DE102017221929A1

DE102017221929A1 - Steuerverfahren und Steuersystem für Stoppmodus einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102017221929A1
Application number: DE102017221929.7A
Authority: DE
Inventors: Kyung Won Suh
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2018-10-11
Also published as: CN108695530B; US20180294498A1; KR20180114971A; CN108695530A; KR102336395B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle. Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und System zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle, die gekennzeichnet sind durch Berechnen des Verschlechterungsgrads einer Brennstoffzelle, Bestimmen einer Stoppspannung gemäß dem berechneten Verschlechterungsgrad und Steuern einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, um die bestimmte Stoppspannung zu sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren und Steuersystem für einen Stoppmodus einer Brennstoffzelle, wobei das Verfahren und System zum Verbessern einer Haltbarkeit und Funktionsfähigkeit durch Variieren einer Stoppspannung in einem Stoppmodus einer Brennstoffzelle gemäß dem Grad der Verschlechterung der Brennstoffzelle fähig sind.
Beschreibung der verwandten Technik
Die als eine verwandte Technik der vorliegenden Erfindung oben gelieferte Beschreibung dient lediglich zum Unterstützen des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und soll nicht ausgelegt werden, in der verwandten Technik enthalten zu sein, die jemandem mit Fähigkeiten in der Technik bekannt ist.
Eine Brennstoffzelle, die eine Art von Vorrichtung ist, die chemische Energie von einem Brennstoff in elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in einem Brennstoffzellenstapel umwandelt, ohne die chemische Energie durch Verbrennen des Brennstoffes in Wärme umzuwandeln, kann nicht nur zur Leistungsversorgung für die Industrie, Haushalte und Fahrzeuge, sondern auch zur Leistungsversorgung für elektrische/elektronische Produkte mit einer geringen Größe, insbesondere mobile Vorrichtungen, verwendet werden.
Wenn eine Brennstoffzelle angehalten bzw. gestoppt wird oder die erforderte Leistung ein vorbestimmter Wert oder kleiner ist, ist es erforderlich, eine Zufuhr eines reaktiven Gases zu der Brennstoffzelle abzustellen, aber die Brennstoffzelle gibt eine Leistung durch eine Reaktion der Gase aus, die in einer Reaktionsschicht verbleiben, und daher werden die Elektroden der Brennstoffzelle einem hohen Potential ausgesetzt.
Wenn jedoch eine Elektrode, insbesondere der Platin-Katalysator (Pt-Katalysator) an der Kathode, einem hohen Potential nahe einer OCV (Open Circuit Voltage; zu Deutsch: Leerlaufspannung) ausgesetzt wird, oxidiert der Katalysator, indem derselbe mit dem Sauerstoff in der zugeführten Luft oder der Feuchtigkeit in der feuchten Luft reagiert. Der oxidierte Katalysator reagiert nicht in der Brennstoffzelle und daher wird die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle verschlechtert und dies verursacht einen Ausgangsleistungsabfall der Brennstoffzelle, wenn die Brennstoffzelle mit dem Strom in diesem Fall betätigt wird, was zu einer Verringerung der Systemeffizienz führt.
Für dieses Problem wurde in der Technik eine Technologie veröffentlicht, die eine obere Grenzspannung niedriger als die OCV einstellt und eine Brennstoffzelle unter der oberen Grenzspannung in einem Stoppmodus steuert, um eine Verringerung der Leistungsfähigkeit der Elektroden bei einem hohen Potential zu verringern.
Das Einstellen einer oberen Grenzspannung reicht jedoch nicht zum Kompensieren der Verschlechterung und eine Katalysatorabtrennung wird durch die Verschlechterung verursacht, was eine permanente Verschlechterung der Leistungsfähigkeit verursacht.
Voranstehendes soll lediglich beim Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung helfen und nicht bedeuten, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Bereiches der verwandten Technik liegt, die jemandem mit Fähigkeiten in der Technik bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte in einem Bestreben, die Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und ein System zum Steuern einer Brennstoffzelle zu liefern, um eine Stoppspannung zu halten, die basierend auf dem Grad der Verschlechterung einer Elektrode bestimmt wird.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu bewältigen, ist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle geliefert, wobei das Verfahren Folgendes enthält: Berechnen eines Grads der Verschlechterung der Brennstoffzelle; Bestimmen einer Stoppspannung der Brennstoffzelle gemäß dem berechneten Grad der Verschlechterung; Bestimmen, ob die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist; und Steuern einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, um die bestimmte Stoppspannung zu sein, wenn bestimmt wird, dass die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist.
Beim Berechnen eines Verschlechterungsgrads kann der Grad der Oxidation der Brennstoffzelle unter Verwendung eines Verschlechterungsgrads eines Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle berechnet werden.
Beim Berechnen eines Verschlechterungsgrads kann der Oxidationsgrad des Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle aktualisiert und in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden.
Der Oxidationsgrad des Kathodenkatalysators kann anhand der folgenden Gleichungen beim Bestimmen eines Verschlechterungsgrads geschätzt werden. $\frac{d θ_{P t O x}}{d t} = k_{P t O x} ((1 - θ_{P t O x}) exp (\frac{α'_{α} F}{R T} η_{P t O x}) - θ_{P t O x} exp (\frac{- α'_{c} F}{R T} η_{P t O x}))$
$η_{P t O x} = Φ_{C} - Φ_{i o n} - U_{P t O x}$

θ_PtOx: Oxidationsgrad des Platin-Katalysators der Kathode (0∼1)
η_PtOx: Potentialdifferenz an Kathode
k_PtOx: Reaktionsrate für PtOx-Bildung
α’_α, α’_c: Anodischer und kathodischer Transferkoeffizient für PtOx-Bildung
U_PtOx: PtOx-Gleichgewichtspotential
ϕ_C: Gemessene Spannung der Zelle der Brennstoffzelle (Durchschnitt für eine Vielzahl von Zellen)
ϕ_ion: Potentialverlust der elektrolytischen Membran
U_PtOx: Gleichgewichtsspannung
F: Faraday-Konstante
R: Ideale Gaskonstante
T: Temperatur (K)

Beim Bestimmen einer Stoppspannung kann der berechnete Verschlechterungsgrad mit einem vorbestimmten Wert verglichen werden und eine Stoppspannung einer Vielzahl von im Voraus gespeicherten Stoppspannungen gemäß dem Vergleichsergebnis ausgewählt werden.
Beim Bestimmen einer Stoppspannung kann die Stoppspannung derart bestimmt werden, dass die Stoppspannung umso niedriger ist, je größer der berechnete Verschlechterungsgrad ist.
Beim Bestimmen einer Stoppspannung kann die Stoppspannung derart bestimmt werden, dass die Stoppspannung umso höher ist, je kleiner der berechnete Verschlechterungsgrad ist.
Beim Bestimmen, ob die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist, kann in Übereinstimmung damit, ob ein angeforderter Ausgang bzw. eine angeforderte Ausgangsleistung vorliegt, bestimmt werden, ob ein Übergang in den Stoppmodus erfolgt ist.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, ist nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle geliefert, wobei das System Folgendes enthält: eine Verschlechterungs-Berechnungseinheit, die einen Verschlechterungsgrad einer Brennstoffzelle berechnet; eine Stoppspannungs-Bestimmungseinheit, die eine Stoppspannung der Brennstoffzelle basierend auf dem Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle bestimmt, der durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit berechnet wird; eine Einheit zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus, die bestimmt, ob die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist; und eine Leistungsverteilungs-Steuereinheit, die eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle steuert, um die Stoppspannung zu sein, die durch die Einheit zum Bestimmen einer Stoppspannung bestimmt wird, wenn die Einheit zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus bestimmt, dass die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist.
Das System kann ferner eine Oxidations-Schätzeinheit enthalten, die einen Oxidationsgrad eines Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle schätzt, wobei die Verschlechterungs-Berechnungseinheit den Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle anhand des Oxidationsgrads des Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle berechnen kann, der durch die Oxidations-Schätzeinheit geschätzt wird.
Die Oxidations-Schätzeinheit kann einen nichtflüchtigen Speicher zum Aktualisieren und Speichern des Oxidationsgrads des Kathodenkatalysators enthalten.
Ferner können ein Bezugsverschlechterungsgrad und eine Vielzahl von Stoppspannungen im Voraus in der Einheit zum Bestimmen einer Stoppspannung gespeichert werden und die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit kann die Stoppspannung durch Vergleichen des Oxidationsgrads der Brennstoffzelle, der durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit berechnet wird, mit dem Bezugsverschlechterungsgrad und Auswählen einer Stoppspannung der Stoppspannungen, die im Voraus gespeichert werden, gemäß dem Vergleichsergebnis bestimmen.
Die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit kann die Stoppspannung derart bestimmen, dass die Stoppspannung umso niedriger ist, je größer der durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit berechnete Verschlechterungsgrad ist, und kann die Stoppspannung derart bestimmen, dass die Stoppspannung umso höher ist, je kleiner der berechnete Verschlechterungsgrad ist.
Nach dem Verfahren und System zum Variieren einer Stoppspannung in einem Stoppmodus einer Brennstoffzelle können die folgenden Effekte erzielt werden.
Erstens ist es möglich, einen Leistungsfähigkeitsabfall durch Verhindern einer Verschlechterung einer Brennstoffzelle zu verhindern, die während des Betriebs verursacht werden kann.
Zweitens ist es möglich, einen Effekt zum Verbessern der Haltbarkeit, der eine Möglichkeit des Verursachens eines permanenten Abfalls der Leistungsfähigkeit verringert, die aufgrund einer Abtrennung eines Platin-Katalysators (Pt-Katalysator) der Kathode von einer Elektrode bei kontinuierlicher Exposition gegenüber einer hohen Spannung nicht wiederherstellbar ist, durch Minimieren der Oxidation des Katalysators während des Betriebs zu erzielen.
Drittens wird die Effizienz des Systems durch Kompensieren der Verschlechterung während des Betriebs der Brennstoffzelle erhöht und daher ist es möglich, die Brennstoffeffizienz eines Fahrzeugs verglichen zu der verwandten Technik zu verbessern.
Viertens, da die Stoppspannung der Brennstoffzelle nur bei Bedarf selektiv gesenkt wird, ist es möglich, eine Verzögerung der Ausgangsleistung beim Beenden des Stoppmodus zu minimieren.
Figurenliste
Die oben erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen eindeutiger verständlich werden, in denen:

1 einen Ablaufplan eines Prozessablaufs einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt;
2 einen Ablaufplan zeigt, der ein Verfahren zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 eine Darstellung zeigt, die die Konfiguration eines Systems zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
4 eine Darstellung zeigt, die die Konfiguration eines Systems zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zwar wurde die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, die in den Zeichnungen gezeigt sind, aber für jemanden mit Fähigkeiten in der Technik ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen geändert und modifiziert werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen beschrieben ist.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden. Die 1 und 2 zeigen Ablaufpläne, die Verfahren zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 3 zeigt eine Darstellung, die die Konfiguration eines Systems zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
In Bezug auf 2 enthält ein Verfahren zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes: Berechnen des Verschlechterungsgrads einer Brennstoffzelle 10 (S100); Bestimmen einer Stoppspannung der Brennstoffzelle 10 gemäß einem berechneten Verschlechterungsgrad (S200); Bestimmen, ob ein Übergang in den Stoppmodus der Brennstoffzelle erfolgt ist, (S300); und Steuern einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10, um die bestimmte Stoppspannung zu sein, wenn bestimmt wird, dass ein Übergang in den Stoppmodus der Brennstoffzelle 10 erfolgt ist, (S400).
Nach dem Verfahren zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10 wird die Stoppspannung basierend auf dem berechneten Grad der Verschlechterung bestimmt, wobei, wenn der Verschlechterungsgrad groß ist, eine Kompensation der Verschlechterung gefördert wird, und wenn der Verschlechterungsgrad gering ist, die Stoppspannung derart bestimmt wird, dass eine Ausgangsverzögerung minimiert wird, wenn der Stoppmodus der Brennstoffzelle 10 beendet wird. Folglich ist es möglich, sowohl die Effizienz eines Systems zu erhöhen, als auch die Ausgangsverzögerung zu minimieren.
In Bezug auf 3 enthält ein System zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes: eine Verschlechterungs-Berechnungseinheit 20, die den Verschlechterungsgrad einer Brennstoffzelle 10 berechnet; eine Stoppspannungs-Bestimmungseinheit 30, die eine Stoppspannung der Brennstoffzelle basierend auf dem Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle 10 bestimmt, der durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit 20 berechnet wird; eine Einheit 40 zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus, die bestimmt, ob die Brennstoffzelle 10 in den Stoppmodus übergegangen ist; und eine Leistungsverteilungs-Steuereinheit 50, die eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 steuert, um die Stoppspannung zu sein, die durch die Einheit 30 zum Bestimmen einer Stoppspannung bestimmt wird, wenn die Einheit zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus bestimmt, dass die Brennstoffzelle 10 in den Stoppmodus übergegangen ist.
Ferner kann das Verfahren zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das in 2 gezeigt ist, durch das System zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10, das in 3 gezeigt ist, durchgeführt werden.
Folglich ist in Bezug auf die 2 und 3 das Berechnen des Verschlechterungsgrads einer Brennstoffzelle (S100) ein Schritt, in dem die Einheit 20 zum Berechnen einer Verschlechterung den Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle 10 berechnet.
Eine Oxidations-Schätzeinheit 60 schätzt den Oxidationsgrad von Platin (Pt), das ein Kathodenkatalysator der Brennstoffzelle 10 ist, und es ist möglich, den Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle 10 anhand des Oxidationsgrads des Katalysators zu berechnen, der durch die Verschlechterungs-Schätzeinheit 60 geschätzt wird. Der Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle 10 kann durch Skalieren des Oxidationsgrads des Kathodenkatalysators erhalten werden oder von einer Gleichung erhalten werden, die den Oxidationsgrad des Kathodenkatalysators als Variable einsetzt.
Der Oxidationsgrad des Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle 10, der durch die Oxidations-Schätzeinheit 60 geschätzt wird, kann aktualisiert und in einem nichtflüchtigen Speicher 61 gespeichert werden, um den neusten Oxidationsgrad-Wert zu speichern.
Beim Berechnen des Grads der Verschlechterung kann der Oxidationsgrad des Kathodenkatalysators aus der folgenden Gleichung erhalten werden. In der folgenden Gleichung kann die Faraday-Konstante 96485 sein, die ideale Gaskonstante 8,314 sein, und k_PtOx, α’ _α, α' _c und U_PtOx, die Eigenschaften basierend auf dem Material und der Konfiguration einer Elektrode sind, können anhand von Testergebnissen am Material oder anderen Dokumenten berechnet werden. Ferner kann ein Potentialverlust der Membran durch Multiplizieren des Stroms einer Brennstoffzelle 10 mit einem im Voraus bestimmten, berechneten oder geschätzten Membranwiderstand erhalten werden. $\frac{d θ_{P t O x}}{d t} = k_{P t O x} ((1 - θ_{P t O x}) exp (\frac{α'_{α} F}{R T} η_{P t O x}) - θ_{P t O x} exp (\frac{- α'_{c} F}{R T} η_{P t O x}))$
$η_{P t O x} = Φ_{C} - Φ_{i o n} - U_{P t O x}$

θ_PtOx: Oxidationsgrad des Platin-Katalysators der Kathode (0∼1)
η_PtOx: Potentialdifferenz an Kathode
k_PtOx: Reaktionsrate für PtOx-Bildung
α' _α, α' _c: Anodischer und kathodischer Transferkoeffizient für PtOx-Bildung
U_PtOx: PtOx-Gleichgewichtspotential
ϕ_C: Gemessene Spannung der Zelle der Brennstoffzelle (Durchschnitt für eine Vielzahl von Zellen)
ϕ_ion: Potentialverlust der elektrolytischen Membran
U_PtOx: Gleichgewichtsspannung
F: Faraday-Konstante
R: Ideale Gaskonstante
T: Temperatur (K)

Die obigen Gleichungen können eindeutiger durch Bezugnahme auf die Thesen erhalten werden, die oben in ‚Nicht-Patentdokumenten‘ beschrieben sind.
Ferner wird ein zuvor berechneter Wert erfordert, um den Oxidationsgrad des Elektrodenkatalysators zu berechnen. Der zuvor berechnete Wert wird verwendet, wenn die Brennstoffzelle 10 in Betrieb ist, und kann anhand der in dem nichtflüchtigen Speicher 61 gespeicherten Werte berechnet werden, wenn kein zuvor berechneter Wert vorhanden ist, beispielsweise unmittelbar nachdem die Brennstoffzelle 10 betätigt wird.
Wenn die Brennstoffzelle 10 anfangs betätigt wird, wird detailliert ein neuer Oxidationsgrad des Elektrodenkatalysators unter der Annahme, dass die Spannung der Brennstoffzelle 10 für eine Stoppzeit 0 [V] ist, durch Auslesen des Oxidationsgrads des Elektrodenkatalysators, der in dem nichtflüchtigen Speicher 61 gespeichert ist, und Messen der Stoppzeit vom Anhalten bis zum Starten der Brennstoffzelle 10 berechnet.
Das Bestimmen einer Stoppspannung gemäß dem Verschlechterungsgrad (S200) kann die Stoppspannung durch Vergleichen des Oxidationsgrads, der durch die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit 30 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Wert und Auswählen einer Stoppspannung einer Vielzahl von im Voraus gespeicherten Stoppspannungen gemäß dem Vergleichsergebnis bestimmen.
Ein Bezugsverschlechterungsgrad und eine Vielzahl von Stoppspannungen werden im Voraus in der Stoppspannungs-Bestimmungseinheit 30 gespeichert und die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit 30 kann die Stoppspannung durch Vergleichen des Oxidationsgrads der Brennstoffzelle 10, der durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit berechnet wird, mit dem Bezugsverschlechterungsgrad und Auswählen einer Stoppspannung der im Voraus gespeicherten Stoppspannungen gemäß dem Vergleichsergebnis bestimmen.
Beispielsweise kann der berechnete Verschlechterungsgrad mit einem vorbestimmten Wert verglichen werden (S210), die Stoppspannung als V1 bestimmt werden (S222), wenn der Verschlechterungsgrad größer als der vorbestimmte Wert ist, und die Stoppspannung als V2 bestimmt werden (S221), wenn der Verschlechterungsgrad gleich dem vorbestimmten Wert oder kleiner als derselbe ist. V2 wird größer als V1 eingestellt.
Durch Bestimmen der Stoppspannung derart, dass die Stoppspannung umso geringer ist, je größer der berechnete Verschlechterungsgrad ist, ist es möglich, die Verschlechterung schnell zu kompensieren.
Durch Bestimmen der Stoppspannung derart, dass die Stoppspannung umso größer ist, je kleiner der berechnete Verschlechterungsgrad ist, ist es hingegen möglich, eine Verzögerung der Kompensierung der Ausgangsleistung zu minimieren, wenn der Stoppmodus der Brennstoffzelle 10 beendet wird.
Das Bestimmen, ob ein Übergang in einen Stoppmodus der Brennstoffzelle 10 erfolgt ist, (S300) kann durch die Einheit 40 zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus durchgeführt werden.
Abhängig davon, ob eine angeforderte Ausgangsleistung vorliegt, ist es möglich, zu bestimmen, ob die Brennstoffzelle 10 in den Stoppmodus übergegangen ist. Wenn die angeforderte Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 10 0 ist (S300), besteht keine Notwendigkeit, die Brennstoffzelle 10 länger zu betätigen, und daher erfolgt ein Übergang in den Stoppmodus, aber wenn die angeforderte Ausgangsleistung nicht 0 ist, kann der Prozess zum Bestimmen des Verschlechterungsgrads (S100) zurückkehren.
Wenn die Brennstoffzelle 10 in den Stoppmodus übergegangen ist, wird der Betrieb der Brennstoffzelle 10 beendet und das Steuern einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10, um die bestimmte Stoppspannung zu sein, (S400) kann durch die Leistungsverteilungs-Steuereinheit 50 durchgeführt werden.
Die Leistungsverteilungs-Steuereinheit 50 kann die Brennstoffzelle 10 und einen DC-DC-Wandler (nicht gezeigt) steuern, der zwischen einem Antriebsmotor 51, Elektrogeräten 52 und einer Hochspannungsbatterie 53 vorhanden ist.
Wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 höher als die Stoppspannung bei beendetem Betrieb der Brennstoffzelle 10 ist, wird detailliert der DC-DC-Wandler (nicht gezeigt) gesteuert, um die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 auf der bestimmten Stoppspannung zu halten, und zwar durch Verteilen von Leistung an die Elektrogeräte 52 oder die Hochspannungsbatterie 53.
In Bezug auf 4 enthält ein System zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle 10 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes: eine Verschlechterungs-Berechnungseinheit 20, die den Verschlechterungsgrad einer Brennstoffzelle 10 berechnet; eine Stoppspannungs-Bestimmungseinheit 30, die eine Stoppspannung der Brennstoffzelle 10 basierend auf dem durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit 20 berechneten Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle 10 bestimmt; eine Einheit 40 zum Bestimmen eines Übergangs in einen Stoppmodus, die bestimmt, ob die Brennstoffzelle 10 in den Stoppmodus übergegangen ist; und eine Leistungsversteilungs-Steuereinheit 50, die eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 steuert, um die Stoppspannung zu sein, die durch die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit 30 bestimmt wird, wenn die Einheit zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus bestimmt, dass die Brennstoffzelle 10 in den Stoppmodus übergegangen ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 10 nicht direkt mit der Leistungsverteilungs-Steuereinheit 50 verbunden.
Zwar wurde eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben, aber jemand mit Fähigkeiten in der Technik wird einsehen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Bereich und Wesen der Erfindung abzuweichen, die in den beiliegenden Ansprüchen offenbart sind.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Berechnen eines Verschlechterungsgrads der Brennstoffzelle; Bestimmen einer Stoppspannung der Brennstoffzelle gemäß dem berechneten Verschlechterungsgrad; Bestimmen, ob die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist; und Steuern einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, um die bestimmte Stoppspannung zu sein, wenn bestimmt wird, dass die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Berechnen eines Verschlechterungsgrads der Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle unter Verwendung eines Oxidationsgrads eines Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei beim Berechnen eines Verschlechterungsgrads der Oxidationsgrad des Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle aktualisiert und in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Oxidationsgrad des Kathodenkatalysators anhand der folgenden Gleichungen beim bestimmen eines Verschlechterungsgrads geschätzt wird: $\frac{d θ_{P t O x}}{d t} = k_{P t O x} ((1 - θ_{P t O x}) exp (\frac{α'_{α} F}{R T} η_{P t O x}) - θ_{P t O x} exp (\frac{- α'_{c} F}{R T} η_{P t O x}))$
$η_{P t O x} = Φ_{C} - Φ_{i o n} - U_{P t O x}$
θ_PtOx: Oxidationsgrad des Platin-Katalysators der Kathode (0∼1) η_PtOx: Potentialdifferenz an Kathode k_PtOx: Reaktionsrate für PtOx-Bildung α’ _α, α’ _c: Anodischer und kathodischer Transferkoeffizient für PtOx-Bildung U_PtOx: PtOx-Gleichgewichtspotential ϕ_C: Gemessene Spannung der Zelle der Brennstoffzelle (Durchschnitt für eine Vielzahl von Zellen) ϕ_ion: Potentialverlust der elektrolytischen Membran U_PtOx: Gleichgewichtsspannung F: Faraday-Konstante R: Ideale Gaskonstante T: Temperatur (K)
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Bestimmen einer Stoppspannung der berechnete Verschlechterungsgrad mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird und eine Stoppspannung einer Vielzahl von im Voraus gespeicherten Stoppspannungen gemäß dem Vergleichsergebnis ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Bestimmen einer Stoppspannung die Stoppspannung derart bestimmt wird, dass die Stoppspannung umso niedriger ist, je größer der berechnete Verschlechterungsgrad ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Bestimmen einer Stoppspannung die Stoppspannung derart bestimmt wird, dass die Stoppspannung umso höher ist, je kleiner der berechnete Verschlechterungsgrad ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Bestimmen, ob die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist, in Übereinstimmung damit, ob eine angeforderte Ausgangsleistung vorliegt, bestimmt wird, ob ein Übergang in den Stoppmodus erfolgt ist.
System zum Steuern eines Stoppmodus einer Brennstoffzelle, aufweisend: eine Verschlechterungs-Berechnungseinheit, die einen Verschlechterungsgrad einer Brennstoffzelle berechnet; eine Stoppspannungs-Bestimmungseinheit, die eine Stoppspannung der Brennstoffzelle basierend auf dem durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit berechneten Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle bestimmt; eine Einheit zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus, die bestimmt, ob die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist; und eine Leistungsverteilungs-Steuereinheit, die eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle steuert, um die Stoppspannung zu sein, die durch die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit bestimmt wird, wenn die Einheit zum Bestimmen eines Übergangs in den Stoppmodus bestimmt, dass die Brennstoffzelle in den Stoppmodus übergegangen ist.
System nach Anspruch 9, ferner mit einer Oxidations-Schätzeinheit, die einen Oxidationsgrad eines Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle schätzt, wobei die Verschlechterungs-Berechnungseinheit den Verschlechterungsgrad der Brennstoffzelle anhand des Oxidationsgrads des Kathodenkatalysators der Brennstoffzelle berechnet, der durch die Oxidations-Schätzeinheit geschätzt wird.
System nach Anspruch 10, wobei die Oxidations-Schätzeinheit einen nichtflüchtigen Speicher zum Aktualisieren und Speichern des Oxidationsgrads des Kathodenkatalysators enthält.
System nach Anspruch 9, wobei ein Bezugsverschlechterungsgrad und eine Vielzahl von Stoppspannungen im Voraus in der Stoppspannungs-Bestimmungseinheit gespeichert werden und die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit die Stoppspannung durch Vergleichen des Oxidationsgrads der Brennstoffzelle, der durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit berechnet wird, mit dem Bezugsverschlechterungsgrad und Auswählen einer Stoppspannung der im Voraus gespeicherten Stoppspannungen gemäß dem Vergleichsergebnis bestimmt.
System nach Anspruch 9, wobei die Stoppspannungs-Bestimmungseinheit die Stoppspannung derart bestimmt, dass die Stoppspannung umso niedriger ist, je größer der durch die Verschlechterungs-Berechnungseinheit berechnete Verschlechterungsgrad ist, und die Stoppspannung derart bestimmt, dass die Stoppspannung umso höher ist, je kleiner der berechnete Verschlechterungsgrad ist.