist es möglich, ein Überlaufen der Brennstoffzelle zu verhindern, und demzufolge ist es möglich, die Haltbarkeit und die Effizienz der Brennstoffzelle zu verbessern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich. In den Figuren zeigen:
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1 einen Spannungs-, Strom- und Luftgebläse-Drehzahl-Graphen beim Durchführen einer Konstantspannungsregelung eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 einen Graphen, der einer Änderung der Leistung eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein Flussdiagramm, das ein Konstantspannungs-Regelungsverfahren eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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4 eine Ansicht, die die Konfiguration/Anordnung eines Konstantspannungs-Regelungssystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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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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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. In der gesamten Beschreibung, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben, wird das Wort ”aufweisen/umfassen” und Variationen wie ”aufweist/umfasst” oder ”aufweisend/umfassend” so verstanden, dass es die Einbeziehung der angegebenen Elemente, aber nicht den Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen beinhaltet. Darüber hinaus bezeichnen die Begriffe ”-Einheit”, ”-Vorrichtung” (”-er”, ”-or”) und ”-Modul”, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben werden, Einheiten zum Verarbeiten von zumindest einer Funktion oder Operation und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und einer Kombinationen derselben realisiert/implementiert werden.
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Weiterhin 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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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Wenn eine Brennkraftmaschine mit einem Stapel einer Brennstoffzelle 10 bei einer niedrigeren Temperatur gestartet wird, ist es erforderlich, die Temperatur des Stapels der Brennstoffzelle 10 zu erhöhen, um die Leistung abzugeben, die der Benutzer von dem Stapel der Brennstoffzelle 10 wünscht. Dementsprechend, wenn ein mit einer Brennstoffzelle 10 ausgerüstetes Fahrzeug bei einer niedrigen Temperatur gestartet wird, tritt das Fahrzeug direkt in einen normalen Fahrmodus ein, wird aber in einem Niedrigtemperatur-Startmodus gestartet, um die Temperatur des Stapels der Brennstoffzelle 10 zu erhöhen. Es gibt viele Möglichkeiten, die Temperatur eines Stapels zu erhöhen, wobei eine davon eine Konstantspannungsregelung ist, bei welcher die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 auf einem vorgegebenen Pegel gehalten wird.
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Im Allgemeinen wird die Brennstoffzelle 10 bei einer vorgegebenen Spannung betrieben, indem die Luftzufuhr bei konstanter Spannung geregelt/gesteuert wird, so dass es schwierig ist, die Zunahme der Temperatur der Brennstoffzelle 10 abzuschätzen. Demzufolge wird im Stand der Technik eine Konstantspannungsregelung abgeschlossen, wenn es bestimmt wird, dass ein Referenzpegel eines Heizwertes, der zuvor durch wiederholtes Experimentieren als geeignet bestimmt wurde, überschritten worden ist, wobei allerdings die Konstantspannungsregelung ohne eine ausreichende Erhöhung der Temperatur abgeschlossen werden kann und ein Überlaufen in dem Stapel der Brennstoffzelle 10 aufgrund einer verzögerten Beendigung der Konstantspannungsregelung in einigen Fällen auftritt.
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Daher, um diese Probleme zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen des Zeitpunktes vor, zu dem die Konstantspannungsregelung beendet werden soll, indem die Änderung der Drehzahl (revolutions per minute – RPM) des Luftgebläses 20 über die Zeit (bzw. im Zeitablauf) der Konstantspannungsregelung verwendet wird. Der Grund zum Auswählen der Drehzahl des Luftgebläses als Referenz zum Bestimmen, ob die Konstantspannungsregelung im Stand der Technik beendet werden soll, ist aus dem Graphen in 1 ersichtlich.
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Der Graph in 1 zeigt Änderungen des Stromes und der Spannung der Brennstoffzelle 10 und der Drehzahl des Luftgebläses 20 während der Konstantspannungsregelung. Wie aus dem Graphen ersichtlich ist, gibt es keine große Änderung im dem Strom und in der Spannung der Brennstoffzelle 10, aber die Drehzahl des Luftgebläses 20 nimmt in der frühen Phase (Abschnitt ➀) der Konstantspannungsregelung ab, wird in dem mittleren Abschnitt (Abschnitt ➁) gehalten und nimmt in dem letzteren Abschnitt (Abschnitt ➂) zu. Demzufolge ist es aus dem Graphen in 1 ersichtlich, dass es möglich ist, zwischen den Abschnitten ➀, ➁ und ➂ unter Verwendung der Änderung der Drehzahl des Luftgebläses 20 während der Konstantspannungsregelung zu unterscheiden.
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Das Problem ist der Zustand der Stapelleistung der Brennstoffzelle 10 in den Abschnitten ➀, ➁ und ➂, was aus dem Graphen der Änderung der Stapelleistung in 2 entnommen werden kann. Wie oben beschrieben, stellen eine Verbesserung der Leistung der Brennstoffzelle 10 gemäß einer Temperaturerhöhung und ein Abfall der Leistung der Brennstoffzelle 10 aufgrund eines Überlaufens Faktoren dar, die die Stapelleistung der Brennstoffzelle zum Zeitpunkt eines Kaltstarts beeinflussen. Dementsprechend zeigt 2 sowohl einen Graphen der Änderung der Stapelleistung als eine Funktion der Temperaturzunahme als auch einen Graphen der Änderung der Stapelleistung aufgrund eines Überlaufens, und zeigt ferner einen Graphen der Änderung der Stapelleistung als eine Funktion von sowohl einem Temperaturanstieg als auch einem Überlaufen.
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Der maximale Punkt der Stapelleistung ist der Punkt, bei dem die Stapelleistung in dem Stapelleistungs-Änderungsgraphen am höchsten ist, wobei sowohl eine Temperaturerhöhung als auch ein Überlaufen berücksichtigt werden, und bei dem die Effizienz der Konstantspannungsregelung des Stapels der Brennstoffzelle 10 maximiert ist. Demzufolge stellt sich die Frage, in welchem der Abschnitt ➀, ➁ und ➂ die Stapelleistung maximiert wird. Wenn eine Verschlechterung der Stapelleistung aufgrund eines Überlaufens ein Problem darstellt, wird eine Steuerung/Regelung zum Entfernen von Wasser in dem Stapel durch Erhöhen der Drehzahl des Luftgebläses in der Brennstoffzelle 10 im Allgemeinen durchgeführt, so dass es möglich ist, abzuschätzen, dass der Grenzpunkt zwischen dem Abschnitt ➁ und dem Abschnitt ➂, wo die Drehzahl des Luftgebläses 20 beginnt anzusteigen, der Punkt ist, wo die Stapelleistung maximiert wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt bereit ein statisches Spannungsregelungsverfahren für ein mit einer Brennstoffzelle 10 ausgerüstetes Fahrzeug, das die Stapelleistung der Brennstoffzelle 10 auf der Grundlage der oben beschriebenen Theorie optimieren kann, die einen Kaltstartbedingungs-Bestimmungsschritt (S10) umfasst, der durch eine Steuereinheit 30 bestimmt, ob eine Fahrzeugzustandsinformation (bzw. Fahrzeugzustandsinformationen) eine Kaltstartbedingung erfüllt, wenn das mit der Brennstoffzelle 10 ausgerüstete Fahrzeug gestartet wird, wie in 3 gezeigt. Die Konstantspannungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht dem Fall, in dem eine konstante Regelung unter einer Kaltstartbedingung erforderlich ist, so dass durch den Kaltstartbedingungs-Bestimmungsschritt (S10) bestimmt wird, ob eine Fahrzeugzustandsinformation eine Kaltstartbedingung erfüllt, bevor eine Konstantspannungsregelung gestartet wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kaltstartbedingung der Fall, in dem die interne Stapeltemperatur eine vorgegebene Referenztemperatur oder weniger ist, wobei es allerdings schwierig ist, die interne Stapeltemperatur direkt zu schätzen, so dass es möglich sein kann, ein Verfahren zum indirekten Schätzen der internen Stapeltemperatur aus der Temperatur des Kühlwassers des Stapels in Betracht zu ziehen. Je länger das Fahrzeug jedoch gestoppt ist, desto größer ist die Differenz zwischen der Stapel-Kühlwassertemperatur und der internen Stapeltemperatur, so dass es möglich sein kann, die interne Stapeltemperatur unter Berücksichtigung der Zeit, für die das Fahrzeug gestoppt worden ist, zu schätzen. Die Temperaturreferenz kann in Abhängigkeit von der Fahrzeugleistung und den Anforderungen eines Konstrukteurs variieren.
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Wenn die Fahrzeugzustandsinformation die Kaltstartbedingung erfüllt, wird ein Konstantspannungsregelungs-Startschritt (S20) durchgeführt, um die Stapeltemperatur der Brennstoffzelle 10 zu erhöhen. Wenn die Konstantspannungsregelung wie oben beschrieben gestartet wird, wird auf der Grundlage der Drehzahl des Luftgebläses 20 bestimmt, ob die Konstantspannungsregelung beibehalten oder gestoppt werden soll, und bei der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass der kumulierte Heizwert, der der Erhöhung der Stapeltemperatur der Brennstoffzelle 10 zuordenbar ist, einen minimalen Wert überschreitet, bevor die Konstantspannungsregelung auf der Grundlage der Drehzahl des Luftgebläses 20 gestoppt wird.
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Dies liegt daran, dass die erste Maßnahme, die zum Zeitpunkt eines Kaltstarts des Stapels der Brennstoffzelle 10 durchgeführt werden soll, darin besteht, die Stapeltemperatur für die Brennstoffzelle 10 zu erhöhen, um Leistung abzugeben. Ferner wird, selbst wenn ein Überlaufen aufgrund der Verringerung der Drehzahl des Luftgebläses 20 zum Erhöhen der Temperatur beschleunigt wird, das Überlaufen durch die Zunahme der Temperatur der Brennstoffzelle 10 ebenfalls reduziert, so dass es von Bedeutung ist, zuerst die Stapeltemperatur der Brennstoffzelle 10 in der frühen Phase des Kaltstarts zu erhöhen.
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Dementsprechend wird in der vorliegenden Erfindung der minimal erforderliche Heizwert aus der Fahrzeugzustandsinformation bzw. den Fahrzeugzustandsinformationen durch die Steuereinheit 30 geschätzt, und die Steuereinheit 30 hält eine Durchführung der Konstantspannungsregelung aufrecht, bis der Heizwert der Brennstoffzelle 10, der ab dem Zeitpunkt kumuliert wird, zu dem das Fahrzeug gestartet wird, den minimal erforderlichen Heizwert überschreitet. Der minimal erforderliche Heizwert kann der minimalen Referenz des kumulierten Heizwertes entsprechen, der oben beschrieben wird, und der kumulierte Heizwert des Stapels kann durch Integrieren des Produktes aus Ausgangsstrom und Ausgangsspannung des Stapels für eine vorgegebene Zeit erhalten werden. Der minimal erforderliche Heizwert kann in Abhängigkeit von der Stapeltemperatur der Brennstoffzelle 10 und der Fahrzeugleistung variieren.
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Wenn der kumulierte Heizwert den minimal erforderlichen Heizwert überschreitet, dann ist die Temperatur für eine minimale Stapelleistung erreicht worden, und danach wird wie oben beschrieben eine Konstantspannungsregelung auf der Grundlage der Drehzahl des Luftgebläses 20 durchgeführt. Im Detail bestimmt gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit 30, ob die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses 20 eine Referenzänderungsrate oder höher ist (S30). Dies liegt daran, dass, wie oben beschrieben, durch Vergleichen von 1 und 2, der am besten geeignete Zeitpunkt, zu dem die Konstantspannungsregelung beendet werden soll, der Grenzpunkt zwischen dem Abschnitt ➁ und dem Abschnitt ➂ in 1 ist, der dem Fall entspricht, bei dem die Drehzahl des Luftgebläses 20 mit einer vorgegebenen Steigung zunimmt. Das heißt, die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses 20 weist einen negativen Wert in dem Abschnitt, einen Wert nahe Null in dem Abschnitt ➁, und einen positiven Wert in dem Abschnitt ➂ auf, so dass der Fall, bei dem die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses 20 eine vorgegebene Referenzrate oder höher ist, als die Referenz zum Beenden der Konstantspannungsregelung angesehen wird, um einen Zeitpunkt unter Verwendung der Werteunterschiede herauszufinden, zu dem der Abschnitt ➁ in den Abschnitt ➂ übergeht. Demzufolge kann die Referenzänderungsrate gemäß der Ausführung des Regelverfahrens variieren, wobei sie allerdings einen positiven Wert aufweisen muss, und die kleine Änderung der Drehzahl des Luftgebläses 20 in dem Abschnitt ➁ kann ein Wert sein, der durch eine Differenz/Toleranz ausgeglichen werden kann.
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Demzufolge, wenn die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses 20 die Referenzänderungsrate oder höher ist, dann ist der Abschnitt ➂ in 1 während der Konstantspannungsregelung gestartet worden, so dass es bestimmt wird, dass der Punkt, bei dem die Stapelleistung maximiert wird, erreicht ist, und dementsprechend wird ein Konstantspannungsregelungs-Beendigungsschritt (S60), bei dem die Konstantspannungsregelung beendet wird, wie in 1 gezeigt durchgeführt.
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Im Gegensatz dazu, wenn die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses 20 kleiner als die Referenzänderungsrate ist, dann liegt die Drehzahl des Luftgebläses 20 in dem Abschnitt ➀ oder dem Abschnitt ➁ in dem in 1 gezeigten Graphen, so dass in diesem Fall die Konstantspannungsregelung fortgeführt werden kann und dementsprechend, wie in 1 gezeigt, ein Konstantspannungsregelungs-Beibehaltungsschritt (S40) durchgeführt wird. Jedoch ist es selbst in diesem Fall, wenn der Absolutbetrag der Drehzahl des Luftgebläses 20, das heißt, die Drehzahl des Luftgebläses 20, übermäßig verringert wird, so dass sie gleich oder kleiner als eine Referenzdrehzahl ist, möglich, zu bestimmen, dass dies der Zeitpunkt ist, zu dem die Stapelleistung maximiert wird. Demzufolge wird, selbst wenn die Änderungsrate der Drehzahl des Luftgebläses 20 kleiner als die Referenzänderungsrate ist, wie in 1 gezeigt, die Konstantspannungsregelung durch den Konstantspannungsregelungs-Beendigungsschritt (S60) abgeschlossen.
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Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Stapelleistung zu verbessern, indem eine Konstantspannungsregelung zu dem Zeitpunkt beendet wird, bei dem die Stapelleistung auf der Grundlage der Drehzahl des Luftgebläses 20 maximiert wird. Ferner ist die Temperatur der Stapelzelle der Brennstoffzelle 10 aufgrund einer Nicht-Zirkulation des Stapel-Kühlwassers zum Zeitpunkt eines Kaltstarts nicht gleichmäßig, aber in diesem Fall ist es möglich, eine Verschlechterung der Haltbarkeit des Stapels der Brennstoffzelle 10 durch weiterführen der Konstantspannungsregelung zu verhindern.
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Ferner kann das Konstantspannungs-Regelungssystem für ein mit der Brennstoffzelle 10 ausgerüstetes Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 4 gezeigt, umfassen: die Brennstoffzelle 10, das Luftgebläse 20, das Luft an die Brennstoffzelle 10 zuführt, und die Steuereinheit 30, die bestimmt, ob eine Fahrzeugzustandsinformation eine Kaltstartbedingung erfüllt, wenn das mit der Brennstoffzelle 10 ausgerüstete Fahrzeug gestartet wird, eine Konstantspannungsregelung der Brennstoffzelle 10 startet, wenn die Fahrzeugzustandsinformation die Kaltstartbedingung erfüllt und die Konstantspannungsregelung an der Brennstoffzelle 10 beendet, wenn die Drehzahl des Luftgebläses 20 einen vorgegebene Steuerstoppbedingung als Ergebnis eines Vergleichens der Drehzahl des Luftgebläses mit der vorgegebenen Steuerstoppbedingung erfüllt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise geändert und modifiziert werden kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen beschrieben wird, abzuweichen.
