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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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In einer Brennstoffzelle ist Wasser, das während eines Betriebs erzeugt wird, Wasser zur Befeuchtung von Reaktionsgas sowie sonstiges Wasser vorhanden. Wenn die Temperatur einer Brennstoffzelle nach einem Anhalten des Betriebs der Brennstoffzelle unter eine Gefriertemperatur sinkt, gefriert in der Brennstoffzelle verbleibendes Wasser zum Beispiel in Poren einer Katalysatorschicht oder einer Gasdiffusionsschicht in einer Einzelzelle und begrenzt bei dem nächsten Starten einen Fluss von Reaktionsgas oder Abgas. Aus diesem Grund wurde ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, das nach einem Anhalten der Brennstoffzelle einen Spülvorgang durchführt. In einem Brennstoffzellensystem, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr.
2017-010908 (
JP 2017-010908 A ) beschrieben wird, wird, nachdem ein schneller Aufwärmvorgang zum schnellen Erhöhen einer Temperatur einer Brennstoffzelle durchgeführt wurde, ein normaler Aufwärmvorgang durchgeführt, der eine geringere Anstiegsrate der Temperatur der Brennstoffzelle als der schnelle Aufwärmvorgang aufweist, und dann wird ein Spülvorgang der Brennstoffzelle durchgeführt.
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Kurzfassung der Erfindung
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Tatsache ist allerdings, dass ein Spülvorgang einer Brennstoffzelle nicht ausreichend entwickelt ist. Zum Beispiel bei dem Brennstoffzellensystem, das in JP 2017-010908 A beschrieben wird, wird der Betriebsmodus von dem schnellen Aufwärmvorgang in den normalen Aufwärmvorgang umgeschaltet, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle hoch ist und die Temperatur einer ein Gas strömenden Nebenmaschine bzw. eines Gasströmungs-Hilfsaggregats niedrig ist, und dann wird der Spülvorgang durchgeführt. Daher kann die Temperatur der Brennstoffzelle sinken, während die Temperatur des Gasströmungs-Hilfsaggregats niedrig bleibt, wenn zum Beispiel nach einem Starten des Brennstoffzellensystems, das in einer Niedrigtemperaturumgebung stehen gelassen wurde, das Brennstoffzellensystem über einen kurzen Zeitraum betrieben wird und dann angehalten wird. In diesem Fall tritt ein solches Problem nicht auf, wenn die Temperatur des Gasströmungs-Hilfsaggregats auf 10 °C bis 20 °C aufgewärmt wird, wie in dem Fall der Ausführungsform aus
JP 2017-010908 A ; allerdings wird Energie zur Erhöhung der Temperatur des Gasströmungs-Hilfsaggregats verschwendet. Wenn dagegen die Temperatur des Gasströmungs-Hilfsaggregats nicht erhöht wird, wird das Innere des Gasströmungs-Hilfsaggregats mit warmen, feuchtem Abgas gefüllt, das aus der Brennstoffzelle ausgestoßen wird, und in dem Abgas enthaltene Feuchtigkeit kann gefrieren. Daher wird nach einer Technik gesucht, die es ermöglicht, einen Spülvorgang einer Brennstoffzelle zweckmäßig durchzuführen.
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(1) Ein Brennstoffzellensystem gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Brennstoffzelle, eine Reaktionsgaszufuhreinheit, die eingerichtet ist, der Brennstoffzelle Reaktionsgase zuzuführen, eine Komponente, die in einer Zirkulationsleitung für Abgas, welches aus der Brennstoffzelle ausgestoßen wird, ausgebildet ist, eine Batterietemperaturbezugseinheit, die eingerichtet ist, eine Brennstoffzellentemperatur zu beziehen, die eine Temperatur der Brennstoffzelle ist, eine Komponententemperaturbezugseinheit, die eingerichtet ist, eine Komponententemperatur zu beziehen, die eine Temperatur der Komponente ist, eine Sekundärbatterie, eine Ladezustandsbezugseinheit, die eingerichtet ist, einen Ladezustand der Sekundärbatterie zu beziehen, und einen Controller, der eingerichtet ist, einen Spülvorgang der Brennstoffzelle zu einer Zeit durchzuführen, zu der eine Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems angehalten ist. Die Steuereinheit ist eingerichtet, einen Aufwärmvorgang der Brennstoffzelle durchzuführen, wenn eine Temperaturdifferenz, die eine Differenz zwischen der bezogenen Brennstoffzellentemperatur und der bezogenen Komponententemperatur ist, größer gleich einer vorgegebenen Temperaturdifferenz ist, und Strom, der durch den Aufwärmvorgang erzeugt wird, in der Sekundärbatterie zu speichern, während der Ladezustand der Sekundärbatterie niedriger ist als ein vorgegebener Ladezustand, und den Spülvorgang mit einer vorgegebenen Spülleistung durchzuführen, nachdem der Aufwärmvorgang abgeschlossen ist. Wenn die Temperaturdifferenz, welche die Differenz zwischen der bezogenen Brennstoffzellentemperatur und der bezogenen Komponententemperatur ist, größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz ist, wird mit dem Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt der Aufwärmvorgang der Brennstoffzelle durchgeführt und Strom, der durch den Aufwärmvorgang erzeugt wird, wird in der Sekundärbatterie gespeichert, während der Ladezustand der Sekundärbatterie niedriger ist als der vorgegebene Ladezustand, und nachdem der Aufwärmvorgang abgeschlossen ist, wird der Spülvorgang mit der vorgegebenen Spülleistung durchgeführt. Daher wird der Spülvorgang der Brennstoffzelle in einem Zustand durchgeführt, in dem die Temperatur der Komponente durch den Aufwärmvorgang angehoben ist. Folglich wird die verbleibende Menge an Abgas und Wasser, die in die Komponente fließen, reduziert, und ein Gefrieren von Wasser und Feuchtigkeit (Wasserdampf), das in dem Abgas in der Komponente enthalten ist, wird selbst dann auf ein Minimum reduziert, wenn eine Außenlufttemperatur niedrig ist und daher die Temperatur der Komponente niedrig ist. Daher wird zur Zeit des nächsten Startens der Brennstoffzelle ein Fehler bei einer Leistungs- bzw. Stromerzeugung, welcher aus einer Blockade eines Teils oder der gesamten Zirkulationsleitung resultiert, reduziert.
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(2) In dem Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt kann der Controller eingerichtet sein, den Spülvorgang nach Abschluss des Aufwärmvorgangs mit einer Spülleistung durchzuführen, die höher ist als die vorgegebene Spülleistung, wenn die Temperaturdifferenz größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz zu der Zeit ist, zu der der Ladezustand der Sekundärbatterie während des Aufwärmvorgangs den vorgegebenen Ladezustand erreicht hat. Wenn die Temperaturdifferenz zu der Zeit, zu der der Ladezustand während des Aufwärmvorgangs der Sekundärbatterie den vorgegebenen Ladezustand erreicht hat, größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz ist, wird der Spülvorgang bei dem Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt nach Abschluss des Aufwärmvorgangs mit einer höheren Spülleistung als der vorgegebenen Spülleistung durchgeführt. Daher wird eine Leistung der Komponente zum Abgeben von Abgas und Wasser, die aus der Brennstoffzelle ausgestoßen werden, erhöht. Selbst wenn die Temperaturdifferenz nach Abschluss des Aufwärmvorgangs größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz ist, wird folglich ein Gefrieren von Wasser und Feuchtigkeit, die in dem Abgas in der Komponente enthalten sind, auf ein Minimum reduziert.
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Die Erfindung kann in verschiedenen Ausführungsformen implementiert werden. Zum Beispiel kann die Erfindung in Ausgestaltungen wie einem Fahrzeug, das ein Brennstoffzellensystem umfasst, einem Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem und einem Spülsteuerverfahren in einem Brennstoffzellensystem implementiert werden.
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Figurenliste
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Merkmale, Vorteile und technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
- 1 eine schematische Darstellung ist, welche die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems zeigt;
- 2 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf eines Spülvorgangs zeigt;
- 3 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf eines Spülvorgangs in einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
- 4 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf eines Spülvorgangs in einer dritten Ausführungsform zeigt.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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A. Erste Ausführungsform
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A1. Konfiguration des Brennstoffzellensystems
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1 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 100 zeigt, welche eine Ausführungsform der Erfindung ist. Das Brennstoffzellensystem 100 ist zum Beispiel in einem Fahrzeug montiert. Das Brennstoffzellensystem 100 gibt ansprechend auf eine Anforderung von einem Fahrer elektrische Leistung bzw. Strom aus, welcher eine Leistungs- bzw. Stromquelle des Fahrzeugs ist. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst eine Brennstoffzelle 10, eine Oxidationsgaszufuhr- und -ausstoßeinheit 30, eine Brenngaszufuhr- und -ausstoßeinheit 50, eine Kühlmittelzirkulationseinheit 70 und einen Controller 20. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner einen DC-DC-Wandler 90 und eine Sekundärbatterie 92.
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Die Brennstoffzelle 10 ist eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die Strom erzeugt, sobald sie Wasserstoffgas und Luft erhält, die als Reaktionsgase zugeführt werden. Die Brennstoffzelle 10 weist eine Stapelstruktur auf, bei der eine Mehrzahl an Zellen 11 aufeinander gestapelt ist. Obwohl nicht in dem Diagramm gezeigt, umfasst jede Zelle 11 eine Membranelektrodenanordnung, ein Paar Gasdiffusionsschichten und ein Paar Separatoren. Die Membranelektrodenanordnung ist derart ausgestaltet, dass Elektroden jeweils auf beiden Oberflächenseiten eines Elektrolyten platziert sind. Das Paar Gasdiffusionsschichten und das Paar Separatoren nehmen die Membranelektrodenanordnung sandwichartig zwischen sich auf. Strom, der durch die Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, wird der Sekundärbatterie 92 oder einer Last 93 über den DC-DC-Wandler 90 zugeführt.
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Die Sekundärbatterie 92 speichert Strom, der von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird. Die Sekundärbatterie 92 fungiert in dem Brennstoffzellensystem 100 zusammen mit der Brennstoffzelle 10 als Stromzufuhrquelle. Strom, der in der Sekundärbatterie 92 gespeichert ist, wird der Last 93, wie beispielsweise einem Antriebsmotor (nicht gezeigt), einem Luftverdichter 33 (später beschrieben), einer Wasserstoffpumpe 65 und verschiedenen Ventilen zugeführt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Sekundärbatterie 92 eine aufladbare und entladbare Lithium-Ionen-Batterie. Alternativ kann die Sekundärbatterie 92 eine Batterie eines anderen Typs sein, wie beispielsweise eine Bleibatterie, eine Nickel-Cadmium-Batterie und eine Nickel-Metallhydrid-Batterie.
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Eine SOC-Erfassungseinheit 96 erfasst den Ladezustand (SOC) der Sekundärbatterie 92 und übermittelt den SOC an den Controller 20. In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet SOC das Verhältnis eines Ladestands zu der Ladekapazität der Sekundärbatterie 92. Die SOC-Erfassungseinheit 96 erfasst die Temperatur, die Ausgangsspannung und Ausgangsstromstärke der Sekundärbatterie 92 und erfasst den SOC basierend auf diesen erfassten Werten.
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Die Oxidationsgaszufuhr- und -ausstoßeinheit 30 saugt Luft als Oxidationsgas aus einer Außenluft ein und führt die Luft der Brennstoffzelle 10 zu. Die Oxidationsgaszufuhr- und -ausstoßeinheit 30 stößt auch Kathodenabgas aus der Brennstoffzelle 10 nach außen aus. Die Oxidationsgaszufuhr- und -ausstoßeinheit 30 umfasst ein Oxidationsgasrohr 31, einen Luftstrommesser 32, den Luftverdichter 33, ein erstes Auf-/Zu-Ventil 34, einen ersten Druckmesser 35, ein Strömungsverteilerventil 36, ein Oxidationsgasabgasrohr 41 und ein erstes Druckregelventil 42.
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Das Oxidationsgasrohr 31 ist mit einem kathodenseitigen Zufuhrsammelrohr verbunden, das in der Brennstoffzelle 10 ausgestaltet ist, und führt der Brennstoffzelle 10 Luft zu, die von außen eingesaugt wurde. Der Luftstrommesser 32 ist in dem Oxidationsgasrohr 31 ausgebildet. Der Luftstrommesser 32 misst die Luftmenge eingesaugter Luft. Der Luftverdichter 33 ist zwischen dem Luftstrommesser 32 und einem Verbindungspunkt des Oxidationsgasrohres 31 mit dem Oxidationsabgasrohr 41 ausgebildet. Der Luftverdichter 33 verdichtet Luft, die aus der Außenluft eingesaugt wurde, und führt der Brennstoffzelle 10 die Luft ansprechend auf ein Steuersignal von dem Controller 20 zu. Das Auf-/Zu-Ventil 34 ist zwischen dem Luftverdichter 33 und der Brennstoffzelle 10 ausgebildet. Das erste Auf-/Zu-Ventil 34 führt der Brennstoffzelle 10 Luft von dem Luftverdichter 33 zu oder hält diese an. Der erste Druckmesser 35 misst den Druck an einem Oxidationsgaseinlass der Brennstoffzelle 10 und übermittelt den Druck an den Controller 20. Das Strömungsverteilerventil 36 ist zwischen dem Luftverdichter 33 und dem Oxidationsabgasrohr 41 ausgebildet. Das Strömungsverteilerventil 36 passt die Strömungsrate von Luft an die Brennstoffzelle 10 und an das Oxidationsabgasrohr 41 an.
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Das Oxidationsabgasrohr 41 ist mit einem kathodenseitigen Abgassammelrohr verbunden, das in der Brennstoffzelle 10 ausgestaltet ist. Das Oxidationsabgasrohr 41 stößt Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellensystem 100 nach außen (an die Atmosphäre) aus. Das Kathodenabgas wird aus den Zellen 11 ausgestoßen. Das erste Druckregelventil 42 passt ansprechend auf ein Steuersignal von dem Controller 20 den Druck an einem Kathodengasauslass der Brennstoffzelle 10 an.
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Die Brenngaszufuhr- und -ausstoßeinheit 50 führt der Brennstoffzelle 10 Wasserstoffgas als Brenngas zu und stößt Anodenabgas aus der Brennstoffzelle 10 nach außen aus. Die Brenngaszufuhr- und -ausstoßeinheit 50 umfasst ein Brenngasrohr 51, einen Wasserstoffgastank 52, ein zweites Auf-/Zu-Ventil 53, ein zweites Druckregelventil 54, eine Einspritzvorrichtung 55, einen zweiten Druckmesser 56, ein Brennstoffabgasrohr 61, einen Gas-Flüssigkeitsabscheider 62, ein Abgasablaufventil 63, ein Zirkulationsrohr 64 und die Wasserstoffpumpe 65.
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Das Brenngasrohr 51 verbindet den Wasserstoffgastank 52 mit der Brennstoffzelle 10. Das Brenngasrohr 51 führt der Brennstoffzelle 10 Wasserstoffgas zu, das in dem Wasserstoffgastank 52 gespeichert ist, und überschüssiges Wasserstoffgas, das von der Wasserstoffpumpe 65 gefördert wird. Das zweite Auf-/Zu-Ventil 53, das zweite Druckregelventil 54, die Einspritzvorrichtung 55 und der zweite Druckmesser 56 sind in dieser Reihenfolge von dem Wasserstoffgastank 52 zu der Brennstoffzelle 10 hin in dem Brenngasrohr 51 angeordnet.
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Das zweite Auf-/Zu-Ventil 53 öffnet und schließt ansprechend auf ein Steuersignal von dem Controller 20. Das zweite Auf-/Zu-Ventil 53 steuert einen Fluss von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffgastank 52 in die Einspritzvorrichtung 55. Wenn das Brennstoffzellensystem 100 angehalten wird, wird das zweite Auf-/Zu-Ventil 53 geschlossen. Das zweite Druckregelventil 54 passt den Druck von Wasserstoffgas, das der Einspritzvorrichtung 55 zuzuführen ist, ansprechend auf ein Steuersignal von dem Controller 20 an einen vorgegebenen Druck an. Die Einspritzvorrichtung 55 öffnet oder schließt sein Ventil entsprechend einer Antriebsperiode und einer Öffnungs-/Schließzeit, die von dem Controller 20 ansprechend auf ein Steuersignal von dem Controller 20 eingestellt wird. Daher führt die Einspritzvorrichtung 55 der Brennstoffzelle 10 Wasserstoffgas zu und passt auch die Menge von zugeführtem Wasserstoffgas an. Der zweite Druckmesser 56 misst den Druck an einem Wasserstoffgaseinlass der Brennstoffzelle 10 und übermittelt den Druck an den Controller 20.
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Das Brennstoffabgasrohr 61 verbindet den Gas-Flüssigkeitsabscheider 62 mit einem anodenseitigen Sammelrohr, der innerhalb der Brennstoffzelle 10 ausgestaltet ist. Das Brennstoffabgasrohr 61 ist eine Leitung zum Ausstoßen von Anodenabgas aus der Brennstoffzelle 10. Das Brennstoffabgasrohr 61 leitet Anodenabgas an den Gas-Flüssigkeitsabscheider 62. Das Anodenabgas enthält Wasserstoffgas, Stickstoffgas und dergleichen, die nicht für eine Leistungserzeugungsreaktion verwendet werden.
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Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 62 ist zwischen dem Brennstoffabgasrohr 61 und dem Zirkulationsrohr 64 verbunden. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 62 trennt Wasserstoffgas und Wasser, die in dem Anodenabgas in dem Brennstoffabgasrohr 61 enthalten sind, erlaubt, dass Gas, das Wasserstoffgas enthält, in das Zirkulationsrohr 64 fließt, und speichert Wasser.
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Das Abgasablaufventil 63 ist ein Auf-/Zu-Ventil, das an dem unteren Abschnitt des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 62 ausgebildet ist. Das Abgasablaufventil 63 öffnet oder schließt ansprechend auf ein Steuersignal von dem Controller 20. Das Abgasablaufventil 63 leert oder stößt Wasser, das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 62 abgetrennt wurde, sowie Verunreinigungsgas, wie beispielsweise Stickstoffgas, das in einem Anodenabgas enthalten ist, an das Oxidationsabgasrohr 41 aus.
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Das Zirkulationsrohr 64 ist an einem Ort stromabwärts von der Einspritzvorrichtung 55 mit dem Brenngasrohr 51 verbunden. Die Wasserstoffpumpe 65 ist in dem Zirkulationsrohr 64 bereitgestellt. Die Wasserstoffpumpe 65 wird ansprechend auf ein Steuersignal von dem Controller 20 angetrieben. Die Wasserstoffpumpe 65 führt dem Brenngasrohr 51 Gas zu, das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 62 abgetrennt wurde (Gas, das Wasserstoffgas enthält). In dem Brennstoffzellensystem 100 wird die Nutzungseffizienz von Wasserstoffgas verbessert, indem Wasserstoffgas enthaltendes Gas, das in dem Anodenabgas enthalten ist, zirkuliert wird, und das Gas der Brennstoffzelle 10 erneut zugeführt wird.
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Die Wasserstoffpumpe 65 ist mit einer Wasserstoffpumpen-Temperaturbezugseinheit 66 ausgebildet. Die Wasserstoffpumpen-Temperaturbezugseinheit 66 misst die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 und übermittelt die Temperatur an den Controller 20. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65, die von der Wasserstoffpumpen-Temperaturbezugseinheit 66 gemessen wird, als Komponententemperatur verwendet.
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Die Kühlmittelzirkulationseinheit 70 passt die Temperatur der Brennstoffzelle 10 (nachfolgend als Brennstoffzellentemperatur bezeichnet) an, indem sie ein Kühlmittel durch die Brennstoffzelle 10 zirkuliert. In der vorliegenden Ausführungsform wird nicht gefrierbares Wasser wie beispielsweise Ethylenglykol als Kühlmittel verwendet. Das Kühlmittel ist nicht auf nicht gefrierbares Wasser beschränkt. Als Kühlmittel kann Luft verwendet werden. Die Kühlmittelzirkulationseinheit 70 umfasst ein Kühlmittelzufuhrrohr 71 und ein Kühlmittelablassrohr 72, einen Radiator 73, eine Zirkulationspumpe 74, ein Dreiwegeventil 75, ein Bypass-Rohr 76 und eine Batterietemperaturbezugseinheit 77.
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Das Kühlmittelzufuhrrohr 71 ist mit einem Kühlmittelsammelrohr verbunden, das innerhalb der Brennstoffzelle 10 ausgestaltet ist. Das Kühlmittelablassrohr 72 ist mit einem Kühlmittelablasssammelrohr verbunden, das innerhalb der Brennstoffzelle 10 ausgestaltet ist. Der Radiator 73 ist mit dem Kühlmittelablassrohr 72 und dem Kühlmittelzufuhrrohr 71 verbunden. Der Radiator 73 kühlt ein Kühlmittel, das von dem Kühlmittelablassrohr 72 fließt, indem er, zum Beispiel, Luft verwendet, die von einem elektrischen Ventilator (nicht gezeigt) ausgesendet wird, und stößt dann das Kühlmittel an das Kühlmittelzufuhrrohr 71 aus. Daher wird durch das Kühlmittelablassrohr 72, den Radiator 73, das Kühlmittelzufuhrrohr 71 und die Sammelrohre in der Brennstoffzelle 10 ein Zirkulationspfad für das Kühlmittel ausgestaltet.
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Die Zirkulationspumpe 74 ist in dem Kühlmittelzufuhrrohr 71 bereitgestellt. Die Zirkulationspumpe 74 führt der Brennstoffzelle 10 das Kühlmittel unter Druck unter Verwendung der Antriebskraft der Zirkulationspumpe 74 zu. Das Dreiwegeventil 75 passt die Strömungsrate des Kühlmittels zu dem Radiator 73 und dem Bypassrohr 76 an. Die Batterietemperaturbezugseinheit 77 ist nahe der Brennstoffzelle 10 in dem Kühlmittelablassrohr 72 angeordnet. Die Batterietemperaturbezugseinheit 77 misst die Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelablassrohr 72 und übermittelt die Temperatur an den Controller 20. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur des Kühlmittels als Brennstoffzellentemperatur verwendet.
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Die oben beschriebene Brennstoffzelle 10 erzeugt Strom, indem sie Wasserstoffgas und Luft verwendet, die von den oben beschriebenen Komponenten zugeführt werden. Erzeugter Strom wird einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) zugeführt, um das Fahrzeug über einem Wechselrichter (nicht gezeigt) anzutreiben. Eine Hochspannungsseite des Gleichspannungswandlers bzw. DC-DC-Wandlers 90 ist mit Stromleitungen verbunden, die dem Antriebsmotor Strom von der Brennstoffzelle 10 zuführen. Der DC-DC-Wandler 90 erhöht die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 ansprechend auf eine Steuerung, die von dem Controller 20 ausgeführt wird. Ein Stromsensor 95 ist zwischen der Brennstoffzelle 10 und dem DC-DC-Wandler 90 angeordnet. Der Stromsensor 95 misst einen Strom, der durch die Brennstoffzelle 10 fließt. Der Stromsensor 95 misst den Ausgangsstromwert der Brennstoffzelle 10.
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Der Controller 20 steuert das gesamte Brennstoffzellensystem 100. Der Controller 20 umfasst eine CPU 21 und einen Speicher 25. Die CPU 21 fungiert als Steuereinheit 22, indem sie ein Steuerprogramm ausführt, das vorab auf dem Speicher 25 gespeichert wird.
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Die Steuereinheit 22 steuert den Betrieb der Brennstoffzelle 10 und des Controllers 20, indem sie verschiedene Komponenten betätigt oder anhält, die mit dem Controller 20 elektrisch verbunden sind. Die verschiedenen Komponenten umfassen den Luftverdichter 33 und die Wasserstoffpumpe 65. In der vorliegenden Ausführungsform führt die Steuereinheit 22 einen Abstell-Spülvorgang (später beschrieben) durch, bevor der Betrieb angehalten wird, indem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 angehalten wird, genauer, wenn der Prozess des Anhaltens des Betriebs begonnen wird. Zudem führt die Steuereinheit 22 nach einem Anhalten des Betriebs der Brennstoffzelle 10 einen Halte-Spülvorgang (später beschrieben) durch. Der Abstell-Spülvorgang und der Halte-Spülvorgang (Englisch: „soaking scavenging operation“) werden zusammen schlicht als Spülvorgang bezeichnet. Wenn der Spülvorgang durchgeführt wird, wird in dem Brennstoffzellensystem 100 die Menge an Wasser reduziert, die in der Brennstoffzelle 10 verbleibt, während ein Gefrieren von Wasser und Feuchtigkeit, welches in einem Abgas enthalten ist, das aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, in der Wasserstoffpumpe 65 auf ein Minimum reduziert wird.
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Der Spülvorgang umfasst einen kathodenseitigen Spülvorgang und einen anodenseitigen Spülvorgang. Bei dem kathodenseitigen Spülvorgang führt die Steuereinheit 22 der Brennstoffzelle 10 Oxidationsgas zu, indem sie den Luftverdichter 33 antreibt und so in der Brennstoffzelle 10 verbleibendes Kathodenabgas und Wasser ausstößt und leert. Bei dem anodenseitigen Spülvorgang schließt die Steuereinheit 22 das zweite Auf-/Zu-Ventil 53 und öffnet das Abgasablaufventil 63. Dann führt die Steuereinheit 22 der Brennstoffzelle 10 Wasserstoffgas zu, das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 62 ausgestoßen wurde, indem sie die Wasserstoffpumpe 65 antreibt und so Anodenabgas und Wasser, welche in der Brennstoffzelle 10 verbleiben, ausstößt und leert.
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Die Oxidationsgaszufuhr- und -ausstoßeinheit 30 und die Brenngaszufuhr- und -ausstoßeinheit 50 können als untergeordnete Konzepte der Reaktionsgaszufuhreinheit aus der Kurzfassung der Erfindung betrachtet werden. Das Brennstoffabgasrohr 61 und das Zirkulationsrohr 64 können als untergeordnete Konzepte der Zirkulationsleitung aus der Kurzfassung der Erfindung betrachtet werden. Die Wasserstoffpumpe 65 kann als untergeordnetes Konzept der Komponente aus der Kurzfassung der Erfindung betrachtet werden. Die Wasserstoffpumpen-Temperaturbezugseinheit 66 kann als die Komponententemperaturbezugseinheit aus der Kurzfassung der Erfindung betrachtet werden. Die SOC-Erfassungseinheit 96 kann als die Ladezustandsbezugseinheit aus der Kurzfassung der Erfindung betrachtet werden.
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A2. Spülvorgang
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2 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Spülvorgangs zeigt, der in dem Brennstoffzellensystem 100 durchgeführt wird. Wenn ein Signal, das angibt, dass ein Zündschalter von einem An- in einen Aus-Zustand geschaltet wurde, von einer übergeordneten elektronischen Steuereinheit (ECU), die das gesamte Fahrzeug steuert, übermittelt wird, und das Signal von dem Controller 20 empfangen wird, wird bei dem Brennstoffzellensystem 100 der in 2 gezeigte Spülvorgang durchgeführt.
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Die Steuereinheit 22 bezieht die Brennstoffzellentemperatur von der Batterietemperaturbezugseinheit 77 (Schritt S105). Die Steuereinheit 22 bezieht die Wasserstoffpumpentemperatur von der Wasserstoffpumpen-Temperaturbezugseinheit 66 (Schritt S110). Schritt S105 und Schritt S110 können in einer beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden. Die Steuereinheit 22 berechnet eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Brennstoffzellentemperatur und der Wasserstoffpumpentemperatur (Schritt S115). Die Steuereinheit 22 berechnet einen Wert, der bezogen wird, indem die Wasserstoffpumpentemperatur von der Brennstoffzellentemperatur subtrahiert wird, als Temperaturdifferenz ΔT. Die Steuereinheit 22 bestimmt, ob die Temperaturdifferenz ΔT größer gleich einer vorgegebenen Schwellwert-Temperaturdifferenz ist (Schritt S120). In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die vorgegebene Schwellwert-Temperaturdifferenz 5 °C. Die vorgegebene Schwellwert-Temperaturdifferenz kann auf eine beliebige Temperatur innerhalb des Bereichs von 5 °C bis 10 °C anstelle von 5 °C eingestellt werden.
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Wenn die Steuereinheit 22 bestimmt, dass die Temperaturdifferenz ΔT kleiner ist als die Schwellwert-Temperaturdifferenz (5 °C) (NEIN in Schritt S120), führt die Steuereinheit 22 den Abstell-Spülvorgang durch (Schritt S150). Insbesondere führt die Steuereinheit 22 den oben beschriebenen kathodenseitigen Spülvorgang und anodenseitigen Spülvorgang mit einer vorgegebenen Spülleistung durch. Insbesondere stellt die Steuereinheit 22 bei dem anodenseitigen Spülvorgang die Drehzahl der Wasserstoffpumpe 65 auf etwa 40 % der maximalen Drehzahl ein und treibt die Wasserstoffpumpe 65 weiterhin über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg mit der eingestellten Drehzahl an. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die vorgegebene Zeitspanne 60 Sekunden. Die vorgegebene Zeitspanne kann auf eine beliebige Zeitspanne innerhalb eines Bereichs von 60 Sekunden bis 80 Sekunden anstelle von 60 Sekunden eingestellt werden.
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Nach Abschluss des Abstell-Spülvorgangs hält die Steuereinheit 22 den Betrieb der Brennstoffzelle 10 an (Schritt S155). Die Steuereinheit 22 hält eine Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 an, indem sie eine Zufuhr von Wasserstoffgas und Luft an die Brennstoffzelle 10 anhält. Anschließend führt die Steuereinheit 22 den Halte-Spülvorgang durch (Schritt S160). In der vorliegenden Ausführungsform ist mit Halten („soaking“) ein Zustand gemeint, in dem der Zündschalter des Fahrzeugs aus ist. Daher ist die Leistungszufuhr des Controllers 20 während eines Haltens ebenfalls aus. Aus diesem Grund steuert in der vorliegenden Ausführungsform die übergeordnete ECU, die das gesamte Fahrzeug steuert, den Strom, der dem Controller 20 zugeführt werden soll, und schaltet so die Leistung des Controllers 20 von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand und führt den Halte-Spülvorgang durch. Da der Ablauf des Halte-Spülvorgangs der gleiche ist wie der Ablauf des Abstell-Spülvorgangs in Schritt S150, wird auf die detaillierte Beschreibung verzichtet.
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Wenn die Steuereinheit 22 in Schritt S120 bestimmt, dass die Temperaturdifferenz ΔT größer gleich der Schwellwert-Temperaturdifferenz ist (5 °C) (JA in Schritt S120), bezieht die Steuereinheit 22 den SOC der Sekundärbatterie 92 von der SOC-Erfassungseinheit 96 (Schritt S125). Nachfolgend bestimmt die Steuereinheit 22, ob der SOC größer gleich einem vorgegebenen Schwellwert ist (Schritt S130). In der vorliegenden Ausführungsform ist mit vorgegebenen Schwellwert zum Beispiel 70 % gemeint. Der vorgegebene Schwellwert kann anstelle auf 70 % auf einen beliebigen Stand eingestellt werden, der nicht die Obergrenze des SOC der Sekundärbatterie 92 überschreitet. Wenn die Steuereinheit 22 bestimmt, dass der SOC nicht größer gleich dem Schwellwert ist (70 %) (NEIN in Schritt S130), führt die Steuereinheit 22 einen Aufwärmvorgang durch (Schritt S135). Insbesondere veranlasst die Steuereinheit 22, dass die Brennstoffzelle 10 die Leistungserzeugung fortsetzt. Strom, der von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, wird in der Sekundärbatterie 92 gespeichert. Wenn eine Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 fortgesetzt wird, steigt die Temperatur von Wasserstoffgas und Wasser in dem Brennstoffabgasrohr 61 und dem Zirkulationsrohr 64. Folglich wird die Wasserstoffpumpe 65 erwärmt, die in dem Zirkulationsrohr 64 ausgebildet ist.
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Nach Abschluss des Aufwärmvorgangs kehrt der Prozess zu Schritt S120 zurück. Bis die Steuereinheit 22 bestimmt, dass die Temperaturdifferenz ΔT größer gleich der Schwellwert-Temperaturdifferenz (5 °C) ist und der SOC als Folge eines Aufladens der Sekundärbatterie 92 durch eine Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 größer gleich dem Schwellwert (70 %) ist, werden Schritt S120 bis Schritt S135 wiederholt.
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Wenn die Steuereinheit 22 in Schritt S130 bestimmt, dass der SOC größer gleich dem Schwellwert (70 %) ist (JA in Schritt S130), hält die Steuereinheit 22 den Betrieb der Brennstoffzelle 10 an (Schritt S140). Da Schritt S140 der gleiche ist wie Schritt S155, wird auf die detaillierte Beschreibung verzichtet. Anschließend führt die Steuereinheit 22 einen verstärkten Halte-Spülvorgang durch (Schritt S145). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der verstärkte Halte-Spülvorgang durchgeführt, wenn die Brennstoffzellentemperatur 4 °C erreicht. Dies hat folgenden Grund: Im Allgemeinen ist die Dichte von Wasser bei 4,35 °C am höchsten und sinkt ab 4,35 °C mit Ansteigen der Temperatur allmählich ab. Um eine Entleerungsleistung der Brennstoffzelle 10 weiter zu erhöhen, wird ein Spülvorgang daher vorzugsweise in einem Zustand durchgeführt, in dem die Dichte von Wasser höher ist. Das heißt, der Spülvorgang wird vorzugsweise durchgeführt, wenn die Brennstoffzellentemperatur nahe 4,35 °C ist. Aus diesem Grund bezieht die Steuereinheit 22 periodisch die Brennstoffzellentemperatur von der Batterietemperaturbezugseinheit 77 und, wenn erfasst wird, dass die Brennstoffzellentemperatur 4 °C erreicht, führt sie den verstärkten Halte-Spülvorgang durch. Der verstärkte Halte-Spülvorgang kann nicht nur zu der Zeit durchgeführt werden, zu der die Brennstoffzellentemperatur 4 °C erreicht, sondern auch zu einer beliebigen anderen Zeit nach Abschluss von Schritt S140.
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Bei dem verstärkten Halte-Spülvorgang führt die Steuereinheit 22 den Spülvorgang mit einer höheren Spülleistung als der oben beschriebenen vorgegebenen Spülleistung durch, welche die Spülleistung für den Abstell-Spülvorgang (Schritt S150) und dem Halte-Spülvorgang (Schritt S160) ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist mit hoher Spülleistung gemeint, dass die Zirkulationszeit von Wasserstoffgas verlängert wird oder die Zirkulationsmenge erhöht wird, indem die Drehzahl der Wasserstoffpumpe 65, die Antriebszeit der Wasserstoffpumpe 65 und/oder der Druck von Wasserstoffgas gesteuert werden, und daher eine Leistung für das Abgeben von Abgas und Wasser, welche aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen werden, erhöht wird.
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Insbesondere stellt die Steuereinheit 22 die Drehzahl der Wasserstoffpumpe 65 auf die maximale Drehzahl ein und treibt weiterhin die Wasserstoffpumpe 65 mit der eingestellten Drehzahl über die vorgegebene Zeitspanne an. Zu diesem Zeitpunkt sinkt der Druck des Wasserstoffgases in dem Brennstoffabgasrohr 61 und dem Zirkulationsrohr 64 und wird relativ zu dem Atmosphärendruck ein negativer Druck. Daher erhöht die Steuereinheit 22 den Druck von Wasserstoffgas, der von dem zweiten Druckmesser 56 gemessen wurde, auf 100 kPa, indem sie das zweite Auf-/Zu-Ventil 53, das zweite Druckregelventil 54 und die Einspritzvorrichtung 55 steuert. Sowie die Druckerhöhung des Wasserstoffgases abgeschlossen ist, öffnet die Steuereinheit 22 das Abgasablaufventil 63. Mit Öffnung des Abgasablaufventils 63 sinkt der Wasserstoffgasdruck erneut. Daher wiederholt die Steuereinheit 22 das Erhöhen des Wasserstoffgasdrucks und das Öffnen des Abgasablaufventils 63, während sie die Wasserstoffpumpe 65 antreibt. So werden ein Ausstoßen und Entleeren von Wasserstoffgas und Wasser in dem Brennstoffabgasrohr 61 und dem Zirkulationsrohr 64 im Vergleich zu dem oben beschriebenen Halte-Spülvorgang verstärkt. Unter der vorgegebenen Zeitspanne in Schritt S145 sind 90 Sekunden gemeint. Die vorgegebene Zeitspanne ist nicht auf 90 Sekunden beschränkt. Die vorgegebene Zeitspanne kann auf eine Zeitspanne eingestellt werden, die größer gleich 90 Sekunden ist, oder sie kann auf eine beliebige andere Zeitspanne eingestellt werden, solange die Zeitspanne länger ist als die vorgegebene Zeitspanne in dem Halte-Spülvorgang. Der kathodenseitige Spülvorgang in Schritt S145 ist der gleiche wie der kathodenseitige Spülvorgang in Schritt S150 und der kathodenseitige Spülvorgang in Schritt S160.
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Auf diese Weise wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Aufwärmvorgang durchgeführt, wenn die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Brennstoffzellentemperatur und der Wasserstoffpumpentemperatur größer gleich der vorgegebenen Schwellwert-Temperaturdifferenz (5 °C) ist und der SOC niedriger ist als der Schwellwert (70 %), und dann wird der verstärkte Halte-Spülvorgang durchgeführt. In diesem Fall werden die Temperatur von Wasserstoffgas und Wasser in dem Brennstoffabgasrohr 61 und dem Zirkulationsrohr 64 durch den Aufwärmvorgang erhöht und die Wasserstoffpumpe 65, die in dem Brennstoffabgasrohr 61 ausgebildet ist, wird aufgewärmt. Selbst wenn die Außenlufttemperatur niedrig ist und daher die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 niedrig ist, wird daher der Spülvorgang in einem Zustand durchgeführt, in dem die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 erhöht ist. Folglich wird ein Gefrieren von Wasser in dem Brennstoffabgasrohr 61 und dem Zirkulationsrohr 64 auf ein Minimum reduziert. Wenn der SOC der Sekundärbatterie 92 zu der Zeit, zu der der in 2 gezeigte Spülvorgang gestartet wird, größer gleich 70 % ist, wird der verstärkte Halte-Spülvorgang ohne Aufwärmvorgang durchgeführt. Im Vergleich zu dem Fall, in dem der verstärkte Halte-Spülvorgang nach Abschluss des Aufwärmvorgangs durchgeführt wird, kann in diesem Fall der Spülvorgang mit einer weiter erhöhten Spülleistung durchgeführt werden.
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Wenn während Schritt S120 bis Schritt S135 wiederholt werden in Schritt S120 bestimmt wird, dass die Temperaturdifferenz ΔT kleiner ist als die Schwellwert-Temperaturdifferenz (5 °C) (NEIN in Schritt S120), wird Schritt S150 ausgeführt.
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Nach Abschluss von Schritt S145 oder nach Abschluss von Schritt S160 wird der Spülvorgang angehalten.
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Wenn die Temperaturdifferenz ΔT, welche die Differenz zwischen der bezogenen Brennstoffzellentemperatur und der bezogenen Wasserstoffpumpentemperatur ist, größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz ist (5 °C), wird bei dem Brennstoffzellensystem 100 mit der obigen Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform der Aufwärmvorgang der Brennstoffzelle 10 durchgeführt und Strom, der durch den Aufwärmvorgang erzeugt wird, wird in der Sekundärbatterie 92 gespeichert, während der SOC der Sekundärbatterie 92 niedriger ist als der vorgegebene SOC (70 %), und der Spülvorgang wird nach Abschluss des Aufwärmvorgangs durchgeführt. Der Spülvorgang der Brennstoffzelle 10 wird daher in einem Zustand durchgeführt, in dem die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 durch den Aufwärmvorgang erhöht ist. Folglich wird die verbleibende Menge an Abgas und Wasser, die in die Wasserstoffpumpe 65 fließt, reduziert, und ein Gefrieren von Wasser und Feuchtigkeit, die in dem Abgas in der Wasserstoffpumpe 65 enthalten sind, wird auf ein Minimum reduziert, selbst wenn eine Außenlufttemperatur niedrig ist und daher die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 niedrig ist. Daher wird zur Zeit des nächsten Startens der Brennstoffzelle 10 ein Fehler bei der Leistungs- bzw. Stromerzeugung reduziert, der aus einer Blockade eines Teils oder des gesamten Zirkulationsrohrs 64 resultiert.
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Wenn die Temperaturdifferenz ΔT zu der Zeit, zu der der Ladezustand bzw. SOC der Sekundärbatterie 92 den vorgegebenen SOC (70 %) während des Aufwärmvorgangs erreicht hat, größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz (5 °C) ist, wird der Spülvorgang nach Abschluss des Aufwärmvorgangs mit einer höheren Spülleistung als der vorgegebenen Spülleistung durchgeführt. Daher wird eine Leistung in der Wasserstoffpumpe 65 zum Abgeben von Abgas und Wasser, die aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen werden, verstärkt. Selbst wenn die Temperaturdifferenz ΔT nach Abschluss des Aufwärmvorgangs größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz ist, wird folglich ein Gefrieren von Wasser und Feuchtigkeit, welches in dem Abgas in der Wasserstoffpumpe 65 enthalten ist, auf ein Minimum reduziert.
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B. Zweite Ausführungsform
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Das Brennstoffzellensystem 100 einer zweiten Ausführungsform ähnelt dem Brennstoffzellensystem 100 aus der ersten Ausführungsform, das in 1 gezeigt ist, sodass auf die detaillierte Beschreibung desselben verzichtet wird.
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3 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Spülvorgangs in der zweiten Ausführungsform zeigt. Der Spülvorgang der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spülvorgang der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform dahingehend, dass der Ablauf nach Abschluss von Schritt S135 abgewandelt ist und Schritt S137 hinzugefügt wird. Der verbleibende Ablauf des Spülvorgangs der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie der Spülvorgang der ersten Ausführungsform, sodass gleiche Schrittnummern die gleichen Schritte bezeichnen und auf die detaillierte Beschreibung derselben verzichtet wird.
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Wie in 3 gezeigt, kehrt der Prozess zu Schritt S125 zurück, wenn der Aufwärmvorgang durchgeführt wird (Schritt S135). Bis bestimmt wird, dass der SOC der Sekundärbatterie 92 als Folge eines Aufladens der Sekundärbatterie 92 durch eine Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 größer gleich dem Schwellwert (70 %) ist, werden Schritt S125 bis Schritt S135 wiederholt.
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Wenn die Steuereinheit 22 in Schritt S130 bestimmt, dass der SOC größer gleich dem Schwellwert ist (70 %) (JA in Schritt S130), bestimmt die Steuereinheit 22, ob die Temperaturdifferenz ΔT größer gleich der Schwellwert-Temperaturdifferenz ist (5 °C) (Schritt S137). Schritt S137 ist Schritt S120 ähnlich, sodass auf die detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Wenn die Steuereinheit 22 bestimmt, dass die Temperaturdifferenz ΔT größer gleich der Schwellwert-Temperaturdifferenz ist (5 °C) (JA in Schritt S137), führt die Steuereinheit 22 Schritt S140 und Schritt S145 aus. Wenn die Steuereinheit 22 dagegen bestimmt, dass die Temperaturdifferenz ΔT kleiner ist als die Schwellwert-Temperaturdifferenz (5 °C) (NEIN in Schritt S137), führt die Steuereinheit 22 Schritt S155 und Schritt S160 aus.
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Mit dem Brennstoffzellensystem 100 der obigen Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform werden ähnlich vorteilhafte Effekte wie jene der ersten Ausführungsform erzielt. Da bestimmt wird, ob die Temperaturdifferenz ΔT größer gleich der Schwellwert-Temperaturdifferenz (5 °C) ist, nachdem der SOC größer gleich dem Schwellwert (70 %) wird, wird zudem genau bestimmt, ob der Halte-Spülvorgang oder der verstärkte Halte-Spülvorgang durchgeführt werden soll.
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C. Dritte Ausführungsform
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Das Brennstoffzellensystem 100 einer dritten Ausführungsform ähnelt dem Brennstoffzellensystem 100 aus der ersten Ausführungsform, das in 1 gezeigt ist, sodass auf die detaillierte Beschreibung desselben verzichtet wird.
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4 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Spülvorgangs in der dritten Ausführungsform zeigt. Der Spülvorgang der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spülvorgang der ersten Ausführungsform, welche in 2 gezeigt wird, dahingehend, dass Schritt S140 und Schritt S145 ausgelassen werden. Der verbleibende Ablauf des Spülvorgangs der dritten Ausführungsform ist der gleiche wie der Spülvorgang der ersten Ausführungsform, sodass gleiche Schrittnummern die gleichen Schritte bezeichnen und auf die detaillierte Beschreibung derselben verzichtet wird.
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Wenn in Schritt S130 bestimmt wird, dass der SOC größer gleich dem Schwellwert (70 %) ist (JA in Schritt S130), werden, wie in 4 gezeigt, Schritt S155 und Schritt S160 ausgeführt.
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Bei dem Brennstoffzellensystem 100 mit der obigen Konfiguration gemäß der dritten Ausführungsform wird der Aufwärmvorgang der Brennstoffzelle 10 durchgeführt, wenn die Temperaturdifferenz ΔT, welche die Differenz zwischen der bezogenen Brennstoffzellentemperatur und der bezogenen Wasserstoffpumpentemperatur ist, größer gleich der vorgegebenen Temperaturdifferenz ist (5 °C), und Strom, der durch den Aufwärmvorgang erzeugt wird, wird in der Sekundärbatterie 92 gespeichert, während der SOC der Sekundärbatterie 92 niedriger ist als der vorgegebene SOC (70 %), und der Spülvorgang wird nach Abschluss des Aufwärmvorgangs durchgeführt. Der Spülvorgang der Brennstoffzelle 10 wird daher in einem Zustand durchgeführt, in dem die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 durch den Aufwärmvorgang erhöht ist. Folglich wird die verbleibende Menge an Wasser und Feuchtigkeit reduziert, die in einem Abgas enthalten ist, das in die Wasserstoffpumpe 65 fließt, und ein Gefrieren von Wasser und Feuchtigkeit, die in dem Abgas der Wasserstoffpumpe 65 enthalten sind, wird auf ein Minimum reduziert, selbst wenn die Außenlufttemperatur niedrig ist und daher die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 niedrig ist. Daher wird zur Zeit des nächsten Startens der Brennstoffzelle 10 ein Fehler bei der Leistungs- bzw. Stromerzeugung reduziert, der aus einer Blockade eines Teils oder des gesamten Zirkulationsrohrs 64 resultiert. Zudem wird der einzelne Halte-Spülvorgang als Spülvorgang während eines Haltens durchgefühlt, sodass eine Spülsteuerung vereinfacht wird.
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D. Alternative Ausführungsformen
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D1. Erste alternative Ausführungsform
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65 als Komponententemperatur verwendet; allerdings beschränkt die Erfindung die Komponententemperatur nicht auf die Temperatur der Wasserstoffpumpe 65. Zum Beispiel kann die Temperatur des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 62 als Komponententemperatur verwendet werden. Alternativ kann zum Beispiel die Temperatur des Dreiwegeventils 75 als Komponententemperatur verwendet werden. Das hießt, im Allgemeinen werden mit der Konfiguration, bei der die Temperatur einer Komponente, die in der Zirkulationsleitung für Abgas, das aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, ausgebildet ist, als Komponententemperatur verwendet wird, ähnliche vorteilhafte Effekte erzielt wie jene der oben beschriebenen Ausführungsformen.
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D2. Zweite alternative Ausführungsform
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Kühlmitteltemperatur, die von der Batterietemperaturbezugseinheit 77 gemessen wird, als Brennstoffzellentemperatur verwendet; allerdings beschränkt die Erfindung die Brennstoffzellentemperatur nicht auf die Kühlmitteltemperatur. Zum Beispiel kann die Temperatur einer anderen Komponente, die mit der Brennstoffzellentemperatur korreliert, als Brennstoffzellentemperatur verwendet werden. Alternativ kann zum Beispiel eine Ist-Brennstoffzellentemperatur aus einer zuvor bezogenen Brennstoffzellentemperatur ermittelt werden. Alternativ kann zum Beispiel eine Brennstoffzellentemperatur durch einen Versuch oder dergleichen im Voraus berechnet werden, um eine Funktion oder ein Kennfeld zu bilden. Auch mit einer solchen Konfiguration werden ähnlich vorteilhafte Effekte wie jene der oben beschriebenen Ausführungsformen erzielt.
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D3. Dritte alternative Ausführungsform
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der verstärkte Halte-Spülvorgang (Schritt S145) durchgeführt, wenn die Temperaturdifferenz ΔT größer gleich der Schwellwert-Temperaturdifferenz ist (5 °C) und der SOC der Sekundärbatterie 92 größer gleich dem vorgegebenen SOC ist (70 %); allerdings beschränkt die Erfindung nicht die Bedingung des verstärkten Halte-Spülvorgangs. Zum Beispiel kann der verstärkte Halte-Spülvorgang durchgeführt werden, wenn die Steuereinheit 22 eine irreguläre Bedienung erfasst, wie beispielsweise ein Entfernen der Anschlüsse der Sekundärbatterie 92. Auch mit einer solchen Konfiguration werden ähnlich vorteilhafte Effekte wie jene der oben beschriebenen Ausführungsformen erzielt.
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D4. Vierte alternative Ausführungsform
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der anodenseitige Spülvorgang bei dem verstärkten Halte-Spülvorgang verstärkt (Schritt S145). Stattdessen oder zusätzlich dazu kann der kathodenseitige Spülvorgang verstärkt sein. Zum Beispiel kann der kathodenseitige Spülvorgang verstärkt werden, indem die Antriebsdauer des Luftverdichters 33 länger als die Antriebsdauer des Luftverdichters 33 in dem Halte-Spülvorgang gestaltet wird und indem das erste Druckregelventil 42 auf einen vollständig offenen Zustand eingestellt wird. So wird eine Leistung zum Abgeben von Abgas und Wasser in dem Oxidationsabgasrohr 41 und dem ersten Druckregelventil 42 erhöht. Auch mit einer solchen Konfiguration werden ähnlich vorteilhafte Effekte wie jene der oben beschriebenen Ausführungsformen erzielt.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und alternativen Ausführungsformen beschränkt und kann in Form von verschiedenen Konfigurationen implementiert werden, ohne von dem Inhalt der Anmeldung abzuweichen. Zum Beispiel können technischen Merkmale in den Ausführungsformen und alternativen Ausführungsformen, die den technischen Merkmalen des Aspekts entsprechen, der in der Kurzfassung der Erfindung beschrieben wird, nach Bedarf ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der oben beschriebenen Aufgaben zu lösen oder einen Teil oder alle der oben beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erzielen. Solange die technischen Merkmale in der Spezifikation nicht als unabdingbar beschrieben werden, können die technischen Merkmale nach Bedarf ausgelassen werden.
