DE102017103517B4

DE102017103517B4 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zu dessen Steuerung

Info

Publication number: DE102017103517B4
Application number: DE102017103517.6A
Authority: DE
Inventors: Atsuo IIO; Tomio Yamanaka; Kohei Oda; Naoki Sugiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2037-02-22
Also published as: CN107180984A; JP6330835B2; US10256488B2; DE102017103517A1; US20170263960A1; JP2017162690A; CN107180984B

Abstract

Brennstoffzellensystem, umfassend:einen Brennstoffzellenstapel;einen Turbokompressor, der zum Zuführen eines Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel durch eine Kathodengaszufuhrleitung konfiguriert ist;ein Druckregulierventil, das zum Regulieren eines Drucks des Kathodengases konfiguriert ist; undeinen Controller, wobeider Controller zum Berechnen einer Zieldrehzahl des Turbokompressors und einer Zielöffnungsposition des Druckregulierventils basierend auf einer Zieldurchflussrate des Kathodengases und einem Zieldruck des Kathodengases, welche gemäß einer erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden, und zum Steuern des Turbokompressors und des Druckregulierventils unter Verwendung der berechneten Zieldrehzahl und der berechneten Zielöffnungsposition konfiguriert ist, undder Controller konfiguriert ist, um bei Erhöhung der erforderlichen Leistungsausgabe:(a) einen akzeptablen Überschießgrad einer Durchflussrate des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, zu bestimmen, wobei der akzeptable Überschießgrad aus einer Mehrzahl von Graden basierend auf mindestens einem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe ausgewählt ist; und(b) eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition des Druckregulierventils derart einzustellen, dass ein Überschießbetrag bei einer Veränderung der Durchflussrate des Kathodengases mit niedriger werdendem akzeptablen Überschießgrad geringer wird, und eine Steuerung des Druckregulierventils durchzuführen.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zu dessen Steuerung.
Verwandter Stand der Technik
Die JP 2004-355 890A beschreibt ein Brennstoffzellensystem, das zum Einstellen einer Zufuhrmenge eines Kathodengases, welches einem Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, unter Verwendung einer Drehzahl eines Kompressors und einer Öffnungsposition eines Druckregulierventils des Kathodengases konfiguriert ist. Um ein Überschießen („Overshoot“) der Durchflussrate des Kathodengases zu unterbinden, berechnet dieses Brennstoffzellensystem einen Ansprechkorrekturbetrag der Drehzahl des Kompressors und stellt die Zufuhrmenge des Kathodengases ein.
Wenn jedoch der verwendete Kompressor ein Kompressor vom Turbo-Typ ist, dann verändert sich mit einer Veränderung des Drucks die Durchflussrate selbst bei einer festen Drehzahl signifikant. Somit ist es wahrscheinlich, dass es selbst der Ansprechkorrektur der Drehzahl des Kompressors nicht gelingen wird, die Durchflussrate effektiv einzustellen, und dass ein übermäßiges Überschießen der Durchflussrate des Kathodengases vorgesehen wird.
KURZFASSUNG
Zur Lösung zumindest eines Teils der oben beschriebenen Probleme ist die Offenbarung durch nachstehend beschriebene Aspekte implementierbar.
(1) Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem umfasst: einen Brennstoffzellenstapel; einen Turbokompressor, der zum Zuführen eines Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel durch eine Kathodengaszufuhrleitung konfiguriert ist; ein Druckregulierventil, das zum Regulieren eines Drucks des Kathodengases konfiguriert ist; und einen Controller, wobei der Controller zum Berechnen einer Zieldrehzahl des Turbokompressors und einer Zielöffnungsposition des Druckregulierventils basierend auf einer Zieldurchflussrate des Kathodengases und einem Zieldruck des Kathodengases, welche gemäß einer erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden, und zum Steuern des Turbokompressors und des Druckregulierventils unter Verwendung der berechneten Zieldrehzahl und der berechneten Zielöffnungsposition konfiguriert ist, und der Controller konfiguriert ist, um bei Erhöhung der erforderlichen Leistungsausgabe: (a) einen akzeptablen Überschießgrad einer Durchflussrate des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, zu bestimmen, wobei der akzeptable Überschießgrad aus einer Mehrzahl von Graden basierend auf mindestens einem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe ausgewählt ist; und (b) eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition des Druckregulierventils derart einzustellen, dass ein Überschießbetrag bei einer Veränderung der Durchflussrate des Kathodengases mit niedriger werdendem akzeptablen Überschießgrad geringer wird, und eine Steuerung des Druckregulierventils durchzuführen.
Im Allgemeinen ändert sich im Fall eines Turbokompressors die Durchflussrate mit einer Veränderung des Drucks selbst bei einer festen Drehzahl signifikant. Wenn die erforderliche Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels erhöht wird, dann wird das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts (a) einen akzeptablen Überschießgrad einer Durchflussrate des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, bestimmen, wobei der akzeptable Überschießgrad aus einer Mehrzahl von Graden basierend auf mindestens einem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe ausgewählt ist; und (b) eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition des Druckregulierventils derart einstellen, dass ein Überschießbetrag bei einer Veränderung der Durchflussrate des Kathodengases mit niedriger werdendem akzeptablen Überschießgrad geringer wird, und eine Steuerung des Druckregulierventils durchführen. Diese Konfiguration unterbindet ein übermäßiges Überschießen der Durchflussrate des Kathodengases.
(2) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt; wobei in (b) der Controller konfiguriert sein kann, um: (i) wenn der akzeptable Überschießgrad ein höchster Grad aus der Mehrzahl von Graden ist, die Öffnungsposition des Druckregulierventils für einen vorbestimmten Zeitraum auf einer größeren Öffnungsposition als der Zielöffnungsposition zu halten, anschließend die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf die Zielöffnungsposition zu verkleinern und die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf der Zielöffnungsposition zu halten; und (ii) wenn der akzeptable Überschießgrad ein niedrigster Grad aus der Mehrzahl von Graden ist, die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf eine kleine Öffnungsposition, die kleiner ist als die Zielöffnungsposition, zu verkleinern, die Öffnungsposition des Druckregulierventils für einen vorbestimmten Zeitraum auf der kleinen Öffnungsposition zu halten, anschließend die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf die Zielöffnungsposition zu vergrößern und die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf der Zielöffnungsposition zu halten.
Wenn der höchste Grad als der akzeptable Überschießgrad bestimmt wird, dann hält das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts die Öffnungsposition des Druckregulierventils für den vorbestimmten Zeitraum auf der größeren Öffnungsposition als der Zielöffnungsposition, verkleinert anschließend die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf die Zielöffnungsposition und hält die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf der Zielöffnungsposition. Diese Konfiguration erhöht die Zufuhrrate des Kathodengases und erhöht dadurch rasch den Betrag der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel. Wenn andererseits der niedrigste Grad als der akzeptable Überschießgrad bestimmt wird, dann verkleinert das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf die kleine Öffnungsposition, die kleiner ist als die Zielöffnungsposition, hält die Öffnungsposition des Druckregulierventils für einen vorbestimmten Zeitraum auf der kleinen Öffnungsposition, vergrößert anschließend die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf die Zielöffnungsposition und hält die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf der Zielöffnungsposition. Diese Konfiguration beschleunigt einen Druckanstieg des Kathodengases inmitten einer vorübergehenden Veränderung der Durchflussrate des Kathodengases und unterbindet dadurch ein Überschießen der Durchflussrate des Kathodengases.
(3) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt; wobei die größere Öffnungsposition als die Zielöffnungsposition in (i) eine Zwischenöffnungsposition sein kann, die kleiner ist als eine Öffnungsposition vor einem Beginn der Steuerung des Druckregulierventils in (b) und größer sein kann als die Zielöffnungsposition.
Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts hält die Öffnungsposition des Druckregulierventils für den vorbestimmten Zeitraum in (i) auf der Zwischenöffnungsposition, die kleiner ist als die Öffnungsposition vor dem Beginn der Steuerung des Druckregulierventils und größer als die Zielöffnungsposition. Diese Konfiguration unterbindet ein übermäßiges Überschießen selbst dann, wenn der höchste Grad als der akzeptable Überschießgrad bestimmt wird.
(4) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt, das ferner umfassen kann: einen Impedanzsensor, der zum Messen einer Impedanz des Brennstoffzellenstapels konfiguriert ist, wobei, wenn die von dem Impedanzsensor erhaltene Impedanz höher ist als ein vorbestimmter Wert, der Controller den akzeptablen Überschießgrad auf den niedrigsten Grad einstellt.
Wenn die Impedanz höher ist als ein vorbestimmter Wert, dann wird bestimmt, dass sich der Brennstoffzellenstapel im trockenen Zustand befindet. Wenn die Impedanz höher ist als der vorbestimmte Wert, dann stellt das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ungeachtet des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe den niedrigsten Grad als den akzeptablen Überschießgrad ein. Dies vermindert den Überschießbetrag und unterbindet ein übermäßiges Austrocknen des Brennstoffzellenstapels.
(5) Brennstoffzellensystem nach dem obigen Aspekt, das ferner umfassen kann: einen Temperatursensor, der zum Messen einer Temperatur von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel konfiguriert ist, wobei, wenn die Temperatur von Kühlwasser höher ist als ein vorbestimmter Wert, der Controller den akzeptablen Überschießgrad auf den niedrigsten Grad einstellt.
Wenn die Temperatur von Kühlwasser höher ist als ein vorbestimmter Wert, dann wird bestimmt, dass der Brennstoffzellenstapel wahrscheinlich austrocknen wird. Wenn die Temperatur von Kühlwasser höher ist als der vorbestimmte Wert, dann stellt das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ungeachtet des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe den niedrigsten Grad als den akzeptablen Überschießgrad ein. Dies vermindert den Überschießbetrag und unterbindet ein übermäßiges Austrocknen des Brennstoffzellenstapels.
Die Offenbarung kann durch irgendeinen aus verschiedenen anderen Aspekten als dem Brennstoffzellensystem implementiert werden, zum Beispiel durch einen bewegten Körper mit dem daran montierten Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Steuerung des Brennstoffzellensystems.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Kathodengassystem in einem Brennstoffzellensystem schematisch veranschaulicht.
2 ist ein Graph, der eine Relation zwischen einem Druckverhältnis des Turbokompressors und einer Durchflussrate des Kathodengases zeigt.
3 ist ein Graph, der ein Beispiel für eine Veränderung des Drucks des Kathodengases über einer Durchflussrate des Kathodengases von einem gegenwärtigen Arbeitspunkt zu einem Zielarbeitspunkt des Turbokompressors zeigt.
4 ist ein Steuerungsflussdiagramm gemäß dieser Ausführungsform.
5 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl des Turbokompressors, der Öffnungsposition des Druckregulierventils und der Durchflussrate des Kathodengases in der ersten Steuerung zeigt.
6 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl des Turbokompressors, der Öffnungsposition des Druckregulierventils und der Durchflussrate des Kathodengases in der zweiten Steuerung zeigt.
7 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl des Turbokompressors, der Öffnungsposition des Druckregulierventils und der Durchflussrate des Kathodengases in der dritten Steuerung zeigt.
8 ist eine Tabelle, die das Ansprechen der Durchflussrate des Kathodengases, das Ansprechen des Drucks des Kathodengases und die Überschießbeträge des Kathodengases in Bezug auf die erste Steuerung, die zweite Steuerung und die dritte Steuerung zusammenfasst.
9 ist ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen der Bewegungsbahn des Öffnungspunktes in Bezug auf die erste Steuerung und der Bewegungsbahn des Öffnungspunktes in Bezug auf die dritte Steuerung veranschaulicht.
10 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl des Turbokompressors, der Öffnungsposition des Druckregulierventils und der Durchflussrate des Kathodengases in einer zweiten Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
* Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das ein Kathodengassystem in einem Brennstoffzellensystem 10 schematisch veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem 10 ist an einem bewegten Körper, wie etwa einem Fahrzeug, montiert. Das Brennstoffzellensystem 10 kann einen Brennstoffzellenstapel 100, eine Kathodengaszufuhrleitung 110, eine Kathodenabgasleitung 120, einen Kompressor 115 vom Turbo-Typ (nachstehend als „Turbokompressor 115“ bezeichnet), ein Druckregulierventil 125, einen Durchflussmesser 130, einen Drucksensor 135, einen Temperatursensor 140 und einen Impedanzsensor 145 für den Brennstoffzellenstapel 100, einen Umgebungstemperatursensor 150 und einen Controller 200 beinhalten. Der Turbokompressor 115 ist in der Kathodengaszufuhrleitung 110 vorgesehen und ist zum Zuführen der Luft als ein Kathodengas durch die Kathodengaszufuhrleitung 110 zu dem Brennstoffzellenstapel 100 konfiguriert. Das Druckregulierventil 125 ist in der Kathodenabgasleitung 120 vorgesehen und ist zum Regulieren des Drucks des Kathodengases in dem Brennstoffzellenstapel 100 konfiguriert. Der Durchflussmesser 130 ist zum Messen der Durchflussrate Q1 des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel 100 zuzuführen ist, konfiguriert. Der Drucksensor 135 ist zum Messen des Drucks P1 des Kathodengases auf einer Auslassseite des Turbokompressors 115 (d.h. auf einer Einlassseite des Brennstoffzellenstapels 100) konfiguriert. Der Temperatursensor 140 ist zum Messen der Temperatur Ta1 von Kühlwasser für den Brennstoffzellenstapel 100 konfiguriert. Dieser Temperatursensor 140 kann beispielsweise auf einer Auslassseite des Brennstoffzellenstapels 100 in einer Kühlwasserleitung (nicht gezeigt) des Brennstoffzellenstapels 100 platziert sein. Diese Temperatur Ta1 von Kühlwasser ist im Wesentlichen gleich der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 100. Der Impedanzsensor 145 ist zum Messen der Impedanz Z1 des Brennstoffzellenstapels 100 konfiguriert. Die Impedanz Z1 und die Temperatur Ta1 von Kühlwasser werden verwendet, um festzustellen, ob sich der Brennstoffzellenstapel 100 im trockenen Zustand oder im feuchten Zustand befindet. Der Umgebungstemperatursensor 150 ist zum Messen der Umgebungstemperatur Ta2 konfiguriert.
Der Controller 200 berechnet basierend auf dem Zustand des bewegten Körpers (zum Beispiel der Geschwindigkeit) und dem Bedienvorgang des Fahrers einen erforderlichen Wert elektrischer Leistung (erforderliche Leistungsausgabe), die durch den Brennstoffzellenstapel 100 zu erzeugen ist. Der Controller 200 steuert die Betriebsvorgänge des Turbokompressors 115 und des Druckregulierventils 125 basierend auf der erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100. Diese Steuerung wird später im Detail beschrieben.
2 ist ein Graph, der eine Relation zwischen dem Druckverhältnis R des Turbokompressors 115 (d.h. Druck an einem Auslass des Turbokompressors 115 / Druck an einem Einlass des Turbokompressors 115) und der Durchflussrate Q des Kathodengases zeigt. Der Turbokompressor 115 besitzt je nach der Größe des Druckverhältnisses R einen variierenden Wert ΔQ1/ΔR1 und stellt unterschiedliche Durchflussraten des Kathodengases bei unterschiedlichen Druckverhältnissen bereit, selbst wenn die Drehzahl des Turbokompressors 115 fest ist. Mit anderen Worten wird die Durchflussrate des Kathodengases nicht einfach durch Bestimmen der Drehzahl des Turbokompressors 115 bestimmt, sondern wird durch die Kombination aus der Drehzahl des Turbokompressors 115 und der Öffnungsposition des Druckregulierventils 125 bestimmt. Wenn in dem Graphen von 2 der Druck am Einlass des Turbokompressors 115 der Atmosphärendruck ist (etwa 1 atm, dies entspricht etwa 1013,25 hPa), dann ist der Wert des in der Einheit [atm] ausgedrückten Druckverhältnisses R etwa gleich dem Wert des Drucks am Auslass des Turbokompressors 115. Im Allgemeinen ist der Druck an einem Einlass eines Kompressors der Atmosphärendruck. In dem Graphen der 2 kann die Ordinatenachse anstelle des Druckverhältnisses ein in der Einheit [atm] ausgedrückter Druck sein.
3 ist ein Graph, der ein Beispiel für eine Veränderung des Drucks P des Kathodengases über der Durchflussrate Q des Kathodengases von einem gegenwärtigen Arbeitspunkt (Q0, P0) zu einem Zielarbeitspunkt (Qt, Pt) des Turbokompressors 115 zeigt. 3 entspricht dem Graphen von 2 mit dem Druck P als der Ordinatenachse, wenn der Druck am Einlass des Turbokompressors 115 1013,25 hPa (1 atm) beträgt.
Im Idealzustand verändert sich die Durchflussraten-Druck-Relation linear vom gegenwärtigen Arbeitspunkt (Q0, P0) zum Zielarbeitspunkt (Qt, Pt). Im tatsächlichen Zustand jedoch verändert sich die Relation wie nachstehend beschrieben vom gegenwärtigen Arbeitspunkt (Q0, P0) zum Zielarbeitspunkt (Qt, Pt):

(1) Der Controller 200 verkleinert die Öffnungsposition des Druckregulierventils 125 und erhöht die Drehzahl des Turbokompressors 115, um die Durchflussrate des Kathodengases zu erhöhen. Dies resultiert in einer Erhöhung sowohl des Drucks P des Kathodengases als auch der Durchflussrate Q des Kathodengases. In diesem Zustand übersteigt die Durchflussrate des Kathodengases geringfügig eine Zieldurchflussrate und verfällt in einen Überschießzustand.
(2) Der Druck des Kathodengases wird dann aufgestaut, so dass er sich erhöht, und die Durchflussrate nimmt ausgehend vom Überschießzustand ab. Die Durchflussraten-Druck-Relation erreicht dann schließlich den Zielarbeitspunkt (Qt, Pt).

Wenn, wie oben beschrieben, der Controller 200 die Durchflussrate des Kathodengases erhöht, dann erhöht der tatsächliche Vorgang einmal die Durchflussrate Q des Kathodengases auf den Überschießzustand und veranlasst dann die Durchflussrate Q des Kathodengases und den Druck P des Kathodengases, den Zielarbeitspunkt (Qt, Pt) zu erreichen. Ein signifikant großer Überschießbetrag der Durchflussrate des Kathodengases trocknet die Kathode des Brennstoffzellenstapels 100 wahrscheinlich zu stark aus. Demgemäß ist ein geringer Überschießbetrag generell wünschenswert. Als Reaktion auf eine bestimmte Veränderung der erforderlichen Leistungsausgabe kann jedoch selbst dann ein Bedarf an einer raschen Zufuhr des Kathodengases und einer raschen Erhöhung des Betrags der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 bestehen, wenn die Durchflussrate des Kathodengases einen hohen Überschießbetrag aufweisen darf. Der Controller 200 bestimmt dementsprechend einen akzeptablen Überschießgrad der Durchflussrate des Kathodengases gemäß dem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 10 und steuert die Öffnungsposition des Druckregulierventils 125 basierend auf dem bestimmten akzeptablen Überschießgrad.
4 ist ein Steuerungsflussdiagramm gemäß dieser Ausführungsform. In Schritt S100 berechnet der Controller 200 eine erforderliche Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100 basierend auf der Geschwindigkeit des bewegten Körpers, dem Niederdrückbetrag eines Gaspedals und dem Niederdrückbetrag eines Bremspedals (relevante Sensoren sind nicht gezeigt).
In Schritt S110 berechnet der Controller 200 eine Durchflussrate des dem Brennstoffzellenstapel 100 zuzuführenden Kathodengases (Zieldurchflussrate Qt) und einen Druck des Kathodengases in dem Brennstoffzellenstapel 100 (Zieldruck Pt) basierend auf der berechneten erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100, der Temperatur Ta1 von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel 100 und der Umgebungstemperatur Ta2. Eine Erhöhung der erforderlichen Leistungsausgabe erhöht die Zieldurchflussrate Qt des Kathodengases. Die Relation der Kombination aus der erforderlichen Leistungsausgabe, der Temperatur Ta1 von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel 100 und der Umgebungstemperatur Ta2 zu der Zieldurchflussrate Qt und dem Zieldruck Pt des Kathodengases kann vorab experimentell oder dergleichen bestimmt und in Form eines Kennfelds gespeichert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Zieldurchflussrate Qt und der Zieldruck Pt des Kathodengases lediglich auf Grundlage der erforderlichen Leistungsausgabe ohne Verwendung der Temperatur Ta1 von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel 100 und der Umgebungstemperatur Ta2 bestimmt werden.
In Schritt S120 berechnet der Controller 200 eine Zieldrehzahl Nt des Turbokompressors 115 und eine Zielöffnungsposition Vt des Druckregulierventils 125 gemäß der Relation von 2 basierend auf der berechneten Zieldurchflussrate Qt des Kathodengases und dem berechneten Zieldruck Pt des Kathodengases. Die Relation der in 2 gezeigten Kombination aus der Durchflussrate Q des Kathodengases und dem Druckverhältnis R des Turbokompressors 115 zu der Kombination aus der Öffnungsposition des Druckregulierventils 125 und der Drehzahl des Turbokompressors 115 kann vorab in Form beispielsweise eines Kennfelds, einer Funktion oder einer Nachschlagetabelle in einem nichtflüchtigen Speicher des Controllers 200 gespeichert werden.
In Schritt S130 bestimmt der Controller 200 aus einer Mehrzahl von Graden einen akzeptablen Überschießgrad des Kathodengases gemäß dem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100. Wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, übersteigt die Durchflussrate Q des Kathodengases geringfügig die Zieldurchflussrate Qt, wenn der Controller 200 die Drehzahl des Turbokompressors 115 erhöht, um die Durchflussrate Q des Kathodengases zu erhöhen. Ein über die Zieldurchflussrate Qt hinausgehender Betrag (= Q-Qt) ist ein Überschießbetrag. Der Controller 200 bestimmt den akzeptablen Überschießgrad, der den Grad eines akzeptablen Überschießbetrags kennzeichnet. Eine Mehrzahl von Graden kann vorab als der akzeptable Überschießgrad eingestellt werden. Gemäß dieser Ausführungsform werden drei Grade als der akzeptable Überschießgrad verwendet. Der größere akzeptable Überschießbetrag liefert den höheren akzeptablen Überschießgrad. Im Allgemeinen liefert ein großer Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100 einen hohen akzeptablen Überschießgrad, und ein geringer Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe liefert einen niedrigen akzeptablen Überschießgrad. Dementsprechend nimmt der akzeptable Überschießgrad mit einer Erhöhung des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe zu. Dies ist auf den folgenden Grund zurückzuführen. Der große Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe erfordert im Allgemeinen eine rasche Ausgabe eines hohen elektrischen Stroms aus dem Brennstoffzellenstapel 100. Dementsprechend besteht im Allgemeinen ein Bedarf an einer raschen Erhöhung des Betrags der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100, während die Durchflussrate Q des Kathodengases einen großen Überschießbetrag aufweisen darf.
Wenn sich der Brennstoffzellenstapel 100 jedoch im trockenen Zustand befindet, dann ist es wünschenswert, dass der Controller 200 ungeachtet des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe den niedrigen akzeptablen Überschießgrad einstellt. Dies ist auf den folgenden Grund zurückzuführen. Ein zu starkes Überschießen der Durchflussrate Q des Kathodengases im trockenen Zustand des Brennstoffzellenstapels 100 erhöht wahrscheinlich den Trockenheitsgrad des Brennstoffzellenstapels 100 noch weiter und führt zu Schwierigkeiten bei der Leistungserzeugung. Der Controller 200 kann basierend auf der Impedanz Z1 des Brennstoffzellenstapels 100 bestimmen, ob sich der Brennstoffzellenstapel 100 im trockenen Zustand befindet (dem trockenen Zustand oder dem feuchten Zustand des Brennstoffzellenstapels). Wenn die Impedanz Z1 höher ist als ein vorbestimmter Wert, dann bestimmt der Controller 200, dass sich der Brennstoffzellenstapel 100 im trockenen Zustand befindet, und stellt ungeachtet des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe vorzugsweise den niedrigen akzeptablen Überschießgrad ein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Controller 200 auf Grundlage der Temperatur Ta1 von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel 100 anstelle der Impedanz Z1 bestimmen, ob sich der Brennstoffzellenstapel 100 im trockenen Zustand befindet. In dieser letzteren Ausführungsform bestimmt der Controller 200, wenn die Temperatur Ta1 von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel 100 höher ist als ein vorbestimmter Wert, dass der Brennstoffzellenstapel 100 wahrscheinlich austrocknen wird, und stellt ungeachtet des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe vorzugsweise den niedrigen akzeptablen Überschießgrad ein.
In Schritt S140 verzweigt der Controller 200 den Verarbeitungsablauf gemäß dem akzeptablen Überschießgrad wie folgt:

(i) Durchführen einer ersten Steuerung (Schritt S150), wenn der akzeptable Überschießgrad ein mittlerer Grad ist;
(ii) Durchführen einer zweiten Steuerung (Schritt S160), wenn der akzeptable Überschießgrad ein hoher Grad ist; und
(iii) Durchführen einer dritten Steuerung (Schritt S170), wenn der akzeptable Überschießgrad ein niedriger Grad ist.

5 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl N des Turbokompressors 115, der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 und der Durchflussrate Q des Kathodengases in der ersten Steuerung zeigt. In der ersten Steuerung erhöht der Controller 200 die Drehzahl N des Turbokompressors 115 auf die Zieldrehzahl Nt, während er eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart einstellt, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 aus einer Öffnungsposition Vo vor einem Beginn der ersten Steuerung auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinert und anschließend die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der Zielöffnungsposition Vt gehalten wird. Dies stellt einen mittleren Überschießbetrag der Durchflussrate Q des Kathodengases bereit. Wenn die Öffnungsposition des Druckregulierventils 125 verändert werden soll, ist es zu bevorzugen, die Öffnungsposition mit einer festen Rate zu verändern (dasselbe gilt für 6 und 7).
6 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl N des Turbokompressors 115, der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 und der Durchflussrate Q des Kathodengases in der zweiten Steuerung zeigt. In der zweiten Steuerung erhöht der Controller 200 die Drehzahl N des Turbokompressors 115 auf die Zieldrehzahl Nt, während er eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart einstellt, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 aus einer Öffnungsposition Vo vor einem Beginn der zweiten Steuerung auf eine Zwischenöffnungsposition Vtw verkleinert wird, welche größer ist als die Zielöffnungsposition Vt, die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 für einen vorbestimmten Zeitraum auf der Zwischenöffnungsposition Vtw gehalten wird, anschließend die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinert wird und die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der Zielöffnungsposition Vt gehalten wird. In diesem Fall wird die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 für den vorbestimmten Zeitraum auf der Zwischenöffnungsposition Vtw gehalten. Dies stellt einen größeren Überschießbetrag der Durchflussrate Q des Kathodengases als den (in 5 gezeigten) Überschießbetrag in der ersten Steuerung bereit. Der Zeitraum, in dem die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der Zwischenöffnungsposition Vtw zu halten ist, kann ein Zeitraum sein, der entsprechend dem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100 und dem Veränderungsbetrag der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 bestimmt wird. Wenn die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 anschließend auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinert wird, dann nimmt die Durchflussrate Q des Kathodengases hin zu der Zieldurchflussrate Qt ab. In der zweiten Steuerung erhöht der Controller 200 die Zufuhrrate des Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel 100, während er ein großes Überschießen der Durchflussrate Q des Kathodengases akzeptiert. Diese Konfiguration erhöht rasch den Betrag der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100.
7 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl N des Turbokompressors 115, der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 und der Durchflussrate Q des Kathodengases in der dritten Steuerung zeigt. In der dritten Steuerung erhöht der Controller 200 die Drehzahl N des Turbokompressors 115 auf die Zieldrehzahl Nt, während er eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart einstellt, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 aus einer Öffnungsposition Vo vor einem Beginn der dritten Steuerung auf eine kleine Öffnungsposition Vtn, die kleiner ist als die Zielöffnungsposition Vt, verkleinert wird, die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 für einen vorbestimmten Zeitraum auf der kleinen Öffnungsposition Vtn gehalten wird, anschließend die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die Zielöffnungsposition Vt vergrößert und die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der Zielöffnungsposition Vt gehalten wird. Der Zeitraum, in dem die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der kleinen Öffnungsposition Vtn zu halten ist, kann beispielsweise ein vorab eingestellter Zeitraum sein oder kann ein Zeitraum sein, bis die gemessene Durchflussrate Q des Kathodengases eine vorbestimmte Durchflussrate (zum Beispiel die Zieldurchflussrate Qt) erreicht. In der dritten Steuerung verkleinert der Controller 200 inmitten einer vorübergehenden Veränderung der Durchflussrate Q des Kathodengases die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die kleine Öffnungsposition Vtn, die kleiner ist als die Zielöffnungsposition Vt. Diese Konfiguration beschleunigt einen Anstieg des Drucks P des Kathodengases in dem Brennstoffzellenstapel 100 und stellt einen geringen Überschießbetrag der Durchflussrate Q des Kathodengases bereit. Dies unterbindet auch ein übermäßiges Austrocknen des Brennstoffzellenstapels 100.
8 ist eine Tabelle, die das Ansprechen der Durchflussrate des Kathodengases, das Ansprechen des Drucks des Kathodengases und die Überschießbeträge des Kathodengases in Bezug auf die erste Steuerung, die zweite Steuerung und die dritte Steuerung zusammenfasst. Genauer gesagt, zeigt die Tabelle von 8 das Ansprechen der Durchflussrate des Kathodengases, das Ansprechen des Drucks des Kathodengases und die Überschießbeträge des Kathodengases in Bezug auf die zweite Steuerung und die dritte Steuerung im Vergleich zu dem Ansprechen der Durchflussrate, dem Ansprechen des Drucks und dem Überschießbetrag in Bezug auf die erste Steuerung, welche als Standards betrachtet werden. Die zweite Steuerung stellt im Vergleich zur ersten Steuerung das raschere Ansprechen der Durchflussrate des Kathodengases und den größeren Überschießbetrag des Kathodengases, doch das langsamere Ansprechen des Drucks des Kathodengases bereit. Die dritte Steuerung dagegen stellt im Vergleich zur ersten Steuerung das langsamere Ansprechen der Durchflussrate des Kathodengases, doch das raschere Ansprechen des Drucks des Kathodengases und den geringeren Überschießbetrag des Kathodengases bereit.
9 ist ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen der Bewegungsbahn des Öffnungspunktes in Bezug auf die erste Steuerung und der Bewegungsbahn des Öffnungspunktes in Bezug auf die dritte Steuerung veranschaulicht. Die erste Steuerung stellt eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart ein, dass die Zielöffnungsposition Vt auf den Befehlswert der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 eingestellt wird. Dies stellt einen langsameren Anstieg des Drucks P des Kathodengases bereit, sorgt dafür, dass ein Überschießen der Durchflussrate Q des Kathodengases wahrscheinlich ist, und stellt einen relativ großen Überschießbetrag bereit. Die Bewegungsbahn des Öffnungspunktes in Bezug auf die zweite Steuerung ist in der Darstellung weggelassen, doch stellt die zweite Steuerung einen größeren Überschießbetrag bereit als jenen der ersten Steuerung. Die dritte Steuerung stellt dagegen eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart ein, dass zuerst die kleine Öffnungsposition Vtn eingestellt wird und dann die Zielöffnungsposition Vt auf den Befehlswert der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 eingestellt wird. Dies stellt einen rascheren Anstieg des Drucks P des Kathodengases bereit, sorgt dafür, dass ein Überschießen der Durchflussrate Q des Kathodengases unwahrscheinlich ist, und stellt einen geringen Überschießbetrag bereit.
Wie oben beschrieben, bestimmt gemäß dieser Ausführungsform der Controller 200 den akzeptablen Überschießgrad der Durchflussrate Q des Kathodengases gemäß dem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100 und stellt die zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 gemäß dem bestimmten akzeptablen Überschießgrad ein. Dies erleichtert zum Beispiel eine Verbesserung des Ansprechens der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel und ein Unterbinden eines Überschießens der Durchflussrate des Kathodengases.
* Zweite Ausführungsform
10 ist ein Graph, der Veränderungen der Drehzahl N des Turbokompressors 115, der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 und der Durchflussrate Q des Kathodengases in einer zweiten Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Die zweite Ausführungsform besitzt eine ähnliche Systemkonfiguration und eine ähnliche Verarbeitungsprozedur wie jene der ersten Ausführungsform und unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich durch eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 in der zweiten Steuerung. In der zweiten Steuerung der ersten Ausführungsform (in 6 gezeigt) stellt der Controller 200 die zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart ein, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die Zwischenöffnungsposition Vtw verkleinert wird, welche kleiner als die Öffnungsposition Vo vor einem Beginn der zweiten Steuerung und größer als die Zielöffnungsposition Vt ist. In der zweiten Steuerung der zweiten Ausführungsform dagegen stellt der Controller 200 eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart ein, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 für einen vorbestimmten Zeitraum auf der Öffnungsposition Vo vor einem Beginn der zweiten Steuerung gehalten wird, anschließend die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinert wird und die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der Zielöffnungsposition Vt gehalten wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 derart eingestellt werden, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 für einen vorbestimmten Zeitraum auf einer größeren Öffnungsposition als der Öffnungsposition Vo vor einem Beginn der zweiten Steuerung gehalten wird, anschließend die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinert wird und die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der Zielöffnungsposition Vt gehalten wird. Wie aus der Beschreibung der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform deutlich hervorgeht, kann der Controller 200 in der zweiten Steuerung die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 für einen vorbestimmten Zeitraum auf einer größeren Öffnungsposition als der Zielöffnungsposition Vt halten, anschließend die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinern und die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der Zielöffnungsposition Vt halten. Diese Konfiguration beschleunigt einen Anstieg des Drucks P des Kathodengases inmitten einer vorübergehenden Veränderung der Durchflussrate des Kathodengases und unterbindet dadurch ein Überschießen der Durchflussrate des Kathodengases. Der in der (in 6 gezeigten) zweiten Steuerung der ersten Ausführungsform gezeigte Controller 200, der so eingerichtet ist, dass er die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 für einen vorbestimmten Zeitraum auf der Zwischenöffnungsposition Vtw des Druckregulierventils 125 hält, welche kleiner ist als die Öffnungsposition Vo vor dem Beginn der zweiten Steuerung und größer ist als die Zielöffnungsposition Vt, anschließend die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinert und die Öffnungsposition V auf der Zielöffnungsposition Vt hält, ist jedoch im Hinblick auf ein Unterbinden eines übermäßigen Überschießens selbst beim höchsten akzeptablen Überschießgrad zu bevorzugen.
* Modifikation 1
In der oben beschriebenen Ausführungsform bestimmt der Controller 200 den akzeptablen Überschießgrad basierend auf dem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 100 und der Impedanz Z1 oder der Temperatur Ta1 von Kühlwasser (Trockenheitsgrad). Gemäß einer Modifikation kann der akzeptable Überschießgrad basierend auf der erforderlichen Leistungsausgabe ohne Berücksichtigung der Impedanz Z1 oder der Temperatur Ta1 von Kühlwasser bestimmt werden. Gemäß einer anderen Modifikation kann der akzeptable Überschießgrad durch Berücksichtigen eines anderen Parameters (beispielsweise einem Erhöhungsbetrag der Durchflussrate des Kathodengases) zusätzlich zu der erforderlichen Leistungsausgabe und der Impedanz Z1 oder der Temperatur Ta1 von Kühlwasser bestimmt werden.
* Modifikation 2
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden drei Grade vorab als Optionen des akzeptablen Überschießgrads eingestellt. Die Anzahl von Graden ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern kann irgendeine Anzahl von nicht weniger als zwei sein. Die zeitlichen Veränderungen der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 in Bezug auf die jeweiligen Grade sind nicht auf die oben beschriebenen als die erste Steuerung bis dritte Steuerung beschränkt, sondern können verschiedene andere zeitliche Veränderungen sein, welche experimentell oder empirisch festgelegt werden. Unter der Bedingung, dass die Durchflussrate des Kathodengases vor einer Erhöhung der Durchflussrate (d.h. die Anfangsdurchflussrate) gleich der Durchflussrate des Kathodengases nach der Erhöhung der Durchflussrate (der Zieldurchflussrate) ist, sollten die zeitlichen Veränderungen der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 in Bezug auf die jeweiligen Grade derart festgelegt werden, dass sie in Bezug auf einen höheren Grad einen größeren Überschießbetrag der Durchflussrate des Kathodengases bereitstellen. Beim höchsten Grad aus der Mehrzahl von Graden wird die zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 jedoch vorzugsweise so festgelegt, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf einer größeren Öffnungsposition als der Zielöffnungsposition Vt gehalten wird und die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 anschließend auf die Zielöffnungsposition Vt verkleinert wird, gleich der oben beschriebenen zweiten Steuerung (wie in 6 oder 10 gezeigt). Beim niedrigsten Grad dagegen wird die zeitliche Veränderung der Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 vorzugsweise so festgelegt, dass die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf die kleine Öffnungsposition Vtn verkleinert wird, die Öffnungsposition V des Druckregulierventils 125 auf der kleinen Öffnungsposition Vtn gehalten wird und anschließend die Öffnungsposition V auf die Zielöffnungsposition Vt vergrößert wird, gleich der oben beschriebenen dritten Steuerung (wie in 7 gezeigt).
* Modifikation 3
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Zwischenöffnungsposition Vtw der zweiten Steuerung mit einer Erhöhung des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe vergrößert werden, und die kleine Öffnungsposition Vtn der dritten Steuerung kann mit einer Verringerung des Erhöhungsbetrags der erforderlichen Leistungsausgabe verkleinert werden.

Claims

Brennstoffzellensystem, umfassend: einen Brennstoffzellenstapel; einen Turbokompressor, der zum Zuführen eines Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel durch eine Kathodengaszufuhrleitung konfiguriert ist; ein Druckregulierventil, das zum Regulieren eines Drucks des Kathodengases konfiguriert ist; und einen Controller, wobei der Controller zum Berechnen einer Zieldrehzahl des Turbokompressors und einer Zielöffnungsposition des Druckregulierventils basierend auf einer Zieldurchflussrate des Kathodengases und einem Zieldruck des Kathodengases, welche gemäß einer erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden, und zum Steuern des Turbokompressors und des Druckregulierventils unter Verwendung der berechneten Zieldrehzahl und der berechneten Zielöffnungsposition konfiguriert ist, und der Controller konfiguriert ist, um bei Erhöhung der erforderlichen Leistungsausgabe: (a) einen akzeptablen Überschießgrad einer Durchflussrate des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, zu bestimmen, wobei der akzeptable Überschießgrad aus einer Mehrzahl von Graden basierend auf mindestens einem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe ausgewählt ist; und (b) eine zeitliche Veränderung der Öffnungsposition des Druckregulierventils derart einzustellen, dass ein Überschießbetrag bei einer Veränderung der Durchflussrate des Kathodengases mit niedriger werdendem akzeptablen Überschießgrad geringer wird, und eine Steuerung des Druckregulierventils durchzuführen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei in (b) der Controller konfiguriert ist, um: (i) wenn der akzeptable Überschießgrad ein höchster Grad aus der Mehrzahl von Graden ist, die Öffnungsposition des Druckregulierventils für einen vorbestimmten Zeitraum auf einer größeren Öffnungsposition als der Zielöffnungsposition zu halten, anschließend die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf die Zielöffnungsposition zu verkleinern und die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf der Zielöffnungsposition zu halten; und (ii) wenn der akzeptable Überschießgrad ein niedrigster Grad aus der Mehrzahl von Graden ist, die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf eine kleine Öffnungsposition, die kleiner ist als die Zielöffnungsposition, zu verkleinern, die Öffnungsposition des Druckregulierventils für einen vorbestimmten Zeitraum auf der kleinen Öffnungsposition zu halten, anschließend die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf die Zielöffnungsposition zu vergrößern und die Öffnungsposition des Druckregulierventils auf der Zielöffnungsposition zu halten.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die größere Öffnungsposition als die Zielöffnungsposition in (i) eine Zwischenöffnungsposition ist, die kleiner ist als eine Öffnungsposition vor einem Beginn der Steuerung des Druckregulierventils in (b) und größer ist als die Zielöffnungsposition.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, ferner umfassend: einen Impedanzsensor, der zum Messen einer Impedanz des Brennstoffzellenstapels konfiguriert ist, wobei wenn die von dem Impedanzsensor erhaltene Impedanz höher ist als ein vorbestimmter Wert, der Controller den akzeptablen Überschießgrad auf den niedrigsten Grad einstellt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, ferner umfassend: einen Temperatursensor, der zum Messen einer Temperatur von Kühlwasser in dem Brennstoffzellenstapel konfiguriert ist, wobei wenn die Temperatur von Kühlwasser höher ist als ein vorbestimmter Wert, der Controller den akzeptablen Überschießgrad auf den niedrigsten Grad einstellt.
Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystems, umfassend einen Brennstoffzellenstapel; einen Turbokompressor, der zum Zuführen eines Kathodengases zu dem Brennstoffzellenstapel durch eine Kathodengaszufuhrleitung konfiguriert ist; und ein Druckregulierventil, das zum Regulieren eines Drucks des Kathodengases konfiguriert ist, wobei das Steuerungsverfahren die Schritte umfasst: Berechnen einer Zieldrehzahl des Turbokompressors und einer Zielöffnungsposition des Druckregulierventils basierend auf einer Zieldurchflussrate des Kathodengases und einem Zieldruck des Kathodengases, welche gemäß einer erforderlichen Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden; und Steuern des Turbokompressors und des Druckregulierventils unter Verwendung der berechneten Zieldrehzahl und der berechneten Zielöffnungsposition; und wobei das Steuerungsverfahren bei Erhöhung der erforderlichen Leistungsausgabe die Schritte umfasst: (a) Bestimmen eines akzeptablen Überschießgrads einer Durchflussrate des Kathodengases, das dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, wobei der akzeptable Überschießgrad aus einer Mehrzahl von Graden basierend auf mindestens einem Erhöhungsbetrag der erforderlichen Leistungsausgabe ausgewählt ist; und (b) Einstellen einer zeitlichen Veränderung der Öffnungsposition des Druckregulierventils derart, dass ein Überschießbetrag bei einer Veränderung der Durchflussrate des Kathodengases mit niedriger werdendem akzeptablen Überschießgrad geringer wird, und Durchführen einer Steuerung des Druckregulierventils.