DE102017103056A1

DE102017103056A1 - Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für selbiges

Info

Publication number: DE102017103056A1
Application number: DE102017103056.5A
Authority: DE
Inventors: Naoki Sugiyama; Atsuo IIO; Kohei Oda; Tomio Yamanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: CN107154507A; US20170256805A1; US10141591B2; JP2017157514A; DE102017103056B4; JP6330832B2; CN107154507B

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem weist einen Controller auf, der so konfiguriert ist, dass er: (i) einen Drehmomentsollwert eines Verdichters und einen Öffnungsposition-Sollwert eines Druckregelventils anhand eines Strömungsratensollwerts eines Kathodengases und eines Drucksollwerts eines Kathodengasströmungsweges berechnet, wobei der Strömungsratensollwert des Kathodengases und der Drucksollwert entsprechend einer erforderlichen Ausgangsleistung eines Brennstoffzellenstapels bestimmt werden; (ii) einen Drehmomentrückkopplungswert des Verdichters anhand einer Differenz zwischen einem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases berechnet, und den Verdichter unter Verwendung eines durch Addieren des Drehmomentsollwerts und des Drehmomentrückkopplungswerts erhaltenen Drehmomentbefehlswert steuert; und (iii) einen Öffnungsposition-Rückkopplungswert des Druckregelventils anhand einer Differenz zwischen einem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodengasströmungsweges berechnet, und eine Öffnungsposition des Druckregelventils unter Verwendung eines Öffnungsposition-Befehlswerts steuert, der durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils mit einem verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert erhalten wird, welcher durch Verzögern des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts erhalten wird. Diese Konfiguration unterdrückt das Pendeln der Strömungsrate und des Drucks.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 4. März 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2016-42206 A , deren Inhalt in seiner Gesamtheit in dieser Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerverfahren für selbiges.
Stand der Technik
Die WO 2014/148164 A beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit einem Verdichter, der so konfiguriert ist, dass der einem Brennstoffzellenstapel ein Kathodengas zuführt, und einem Druckregelventil, das so konfiguriert ist, dass es den Druck des Kathodengases regelt. Dieses Brennstoffzellensystem steuert eine Zufuhrmenge des Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel basierend auf dem Drehmoment des Verdichters und der Öffnungsposition des Druckregelventils.
Bei dem in der WO 2014/148164 A beschriebenen Brennstoffzellensystem ist es jedoch wahrscheinlich, dass das gleichzeitige Ausführen der Rückkopplungssteuerung des Drehmoments des Verdichters und der Rückkopplungssteuerung der Öffnungsposition des Druckregelventils ein Pendeln der Strömungsrate und des Drucks des Kathodengases verursacht.
KURZFASSUNG
Um zumindest einen Teil des vorstehend beschriebenen Problems zu lösen, kann die Offenlegung durch die untenstehend beschriebenen Aspekte realisiert werden.

(1) Gemäß einem Aspekt der Offenlegung ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem weist auf: einen Brennstoffzellenstapel; einen Verdichter, der so konfiguriert ist, dass er dem Brennstoffzellenstapel über einen Kathodengasströmungsweg ein Kathodengas zuführt; ein Druckregelventil, das so konfiguriert ist, dass es einen Druck des Kathodengasströmungsweges regelt; einen Durchflussmesser, der so konfiguriert ist, dass er eine Strömungsrate des Kathodengases misst, das dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden soll; einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er den Druck des Kathodenströmungsweges misst; und einen Controller. Der Controller ist so konfiguriert, dass er: (i) einen Drehmomentsollwert eines Verdichters und einen Öffnungsposition-Sollwert eines Druckregelventils anhand eines Strömungsratensollwerts des Kathodengases und eines Drucksollwerts des Kathodengasströmungsweges berechnet, wobei der Strömungsratensollwert des Kathodengases und der Drucksollwert entsprechend einer erforderlichen Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden; (ii) einen Drehmomentrückkopplungswert des Verdichters anhand einer Differenz zwischen einem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases berechnet, und den Verdichter unter Verwendung eines durch Addieren des Drehmomentsollwerts und des Drehmomentrückkopplungswerts erhaltenen Drehmomentbefehlswert steuert; und (iii) einen Öffnungsposition-Rückkopplungswert des Druckregelventils anhand einer Differenz zwischen einem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodengasströmungsweges berechnet, und eine Öffnungsposition des Druckregelventils unter Verwendung eines Öffnungsposition-Befehlswerts steuert, der durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils mit einem verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert erhalten wird, welcher durch Verzögern des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts erhalten wird.

Bei dem Brennstoffzellensystem nach diesem Aspekt berechnet der Controller den Öffnungsposition-Rückkopplungswert des Druckregelventils anhand der Differenz zwischen dem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodengasströmungsweges, und steuert die Öffnungsposition des Druckregelventils unter Verwendung des Öffnungsposition-Befehlswerts, der durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils mit dem verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert erhalten wird, welcher durch Verzögern des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts erhalten wird. Die Rückkopplung der Öffnungsposition des Druckregelventils wird entsprechend mit einer Verzögerung zu der Rückkopplung des Drehmoments des Verdichters durchgeführt. Dadurch wird das Pendeln der Strömungsrate und des Drucks des Kathodengases unterdrückt.

(2) Das Brennstoffzellensystem gemäß dem vorangegangenen Aspekt; wobei der Controller einen Verzögerungsprozessor aufweisen kann, der so konfiguriert ist, dass er den Öffnungsposition-Rückkopplungswert verzögert, und der Verzögerungsprozessor zumindest einen der folgenden umfassen kann: einen ersten Verzögerungsprozessor, der so konfiguriert ist, dass er zumindest eine von einer Verzögerung erster Ordnung, einer Verzögerung zweiter Ordnung, und/oder einer Totzeit-Verzögerung durchführt; und/oder einen zweiten Verzögerungsprozessor, der so konfiguriert ist, dass er den Öffnungsposition-Rückkopplungswert für eine Zeitdauer von einer Änderung von zumindest einem des Drehmomentsollwerts und/oder des Öffnungsposition-Sollwerts bis zum Erfüllen einer vorbestimmten Beurteilungsbedingung durch null ersetzt.

Das Brennstoffzellensystem nach diesem Aspekt weist zumindest einen von dem ersten Verzögerungsprozessor und/oder dem zweiten Verzögerungsprozessor auf. Diese Konfiguration ermöglicht es, den Öffnungsposition-Rückkopplungswert in geeigneter Weise zu verzögern.

(3) Das Brennstoffzellensystem gemäß dem vorangegangenen Aspekt; wobei der Controller den zweiten Verzögerungsprozessor aufweisen kann, und die Beurteilungsbedingung eine solche sein kann, dass ein Absolutwert des Drehmomentrückkopplungswerts gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.

Bei dem Brennstoffzellensystem nach diesem Aspekt wird die Rückkopplung der Öffnungsposition des Druckregelventils mit einer weiteren Verzögerung zu der Rückkopplung des Drehmoments des Verdichters durchgeführt. Diese Konfiguration unterdrückt das Pendeln der Strömungsrate und des Drucks des Kathodengases daher weiter.

(4) Das Brennstoffzellensystem nach dem vorangegangenen Aspekt; wobei der Controller den zweiten Verzögerungsprozessor aufweisen kann, und die Beurteilungsbedingung zumindest eine von einer Bedingung umfassen kann, dass ein Absolutwert der Differenz zwischen dem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert und/oder einer Bedingung, dass ein Absolutwert des Änderungsbetrags des Strömungsratenmesswerts des Kathodengases pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.

(5) Das Brennstoffzellensystem nach dem vorangegangenen Aspekt; wobei der Controller den zweiten Verzögerungsprozessor aufweisen kann, und die Beurteilungsbedingung zumindest eine von einer Bedingung umfassen kann, dass ein Absolutwert der Differenz zwischen dem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodenströmungsweges gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert und/oder einer Bedingung, dass ein Absolutwert eines Änderungsbetrags des Druckmesswerts des Kathodenströmungsweges pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.

(6) Gemäß einem Aspekt der Offenlegung ist ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist; einen Verdichter, der so konfiguriert ist, dass er dem Brennstoffzellenstapel über einen Kathodengasströmungsweg ein Kathodengas zuführt; einem Druckregelventil, das so konfiguriert ist, dass es einen Druck des Kathodengasströmungsweges regelt; einen Durchflussmesser, der so konfiguriert ist, dass er eine Strömungsrate des Kathodengases misst, das dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden soll; und einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er den Druck des Kathodengasströmungsweges misst. Das Steuerverfahren weist die folgenden Schritte auf: (i) Berechnen eines Drehmomentsollwerts des Verdichters und eines Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils anhand eines Strömungsratensollwerts des Kathodengases und eines Drucksollwerts des Kathodengasströmungsweges, wobei der Strömungsratensollwert des Kathodengases und der Drucksollwert entsprechend einer erforderlichen Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden; (ii) Berechnen eines Drehmomentrückkopplungswerts des Verdichters anhand einer Differenz zwischen einem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases, und Steuern des Verdichters unter Verwendung eines durch Addieren des Drehmomentsollwerts und des Drehmomentrückkopplungswerts erhaltenen Drehmomentbefehlswerts; und (iii) Berechnen eines Öffnungsposition-Rückkopplungswerts des Druckregelventils anhand einer Differenz zwischen einem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodengasströmungsweges, und Steuern einer Öffnungsposition des Druckregelventils unter Verwendung eines Öffnungsposition-Befehlswerts, der durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils mit einem verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert erhalten wird, welcher durch Verzögern des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts erhalten wird.

Das Steuerverfahren nach diesem Aspekt berechnet den Öffnungsposition-Rückkopplungswert des Druckregelventils anhand der Differenz zwischen dem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodengasströmungsweges, und steuert die Öffnungsposition des Druckregelventils unter Verwendung des Öffnungsposition-Befehlswerts, der durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils mit einem verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert erhalten wird, welcher durch Verzögern des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts erhalten wird. Die Rückkopplung der Öffnungsposition des Druckregelventils wird entsprechend mit einer Verzögerung zu der Rückkopplung des Drehmoments des Verdichters durchgeführt. Dadurch wird das Pendeln der Strömungsrate und des Drucks des Kathodengases unterdrückt.
Die Offenlegung kann abgesehen von dem Brennstoffzellensystem durch einen beliebigen verschiedener Aspekte realisiert werden, z. B. durch einen beweglichen Körper mit einem daran angebrachten Brennstoffzellensystem und einem Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Diagramm, das ein Kathodengassystem in einem Brennstoffzellensystem schematisch darstellt.
2 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis des Verdichters und einer Strömungsrate des Kathodengases unter einer Drehzahlsteuerung zeigt.
3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Verdichters und der Strömungsrate des Kathodengases unter einer Drehmomentsteuerung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Controllers 200 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
8 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das ein Kathodengassystem in einem Brennstoffzellensystem 10 schematisch darstellt. Das Brennstoffzellensystem 10 ist an einem beweglichen Körper wie einem Fahrzeug angebracht. Das Brennstoffzellensystem 10 kann einen Brennstoffzellenstapel 100 umfassen, einen Kathodengasströmungsweg 110, einen Kathodenabgasströmungsweg 120, einen Verdichter 115, ein Druckregelventil 125, einen Durchflussmesser 130, einen Drucksensor 135, einen Temperatursensor 140 und einen Feuchtigkeitssensor 145 für den Brennstoffzellenstapel 100, einen Umgebungstemperatursensor 150 sowie einen Controller 200. Der Verdichter 115 ist in dem Kathodengasströmungsweg 110 vorgesehen und ist so konfiguriert, dass er dem Brennstoffzellenstapel 100 über den Kathodengasströmungsweg 110 Luft als Kathodengas zuführt. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Turboverdichter als Verdichter 115 verwendet. Das Druckregelventil 125 ist in dem Kathodenabgasströmungsweg 120 vorgesehen und ist so konfiguriert, dass es den Druck des Kathodengasströmungsweges 110 regelt. Der Durchflussmesser 130 ist so konfiguriert, dass er die Strömungsrate Q1 des Kathodengases misst, das dem Brennstoffzellenstapel 100 zugeführt werden soll. Der Drucksensor 135 ist so konfiguriert, dass er den Druck P1 das Kathodengasströmungsweges 110 an einer Auslassseite des Verdichters 115 (d. h., an einer Auslassseite des Brennstoffzellenstapels 100) misst. Der Temperatursensor 140 ist so konfiguriert, dass er die Temperatur Ta1 eines Kathodengasströmungswegs in dem Brennstoffzellenstapel 100 misst. Der Feuchtigkeitssensor 145 ist so konfiguriert, dass er die Feuchtigkeit H1 des Kathodengasströmungswegs in dem Brennstoffzellenstapel 100 misst. Der Umgebungstemperatursensor 150 ist so konfiguriert, dass er die Umgebungstemperatur Ta2 misst.
Der Controller 200 berechnet einen erforderlichen Wert der elektrischen Leistung (erforderliche Ausgangsleistung), die von dem Brennstoffzellenstapel 100 erzeugt werden soll, basierend auf der Geschwindigkeit des beweglichen Körpers, dem Niederdrückbetrag eines Beschleunigerpedals und dem Niederdrückbetrag eines Bremspedals (die entsprechenden Sensoren sind nicht gezeigt). Der Controller 200 steuert anschließend den Betrieb des Verdichters 115 und des Druckregelventils 125 basierend auf der erforderlichen Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 100. Diese Steuerung wird zu einem späteren Zeitpunkt detailliert beschrieben.
2 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis R des Verdichters 115 (d. h., Druck an einem Auslass des Verdichters 115/Druck an einem Einlass des Verdichters 115) und der Strömungsrate Q des Kathodengases unter einer Drehzahlsteuerung zeigt. 3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis R des Verdichters 115 und der Strömungsrate Q des Kathodengases unter einer Drehmomentsteuerung zeigt. Der Graph von 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis R und der Strömungsrate Q des Kathodengases, wenn die Drehzahl des Verdichters 115 konstant gehalten wird (d. h., unter der Drehzahlsteuerung). Der Graph von 3 zeigt hingegen die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis R und der Strömungsrate Q des Kathodengases, wenn das Drehmoment des Verdichters 115 konstant gehalten wird (d. h., unter der Drehmomentsteuerung). Der Vergleich zwischen einer Änderungsrate der Strömungsrate des Kathodengases/Druckverhältnis (ΔQ1/ΔR1) unter der Drehzahlsteuerung und einer Änderungsrate der Strömungsrate des Kathodengases/Druckverhältnisses (ΔQ2/ΔR2) unter der Drehmomentsteuerung zeigt, dass das Verhältnis eines Änderungsbetrags ΔQ der Strömungsrate Q des Kathodengases zu einem Änderungsbetrag ΔR des Druckverhältnisses R unter der Drehmomentsteuerung geringer ist als jenes unter der Drehzahlsteuerung. In dem Fall, in dem der Verdichter 115 basierend auf dem gemessenen Druck P1 des Kathodengasströmungsweges 110 gesteuert wird, weist die Drehmomentsteuerung das geringere Verhältnis des Änderungsbetrags ΔQ der Strömungsrate Q des Kathodengases zu dem Änderungsbetrag ΔR des Druckverhältnisses R auf, und es wird daher davon ausgegangen, dass diese im Vergleich zu der Drehzahlsteuerung eine präzisere Steuerung der Strömungsrate Q des Kathodengases gewährleistet. Die Drehmomentsteuerung wird entsprechend bei der untenstehend beschriebenen Ausführungsform angewandt. Bei den Graphen von 2 und 3 ist der Wert des Druckverhältnisses R, der in der Einheit [atm] ausgedrückt wird, wenn der Druck am Einlass des Verdichters 115 der Atmosphärendruck ist (ungefähr 1 atm), ungefähr gleich wie der Wert des Drucks am Auslass des Verdichters 115.
4 ist ein Diagramm, das die Konfiguration des Controllers 200 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Der Controller 200 kann einen Kathodengasströmungsraten-Sollwertrechner 210 umfassen, einen Kathodengasdruck-Sollwertrechner 220, einen Verdichter-Drehmoment-Sollwertrechner 230 (auch als „CP-Drehmoment-Sollwertrechner 230” bezeichnet), einen Verdichter-Rückkopplungswertrechner 240 (auch als ”CP-Drehmoment-FB-Wert-Rechner 240” bezeichnet), einen ersten Addierer 250, einen Druckregelventil-Öffnungsposition-Sollwertrechner 260, einen Druckregelventil-Öffnungsposition-Rückkopplungswertrechner 270 (auch als „Druckregelventil-Öffnungsposition-FB-Wert-Rechner 270” bezeichnet), einen zweiten Addierer 290 sowie einen ersten Verzögerungsprozessor 300.
Der Kathodengasströmungsraten-Sollwertrechner 210 berechnet einen Strömungsratensollwert Qt des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel 100 zugeführt werden soll, basierend auf der erforderlichen Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 (auch als „erforderliche FC-Ausgangsleistung” bezeichnet), der Temperatur Ta1 und der Feuchtigkeit H1 in dem Brennstoffzellenstapel 100, sowie der Umgebungstemperatur Ta2. Der Strömungsratenwert Qt des Kathodengases erhöht sich beispielsweise mit einer Erhöhung der erforderlichen FC-Ausgangsleistung. Eine Beziehung des Strömungsratensollwert Qt des Kathodengases zu der erforderlichen FC-Ausgangsleistung, der Temperatur Ta1 und der Feuchtigkeit H1 in dem Brennstoffzellenstapel 100 und der Umgebungstemperatur Ta2 kann experimentell oder auf andere Weise im Voraus bestimmt werden, und kann in Form eines Kennfelds gespeichert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Strömungsratensollwert Qt des Kathodengases auch nur basierend auf der erforderlichen FC-Ausgangsleistung bestimmt werden, ohne die Temperatur Ta1 und die Feuchtigkeit H1 in dem Brennstoffzellenstapel 100 sowie die Umgebungstemperatur Ta2 zu berücksichtigen.
Der Kathodengasdruck-Sollwertrechner 220 berechnet einen Sollwert Pt des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110 (d. h., den Druck des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel 100 zugeführt werden soll) basierend auf der erforderlichen FC-Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 100, der Temperatur Ta1 und der Feuchtigkeit H1 in dem Brennstoffzellenstapel 100, sowie der Umgebungstemperatur Ta2. Eine Beziehung des Drucksollwerts Pt des Kathodengasströmungsweges 110 zu der erforderlichen FC-Ausgangsleistung, der Temperatur Ta1 und der Feuchtigkeit H1 in dem Brennstoffzellenstapel 100, sowie der Umgebungstemperatur Ta2 kann experimentell oder auf andere Weise im Voraus bestimmt werden, und kann in Form eines Kennfelds gespeichert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Drucksollwert Pt des Kathodengasströmungswegs 110 auch nur basierend auf der erforderlichen Ausgangsleistung berechnet werden, ohne die Temperatur Ta1 und die Feuchtigkeit H1 in dem Brennstoffzellenstapel 100, sowie die Umgebungstemperatur Ta2 zu berücksichtigen.
Der CP-Drehmoment-Sollwertrechner 230 berechnet einen Verdichter-Drehmomentsollwert Ttar (auch als „CP-Drehmomentsollwert Ttar” oder vereinfacht als „Drehmomentsollwert Ttar” bezeichnet) unter Verwendung des Strömungsratensollwerts Qt des Kathodengases und des Drucksollwerts Pt des Kathodengasströmungsweges 110. Der CP-Drehmomentsollwert Ttar kann anhand des Strömungsratensollwerts Qt des Kathodengases und des Drucksollwerts Pt des Kathodengasströmungsweges 110 entsprechend der in 3 gezeigten Beziehung berechnet werden. Die Beziehung zwischen der Kombination der Strömungsrate Q des Kathodengases und dem Druckverhältnis R des Verdichters 115 und der Kombination der Öffnungsposition des Druckregelventils 125 und dem Drehmoment des Verdichters 115, wie sie in 3 gezeigt ist, kann im Voraus beispielsweise in Form eines Kennfelds, einer Funktion oder einer Nachschlagetabelle in einem nicht flüchtigen Speicher des Controllers 200 gespeichert werden.
Der CP-Drehmoment-FB-Wert-Rechner 240 berechnet einen Verdichter-Drehmoment-Rückkopplungswert Tfb (auch als „CP-Drehmoment-FB-Wert Tfb” bezeichnet oder vereinfacht als „Drehmoment-FB-Wert Tfb” bezeichnet”) anhand einer Differenz ΔQ (= Qt – Q1: „Differenz” wird auch als „Abweichung” bezeichnet) zwischen dem Strömungsratensollwert Qt und einem Strömungsratenmesswert Q1 des Kathodengases. Wenn der Strömungsratenmesswert Q1 des Kathodengases höher ist als der Strömungsratensollwert Qt des Kathodengases, nimmt der CP-Drehmoment-FB-Wert Tfb einen negativen Wert an. Wenn der Strömungsratenmesswert Q1 des Kathodengases niedriger ist als der Strömungsratensollwert Qt des Kathodengases, nimmt der CP-Drehmoment-FB-Wert Tfb hingegen einen positiven Wert an.
Zum Berechnen des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb kann beispielsweise eine PID-Operation oder ein PI-Operation herangezogen werden. Im Fall der PID-Operation kann der CP-Drehmoment-FB-Wert Tfb beispielweise entsprechend einer nachstehenden Gleichung (1) berechnet werden: Tfb = Kp × ΔQ + Ki∫ t / 0ΔQdt + Kd dΔQ / dt (1)
Wobei Kp, Ki und Kd Koeffizienten bezeichnen. Kd kann gleich null sein (dieser Fall entspricht der PI-Operation), wobei es bevorzugt ist, dass Kp und Ki nicht gleich null sind. Bei der vorstehenden Gleichung (1) umfasst die rechte Seite nicht den CP-Drehmomentsollwert Ttar, sondern umfasst lediglich Terme im Zusammenhang mit der Differenz ΔQ der Strömungsrate. Dementsprechend nähert sich, wenn sich die Differenz ΔQ null annähert, auch der CP-Drehmoment-FB-Wert Tfb ebenfalls null an.
Der erste Addierer 250 addiert den CP-Drehmomentsollwert Ttar mit dem CP-Drehmoment-FB-Wert Tfb, um einen Verdichter-Drehmomentbefehlswert Tc (auch als „CP-Drehmomentbefehlswert Tc” bezeichnet) zu berechnen.
Der Druckregelventil-Öffnungsposition-Sollwertrechner 260 berechnet einen Öffnungsposition-Sollwert Vtar des Druckregelventils 125 unter Verwendung des Strömungsratensollwert Qt des Kathodengases und des Drucksollwerts Pt des Kathodengasströmungsweges 110. Der Öffnungsposition-Sollwert Vtar kann anhand des Strömungsratensollwerts Qt des Kathodengases und des Drucksollwerts Pt des Kathodengasströmungsweges 110 entsprechend der in 3 gezeigten Beziehung berechnet werden.
Der Druckregelventil-Öffnungsposition-FB-Wert-Rechner 270 berechnet einen Öffnungsposition-Rückkopplungswert Vfb (auch als „Öffnungsposition-FB-Wert Vfb” bezeichnet) des Druckregelventils 125 anhand einer Differenz P1 des Kathodengasströmungsweges 110. Wie im Fall der Berechnung des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb, kann eine PID-Operation oder PI-Operation zur Berechnung des Öffnungsposition-FB-Werts Vfb herangezogen werden. Wenn der Druckmesswert P1 des Kathodengasströmungsweges 110 höher ist als der Drucksollwert Pt des Kathodengasströmungsweges 110, nimmt der Öffnungsposition-FB-Wert Vfb einen positiven Wert an (um die Öffnungsposition des Druckregelventils 125 zu vergrößern, und damit den Druck des Kathodengasströmungsweges 110 zu verringern). Wenn der Druckmesswert P1 des Kathodengasströmungsweges 110 niedriger ist als der Drucksollwert Pt des Kathodengasströmungsweges 110, nimmt der Öffnungsposition-FB-Wert Vfb hingegen einen negativen Wert an (um die Öffnungsposition des Druckregelventils 125 zu verkleinern, und dadurch den Druck des Kathodengasströmungsweges 110 zu erhöhen).
Der erste Verzögerungsprozessor 300 verzögert den Öffnungsposition-FB-Wert Vfb um einen vorbestimmten Verzögerungsbetrag, um einen verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert Vfbd (auch als „verzögerter Öffnungsposition-FB-Wert Vfbd” bezeichnet) zu erzeugen, und sendet den verzögerten Öffnungsposition-FB-Wert Vfbd an den zweiten Addierer 290. Als erster Verzögerungsprozessor 300 kann ein Prozessor verwendet werden, der so konfiguriert ist, dass er zumindest einen von einem Verzögerungsprozess erster Ordnung oder einem Verzögerungsprozess zweiter Ordnung und einem Totzeit-Verzögerungsprozess durchführt. Der Verzögerungsprozess erster Ordnung bezeichnet einen Prozess des Erzeugens des verzögerten Öffnungsposition-FB-Werts Vfbd durch eine erste Ableitung des Öffnungsposition-FB-Werts Vfb. Der Verzögerungsprozess zweiter Ordnung bezeichnet einen Prozess des Erzeugens des verzögerten Öffnungsposition-FB-Werts Vfbd durch eine erste Ableitung und zweite Ableitung des Öffnungsposition-FB-Werts Vfb. Der Totzeit-Verzögerungsprozess bezeichnet einen Prozess des Bereitstellens einer einfachen Verzögerung um eine vorbestimmte Zeitdauer. Die Verzögerungszeit bei dem Totzeit-Verzögerungsprozess kann ein fester Wert sein oder kann sich mit einer Erhöhung eines Änderungsbetrags des CP-Drehmoment-Befehlswerts Tc erhöhen. Der Verzögerungsprozess erster Ordnung oder der Verzögerungsprozess zweiter Ordnung kann in Kombination mit dem Totzeit-Verzögerungsprozess verwendet werden. Der zweite Addierer 290 addiert den Öffnungsposition-Sollwert Vtar mit dem verzögerten Öffnungsposition-FB-Wert Vfbd, um einen Druckregelventil-Öffnungsposition-Befehlswert Vc zu berechnen.
Wie im Abschnitt HINTERGRUND beschrieben worden ist, ist es wahrscheinlich, dass bei dem Brennstoffzellensystem 10 mit dem Verdichter 115 und dem Druckregelventil 125, das die Rückkopplungssteuerung des Verdichters 115 und die Rückkopplungssteuerung des Druckregelventils 125 gleichzeitig durchführt, ein Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110 verursacht. Die erste Ausführungsform berechnet den Druckregelventil-Öffnungsposition-Befehlswert Vc entsprechend durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts Vtar mit dem verzögerten Öffnungsposition-FB-Wert Vfdb. Folglich wird die Rückkopplung der Öffnungsposition des Druckregelventils 125 mit Verzögerung zu der Rückkopplung des Drehmoments des Verdichters 115 durchgeführt. Dadurch wird das Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110 unterdrückt.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers 202 gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Der Unterschied zu dem Controller 200 der ersten Ausführungsform besteht darin, dass der Controller 202 einen Verzögerungsprozessor 302 umfasst. Der Verzögerungsprozessor 302 umfasst einen ersten Verzögerungsprozessor 300 und einen zweiten Verzögerungsprozessor 320. Der erste Verzögerungsprozessor 300 der zweiten Ausführungsform ähnelt dem ersten Verzögerungsprozessor 300 der ersten Ausführungsform. Der zweite Verzögerungsprozessor 320 kann einen Drehmomentrückkopplung-Absolutwertrechner 322 (auch als „Drehmoment-FB-Absolutwertrechner 322” bezeichnet), eine Drehmomentbestimmungseinheit 324 sowie eine Druckregelventil-Öffnungsposition-Rückkopplungswertauswahleinheit 326 (auch als „Druckregelventil-Öffnungsposition-FB-Wert-Auswahleinheit 326” bezeichnet umfassen. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
Der Drehmoment-FB-Absolutwertrechner 322 berechnet einen Absolutwert |Tfb| des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb. Der CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb kann einen positiven Wert oder einen negativen Wert annehmen, so dass dessen Absolutwert |Tfb| in geeigneter Weise dazu verwendet wird, die Rückkopplungsgröße anzuzeigen. Die Drehmomentbestimmungseinheit 324 beurteilt, ob der Absolutwert |Tfb| des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert Tth und gibt eine Auswahlflag F1 aus. Die Druckregelventil-Öffnungsposition-FB-Wert-Auswahleinheit 326 wählt basierend auf der Auswahlflag F1 entweder den Öffnungsposition-FB-Wert Vfb oder null aus und gibt das Auswahlergebnis an den ersten Verzögerungsprozessor 300 aus. Der zweite Verzögerungsprozessor 320 gibt insbesondere den Öffnungsposition-FB-Wert Vfb des ersten Verzögerungsprozessors 300 aus, wenn |Tfb| ≤ Tth, während er null an den ersten Verzögerungsprozessor 300 ausgibt, wenn |Tfb| > Tth. Die Beziehung von |Tfb| > Tth kann erfüllt werden, nachdem zumindest einer des CP-Drehmomentsollwerts Ttar und des Öffnungsposition-Sollwerts Vtar geändert wird. Dementsprechend ersetzt der zweite Verzögerungsprozessor 320 den Öffnungsposition-FB-Wert Vfb für eine Zeitdauer von einer Änderung von zumindest einem des CP-Drehmomentsollwerts Ttar oder des Öffnungsposition-Sollwerts Vtar durch null, um zu erfüllen, dass der Absolutwert |Tfb| des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert Tth. Folglich wird die Rückkopplungssteuerung der Öffnungsposition des Druckregelventils 125 nicht gestartet, bis der Absolutwert |Tfb| des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert Tth. Es erfordert einige Zeit, bis der Absolutwert |Tfb| des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert Tth. Daher wird die Rückkopplung der Öffnung des Druckregelventils 125 im Vergleich zu der Rückkopplung bei der ersten Ausführungsform weiter verzögert.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, startet die zweite Ausführungsform die Rückkopplungssteuerung der Öffnungsposition des Druckregelventils 125 für eine Zeitdauer von einer Änderung von zumindest des CP-Drehmomentsollwerts Ttar oder des Öffnungsposition-Sollwerts Vtar bis zur Erfüllen der Beurteilungsbedingung, dass der Absolutwert |Tfb| des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert Tt, nicht. Folglich unterdrückt diese Konfiguration das Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110 weiter.
Dritte Ausführungsform
6 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers 203 gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Der Controller 203 der dritten Ausführungsform umfasst einen Verzögerungsprozessor 303, der den ersten Verzögerungsprozessor 300 des Controllers 202 der zweiten Ausführungsform weglässt. Es erfordert einige Zeit, bis der Absolutwert |Tfb| des CP-Drehmoment-FB-Werts Tfb ausreichend klein wird. Die Rückkopplung der Öffnungsposition des Druckregelventils 125 wird daher selbst bei der Konfiguration ohne den ersten Verzögerungsprozessor 300 mit einer Verzögerung zu der Rückkopplung des Drehmoments des Verdichters 115 durchgeführt. Folglich unterdrückt diese Konfiguration das Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110.
Vierte Ausführungsform
7 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers 204 gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. Der Unterschied zu dem Controller 200 der ersten Ausführungsform besteht darin, dass der Controller 204 einen Verzögerungsprozessor 304 umfasst. Der Verzögerungsprozessor 304 umfasst einen ersten Verzögerungsprozessor 300 und einen zweiten Verzögerungsprozessor 340. Der erste Verzögerungsprozessor 300 der vierten Ausführungsform ähnelt dem ersten Verzögerungsprozessor 300 der ersten Ausführungsform. Der zweite Verzögerungsprozessor 340 kann eine Kathodengasströmungsraten-Stabilisierungsbestimmungseinheit 342 sowie eine Druckregelventil-Öffnungsposition-Rückkopplungswert-Auswahleinheit 344 (auch als „Druckregelventil-Öffnungsposition-FB-Wert-Auswahleinheit 344” bezeichnet) umfassen. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
Die Kathodengasströmungsraten-Stabilisierungsbestimmungseinheit 342 beurteilt, ob die Strömungsrate des Kathodengases stabilisiert ist und gibt eine Auswahlflag F2 aus. Die Beurteilung, ob die Strömungsrate des Kathodengases stabilisiert ist, kann von einer Beurteilung abhängen, ob eine der untenstehenden Beurteilungsbedingungen (a1) bis (a3) erfüllt wird:

(a1) Bedingung, dass ein Absolutwert einer Differenz zwischen einem Strömungsratenmesswert Q1 und einem Strömungsraten-Sollwert Qt des Kathodengases gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert Qth;
(a2) Bedingung, dass ein Absolutwert eines Änderungsbetrags ΔQ1/dt des Strömungsratenmesswerts Q1 des Kathodengases pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert dQth; und
(a3) Bedingung, dass der Absolutwert der Differenz zwischen dem Strömungsratenmesswert Q1 und dem Strömungsraten-Sollwert Qt des Kathodengases gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert Qth und dass der Absolutwert des Änderungsbetrags ΔQ1/dt des Strömungsratenmesswerts Q1 des Kathodengases pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert dQth.

Die Strömungsrate des Kathodengases ist am besten stabilisiert, wenn die Beurteilungsbedingung (a3) erfüllt wird. Daher ist es bevorzugt, diese Beurteilungsbedingung (a3) für eine derartige Beurteilung zu verwenden.
Der Druckregelventil-Öffnungsposition-FB-Wert-Auswahleinheit 344 gibt den Öffnungsposition-FB-Wert Vfb bei Erfüllen der Beurteilungsbedingung, dass die Strömungsrate des Kathodengases stabilisiert ist, an den ersten Verzögerungsprozessor 300, während sie bei Nicht-Erfüllen der Beurteilungsbedingung null an den ersten Verzögerungsprozessor 300 ausgibt. Das heißt, der zweite Verzögerungsprozessor 340 ersetzt den Öffnungsposition-FB-Wert Vfb für eine Zeitdauer von einer Änderung von zumindest einem des CP-Drehmomentsollwerts Ttar und des Öffnungsposition-Sollwerts Vtar zum Erfüllen einer im Voraus unter den vorstehenden Beurteilungsbedingungen (a1) bis (a3) ausgewählten Beurteilungsbedingung durch null. Es erfordert einige Zeit, bis die Strömungsrate des Kathodengases stabilisiert ist. Die Rückkopplung der Öffnung des Druckregelventils 125 wird daher im Vergleich zu der Rückkopplung bei der ersten Ausführungsform weiter verzögert. Folglich kann diese Konfiguration das Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110 weiter unterdrücken.
Anstelle der vorstehenden Beurteilungsbedingungen (a1) bis (a3) kann eine der nachstehenden Beurteilungsbedingungen (b1) bis (b3) verwendet werden:

(b1) Bedingung, dass ein Absolutwert einer Differenz zwischen einem Druckmesswert P1 und einem Drucksollwert Pt des Kathodengases gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert Pth;
(b2) Bedingung, dass ein Absolutwert eines Änderungsbetrags ΔP1/dt des Druckmesswerts P1 des Kathodengases pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert dPth; und
(b3) Bedingung, dass der Absolutwert der Differenz zwischen dem Druckmesswert P1 und dem Drucksollwert Pt des Kathodengases gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert Pth und dass der Absolutwert des Änderungsbetrags ΔP1/dt des Druckmesswerts P1 des Kathodengases pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als der vorbestimmte Referenzwert dPth.

Diese Beurteilungsbedingungen (b1) bis (b3) entsprechend der Beurteilungsbedingung, dass der Druck des Kathodengases stabilisiert ist. Wenn diese Beurteilungsbedingungen (b1) bis (b3) verwendet werden, wird die Kathodengasströmungsraten-Stabilisierungsbestimmungseinheit 342 durch eine Kathodengasdruck-Stabilisierungsbestimmungseinheit (nicht gezeigt) ersetzt.
Wie in dem Fall, in dem die vorstehenden Beurteilungsbedingungen (a1) bis (a3) verwendet werden, wird die Rückkopplung der Öffnungsposition des Druckregelventils 125 in dem Fall, in dem diese Beurteilungsbedingungen (b1) bis (b3) verwendet werden, ebenfalls verzögert. Dementsprechend unterdrückt diese Konfiguration das Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110.
Die Kathodengasströmungsraten-Stabilisierungsbestimmungseinheit 342 oder die Kathodengasdruck-Stabilisierungsbestimmungseinheit können den Prozess des Ersetzens des Öffnungsposition-FB-Werts Vfb durch null erneut durchführen, wenn die Beurteilungsbedingung nach Erfüllen nicht mehr erfüllt wird. Diese Konfiguration unterdrückt das Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110 auf effektivere Weise.
Fünfte Ausführungsform
8 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Controllers 205 gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt. Der Controller 205 der fünften Ausführungsform umfasst einen Verzögerungsprozessor 305, der den ersten Verzögerungsprozessor 300 des Controllers 204 der vierten Ausführungsform weglässt. Es erfordert einige Zeit, bis die Strömungsrate des Kathodengases stabilisiert ist. Die Rückkopplung der Öffnungsposition des Druckregelventils 125 wird selbst bei der Konfiguration ohne den ersten Verzögerungsprozessor 300 daher mit Verzögerung zu der Rückkopplung des Drehmoments des Verdichters 115 durchgeführt. Folglich kann diese Konfiguration das Pendeln der Strömungsrate des Kathodengases und des Drucks des Kathodengasströmungsweges 110 unterdrücken. Das gleiche trifft auf eine Konfiguration zu, bei der die Kathodengasströmungsraten-Stabilisierungsbestimmungseinheit 342 durch die Kathodengasdruck-Stabilisierungsbestimmungseinheit ersetzt wird.
Modifikation
Es kann eine beliebige andere Beurteilungsbedingung als die vorstehend bei der zweiten bis vierten Ausführungsform beschriebenen als Beurteilungsbedingung des zweiten Verzögerungsprozessors 320 oder 340 (gezeigt in den 5 bis 7) verwendet werden. Der zweite Verzögerungsprozessor kann daher so konfiguriert sein, dass er den Öffnungsposition-FB-Wert Vfb für eine Zeitdauer von einer Änderung von zumindest einem des Drehmomentsollwerts Ttar des Verdichters 115 oder des Öffnungsposition-Sollwerts Vtar des Druckregelventils 125 zum Erfüllen eine vorbestimmten Beurteilungsbedingung durch null ersetzt. Diese Beurteilungsbedingung unterscheidet sich bevorzugt von einer Bedingung, dass eine vorbestimmte feste Zeit abgelaufen ist (d. h., einer Bedingung entsprechend der Totzeitverzögerung).
Vorangehend sind einige Aspekte der Offenlegung mit Bezugnahme auf einige Ausführungsformen beschrieben worden. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich dem leichteren Verständnis der Offenlegung und sollen die Offenlegung in keiner Weise beschränken. Die Offenlegung kann verändert, modifiziert und abgewandelt werden, sofern nicht vom Schutzumfang der Offenlegung abgewichen wird, und schließt Äquivalente hiervon ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016-42206 A [0001]
WO 2014/148164 A [0003, 0004]

Claims

Brennstoffzellensystem, welches aufweist: einen Brennstoffzellenstapel; einen Verdichter, der so konfiguriert ist, dass er dem Brennstoffzellenstapel über einen Kathodengasströmungsweg ein Kathodengas zuführt; ein Druckregelventil, das so konfiguriert ist, dass es einen Druck des Kathodengasströmungsweges regelt; einen Durchflussmesser, der so konfiguriert ist, dass er eine Strömungsrate des Kathodengases misst, das dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden soll; einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er den Druck des Kathodenströmungsweges misst; und einen Controller, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er: (i) einen Drehmomentsollwert eines Verdichters und einen Öffnungsposition-Sollwert eines Druckregelventils anhand eines Strömungsratensollwerts des Kathodengases und eines Drucksollwerts des Kathodengasströmungsweges berechnet, wobei der Strömungsratensollwert des Kathodengases und der Drucksollwert entsprechend einer erforderlichen Ausgangsleistung ds Brennstoffzellenstapels bestimmt werden; (ii) einen Drehmomentrückkopplungswert des Verdichters anhand einer Differenz zwischen einem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases berechnet, und den Verdichter unter Verwendung eines durch Addieren des Drehmomentsollwerts und des Drehmomentrückkopplungswerts erhaltenen Drehmomentbefehlswert steuert; und (iii) einen Öffnungsposition-Rückkopplungswert des Druckregelventils anhand einer Differenz zwischen einem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodengasströmungsweges berechnet, und eine Öffnungsposition des Druckregelventils unter Verwendung eines Öffnungsposition-Befehlswerts steuert, der durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils mit einem verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert erhalten wird, welcher durch Verzögern des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts erhalten wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Controller einen Verzögerungsprozessor aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den Öffnungsposition-Rückkopplungswert verzögert, und der Verzögerungsprozessor zumindest einen der folgenden umfasst: einen ersten Verzögerungsprozessor, der so konfiguriert ist, dass er zumindest eine von einer Verzögerung erster Ordnung, einer Verzögerung zweiter Ordnung, und/oder einer Totzeit-Verzögerung durchführt; und/oder einen zweiten Verzögerungsprozessor, der so konfiguriert ist, dass er den Öffnungsposition-Rückkopplungswert für eine Zeitdauer von einer Änderung von zumindest einem des Drehmomentsollwerts und/oder des Öffnungsposition-Sollwerts bis zum Erfüllen einer vorbestimmten Beurteilungsbedingung durch null ersetzt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Controller den zweiten Verzögerungsprozessor aufweist, und die Beurteilungsbedingung eine solche ist, dass ein Absolutwert des Drehmomentrückkopplungswerts gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Controller den zweiten Verzögerungsprozessor aufweist, und die Beurteilungsbedingung zumindest eine von einer Bedingung umfasst, dass ein Absolutwert der Differenz zwischen dem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert und/oder einer Bedingung, dass ein Absolutwert des Änderungsbetrags des Strömungsratenmesswerts des Kathodengases pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Controller den zweiten Verzögerungsprozessor aufweist, und die Beurteilungsbedingung zumindest eine von einer Bedingung umfasst, dass ein Absolutwert der Differenz zwischen dem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodenströmungsweges gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert und/oder einer Bedingung, dass ein Absolutwert eines Änderungsbetrags des Druckmesswerts des Kathodenströmungsweges pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.
Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel; einem Verdichter, der so konfiguriert ist, dass er dem Brennstoffzellenstapel über einen Kathodengasströmungsweg ein Kathodengas zuführt; einem Druckregelventil, das so konfiguriert ist, dass es einen Druck des Kathodengasströmungsweges regelt; einem Durchflussmesser, der so konfiguriert ist, dass er eine Strömungsrate des Kathodengases misst, das dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden soll; und einem Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er den Druck des Kathodengasströmungsweges misst, wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte aufweist: (i) Berechnen eines Drehmomentsollwerts des Verdichters und eines Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils anhand eines Strömungsratensollwerts des Kathodengases und eines Drucksollwerts des Kathodengasströmungsweges, wobei der Strömungsratensollwert des Kathodengases und der Drucksollwert entsprechend einer erforderlichen Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden; (ii) Berechnen eines Drehmomentrückkopplungswerts des Verdichters anhand einer Differenz zwischen einem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases, und Steuern des Verdichters unter Verwendung eines durch Addieren des Drehmomentsollwerts und des Drehmomentrückkopplungswerts erhaltenen Drehmomentbefehlswerts; und (iii) Berechnen eines Öffnungsposition-Rückkopplungswerts des Druckregelventils anhand einer Differenz zwischen einem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodengasströmungsweges, und Steuern einer Öffnungsposition des Druckregelventils unter Verwendung eines Öffnungsposition-Befehlswerts, der durch Addieren des Öffnungsposition-Sollwerts des Druckregelventils mit einem verzögerten Öffnungsposition-Rückkopplungswert erhalten wird, welcher durch Verzögern des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts erhalten wird.
Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, wobei das Steuerverfahren die Schritte des Durchführens eines Verzögerungsprozesses des Verzögerns des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts aufweist, wobei der Verzögerungsprozess zumindest einen der folgenden aufweist: einen ersten Verzögerungsprozess des Durchführens von zumindest einer von einer Verzögerung erster Ordnung, einer Verzögerung zweiter Ordnung, und/oder einer Totzeit-Verzögerung durchführt; und/oder einen zweiten Verzögerungsprozess des Ersetzens des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts durch null für eine Zeitdauer von einer Änderung von zumindest eines des Drehmomentsollwerts und/oder des Öffnungsposition-Sollwerts bis zum Erfüllen einer vorbestimmten Beurteilungsbedingung.
Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei der Verzögerungsprozess des Verzögerns des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts der zweite Verzögerungsprozess ist, und die Beurteilungsbedingung eine solche ist, dass ein Absolutwert des Drehmomentrückkopplungswerts gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.
Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei der Verzögerungsprozess des Verzögerns des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts der zweite Verzögerungsprozess ist, und die Beurteilungsbedingung zumindest eine von einer Bedingung umfasst, dass ein Absolutwert der Differenz zwischen dem Strömungsratenmesswert und dem Strömungsratensollwert des Kathodengases gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert und/oder einer Bedingung, dass ein Absolutwert des Änderungsbetrags des Strömungsratenmesswerts des Kathodengases pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.
Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei der Verzögerungsprozess des Verzögerns des Öffnungsposition-Rückkopplungswerts der zweite Verzögerungsprozess ist, und die Beurteilungsbedingung zumindest eine von einer Bedingung umfasst, dass ein Absolutwert der Differenz zwischen dem Druckmesswert und dem Drucksollwert des Kathodenströmungsweges gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert und/oder einer Bedingung, dass ein Absolutwert eines Änderungsbetrags des Druckmesswerts des Kathodenströmungsweges pro Zeiteinheit gleich wird wie oder niedriger wird als ein vorbestimmter Referenzwert.