DE102019100012A1

DE102019100012A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102019100012A1
Application number: DE102019100012.2A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Kumei; Norihiko Haraikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US10756360B2; US20190229351A1

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem weist Folgendes auf: Einen Brennstoffzellenstapel, der Folgendes aufweist: Einen gestapelten Körper, in dem Einheitszellen gestapelt sind, wobei die Einheitszellen erste und zweite Einheitszellen aufweisen, die erste Einheitszelle sich an einem ersten Ende des gestapelten Körpers befindet, sich die zweite Einheitszelle an einem zweiten Ende des gestapelten Körpers befindet, sich die erste Einheitszelle über der zweiten Einheitszelle in der Schwerkraftrichtung befindet; eine Reaktionsgasströmungsbahn, die in dem gestapelten Körper ausgebildet ist; und eine Kühlwasserströmungsbahn, die in dem gestapelten Körper ausgebildet ist und sich von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende erstreckt und sich erneut zu dem ersten Ende hin erstreckt; eine Pumpe, die Kühlwasser zu der Kühlwasserströmungsbahn zuführt; eine Zuführvorrichtung, die Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn zuführt; und eine Steuervorrichtung, die gestaltet ist, um Folgendes aufzuweisen: Einen Blasenerfassungsabschnitt, der gestaltet ist, um eine Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn zu erfassen; und einen Ursachenbestimmungsabschnitt, der gestaltet ist, um zu bestimmen, ob die Ansammlung von Blasen durch ein Leck des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht ist oder nicht, wenn der Blasenerfassungsabschnitt die Ansammlung von Blasen erfasst.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
HINTERGRUND
Ein Brennstoffzellenstapel weist einen gestapelten Körper bzw. Stapelkörper mit Einheitszellen auf, die gestapelt sind. Der gestapelte Körper ist mit Reaktionsgasströmungsbahnen, durch die Reaktionsgase strömen, und einer Kühlwasserströmungsbahn versehen, durch die Kühlwasser fließt. Wenn sich Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn sammeln, wird die Kühleffizienz des Brennstoffzellenstapels abgesenkt, was eine Stromerzeugungseffizienz bzw. Leistungserzeugungseffizienz von diesem verschlechtern kann. Zum Lösen dieses Problems werden in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2014-86156 die Blasen von der Kühlwasserströmungsbahn durch ein Ändern der Drehzahl der Pumpe abgegeben, die Kühlwasser zu der Kühlwasserströmungsbahn zuführt.
Wie vorangehend beschrieben ist, wenn sich die Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn sammeln, ist es bevorzugt, eine angemessene Handlung in Abhängigkeit von einer Ursache der Ansammlung der Blasen vorzunehmen. Konventionellerweise wurde jedoch die Ursache nicht bestimmt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu bieten, das eine Ursache einer Ansammlung von Blasen in einer Kühlwasserströmungsbahn eines Brennstoffzellenstapels bestimmt.
Die vorangehende Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem erreicht, das Folgendes aufweist: einen Brennstoffzellenstapel, der Folgendes aufweist: Einen gestapelten Körper, in dem Einheitszellen gestapelt sind, wobei die Einheitszellen erste und zweite Einheitszellen aufweisen, wobei die erste Einheitszelle sich an einem ersten Ende des gestapelten Körpers befindet, wobei sich die zweite Einheitszelle an einem zweiten Ende des gestapelten Körpers befindet, wobei die erste Einheitszelle sich über der zweiten Einheitszelle in einer Schwerkraftrichtung befindet; eine Reaktionsgasströmungsbahn, die in dem gestapelten Körper ausgebildet ist; und eine Kühlwasserströmungsbahn, die in dem gestapelten Körper ausgebildet ist und sich von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende erstreckt und sich erneut zu dem zweiten Ende erstreckt; eine Pumpe, die Kühlwasser zu der Kühlwasserströmungsbahn zuführt; eine Zuführvorrichtung bzw. Versorgungsvorrichtung, die ein Reaktantengas bzw. Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn zuführt; und eine Steuervorrichtung, die gestaltet ist, um Folgendes aufzuweisen: Einen Blasenerfassungsabschnitt, der gestaltet ist, um eine Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn zu erfassen; und einen Ursachenbestimmungsabschnitt, der gestaltet ist, um zu bestimmen, ob die Ansammlung der Blasen durch eine Leckage des Reaktionsgases von der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht wird oder nicht, wenn der Blasenerfassungsabschnitt die Ansammlung von Blasen erfasst.
Das Brennstoffzellensystem kann eine Entfernungsvorrichtung aufweisen, die gestaltet ist, um angesammelte Blasen aus der Kühlwasserströmungsbahn zu entfernen, wenn es bestimmt ist, dass die Ansammlung von Blasen nicht durch die Leckage des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht ist.
Die Entfernungsvorrichtung kann die Pumpe aufweisen, die Blasen von der Kühlwasserströmungsbahn abgibt durch ein Erhöhen und Verringern einer Drehzahl der Pumpe.
Das Brennstoffzellensystem kann eine Warnvorrichtung aufweisen, die gestaltet ist, um eine Warnung auszugeben, wenn es bestimmt ist, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht ist.
In einem Zustand, in dem die Pumpe gestoppt ist und die Zuführvorrichtung das Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn zuführt, kann der Ursachenbestimmungsabschnitt gestaltet sein, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht wird, wenn ein Anstiegsbetrag eines Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn nicht geringer als ein vorbestimmter Wert ist. In einem Zustand, in dem die Pumpe gestoppt ist, und die Zuführvorrichtung das Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn zuführt, kann der Ursachenbestimmungsabschnitt gestaltet sein, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht wird, wenn ein Verringerungsbetrag eines Drucks in der Reaktionsgasströmungsbahn nicht mehr als ein vorbestimmter Wert ist.
Der Ursachenbestimmungsabschnitt kann gestaltet sein, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht wird, wenn die Zuführvorrichtung einen Zuführbetrag bzw. eine Zuführmenge von Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn erhöht, und sich daher eine Position von einer von den Einheitszellen, die eine minimale Zellenspannung unter den Einheitszellen hat, in der Schwerkraftrichtung nach unten bewegt. Der Ursachenbestimmungsabschnitt kann gestaltet sein, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht wird, wenn die Zuführvorrichtung den Zuführbetrag von Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn erhöht, und dementsprechend eine Position von einer von den Einheitszellen, die eine höchste Temperatur unter den Einheitszellen hat, sich in der Schwerkraftrichtung nach unten bewegt.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Brennstoffzellensystem zu bieten, das eine Ursache einer Ansammlung von Blasen in einer Kühlwasserströmungsbahn eines Brennstoffzellenstapels bestimmt.
Figurenliste

1 ist eine Übersicht eines Brennstoffzellensystems, das an einem Fahrzeug montiert ist;
2 ist eine schematische Ansicht eines gestapelten Körpers, der einen Stapel ausbildet;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Steuerung darstellt, die durch eine Steuervorrichtung ausgeführt wird;
4A bis 4C sind erläuternde Ansichten eines Falls, in dem keine Blase in einer Kühlwasserströmungsbahn vorhanden ist, und 4D bis 4F sind erläuternde Ansichten eines Falls, in dem sich Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn sammeln;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Blasenerfassungsverarbeitung darstellt;
6A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung einer Ausführungsform darstellt, und 6B ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Ursachenbestimmungsverarbeitung in der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Variation der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung darstellt;
8A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Variation der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung darstellt, und 8B ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt;
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt;
10A und 10B sind Flussdiagramme, die Variationen der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellen;
11A ist ein Flussdiagramm, das eine Variation der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung darstellt, und 11B ist ein Flussdiagramm, das eine Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt; und
12A bis 12F sind erläuternde Ansichten bezüglich Variationen in Zellenspannungen von Einheitszellen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist eine Übersicht eines Brennstoffzellensystems 1, das an einem Fahrzeug montiert ist. Das Fahrzeug ist ein Brennstoffzellenfahrzeug, ein elektrisches Fahrzeug und ein Hybridfahrzeug beispielsweise. Das Brennstoffzellensystem 1 (hiernach als das System bezeichnet) kann auf verschiedene sich bewegende Körper verschieden zu Fahrzeugen (z.B. Schiffe, Flugzeuge und Roboter) und stationäre Leistungsquellen bzw. Stromquellen angewendet werden. Das System 1 weist einen Brennstoffzellenstapel (hiernach als der Stapel bezeichnet) 20, eine Steuervorrichtung 30, ein Wasserstoffgaszuführsystem 120, ein Luftzuführsystem 140 und ein Kühlwasserzuführsystem 160 auf. Das System 1 liefert Strom, der durch den Stapel 20 erzeugt wird, an elektrischen Komponenten einschließlich einem Motor zum Fahren des Fahrzeugs.
Die Steuervorrichtung 30 ist ein Computer, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Arbeitsspeicher (RAM) aufweist. Die Steuervorrichtung 30 führt verschiedene Steuerungen des Systems 1 aus durch ein Empfangen von Sensoreingaben, welche Signale sind von einem Zündschalter 101, und beispielsweise einem Beschleunigerpedal AP. Der Zündschalter 101, der an dem Fahrzeug montiert ist, ist elektrisch mit der Steuervorrichtung 30 verbunden. Dementsprechend, wenn der Zündschalter 101 angeschaltet ist, startet die Steuervorrichtung 30 das System 1, und wenn der Zündschalter 101 ausgeschaltet ist, stoppt die Steuervorrichtung 30 das System 1. Eine Außenlufttemperatur, die durch einen Außenlufttemperatursensor 102 erfasst wird, wird an die Steuervorrichtung 30 ausgegeben, was später im Detail beschrieben wird. Eine HMI-Vorrichtung 103, ist ein Beispiel einer Warnvorrichtung, die eine Warnung an einen Insassen des Fahrzeugs in einem vorbestimmten Fall ausgibt, was später im Detail beschrieben wird. Die HMI-Vorrichtung 103 weist eine Warnvorrichtung auf, die eine Warnung ausgibt, was z.B. zumindest eine Anzeige bzw. ein Display, das eine Warnung mit einem Bild anzeigen kann, oder einen Lautsprecher umfasst, der eine Warnung durch ein Geräusch ausgeben kann.
Der Stapel 20 ist von einer Feststoffpolymerelektrolytart, weist gestapelte Einheitszellen auf und erzeugt Leistung bzw. Strom durch ein Aufnehmen eines Brennstoffgases (z.B. Wasserstoff) und eines Oxidanzgases bzw. Oxidationsgases (z.B. Luft) als Reaktionsgase bzw. Reaktantengase. Ein Strom und eine Spannung, die von dem Stapel 20 erzeugt werden, werden entsprechend durch einen Stromsensor 106 und einen Spannungssensor 107 erfasst. Die Erfassungsergebnisse werden an die Steuervorrichtung 30 ausgegeben. Ein Zellenmonitor 108 wird später beschrieben. Der Stapel 20 weist eine Brennstoffgasströmungsbahn 12, durch die das Brennstoffgas strömt, eine Oxidationsgasströmungsbahn 14, durch die das Oxidationsgas strömt, und eine Kühlwasserströmungsbahn 16 auf, durch die Kühlwasser strömt. Der Stapel 20 wird später im Detail beschrieben.
Das Wasserstoffgaszuführsystem 120 führt Wasserstoff zu dem Stapel 20 zum Erzeugen von Leistung bzw. Strom zu. Genauer gesagt weist das Wasserstoffgaszuführsystem 120 einen Tank 110, eine Wasserstoffzuführbahn 121, eine Zirkulationsbahn 122, eine Abgabebahn 123, ein Tankventil 124, ein Druckeinstellventil 125, ein Einspritzventil bzw. Einspeisungsventil 126, eine Zirkulationspumpe 127, einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider 128, ein Schaltventil 129 und einen Drucksensor 12P auf. Das Wasserstoffgaszuführsystem 120 ist ein Beispiel einer Zuführ- bzw. Versorgungsvorrichtung, die Wasserstoffgas zu einer Brennstoffgasströmungsbahn 12 des Stapels 20 zuführt.
Wasserstoffgas wird zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 des Stapels 20 durch die Wasserstoffzuführbahn 121 aus dem Tank 110 zugeführt. Das Tankventil 124, das Druckeinstellventil 125 und das Einspritzventil 126 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite der Wasserstoffzuführbahn 121 aus angeordnet. Die Zirkulationsbahn 122 zirkuliert Brennstoffabgas (fuel off-gas), das von der Brennstoffgasströmungsbahn 12 des Stapels 20 zu der Wasserstoffzuführbahn 121 abgegeben wird. Die Zuführmenge von Wasserstoffgas wird durch die Steuervorrichtung 30 eingestellt, die ein Öffnen und ein Schließen der Ventile auf der Basis der Betätigung des Beschleunigerpedals AP steuert.
Die Zirkulationspumpe 127 und der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 128 sind an der Zirkulationsbahn 122 angeordnet. Die Zirkulationspumpe 127 zirkuliert Brennstoffabgas, das an dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 128 abgeschieden wird, zu der Wasserstoffzuführbahn 121. Eine Feuchtigkeit und ein Teil von Brennstoffabgas, das in dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 128 abgeschieden ist, wird zu einer Abgabebahn 142 über die Abgabebahn 123 abgegeben, die von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 128 abgezweigt werden, und über das Schaltventil 129. Der Drucksensor 12P ist an der Zirkulationsbahn 122 zwischen dem Auslass der Brennstoffgasströmungsbahn 12 des Stapels 20 und dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 128 angeordnet. Der Drucksensor 12P erfasst den Druck in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 des Stapels 20, d.h., den Druck des Brennstoffgases in der Brennstoffgasströmungsbahn 12. Das Erfassungsergebnis wird an die Steuervorrichtung 30 ausgegeben.
Das Luftzuführsystem 140 führt Luft zu dem Stapel 20 zu. Genauer gesagt weist das Luftzuführsystem bzw. Luftversorgungssystem 140 einen Luftkompressor 149, eine Luftzuführbahn 141, die Abgabebahn 142, ein Umgehungsventil 145, einen Schalldämpfer (Muffler) 146, einen Intercooler bzw. Ladeluftkühler 147, eine Umgehungsroute 148, und einen Drucksensor 14P auf. Das Luftzuführsystem 140 ist ein Beispiel einer Zuführ- bzw. Versorgungsvorrichtung, die das Oxidanzgas bzw. Oxidationsgas zu der Oxidationsgasströmungsbahn 14 des Stapels 20 zuführt.
Luft, die von außen über einen Luftfilter 144 hereingenommen wird, geht durch die Luftzuführbahn 141. Die Luft wird durch den Luftkompressor 149 komprimiert und durch den Ladeluftkühler 147 gekühlt und wird dann zu der Oxidationsgasströmungsbahn 14 des Stapels 20 zugeführt.
Das Umgehungsventil 145 ist an einem Abzweigpunkt angeordnet, an dem die Umgehungsroute 148 von der Luftzuführbahn 141 abgezweigt wird. Das Umgehungs- bzw. Bypassventil 145 stellt die Strömungsrate von Luft, die zu dem Stapel 20 zugeführt wird, und die Strömungsrate von Luft ein, die den Stapel 20 über die Umgehungsroute 148 umgeht. Die Abgabebahn 142 gibt das Oxidationsabgas, das von der Oxidationsgasströmungsbahn 14 des Stapels 20 abgegeben wird, an die Atmosphäre ab. Ein Druckeinstellventil 143 stellt die Strömungsrate des Oxidationsabgases und den Gegendruck auf der Kathodenseite ein. Der Drucksensor 14P ist an der Abgabebahn 142 zwischen dem Auslass der Oxidationsgasströmungsbahn 14 des Stapels 20 und dem Druckeinstellventil 143 angeordnet. Der Drucksensor 14P erfasst den Druck in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 des Stapels 20, mit anderen Worten den Druck des Oxidationsgases in der Oxidationsgasströmungsbahn 14. Das Erfassungsergebnis wird an die Steuervorrichtung 30 ausgegeben. Die Menge an Luft, die zu dem Stapel 20 zugeführt wird, wird ebenfalls eingestellt als auch jene von Wasserstoffgas durch die Steuervorrichtung 30, die verschiedene Vorrichtungen basierend auf der Betätigung des Beschleunigerpedals AP steuert. Der Schalldämpfer 146 ist auf der Abgabebahn 142 angeordnet und reduziert ein Geräusch, das durch Luft verursacht wird, die durch die Abgabebahn 142 tritt.
Der Stapel 20 wird durch das Kühlwasserzuführsystem bzw. Kühlwasserversorgungssystem 160 gekühlt, das das Kühlwasser durch eine vorbestimmte Bahn zirkuliert. Insbesondere weist das Kühlwasserzuführsystem 160 einen Kühler 150, einen Ventilator 152, einen Reservetank 154, eine Zirkulationsbahn 161, eine Umgehungsroute 162, ein Dreiwegeventil 163, eine elektrische Pumpe 164, einen Ionentauscher 165, einen Wasserdrucksensor 16P, einen Wassertemperatursensor 16T und eine Verteilungsbahn 169 auf.
Das Kühlwasser, das durch die Pumpe 164 im Druck beaufschlagt und gefördert wird, zirkuliert durch die Zirkulationsbahn 161. Das Kühlwasser wird durch ein Austauschen von Wärme an dem Kühler 150 mit Luft gekühlt, die durch den Ventilator 152 geblasen wird. Das Kühlwasser, das wie vorangehend gekühlt wird, wird zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 des Stapels 20 zugeführt, welcher dann gekühlt wird. Der Wasserdrucksensor 16P erfasst den Druck des Kühlwassers, das von der Kühlwasserströmungsbahn 16 des Stapels 20 abgegeben wird und durch die Zirkulationsbahn 161 strömt. Das Erfassungsergebnis wird an die Steuervorrichtung 30 ausgegeben. Da der Wasserdrucksensor 16P in dem Nahbereich des Auslasses der Kühlwasserströmungsbahn 16 des Stapels 20 angeordnet ist, erfasst der Wasserdrucksensor 16P im Wesentlichen den Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16. Der Wassertemperatursensor 16T erfasst die Temperatur des Kühlwassers, das von der Kühlwasserströmungsbahn 16 des Stapels 20 abgegeben wird und durch die Zirkulationsbahn 161 strömt. Der Wassertemperatursensor 16T erfasst die Temperatur des Kühlwassers, das von dem Stapel 20 abgegeben wird, bevor es in den Kühler 150 einströmt. Diese Temperatur des Kühlwassers ist ungefähr mit der Temperatur des Stapels 20 korreliert. Dementsprechend erfasst der Wassertemperatursensor 16T im Wesentlichen die Temperatur des Stapels 20. Die Umgehungsroute 162 wird von der Zirkulationsbahn 161 abgezweigt und umgeht den Kühler 150. Das Dreiwegeventil 163 stellt die Strömungsrate des Kühlwassers ein, das durch die Umgehungsroute 162 zirkuliert. Der Ionentauscher 165 ist an der Umgehungsroute 162 derart angeordnet, dass ein Teil des Kühlwassers, das durch die Umgehungsroute 162 zirkuliert, in den Ionentauscher 165 einströmt.
Der Reservetank 154 ist mit dem Kühler 150 verbunden. Der Reservetank 154 ist ein atmosphärisch offener Behälter, der das Kühlwasser speichert. Deshalb ist der Druck in der Oberfläche des Kühlwassers, das in dem Reservetank 154 gespeichert ist, der atmosphärische Druck. Überschüssiges Kühlwasser wird in dem Reservetank 154 gespeichert, welcher eine Verringerung der Flüssigkeitsmenge des Kühlwassers unterdrückt, das durch jede Bahn zirkuliert. Der Reservetank 154 funktioniert außerdem als ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der Blasen abscheidet, die in dem Kühlwasser vermischt sind.
Die Verteilungsbahn 169, die von der Zirkulationsbahn 161 abgezweigt wird, ist mit dem Ladeluftkühler 147 verbunden und ist wiederum mit der Zirkulationsbahn 161 verbunden. Entsprechend wird das Kühlwasser zu dem Ladeluftkühler 147 über die Verteilungsbahn 169 zugeführt und Luft, die durch den Ladeluftkühler 147 tritt, wird durch dieses Kühlwasser gekühlt.
2 ist eine schematische Ansicht eines gestapelten Körpers 10, der den Stapel 20 ausbildet. Einheitszellen 10-1, 10-2... 10-n sind gestapelt, um den gestapelten Körper 10 auszubilden, wobei „n“ eine positive Ganzzahl ist. Die Einheitszellen sind in einer Stapelrichtung angeordnet, die ungefähr gleich der Schwerkraftrichtung ist. Mit anderen Worten sind die Einheitszellen in dem gestapelten Körper 10 derart angeordnet, dass die Einheitszelle 10-1 auf einer Endseite sich über der Einheitszelle 10-n auf der anderen Seite in der Schwerkraftrichtung befindet. Die Einheitszelle 10-1 befindet sich auf der obersten Seite des gestapelten Körpers 10 in der Schwerkraftrichtung. Die Einheitszelle 10-n befindet sich auf der untersten Seite des gestapelten Körpers 10 in der Schwerkraftrichtung. Jede Einheitszelle weist eine Membranelektroden-Gasdiffusionsschicht-Baugruppe (MEGA), ein Isolierbauteil, das die MEGA stützt, und ein Paar von Trenneinrichtungen bzw. Separatoren auf, die die MEGA und das Isolierbauteil halten. Die MEGA weist eine Elektrolytmembran, katalytische Schichten, die jeweils auf beiden Seiten der Elektrolytmembran ausgebildet sind, und ein Paar von Gasdiffusionsschichten auf, die jeweils an die katalytischen Schichten gefügt bzw. mit diesen verbunden sind. Außerdem, obwohl nicht dargestellt, sind ein Paar von Stromabnehmerplatten, ein Paar von Isolierplatten und ein Paar von Endplatten angeordnet, um die Einheitszellen zu halten. Der Zellenmonitor bzw. die Zellenüberwachung 108 erfasst die Zellenspannung von jeder Einheitszelle und gibt das Erfassungsergebnis an die Steuervorrichtung 30 aus.
Die Kühlwasserströmungsbahn 16, wie vorangehend beschrieben ist, ist in dem gestapelten Körper 10 ausgebildet. Die Kühlwasserströmungsbahn 16 weist einen Kühlwasserzuführkrümmer 16a und einen Kühlwasserabgabekrümmer 16b (hiernach lediglich als Kühlwasserkrümmer beschrieben), die durch den gestapelten Körper 10 in der Stapelrichtung führen, und eine Strömungsbahn (nicht dargestellt) auf, die zwischen Separatoren von benachbarten Einheitszellen definiert ist. Die Kühlwasserkrümmer 16a und 16b sind ausgebildet, um durch alle von den Einheitszellen hindurchzuführen. Ferner sind die Kühlwasserkrümmer 16a und 16b ausgebildet, um durch die Stromabnehmerplatten (current-collector boards), die Isolierplatten (insulating boards) und die Endplatten zu führen, die auf der Seite der Einheitszelle 10-n angeordnet sind. Das Kühlwasser strömt in den Kühlwasserkrümmer 16a von der Zirkulationsbahn 161 aus, wie vorangehend beschrieben ist, und wird von dem Kühlwasserkrümmer 16b über die Strömungsbahn (nicht dargestellt) zu der Zirkulationsbahn 161 hin abgegeben. Mit anderen Worten erstreckt sich die Kühlwasserströmungsbahn 16, die in den gestapelten Körper 10 ausgebildet ist, von der Einheitszelle 10-n auf der anderen Endseite zu der Einheitszelle 10-1 auf der einen Endseite und erstreckt sich des Weiteren zu der Einheitszelle 10-n auf der anderen Endseite hin. Das Kühlwasser strömt in der Kühlwasserströmungsbahn 16, die wie vorangehend ausgebildet ist, wodurch die Einheitszellen gekühlt werden. In dieser Spezifikation repräsentiert die Kühlwasserströmungsbahn 16, die in dem gestapelten Körper 10 ausgebildet ist, alle von den Kühlwasserkrümmern 16a und 16b und der Strömungsbahn, die zwischen den benachbarten Einheitszellen ausgebildet ist.
Die Brennstoffgasströmungsbahn 12 des Stapels 20 hat einen Aufbau ähnlich zu jenem der Kühlwasserströmungsbahn 16. Die Brennstoffgasströmungsbahn 12 weist einen Brennstoffgaszuführkrümmer und einen Brennstoffgasabgabekrümmer, die durch den gestapelten Körper 10 in der Stapelrichtung hindurch führen, und eine Strömungsbahn (nicht dargestellt) auf, die zwischen einem von dem Paar von Separatoren und der MEGA von jeder Einheitszelle definiert ist. Ähnlicherweise weist die Oxidationsgasströmungsbahn 14 einen Oxidationsgaszuführkrümmer und einen Oxidationsgasabgabekrümmer, die durch den gestapelten Körper 10 in der Stapelrichtung hindurch führen, und eine Strömungsbahn (nicht dargestellt) auf, die zwischen dem anderen von dem Paar von Separatoren und der MEGA von jeder Einheitszelle definiert ist. Mit dem Vorangehenden werden das Brennstoffgas und das Oxidationsgas zu jeder Einheitszelle zugeführt und der Stapel 20 erzeugt dann Strom.
Die Steuervorrichtung 30 führt folgende Steuerungen aus, die Folgendes aufweisen: Eine Blasenerfassungsverarbeitung, die die Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 erfasst; eine Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung (cause determination condition confirmation processing), die eine Vorbedingung zum Ausführen der Ursachenbestimmungsverarbeitung bestätigt; eine Bestimmungsverarbeitung, die bestimmt, ob die Leckage vorhanden ist oder nicht; eine Blasenabgabeverarbeitung, die die Blasen von der Kühlwasserströmungsbahn 16 abgibt; und eine Blasenabgabeverhinderungsverarbeitung, die die Blasenabgabeverarbeitung verhindert, wobei alle Verarbeitungen später im Detail beschrieben werden. Alle vorangehenden Verarbeitungen sind funktionell realisiert durch CPU, ROM und RAM der Steuervorrichtung 30. Eine Steuerung, die von der Steuervorrichtung 30 ausgeführt wird, wird nun beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Steuerung darstellt, die von der Steuervorrichtung 30 ausgeführt wird. Diese Steuerung wird wiederholt in vorbestimmten Intervallen ausgeführt. Zuerst führt die Steuerung die Blasenerfassungsverarbeitung aus, die bestimmt, ob sich die Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 sammeln oder nicht (Schritt S1). Wenn die Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 vorhanden sind, wird der Stapel 20 nicht ausreichend gekühlt und die Stromerzeugungseffizienz kann verschlechtert sein. Dementsprechend wird die Blasenerfassungsverarbeitung ausgeführt. Die Blasenerfassungsverarbeitung wird später im Detail beschrieben. Eine mögliche Ursache der Ansammlung der Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 ist vermischte Luft oder ausgetretenes Reaktionsgas. Die vermischte Luft wird in das Kühlwasserzuführsystem 160 zur Zeit eines Herstellens des Systems 1 oder zur Zeit eines Austauschens des Kühlwassers des Systems 1 gemischt. Das ausgetretene Reaktionsgas tritt von einer von der Kraftstoffgasströmungsbahn 12 und der Oxidationsgasströmungsbahn 16 zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 hin aus. Zum Beispiel kann ein Fall, in dem das Brennstoffgas von der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 hin austritt, aufgrund einer Verschlechterung einer Dichtleistung des Dichtbauteils verursacht werden, das die Brennstoffgasströmungsbahn 12 und die Kühlwasserströmungsbahn 16 in dem Stapel 20 abdichtet, aus irgendeinem Grund. Das Vorangehende gilt für einen Fall, in dem das Oxidationsgas von der Oxidationsgasströmungsbahn 14 zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 hin austritt.
Als nächstes wird bestimmt, ob sich Blasen ansammeln oder nicht, auf der Basis des Ergebnisses der Blasenerfassungsverarbeitung (Schritt S3). Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S3 gemacht wird, endet diese Steuerung. Eine zustimmende Bestimmung, die in Schritt S3 gemacht wird, wird von der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung gefolgt, die bestätigt, ob die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist oder nicht (Schritt S5). Dann wird auf der Basis des Ergebnisses der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung bestimmt, ob die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist oder nicht (Schritt S7). Die Ursachenbestimmungsbedingung ist eine Vorbedingung, die zum Ausführen der Ursachenbestimmungsverarbeitung erforderlich ist, die später beschrieben wird. Die Ursachenbestimmungsbedingung wird ebenfalls später beschrieben. Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S7 gemacht wird, endet diese Steuerung. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S7 gemacht wird, wird die Ursachenbestimmungsverarbeitung ausgeführt (Schritt S9). Die Ursachenbestimmungsverarbeitung wird ausgeführt zum Bestimmen, ob die Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 durch die Leckage von Reaktionsgas verursacht ist oder nicht.
Danach wird bestimmt, ob die Leckage des Reaktionsgases vorhanden ist oder nicht (Schritt S11). Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S11 gemacht wird, wird eine Blasenabgabeverarbeitung ausgeführt (Schritt S13). In dieser Verarbeitung werden Blasen von der Kühlwasserströmungsbahn 16 durch ein Erhöhen und Verringern der Drehzahl der Pumpe 164 abgegeben. Genauer gesagt wird die Pumpe 164 wiederholt und abwechselnd zwischen hohen und niedrigen Drehzahlen in vorbestimmten Intervallen umgeschaltet. Mit dem Vorangehenden wird die Strömungsmenge des Kühlwassers in der Kühlwasserströmungsbahn 16 wiederholt erhöht und verringert und eine Abgabe der Blasen aus der Kühlwasserströmungsbahn 16 wird dementsprechend vereinfacht. Die Blasen, die aus der Kühlwasserströmungsbahn 16 abgegeben werden, werden in den Reservetank 154 über die Zirkulationsbahn 161 geführt und werden dann an die Atmosphäre abgegeben. In der vorangehend beschriebenen Art und Weise werden die Blasen von dem Kühlwasserzuführsystem 160 abgegeben. Die Pumpe 164 ist ein Beispiel einer Entfernungsvorrichtung, die gestaltet ist, um angesammelte Blasen aus der Kühlwasserströmungsbahn 16 zu entfernen. Folglich ist es möglich, die Blasen, die aus der Kühlwasserströmungsbahn 16 abgegeben werden, darin zu unterdrücken, zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 des Stapels 20 erneut zurückzukehren, und die Verschlechterung in einer Kühlleistung und einer Stromerzeugungseffizienz des Stapels 20 wird unterdrückt bzw. niedergehalten.
Die Pumpe 164 ist als ein Beispiel der Entfernungsvorrichtung beschrieben, die nicht auf die Pumpe 164 begrenzt ist. Zum Beispiel kann die Entfernungsvorrichtung ein Vibrator bzw. eine Schwingungseinrichtung sein, die den Stapel 20 vibriert bzw. in Schwingung versetzt. Der Vibrator vibriert den Stapel 20 und entfernt die Blasen aus der Kühlwasserströmungsbahn 16. Der Vibrator ist z.B. ein Ultraschallvibrator, der eine piezoelektrische Keramik, wie z.B. PZT, verwendet. Solch ein Vibrator ist an der Außenwandfläche des Gehäuses des Stapels 20 angeordnet und vibriert den Stapel 20 in dem Ausmaß, bei dem keine Fehlausrichtung bzw. Dezentrierung der Einheitszelle verursacht wird. Strömungsbahnnuten sind an den Gegenflächenseiten der Separatoren ausgebildet, die einander zugewandt sind, und haben eine konkav-konvexe Form bzw. eine abwechselnd konkave und konvexe Form. Mit dem Vorangehenden ist es möglich, ein Strömen der Blasen, die in den Strömungsbahnnuten gesammelt sind, zu dem Kühlwasserkrümmer 16b zu vereinfachen und ein Abgeben der Blasen von der Kühlwasserströmungsbahn 16 zu vereinfachen.
Eine zustimmende Bestimmung, die in Schritt S11 gemacht wird, wird von der vorangehend beschriebenen Bläschenabgabeverhinderungsverarbeitung gefolgt, die die Bläschenabgabeverarbeitung verhindert (Schritt S15). Wie vorangehend beschrieben ist, repräsentiert der Fall, in dem die zustimmende Bestimmung in Schritt S11 gemacht ist, den Zustand, dass das Reaktionsgas von zumindest einer von der Brennstoffgasströmungsbahn 12 und der Oxidationsgasströmungsbahn 14 zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 hin austritt. Aufgrund dessen, selbst wenn die Bläschen von der Kühlwasserströmungsbahn 16 durch ein Ausführen der Bläschenabgabeverarbeitung abgegeben werden, kann das Reaktionsgas zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 hin erneut auftreten und die Bläschen können sich in der Kühlwasserströmungsbahn 16 sammeln. In diesem Fall ist es erforderlich, die Bläschenabgabeverarbeitung wiederholt auszuführen, um die Bläschen von der Kühlwasserströmungsbahn 16 abzugeben, was einen Stromverbrauch erhöht. Wird das Vorangehende in Betracht gezogen, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn bestimmt ist, dass die Leckage des Reaktionsgases vorliegt, die Bläschenabgabeverarbeitung verhindert, was es möglich macht, den Stromverbrauch der Pumpe 164 zum Ausführen der Bläschenabgabeverarbeitung niederzuhalten.
Nachdem die Bläschenabgabeverhinderungsverarbeitung ausgeführt ist, wird die Warnungsverarbeitung ausgeführt (Schritt S17). In der Warnungsverarbeitung gibt die HMI-Vorrichtung 103 eine Warnung an den Insassen des Fahrzeugs aus. Eine beispielhafte Warnung zeigt ein Bild auf dem Anzeigeschirm der HMI-Vorrichtung 103 an, das den Fahrer dazu drängt, den Stapel 20 zu inspizieren oder zu reparieren. Wenn es bestimmt ist, dass die Leckage bzw. das Leck vorliegt, kann sie auch den Stapel 20 daran hindern, Strom zu erzeugen, und die Pumpe 164 daran hindern, zu arbeiten. Sie kann auch den Fahrmodus des Fahrzeugs zu dem Sparfahrmodus hin umschalten, in dem lediglich der Sparfahrmodus ermöglicht ist, wenn es bestimmt ist, dass das Leck vorhanden ist. In dem Sparfahrmodus ist das Fahrzeug in der Lage, durch eine Sekundärbatterie (nicht dargestellt) zu fahren, während der Betrieb des Stapels 20 gestoppt ist. Schritt S17 kann vor Schritt S15 ausgeführt werden.
Wie vorangehend beschrieben ist, befindet sich die Einheitszelle 10-1 auf einer Endseite des gestapelten Körpers 10 über der Einheitszelle 10-n auf der anderen Endseite in der Schwerkraftrichtung. Diese Anordnung der vorliegenden Ausführungsform gibt kaum die Bläschen von der Kühlwasserströmungsbahn 16 verglichen mit einem Fall ab, in dem Einheitszellen horizontal gestapelt sind, wie später im Detail beschrieben wird. Deshalb ist in der Bläschenabgabeverarbeitung in der vorliegenden Ausführungsform die obere Grenze der Drehzahl der Pumpe 164 relativ hoch eingestellt, was einen Stromverbrauch erhöht. Deshalb ist die Verhinderung der Blasenabgabeverarbeitung, die durchgeführt wird, wenn bestimmt ist, dass das Leck vorhanden ist, für einen Fall geeignet, in dem die Blasenabgabeverarbeitung einen relativ großen Strombetrag verbraucht, wie mit der vorherigen Ausführungsform.
Die Blasenerfassungsverarbeitung wird nun beschrieben. 4A bis 4C sind erläuternde Ansichten eines Falls, in dem keine Blase in der Kühlwasserströmungsbahn 16 vorhanden ist. 4A stellt den gestapelten Körper 10 dar. 4B stellt die Temperatur von jeder Einheitszelle dar. 4C stellt die Zellenspannung von jeder Einheitszelle dar. Längsachsen in 4B und 4C repräsentieren Stapelpositionen von jeder Einheitszelle. Die Einheitszelle an der obersten Position auf der Längsachse ist die Einheitszelle 10-1, die sich am weitesten oben in der Schwerkraftrichtung befindet. Die Einheitszelle an der untersten Position auf der Längsachse ist die Einheitszelle 10-n, die sich am weitesten unten in der Schwerkraftrichtung befindet. Die horizontale Achse in 4B stellt die Temperatur von jeder Einheitszelle dar und die horizontale Achse von 4C stellt die Zellenspannung von jeder Einheitszelle dar. Die linke Seite der horizontalen Achse in 4B stellt eine niedrige Temperatur dar und die rechte Seite von dieser zeigt eine hohe Temperatur. Die linke Seite der horizontalen Achse in 4C stellt eine niedrige Spannung dar und die rechte Seite von dieser zeigt eine hohe Spannung. Wenn keine Blase in der Kühlwasserströmungsbahn 16 vorhanden ist, wird jede Einheitszelle ungefähr gleich durch das Kühlwasser gekühlt und die Temperatur von jeder Einheitszelle ist ungefähr die Gleiche. Mit dem Vorangehenden ist die Stromerzeugungseffizienz von jeder Einheitszelle gewährleistet und die Zellenspannung von jeder Einheitszelle ist ungefähr die Gleiche, wodurch die Stromerzeugungseffizienz des ganzen Stapels 20 gewährleistet ist.
4D bis 4F sind erläuternde Ansichten eines Falls, in dem die Blasen sich in der Kühlwasserströmungsbahn 16 sammeln. 4D bis 4F entsprechen entsprechend 4A bis 4C. Wie in 4D gezeigt ist, wenn die Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 vermischt werden, werden die Blasen zu dem Nahbereich der Einheitszelle 10-1 bewegt, die sich an der obersten Position der Schwerkraftrichtung befindet, aufgrund eines Auftriebs, der auf die Blasen wirkt. Dementsprechend sammeln sich die Blasen in den Kühlwasserkrümmern 16a und 16b nahe der Einheitszelle 10-1 oder der Strömungsbahn zwischen den Einheitszellen. Ein Abgeben der Blasen bzw. Bläschen, die sich in dem vorangehenden Bereich sammeln, von der Kühlwasserströmungsbahn 16 erfordert von den Blasen, gegen eine Auftriebskraft in der Schwerkraftrichtung mit dem Druck des Kühlwassers in dem Kühlwasserkrümmer 16b nach unten hin zu strömen, welcher sich in der Schwerkraftrichtung erstreckt. Der Aufbau des gestapelten Körpers 10 macht es schwierig, die Blasen abzugeben. Wenn der gestapelte Körper derart angeordnet ist, dass die Stapelrichtung der horizontalen Richtung entspricht, erstreckt sich auch der Kühlwasserkrümmer horizontal und die Blasen werden leicht mit dem Druck abgegeben, um sich so nicht gegen eine Auftriebskraft zu bewegen.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Menge von Blasen, die sich um die Einheitszelle 10-1 herum sammeln, steigt, werden sich die Blasen nicht lediglich um die Einheitszelle 10-1 herum sammeln, sondern um einige Einheitszellen herum, die sich an der unteren Seite der Einheitszelle 10-1 in der Schwerkraftrichtung befinden. Die Einheitszellen um die Blasen herum werden aufgrund der Blasen nicht ausreichend gekühlt und die Temperatur der Einheitszellen um die Blasen herum steigt. Deshalb schreitet ein Trocknen der Elektrolytmembran der Einheitszellen um die Blasen herum fort. Folglich sind die Zellspannungen der Einheitszellen um die Blasen herum geringer als jene der anderen Einheitszellen.
Wie in 4F dargestellt ist, ist die Zellenspannung der Einheitszelle 10-1, die sich an der untersten Position der Schwerkraftrichtung befindet, nicht die niedrigste. Die Zellenspannung bzw. Zellspannung der Einheitszelle 10-4, die sich geringfügig unterhalb der Einheitszelle 10-1 befindet, ist die niedrigste. Dem ist so, da sich die Einheitszelle 10-1 am weitesten außen von dem gestapelten Körper 10 befindet und eine Wärmeabstrahlung der Einheitszelle 10-1 wird beschleunigt. Entsprechend werden die Einheitszelle 10-1 und die Einheitszelle 10-2 benachbart dazu leicht gekühlt. Im Gegensatz dazu werden die Zellenspannungen der Einheitszellen, die sich unterhalb der Einheitszelle 10-4 befinden, wiederhergestellt. Dem ist so, da keine Blasen um die Einheitszellen herum vorhanden sind, die sich unterhalb der Einheitszelle 10-4 befinden, und der Kühleffekt durch das Kühlwasser steigt allmählich.
In der Blasenerfassungsverarbeitung wird bestimmt, ob die Blasen sich in der Kühlwasserströmungsbahn 16 des gestapelten Körpers 10 sammeln oder nicht, durch ein Erwägen der Eigenschaft der Zellenspannung von jeder Einheitszelle, wie vorangehend beschrieben ist. 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Blasenerfassungsverarbeitung darstellt. Zuerst wird bestimmt, ob eine Einheitszelle mit einer minimalen Zellenspannung unter den Zellenspannungen der Einheitszellen, die durch den Zellenmonitor 108 erlangt werden, sich auf der oberen Seite des gestapelten Körpers 10 befindet oder nicht (Schritt S101). Genauer gesagt wird bestimmt, ob die Einheitszelle mit der minimalen Zellenspannung sich zwischen der Einheitszelle 10-1 und der Einheitszelle 10-(n/10) befindet. Wie vorangehend beschrieben ist, zeigt n die Gesamtanzahl der Einheitszellen an. Die Einheitszelle 10-(n/10) ist die n/10te Einheitszelle von der obersten Seite aus.
Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S101 gemacht wird, wird bestimmt, ob ein Wert nicht geringer als ein Schwellenwert ΔV ist oder nicht, wobei der Wert durch ein Subtrahieren der minimalen Zellenspannung von der durchschnittlichen Zellenspannung der Zellenspannungen von allen Einheitszellen erlangt wird (Schritt S103). Die Durchschnittszellenspannung kann berechnet werden durch ein Dividieren des Gesamtwerts der Zellenspannungen der Einheitszellen, die von dem Zellenmonitor 108 erfasst werden, durch die Gesamtanzahl der Zelleneinheitszellen. Die Durchschnittszellenspannung kann außerdem berechnet werden durch ein Dividieren der Spannung des Stapels 20, die von dem Spannungssensor 107 erfasst wird, durch die Gesamtanzahl der Einheitszellen. Der Schwellenwert ΔV wird in dem ROM der Steuervorrichtung 30 vorab gespeichert.
Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S103 gemacht wird, wird bestimmt, ob die Zellenspannung einer Einheitszelle, die sich zwischen der Einheitszelle mit der minimalen Zellenspannung und der Einheitszelle 10-1 befindet, höher als die minimale Zellenspannung ist und niedriger als die Zellenspannung der Einheitszelle 10-1 ist oder nicht (Schritt S105). Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S105 gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 des gestapelten Körpers 10 vorliegt (Schritt 107). Wenn eine negative Bestimmung in einem beliebigen von Schritten S101, S103 und S105 gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 nicht vorhanden ist (Schritt S109). Eine andere Bestimmung kann in Schritt S105 gemacht werden. Zum Beispiel kann bestimmt werden, dass die Ansammlung von Blasen vorhanden ist auf der Basis von lediglich einer Tatsache, dass die Einheitszelle mit der minimalen Zellenspannung sich über einer vorbestimmten Position befindet. Ein anderes Beispiel verwendet einen Sensor, der die Temperatur von jeder Einheitszelle erfasst, und bestimmt, ob die Ansammlung von Blasen vorhanden ist oder nicht, auf der Basis der Temperatur von jeder Einheitszelle. Dieses Beispiel verwendet nicht die Zellenspannung, die vorangehend beschrieben ist. Noch ein weiteres Beispiel bestimmt, dass die Ansammlung von Blasen lediglich auf der Basis einer Tatsache vorhanden ist, dass die Einheitszelle mit der höchsten Temperatur sich über der vorbestimmten Position befindet.
Wie vorangehend beschrieben ist, wenn bestimmt wird, dass die Ansammlung von Blasen vorhanden ist (Ja in Schritt S3), wird die Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung ausgeführt (Schritt S5). Wenn die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist (Ja in Schritt S7), wird die Ursachenbestimmungsverarbeitung ausgeführt (Schritt S9). Die Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung wird nun wie folgt beschrieben.
6A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung in der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Zuerst wird bestimmt, ob die Zündung aus ist oder nicht, durch ein Bezugnehmen auf die Ausgabe von dem Zündschalter 101 (Schritt S51). Diese Bestimmung wird später im Detail beschrieben. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S51 gemacht ist, wird erfasst, ob die Kühlwassertemperatur die Außenlufttemperatur erreicht oder nicht, durch ein Bezugnehmen auf die Erfassungsergebnisse des Wassertemperatursensors 16T und des Außenlufttemperatursensors 102 (Schritt S53). Zum Beispiel kann bestimmt werden, dass die Kühlwassertemperatur die Außenlufttemperatur erreicht, wenn die Kühlwassertemperatur in einem vorbestimmten Bereich ist, in dem eine Differenz zwischen der Kühlwassertemperatur und der Außenlufttemperatur nahezu null ist. Diese Bestimmung wird später im Detail beschrieben.
Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S53 gemacht wird, wird bestimmt, ob die Spannung des Stapels 20 null ist oder nicht (Schritt S55). Es soll vermerkt sein, dass unmittelbar nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, das Brennstoffgas und das Oxidationsgas in dem Stapel 20 verbleiben, weshalb die Spannung de Stapels 20 nicht null wird. Demensprechend wird die Verarbeitung von Schritt S55 ausgeführt, was später im Detail beschrieben wird. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S55 gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist (Schritt S57). Wenn eine negative Bestimmung in irgendwelchen Schritten von S51, S53 und S55 gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung nicht erfüllt ist (Schritt S59).
Wie vorangehend beschrieben ist, wenn bestimmt wird, dass die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist, nachdem die Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung ausgeführt ist (JA in Schritt S7), wird die Ursachenbestimmungsverarbeitung ausgeführt (Schritt S9). 6B ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Ursachenbestimmungsverarbeitung in der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wenn die zustimmenden Bedingungen in Schritten S51, S53 und S55 gemacht sind, werden das Tankventil 124, das Druckeinstellventil 125 und das Einspritzungs- bzw. Eindüsungsventil 126 gesteuert, um eine vorbestimmte Menge des Brennstoffgases zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zuzuführen (Schritt S91). Das Tankventil 124, das Druckeinstellventil 125 und das Einspritzungsventil 126 sind Beispiele einer Zuführ- bzw. Versorgungsvorrichtung, die das Brennstoffgas zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zuführt.
Dann wird bestimmt, ob ein Erhöhungsbetrag des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 nicht geringer als ein Schwellenwert A1 ist oder nicht, wenn oder bevor eine vorbestimmte Zeit von der Zeit an verstreicht, wenn das Brennstoffgas einer vorbestimmten Menge zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zugeführt ist, basierend auf dem Erfassungsergebnis des Wasserdrucksensors 16P (Schritt S93). Der Schwellenwert A1 ist ein Wert zum Bestimmen, ob die Leckage bzw. das Leck vorhanden ist oder nicht. Der Schwellenwert A1 ist basierend auf Ergebnissen eines Experiments definiert, in dem der Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 gemessen wird, nachdem das Brennstoffgas zugeführt ist, in beiden Fällen, in denen das Leck vorhanden ist und nicht vorhanden ist. Der Schwellenwert A1 ist in dem ROM der Steuervorrichtung 30 vorab gespeichert. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S93 gemacht wird, wird bestimmt, dass das Leck vorhanden ist, wenn ein Teil des Brennstoffgases, das zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zugeführt wird, zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 austritt, was den Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 veranlasst, zu steigen (Schritt S95). Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S93 gemacht wird, wird bestimmt, dass das Leck nicht vorhanden ist, wenn das Brennstoffgas, das zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zugeführt wird, nicht den Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 beeinträchtigt (Schritt S97).
Der Grund für ein Bestimmen, ob die Zündung ausgeschaltet ist oder nicht wie in Schritt S51, ist wie folgt. In dem Zündung-An-Zustand wird die Menge einer Stromerzeugung, die von dem Stapel 20 erfordert wird, basierend auf z.B. dem Betrag einer Betätigung des Beschleunigerpedals AP umgeschaltet und die Drehzahl der Pumpe 164 wird gemäß der erforderlichen Menge einer Leistungserzeugung bzw. Stromerzeugung eingestellt. D.h., in dem Zündung-An-Zustand neigt der Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 dazu, variabel zu werden. Dementsprechend, selbst wenn die Ursachenbestimmungsverarbeitung basierend auf dem Anstieg eines Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 in dem Zündung-An-Zustand, wie vorangehend beschrieben ist, ausgeführt wird, ist es unmöglich, zu bestimmen, ob der Anstieg eines Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 durch den Anstieg einer Drehzahl der Pumpe 164 oder durch das Leck bzw. die Leckage des Brennstoffgases verursacht wird. Aufgrund dessen kann es fehlerhafterweise bestimmt werden, dass das Leck vorhanden ist, wenn der Erhöhungsbetrag eines Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 nicht geringer als der Schwellenwert A1 ist, aufgrund des Anstiegs der Drehzahl der Pumpe 164, selbst obwohl die Leckage nicht vorhanden ist. Im Gegensatz dazu, wenn die Zündung aus ist, stoppt die Pumpe 164 und der Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 ist nicht von der Drehzahl der Pumpe 164 beeinträchtigt. Die Ursachenbestimmungsbedingung umfasst die Bedingung, dass die Zündung aus ist in dieser Ausführungsform und die Genauigkeit einer Leckbestimmung bzw. Austrittsbestimmung ist dementsprechend verbessert.
Nun wird eine Beschreibung des Grunds für ein Bestimmen gegeben, ob die Kühlwassertemperatur fast die Außenlufttemperatur erreicht oder nicht, nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, wie in Schritt S53. Wenn die Zündung ausgeschaltet ist, wird die Anforderung zum Erzeugen von Strom von dem Stapel 20 gestoppt, die Temperatur des Stapels 20 verringert sich allmählich und wird schlussendlich im Wesentlichen gleich zu der Außenlufttemperatur. Die Temperatur des Kühlwassers wird außerdem im Wesentlichen gleich zu der Außenlufttemperatur. Wenn die Temperatur des Stapels 20 sinkt, wird der gestapelte Körper 10 wärmekontrahiert (heat-contracted). Entsprechend steigt das innere Volumen der Kühlwasserströmungsbahn 16 und der Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 sinkt. D.h., während die Temperatur des Stapels 20 sinkt, neigt der Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 dazu, zu sinken. Wenn die Ursachenbestimmungsverarbeitung in solch einem Zustand ausgeführt wird, selbst wenn die Leckage tatsächlich vorhanden ist, gibt es eine Möglichkeit eines Aufhebens von Druck zwischen dem Anstiegsbetrag in einem Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 aufgrund der Leckage und dem Verringerungsbetrag von Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 aufgrund der Verringerung der Temperatur des Stapels 20. Folglich, selbst obwohl das Leck bzw. die Leckage vorhanden ist, wird der Anstieg von Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 geringer als der Schwellenwert A1 und es kann fehlerhafterweise bestimmt werden, dass keine Leckage vorhanden ist. Die Ursachenbestimmungsbedingung umfasst die Bedingung, in der die Temperatur von Kühlwasser fast die Außenlufttemperatur erreicht in dieser Ausführungsform, sodass die Genauigkeit einer Leckbestimmung verbessert ist. Anstatt dieser Verarbeitung kann außerdem bestimmt werden, ob die Änderungsrate der Temperatur des Kühlwassers innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gelangt oder nicht. Mit anderen Worten, es kann bestimmt werden, ob die Temperatur von Kühlwasser fast konstant ist oder nicht.
Eine Beschreibung wird nun bezüglich dem Grund eines Bestimmens abgegeben, ob die Spannung des Stapels 20 null ist oder nicht, nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, wie in Schritt S55. Wie vorangehend beschrieben ist, obwohl die Anfrage zum Erzeugen von Leistung bzw. Strom an den Stapel 20 gestoppt ist, nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, kann das Brennstoffgas und das Oxidationsgas in dem Stapel 20 zurück bleiben. Das verbleibende Brennstoffgas und das verbleibende Oxidationsgas reagieren miteinander und der Stapel 20 kann ein Stromerzeugen während einer vorbestimmten Zeitdauer fortsetzen, selbst nachdem die Zündung ausgeschaltet ist. Wenn die Ursachenbestimmungsverarbeitung ausgeführt wird, während der Stapel 20 fortfährt, Strom zu erzeugen mit den verbleibenden Reaktionsgasen, kann das Brennstoffgas, das zum Bestimmen zugeführt wird, ob die Leckage vorhanden ist oder nicht, für die Stromerzeugungsreaktion mit dem verbleibenden Oxidationsgas verwendet werden. Ferner besteht eine Möglichkeit, dass eine sogenannte Kreuzleckage stattfindet. In der Kreuzleckage (cross leakage) permeiert bzw. dringt das Brennstoffgas durch die Elektrolytmembran und strömt in die Oxidationsgasströmungsbahn 14. Dementsprechend wird das Brennstoffgas für die Reaktion des Brennstoffgases und des verbleibenden Oxidationsgases in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 verwendet. Irgendwelche von den vorangehend beschriebenen Gründen und das vorhanden sein der Leckage des Brennstoffgases von der Brennstoffgasströmungsbahn 12 aus kann den Leckagebetrag bzw. die Leckagemenge des Brennstoffgases zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 und den Druckanstieg in der Kühlwasserströmungsbahn 16 verringern, sodass der Druckanstieg in der Kühlwasserströmungsbahn 16 geringer als der Schwellenwert A1 wird. Dementsprechend wird fehlerhafterweise bestimmt, dass keine Leckage vorhanden ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ist die Ursachenbestimmungsbedingung gestaltet, um die Bedingung zu umfassen, in der die Spannung des Stapels 20 Null ist, sodass die Genauigkeit einer Leckbestimmung verbessert ist. Anstatt dieser Verarbeitung kann außerdem bestimmt werden, dass die Änderungsrate der Spannung des Stapels 20 gleich wie oder geringer als ein gegebener Schwellenwert ist oder nicht.
In der vorangehenden Ausführungsform spielt die Reihenfolge von Schritt S53 und Schritt S55 keine Rolle. Die Verarbeitung in Schritt S53 ist optional. Dem ist so, da die Temperatur des Stapels 20 für eine relativ lange Zeit sinken kann, nachdem die Zündung ausgeschaltet ist. In diesem Fall, selbst während die Temperatur des Stapels 20 sinkt, wird der Druckanstieg in der Kühlwasserströmungsbahn 16 aufgrund der Leckage des Brennstoffgases lediglich geringfügig beeinträchtigt und die Genauigkeit einer Leckbestimmung wird kaum beeinträchtigt.
Nun wird eine Beschreibung von Variationen der vorangehenden Steuerung abgegeben. In den Variationen wird die Beschreibung einer Verarbeitung, die identisch zu der Verarbeitung der vorangehenden Ausführungsform ist, weggelassen. 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Variation der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung darstellt. Nach dem vorangehend beschriebenen Schritt S51 wird bestimmt, ob die Änderungsrate des Drucks in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 gleich wie oder geringer als ein Schwellenwert α1 ist oder nicht, auf der Basis des Erfassungsergebnisses des Drucksensors 14P (Schritt S55a). Der Schwellenwert α1 ist ein Wert, der zeigt, dass das Oxidationsgas, das in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 verbleibt, fast verschwindet. Der Schwellenwert α1 wird erlangt durch das Experiment vorab und wird in dem ROM der Speichervorrichtung 30 gespeichert. Und zwar wird bestimmt, ob der Druck in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 allmählich sinkt und im Wesentlichen konstant wird, nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, oder nicht. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S55a gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist (Schritt S57). Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S55a gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung nicht erfüllt ist (Schritt S59).
Eine Beschreibung des Grunds für ein Bestimmen, ob die Änderungsrate des Drucks in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 gleich wie oder geringer als der Schwellenwert α1 in Schritt S55a ist oder nicht, nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, wird abgegeben. Wie vorangehend beschrieben ist, kann, unmittelbar nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, das Oxidationsgas in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 verbleiben. In diesem Fall, falls das Brennstoffgas zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zugeführt wird, kann die Kreuzleckage auftreten, wie vorangehend beschrieben ist. Dann kann fehlerhafterweise bestimmt werden, dass die Leckage nicht vorhanden ist, selbst obwohl das Brennstoffgas von der Brennstoffgasströmungsbahn 12 austritt. Die Ursachenbestimmungsbedingung umfasst die Bedingung, in der die Änderungsrate des Drucks in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 gleich wie oder geringer als der Schwellenwert α1 in dieser Variation ist, sodass die Genauigkeit einer Leckbestimmung verbessert ist. Zusätzlich, in einem Zustand, in dem die Änderungsrate des Drucks in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 gleich wie oder geringer als der Schwellenwert α1 ist, nachdem die Zündung ausgeschaltet ist, ist es möglich, in Erwägung zu ziehen, dass der Druck in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 ungefähr konstant ist, da das Brennstoffgas, das in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 verbleibt, bereits verwendet wurde. Deshalb, selbst wenn das Brennstoffgas zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 zugeführt wird, wird die Genauigkeit einer Leckbestimmung nicht beeinträchtigt. Diese Variation kann auch den vorangehend beschriebenen Schritt S53 in der Ursachenbestimmungsbedingung enthalten.
8A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Variation der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung darstellt. 8B ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt. Ungleich der vorangehend beschriebenen Fälle werden in dieser Variation die Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung und die Ursachenbestimmungsverarbeitung ausgeführt, während der Stapel 20 Strom erzeugt, nachdem die Zündung angeschaltet ist. Wie in 8A dargestellt ist, wird bestimmt, ob die Änderungsrate des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 gleich wie oder geringer als ein Schwellenwert α2 ist oder nicht (Schritt S55b). Der Schwellenwert α2 ist ein Wert, der es möglich macht, einen Anstieg des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 zu erfassen, wenn der Zuführbetrag des Brennstoffgases erhöht wird bei vorhanden Sein der Leckage, die später beschrieben wird. Der Schwellenwert α2 wird vorab experimentell erlangt und wird in dem ROM der Speichervorrichtung 30 gespeichert. Wenn die Änderungsrate des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 gleich wie oder geringer als der Schwellenwert α2 ist, hat die Quantität einer Stromerzeugung, die von dem Stapel 20 angefordert wird, eine kleine Abweichungsrate, wie z.B. in dem Leerlaufzustand. In solch einem Fall wird die Drehzahl der Pumpe 164 ebenfalls annähernd konstant. Dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass die Änderungsrate des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 gleich wie oder geringer als der Schwellenwert α2 wird. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S55b gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist (Schritt S57). Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S55b gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung nicht erfüllt ist (Schritt S59).
In der Ursachenbestimmungsverarbeitung in dieser Variation, wie in 8B dargestellt ist, wird die Zuführmenge des Brennstoffgases erhöht um einen vorbestimmten Betrag von der Zuführmenge des Brennstoffgases, die vorab in Abhängigkeit von der Stromerzeugungsmenge definiert ist, die von dem Stapel 20 angefordert wird, sodass der Druck in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 höher ist als der Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 (Schritt S91b). Dann wird auf der Basis des Erfassungsergebnisses des Wasserdrucksensors 16P bestimmt, ob der Druckanstieg in der Kühlwasserströmungsbahn 16 gleich wie oder größer als der Schwellenwert A2 ist oder nicht, bevor eine vorbestimmte Zeit von der Zeit an verstreicht, wenn die Zuführmenge des Brennstoffgases erhöht ist (Schritt S93b). Der Schwellenwert A2 ist ein Wert zum Bestimmen, ob die Leckage vorhanden ist oder nicht. Der Schwellenwert A2 ist basierend auf Ergebnissen eines Experiments definiert, in dem der Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 gemessen wird, nachdem die Zuführmenge des Brennstoffgases in beiden Fällen erhöht ist, in denen die Leckage vorhanden ist und die Leckage nicht vorhanden ist. Der Schwellenwert A2 wird in dem ROM der Steuervorrichtung 30 gespeichert. Wenn bestimmt wird, dass die Leckage in dieser Variation vorhanden ist, kann die Stromerzeugung durch den Stapel 20 zwangsweise gestoppt werden.
Die folgende Verarbeitung kann ebenfalls anstelle der Verarbeitung in dem vorangehenden Schritt S93b ausgeführt werden. Zuerst referenziert die Verarbeitung ein Kennfeld und berechnet einen Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 in einem normalen Zustand mit keiner Leckage (hiernach wird der vorangehende Druck als ein normaler Druck referenziert). Das Kennfeld definiert die Beziehung unter der Drehzahl der Pumpe 164, der Temperatur des Kühlwassers und den Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 in dem normalen Zustand mit keiner Leckage. Der normale Druck steigt, wenn die Drehzahl der Pumpe 164 steigt. Der normale Druck sinkt, wenn die Temperatur des Kühlwassers steigt. Als nächstes wird bestimmt, ob ein Wert, der durch ein Subtrahieren des normalen Drucks von einem tatsächlichen Druck bzw. Ist-Druck in der Kühlwasserströmungsbahn 16 berechnet wird, der durch den Wasserdrucksensor 16P erfasst ist, nicht geringer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Wenn eine zustimmende Bestimmung gemacht wird, wird erkannt, dass der vorhandene Druck in großem Maße von dem normalen Druck erhöht ist aufgrund des Anstiegs der Zuführmenge des Brennstoffgases, und das die Leckage vorhanden ist. Wenn eine negative Bestimmung gemacht wird, wird erkannt, dass der Ist-Druck ungefähr gleich dem normalen Druck ist und dass keine Leckage vorhanden ist.
Wenn die Variationen, die in 8A und 8B dargestellt sind, in dem Zustand ausgeführt werden, in dem die Zündung angeschaltet ist, wird die Blasenabgabeverhinderungsverarbeitung ausgeführt durch ein Stoppen der Stromzufuhr zu der Pumpe 164 in diesen Variationen. Dementsprechend wird der Stromverbrauch durch die Pumpe 164 niedergehalten. Zusammen mit einem Stoppen der Stromzufuhr zu der Pumpe 164 wird die Stromerzeugung von dem Stapel 20 gestoppt. Die Blasenabgabeverhinderungsverarbeitung kann in solch einer Art und Weise ausgeführt werden, dass ein oberer Grenzschutzwert (upper limit guard value) der Drehzahl der Pumpe 164 kleiner eingestellt ist als jener, der verwendet wird, wenn bestimmt wird, dass keine Leckage vorhanden ist. Diese Einstellung unterdrückt den Stromverbrauch der Pumpe 164 während der Blasenabgabeverarbeitung. Der obere Grenzschutzwert, der verwendet wird, wenn bestimmt ist, dass die Leckage vorhanden ist, ist kleiner eingestellt als die maximale Drehzahl der Pumpe 164, die verwendet wird, wenn die Blasenabgabeverarbeitung ausgeführt wird.
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt. Diese Variation setzt voraus, dass die Ursachenbestimmungsbedingung die Bedingung enthält, dass die Zündung ausgeschaltet ist, wie in 6A und 7 dargestellt ist. Es wird bestimmt, ob die Verringerung des Drucks in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 während einer vorbestimmten Zeitdauer nach der Ausführung von Schritt S91 gleich wie oder mehr als ein Schwellenwert A3 ist oder nicht (Schritt S93c). Der Schwellenwert A3 ist ein Wert zum Bestimmen, ob die Leckage vorhanden ist oder nicht. Der Schwellenwert A3 ist definiert basierend auf Ergebnissen eines Experiments, in dem der Druck in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 gemessen wird, nachdem das Brennstoffgas in beiden Fällen zugeführt ist, in dem die Leckage vorhanden ist und nicht vorhanden ist. Der Schwellenwert A3, der dementsprechend erlangt wird, ist in dem ROM der Steuervorrichtung 30 vorab gespeichert. Während der Zufuhr des Brennstoffgases steigt der Druck in der Brennstoffgasströmungsbahn 12. Nach dem die Zufuhr gestoppt ist, sinkt ein relativ kleiner Betrag des Drucks in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 in Abwesenheit der Leckage, während ein relativ großer Betrag des Drucks in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 in Anwesenheit der Leckage sinkt. Auf diese Weise ist es möglich, zu bestimmen, ob die Leckage vorhanden ist oder nicht, auf der Basis der Verringerung des Drucks in der Brennstoffgasströmungsbahn 12, nicht auf Basis des Anstiegs des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16. Lediglich wenn zustimmende Bestimmungen in beiden Schritten S93 und S93c gemacht werden, kann bestimmt werden, dass die Leckage vorhanden ist. Dies verbessert die Genauigkeit der Leckbestimmung.
10A ist ein Flussdiagramm, das eine Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt. Diese Variation setzt die Ursachenbestimmungsbedingung voraus, die in 6A und 7 dargestellt ist. Ungleich der vorangehend beschriebenen Ursachenbestimmungsbedingung wird anstelle eines Zuführens des Brennstoffgases zu der Brennstoffgasströmungsbahn 12 eine vorbestimmte Menge des Oxidationsgases zu der Oxidationsgasströmungsbahn 14 durch ein Steuern des Luftkompressors 149 zugeführt (Schritt S91d). Der Luftkompressor 149 ist ein Beispiel einer Zuführvorrichtung, die das Oxidationsgas zu der Oxidationsgasströmungsbahn 14 zuführt. Dann wird die Verarbeitung in Schritt S93 ausgeführt, wie vorangehend beschrieben ist. Wenn das Oxidationsgas zu der Kühlwasserströmungsbahn 16 von der Oxidationsgasströmungsbahn 14 aus austritt, ist der Erhöhungsbetrag des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 nicht geringer als der Schwellenwert A1, und dementsprechend wird bestimmt, dass die Leckage vorhanden ist. Auf diese Weise ist es möglich, zu bestimmen, ob die Leckage vorhanden ist oder nicht, durch die Zufuhr des Oxidationsgases, wobei die Leckage durch die Verschlechterung einer Abdichtung zwischen der Oxidationsgasströmungsbahn 14 und der Kühlwasserströmungsbahn 16 verursacht wird.
10B ist ein Flussdiagramm, das eine Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt. Diese Variation setzt die Ursachenbestimmungsbedingung voraus, die in 6A und 7 dargestellt ist. Nach dem die vorbestimmte Menge des Oxidationsgases zu der Oxidationsströmungsbahn 14 zugeführt ist (Schritt S91d), wird bestimmt, ob der Verringerungsbetrag des Drucks in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 nicht geringer als ein Schwellenwert A4 ist oder nicht (Schritt S93d). Der Schwellenwert A4 ist ein Wert zum Bestimmen, ob die Leckage vorhanden ist oder nicht. Der Schwellenwert A4 ist definiert basierend auf Ergebnissen eines Experiments, in dem der Druck in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 gemessen wird, nachdem das Oxidationsgas in beiden Fällen zugeführt wird, in denen die Leckage vorhanden ist und nicht vorhanden ist. Der Schwellenwert A4, der dementsprechend erlangt wird, ist in dem ROM der Steuervorrichtung 30 vorab gespeichert. Während der Zufuhr des Oxidationsgases steigt der Druck in der Oxidationsgasströmungsbahn 14. Nachdem die Zufuhr gestoppt ist, verringert sich ein relativ kleiner Betrag des Drucks in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 in Abwesenheit der Leckage, während ein relativ großer Betrag des Drucks in der Oxidationsgasströmungsbahn 14 in Anwesenheit der Leckage sinkt. Lediglich wenn zustimmende Bedingungen in beiden Schritten S93 und S93d gemacht werden, kann bestimmt werden, dass die Leckage vorhanden ist. In den Variationen, die in 10A und 10B dargestellt sind, wird das Oxidationsgas zu dem Stapel 20 in einem Zustand zugeführt, in dem wenig Brennstoffgas in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 vorhanden ist. Dementsprechend erlangt der Stapel 20 einen Wasserstoffmangelzustand, der die Stromerzeugungsleistung des Stapels 20 beeinträchtigen kann. Deshalb können die Variationen in 10A und 10B ausgeführt werden, wenn erwogen wird, dass die Leckage wahrscheinlich vorhanden ist, oder wenn das Brennstoffgas im Wesentlichen nicht in dem Tank 110 verbleibt.
11A ist ein Flussdiagramm, das eine Variation der Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung darstellt. 11B ist ein Flussdiagramm, das eine Variation der Ursachenbestimmungsverarbeitung darstellt. Die Ursachenbestimmungsverarbeitung in 11B setzt die Ursachenbestimmungsbedingungsbestätigungsverarbeitung voraus, die in 11A dargestellt ist. Es wird bestimmt, ob die Spannung des Stapels 20 verschieden zu null ist oder nicht (Schritt S51e). Mit anderen Worten wird bestimmt, ob der Stapel 20 Strom erzeugt oder nicht. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S51e gemacht wird, wird bestimmt, ob die Änderungsrate der Spannung des Stapels 20 nicht näher als ein Schwellenwert α3 ist oder nicht (Schritt S55e). D.h., es wird bestimmt, ob der Stromerzeugungsbetrag des Stapels 20 während einer Stromerzeugung ungefähr konstant ist oder nicht. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S55e gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung erfüllt ist (Schritt 57). Wenn eine negative Bestimmung in einem beliebigen von Schritten S51e und S55e gemacht wird, wird bestimmt, dass die Ursachenbestimmungsbedingung nicht erfüllt ist (Schritt S59).
Wie in 11B dargestellt ist, wird der Zuführbetrag bzw. die Zuführmenge des Brennstoffgases um eine vorbestimmte Menge erhöht (Schritt S91b). Dann wird das Erfassungsergebnis des Zellenmonitors 108 in Bezug genommen und es wird bestimmt, dass die Position der Einheitszelle, die die minimale Zellenspannung unter den Zellenspannungen der Einheitszellen ausgibt, sich in der Schwerkraftrichtung nach unten bewegt, nachdem die Zuführmenge des Brennstoffgases erhöht ist (Schritt S93e). Die Verarbeitung von Schritt S93e wird später im Detail beschrieben. Wenn eine zustimmende Bestimmung in Schritt S93e gemacht wird, wird bestimmt, dass die Leckage bzw. das Leck vorhanden ist (Schritt S95). Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S93e gemacht wird, wird bestimmt, dass das Leck nicht vorhanden ist (Schritt S97).
Der vorangehende Schritt S93e wird nun beschrieben. 12A bis 12F sind erläuternde Ansichten bezüglich Variationen bzw. Abweichungen in Zellspannungen der Einheitszellen. 12A bis 12C entsprechen entsprechend 4D bis 4F, die den Fall darstellen, in dem sich die Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 sammeln. In dem Zustand, in dem das Leck vorhanden ist, falls die Zuführmenge des Brennstoffgases in dem Zustand erhöht wird, in dem sich die Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn 16 sammeln, werden die Blasen vermehrt, wie in 12D dargestellt ist, da Blasen, die durch den Anstieg in der Zuführmenge des Brennstoffgases verursacht sind, ferner zu den Blasen hinzugefügt werden, die in der Kühlwasserströmungsbahn 16 an der oberen Seite in der Schwerkraftrichtung gesammelt sind. Aufgrund dessen, wie in 12E dargestellt ist, bewegt sich die Position der Einheitszelle mit der höchsten Temperatur unter den Einheitszellen in der Schwerkraftrichtung nach unten. Entsprechend, wie in 12F dargestellt ist, bewegt sich die Position der Einheitszelle, die die minimale Zellenspannung ausgibt, in der Schwerkraftrichtung nach unten. Wie vorangehend beschrieben ist, erlangt die Verarbeitung von Schritt S93e die Position der Einheitszellen, die die minimale Zellenspannung ausgeben, bevor und nach dem die Zufuhrmenge des Brennstoffgases erhöht ist, und bestimmt, ob die Position der Einheitszelle, die nach dem Erhöhen der Zufuhrmenge des Brennstoffgases erlangt wird, geringer bzw. weiter unten als jene der Einheitszelle ist oder nicht, die vor dem Erhöhen der Zufuhrmenge des Brennstoffgases erlangt ist, in der Schwerkraftrichtung. In dem Beispiel, das in 12C und 12F dargestellt ist, ändert sich die Einheitszelle, die die minimale Zellenspannung ausgibt, von der Einheitszelle 10-4 zu der Einheitszelle 10-6. In einer anderen Art und Weise wird ein Sensor zum Erfassen der Temperaturen der Einheitszellen verwendet, um zu bestimmen, ob die Leckage vorhanden ist. Es wird bestimmt, dass die Leckage vorhanden ist, wenn die Zufuhrmenge des Brennstoffgases oder des Oxidationsgases erhöht wird und die Position der Einheitszelle mit der höchsten Temperatur sich in der Gravitationsrichtung bzw. Schwerkraftrichtung nach unten bewegt.
Anstelle von Schritt S91b kann die Zuführmenge des Oxidationsgases erhöht werden. Es kann außerdem bestimmt werden, dass die Leckage vorhanden ist zusätzlich zu einer zustimmenden Bestimmung, die in Schritt S93e gemacht wird, wenn der Anstiegsbetrag des Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn 16 näher als der Schwellenwert ist wie mit Schritt S93b. Es kann außerdem bestimmt werden, dass die Leckage vorhanden ist, zusätzlich zu einer zustimmenden Bestimmung, die in Schritt S93e gemacht wird, wenn der Verringerungsbetrag des Drucks in der Brennstoffgasströmungsbahn 12 näher als der Schwellenwert ist.
Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Detail beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht ist, variiert oder geändert werden.
Ein Brennstoffzellensystem weist Folgendes auf: Einen Brennstoffzellenstapel, der Folgendes aufweist: Einen gestapelten Körper, in dem Einheitszellen gestapelt sind, wobei die Einheitszellen erste und zweite Einheitszellen aufweisen, die erste Einheitszelle sich an einem ersten Ende des gestapelten Körpers befindet, sich die zweite Einheitszelle an einem zweiten Ende des gestapelten Körpers befindet, sich die erste Einheitszelle über der zweiten Einheitszelle in der Schwerkraftrichtung befindet; eine Reaktionsgasströmungsbahn, die in dem gestapelten Körper ausgebildet ist; und eine Kühlwasserströmungsbahn, die in dem gestapelten Körper ausgebildet ist und sich von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende erstreckt und sich erneut zu dem ersten Ende hin erstreckt; eine Pumpe, die Kühlwasser zu der Kühlwasserströmungsbahn zuführt; eine Zuführvorrichtung, die Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn zuführt; und eine Steuervorrichtung, die gestaltet ist, um Folgendes aufzuweisen: Einen Blasenerfassungsabschnitt, der gestaltet ist, um eine Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn zu erfassen; und einen Ursachenbestimmungsabschnitt, der gestaltet ist, um zu bestimmen, ob die Ansammlung von Blasen durch ein Leck des Reaktionsgases aus der Reaktionsgasströmungsbahn verursacht ist oder nicht, wenn der Blasenerfassungsabschnitt die Ansammlung von Blasen erfasst.

Claims

Brennstoffzellensystem (1), das Folgendes aufweist: einen Brennstoffzellenstapel (20), der Folgendes aufweist: einen gestapelten Körper (10), in dem Einheitszellen (10-1, 10-4, 10-(n/10), 10-n) gestapelt sind, wobei die Einheitszellen (10-1, 10-4, 10 (n/10), 10-n) eine erste und eine zweite Einheitszelle (10-1, 10-n) aufweisen, wobei sich die erste Einheitszelle (10-1) an einem ersten Ende des gestapelten Körpers (10) befindet, wobei sich die zweite Einheitszelle (10-n) an einem zweiten Ende des gestapelten Körpers (10) befindet, wobei sich die erste Einheitszelle (10-1) in einer Schwerkraftrichtung über der zweiten Einheitszelle (10-n) befindet; eine Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14), die in dem gestapelten Körper (10) ausgebildet ist; und eine Kühlwasserströmungsbahn (16), die in dem gestapelten Körper (10) ausgebildet ist, und sich von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende erstreckt und sich erneut zu dem ersten Ende hin erstreckt; eine Pumpe (164), die Kühlwasser zu der Kühlwasserströmungsbahn (16) zuführt; eine Zuführvorrichtung (120, 140), die ein Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) zuführt; und eine Steuervorrichtung (30), die gestaltet ist, um Folgendes aufzuweisen: einen Blasenerfassungsabschnitt (30), der gestaltet ist, um eine Ansammlung von Blasen in der Kühlwasserströmungsbahn (16) zu erfassen; einen Ursachenbestimmungsabschnitt (30), der gestaltet ist, um zu bestimmen, ob die Ansammlung von Blasen durch eine Leckage des Reaktionsgases von der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) verursacht ist oder nicht, wenn der Blasenerfassungsabschnitt (30) die Ansammlung von Blasen erfasst.
Brennstoffzellensystem (1) von Anspruch 1, ferner mit: einer Entfernungsvorrichtung (164), die gestaltet ist, um angesammelte Blasen aus der Kühlwasserströmungsbahn (16) zu entfernen, wenn bestimmt ist, dass die Ansammlung von Blasen nicht durch die Leckage des Reaktionsgases von der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) verursacht ist.
Brennstoffzellensystem (1) von Anspruch 2, wobei die Entfernungsvorrichtung (164) die Pumpe (164) aufweist, die Blasen von der Kühlwasserströmungsbahn (16) durch ein Erhöhen und Verringern einer Drehzahl der Pumpe (164) abgibt.
Brennstoffzellensystem (1) von einem von Ansprüchen 1 bis 3, ferner mit: einer Warnvorrichtung (103), die gestaltet ist, um eine Warnung auszugeben, wenn bestimmt ist, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases von der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) verursacht ist.
Brennstoffzellensystem (1) von einem von Ansprüchen 1 bis 4, wobei in einem Zustand, in dem die Pumpe (164) gestoppt ist und die Zuführvorrichtung das Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) zuführt, der Ursachenbestimmungsabschnitt (30) gestaltet ist, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases von der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) verursacht ist, wenn ein Anstiegsbetrag eines Drucks in der Kühlwasserströmungsbahn (16) nicht geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Brennstoffzellensystem (1) von einem von Ansprüchen 1 bis 4, wobei in einem Zustand, in dem die Pumpe (164) gestoppt ist und die Zuführvorrichtung das Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) zuführt, der Ursachenbestimmungsabschnitt (30) gestaltet ist, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases von der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) verursacht ist, wenn ein Verringerungsbetrag eines Drucks in der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) nicht mehr als ein vorbestimmter Wert ist.
Brennstoffzellensystem (1) von einem von Ansprüchen 1 bis 4, wobei der Ursachenbestimmungsabschnitt (30) gestaltet ist, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage von Reaktionsgas von der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) verursacht ist, wenn die Zuführvorrichtung (120, 140) eine Zuführmenge von Reaktionsgas zu der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) erhöht, und dementsprechend eine Position von einer von den Einheitszellen (10-4), die eine minimale Zellenspannung unter den Einheitszellen (10-1, 10-4, 10-(n/10), 10-n) hat, sich in der Schwerkraftrichtung nach unten bewegt.
Brennstoffzellensystem (1) von einem von Ansprüchen 1-4, wobei der Ursachenbestimmungsabschnitt (30) gestaltet ist, um zu bestimmen, dass die Ansammlung von Blasen durch die Leckage des Reaktionsgases von der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) verursacht ist, wenn die Zuführvorrichtung (120, 140) eine Zuführmenge des Reaktionsgases zu der Reaktionsgasströmungsbahn (12, 14) erhöht, und dementsprechend eine Position von einer von den Einheitszellen (10-4), die eine höchste Temperatur unter den Einheitszellen (10-1, 10-4, 10-(n/10), 10-n) hat, sich in der Schwerkraftrichtung nach unten bewegt.