DE102019119622B4

DE102019119622B4 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102019119622B4
Application number: DE102019119622.1A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Ito; Tomohiko Kaneko; Hideyuki Kumei
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2039-07-20
Also published as: US20200112039A1; JP7067401B2; US11239480B2; CN111009671A; DE102019119622A1; CN111009671B; JP2020061228A

Abstract

Brennstoffzellensystem (1) aufweisend:eine Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b), die eine erste und eine zweite Brennstoffzelle (20a, 20b) umfasst, die einer Lastvorrichtung elektrische Leistung zuführt;ein erstes und ein zweites Zufuhrsystem (10a, 10b), die eingerichtet sind, jeweils eine erste und eine zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) von Kathodengas zu steuern, das jeweils der ersten und der zweiten Brennstoffzelle (20a, 20b) zugeführt wird;eine Schaltvorrichtung (36a, 36b), die fähig ist, die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) und die Lastvorrichtung (50) zwischen einem elektrisch verbundenen Zustand, in dem die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) elektrisch mit der Lastvorrichtung (50) verbunden ist, und einem elektrisch getrennten Zustand, in dem die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) von der Lastvorrichtung (50) elektrisch getrennt ist, umzuschalten;eine Schaltsteuereinheit (60), die eingerichtet ist, die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) und die Lastvorrichtung (50) in den elektrisch getrennten Zustand zu schalten, wenn eine erforderliche Leistung (P) der Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) kleiner gleich einem Schwellwert (P1) ist;eine Leerlaufspannungs-Bezugseinheit (60), die eingerichtet ist, eine erste Leerlaufspannung (Va) der ersten Brennstoffzelle (20a) und eine zweite Leerlaufspannung (Vb) der zweiten Brennstoffzelle (20b) in dem elektrisch getrennten Zustand zu erhalten; undeine Zufuhrsystem-Steuereinheit (60), die eingerichtet ist, die erste und die zweite Leerlaufspannung (Va, Vb) derart zu erhöhen und zu senken, dass sie jeweils innerhalb eines ersten und eines zweiten Sollbereichs konvergieren, indem sie das erste und das zweite Zufuhrsystem (10a, 10b) derart steuert, dass die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhöht und gesenkt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
Hintergrund
Wenn eine erforderte Leistung einer Brennstoffzelle kleiner gleich einem Schwellwert ist, wird die Brennstoffzelle von Lastvorrichtungen elektrisch getrennt. Wenn eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle in diesem Zustand zu hoch ist, könnte ein Kathodenkatalysator der Brennstoffzelle eluiert werden. Daher wird unterbunden, dass die Leerlaufspannung zu hoch wird, indem eine ausreichende Menge an Wasserstoff in das Innere der Brennstoffzelle zugeführt wird, und indem eine Strömungsgeschwindigkeit von Kathodengas derart gesteuert wird, dass sie niedriger ist als eine übliche Strömungsgeschwindigkeit, um die Menge an Sauerstoff, die im Inneren der Brennstoffzelle verbleibt, zu reduzieren. Wenn allerdings die erforderliche Leistung in einem Zustand steigt, in dem die in der Brennstoffzelle verbleibende Menge an Sauerstoff zu niedrig ist, verschlechtert sich ein Ansprechverhalten der Ist-Leistung. Aus diesem Grund wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kathodengases derart erhöht und gesenkt, dass die Leerlaufspannung innerhalb eines Sollbereichs konvergiert (siehe zum Beispiel die japanische ungeprüfte Offenlegungsschrift Nr. JP 2016-096086 A ).
In einem Brennstoffzellensystem, das solche Brennstoffzellen umfasst, ist es denkbar, dass Leerlaufspannungen der Brennstoffzellen niedrig sind, wenn die erforderliche Leistung steigt. In diesem Fall kann sich das Ansprechverhalten der Ist-Leistung auf die erforderliche Leistung verschlechtern.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, bei dem ein Ansprechverhalten auf eine erforderliche Leistung verbessert wird.
Die obige Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem gelöst, das Folgendes umfasst: eine Brennstoffzelleneinheit, die eine erste und eine zweite Brennstoffzelle umfasst, die einer Lastvorrichtung elektrische Leistung zuführt; ein erstes und ein zweites Zufuhrsystem, die eingerichtet sind, jeweils eine erste und eine zweite Strömungsgeschwindigkeit von Kathodengas zu steuern, das jeweils der ersten und der zweiten Brennstoffzelle zugeführt wird; eine Schaltvorrichtung, die fähig ist, die Brennstoffzelleneinheit und die Lastvorrichtung zwischen einem elektrisch verbundenen Zustand, in dem die Brennstoffzelleneinheit elektrisch mit der Lastvorrichtung verbunden ist, und einem elektrisch getrennten Zustand, in dem die Brennstoffzelleneinheit von der Lastvorrichtung elektrisch getrennt ist, umzuschalten; eine Schaltsteuereinheit, die eingerichtet ist, die Brennstoffzelleneinheit und die Lastvorrichtung in den elektrisch getrennten Zustand zu schalten, wenn eine erforderliche Leistung der Brennstoffzelleneinheit kleiner gleich einem Schwellwert ist; eine Leerlaufspannungs-Bezugseinheit, die eingerichtet ist, eine erste Leerlaufspannung der ersten Brennstoffzelle und eine zweite Leerlaufspannung der zweiten Brennstoffzelle in dem elektrisch getrennten Zustand zu erhalten; und eine Zufuhrsystem-Steuereinheit, die eingerichtet ist, die erste und die zweite Leerlaufspannung derart zu erhöhen und zu senken, dass sie jeweils innerhalb eines ersten und eines zweiten Sollbereichs konvergieren, indem sie das erste und das zweite Zufuhrsystem derart steuert, dass die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhöht und gesenkt werden.
Indem die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhöht und gesenkt werden, steigt und sinkt die erste und zweite Leerlaufspannung zu unterschiedlichen Zeitpunkten, sodass eine von der ersten und der zweiten Leerlaufspannung höher ist als die andere der ersten und der zweiten Leerlaufspannung. Dies verursacht, dass vermieden wird, dass sich die erste und die zweite Leerlaufspannung in niedrigen Zuständen befindet, wodurch ein Ansprechverhalten auf eine erforderliche Leistung verbessert wird.
Die Zufuhrsystem-Steuereinheit kann derart eingerichtet sein, dass sie die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhöht und senkt, indem die zweite Strömungsgeschwindigkeit während mindestens einer Zeitspanne erhöht wird, in der die zweite Leerlaufspannung sinkt, bevor die zweite Leerlaufspannung kleiner gleich einem unteren Grenzwert des zweiten Sollbereichs ist.
Die Zufuhrsystem-Steuereinheit kann derart eingerichtet sein, dass sie die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhöht und senkt, indem die zweite Strömungsgeschwindigkeit während mindestens einer Zeitspanne erhöht wird, in der die zweite Leerlaufspannung sinkt, wenn die zweite Leerlaufspannung einen Wert erreicht, der erhalten wird, indem der untere Grenzwert von dem zweiten Sollbereich zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent einer Differenz zwischen dem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert des zweiten Sollbereichs addiert wird.
Die Zufuhrsystem-Steuereinheit kann eingerichtet sein, die erste und zweite Strömungsgeschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu erhöhen und zu senken, indem sie die zweite Strömungsgeschwindigkeit erhöht, wenn die erste Leerlaufspannung kleiner gleich einem ersten Entscheidungswert zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert des ersten Sollbereichs ist, und wenn die zweite Leerlaufspannung kleiner gleich einem zweiten Entscheidungswert zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert des zweiten Sollbereichs ist.
Der erste Entscheidungswert kann erhalten werden, indem der unter Grenzwert des ersten Sollbereichs zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent einer Differenz zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert des ersten Sollbereichs addiert wird, und der zweite Entscheidungswert kann erhalten werden, indem der untere Grenzwert des zweiten Sollbereichs zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent einer Differenz zwischen dem oberen Grenzwert und dem untern Grenzwert des zweiten Sollbereichs addiert wird.
Die Zufuhrsystem-Steuereinheit kann eingerichtet sein, die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit in einer gleichen Zeitspanne zu erhöhen und zu senken.
Effekte der Erfindung
Erfindungsgemäß ist es möglich, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, bei dem ein Ansprechverhalten auf eine erforderliche Leistung verbessert wird.
Figurenliste

1 ist eine Konfigurationsansicht eines Brennstoffzellensystems, das in einem Fahrzeug montiert ist;
2 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für eine Leerlaufspannungssteuerung darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Leerlaufspannungssteuerung darstellt;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Leerlaufspannungssteuerung einer FC 20a darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Leerlaufspannungssteuerung einer FC 20b darstellt;
6 ist ein Zeitdiagramm, das eine Abwandlung der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b darstellt; und
7 ist ein Flussdiagramm, das die Abwandlung der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Konfiguration des Brennstoffzellensystems
1 ist eine Konfigurationsansicht eines Brennstoffzellensystems 1 (nachfolgend schlicht als System bezeichnet), das in einem Fahrzeug montiert ist. Das System 1 umfasst Kathodengas-Zufuhrsysteme 10a und 10b, Brennstoffzellen 20a und 20b (nachfolgend schlicht als FCs bezeichnet), Leistungssteuersysteme 30a und 30b, Batterien 40a und 40b (nachfolgend als BATs bezeichnet), einen Elektromotor 50 und eine ECU 60. Ferner umfasst das System 1 ein Anodengaszufuhrsystem (nicht dargestellt), das Wasserstoffgas als Anodengas an die FCs 20a und 20b zuführt, und ein Kühlsystem (nicht dargestellt), das Kühlwasser durch die FCs 20a und 20b zirkuliert und die FCs 20a und 20b kühlt.
Die FCs 20a und 20b sind Brennstoffzellen, die Kathodengas und das Brenngas erhalten, um elektrische Leistung zu erzeugen. Jede der FCs 20a und 20b wird gebildet, indem Feststoffpolymerelektrolyt-Einheitszellen gestapelt werden. Die FCs 20a und 20b sind die gleichen Brennstoffzellen und die Nennleistung ist ebenfalls die gleiche, allerdings sind sie nicht darauf beschränkt. Die FCs 20a und 20b sind Beispiele für eine Brennstoffzelleneinheit und sind auch Beispiele für jeweils eine erste und eine zweite Brennstoffzelle.
Die Kathodengas-Zuführsysteme 10a und 10b führen den FCs 20a und 20b jeweils Luft, die Sauerstoff enthält, als Kathodengas zu. Insbesondere umfassen die Kathodengas-Zufuhrsysteme 10a und 10b jeweils Zufuhrrohre 11a und 11b, Auslassrohre 12a und 12b, Bypass-Rohre 13a und 13b, Luftverdichter 14a und 14b, Bypass-Ventile 15a und 15b, Ladeluftkühler 16a und 16b und Gegendruckventile 17a und 17b.
Die Zufuhrrohre 11a und 11b sind jeweils mit Kathodeneinlasssammelrohren der FCs 20a und 20b verbunden. Die Auslassrohre 12a und 12b sind jeweils mit Kathodenauslasssammelrohren der FCs 20a und 20b verbunden. Das Bypass-Rohr 13a steht mit dem Zufuhrrohr 11a und dem Auslassrohr 12a in Verbindung. Ebenso steht das Bypass-Rohr 13b mit dem Zufuhrrohr 11b und dem Auslassrohr 12b in Verbindung. Das Bypass-Ventil 15a ist an einem gemeinsamen Abschnitt des Zufuhrrohrs 11a und des Bypass-Rohrs 13a ausgebildet. Ebenso ist das Bypass-Ventil 15b an einem gemeinsamen Abschnitt des Zufuhrrohrs 11b und des Bypass-Rohrs 13b ausgebildet. Das Bypass-Ventil 15a schaltet einen Verbindungszustand zwischen dem Zufuhrrohr 11a und dem Bypass-Rohr 13a um. Ebenso schaltet das Bypass-Ventil 15b den Verbindungszustand zwischen dem Zufuhrrohr 11b und dem Bypass-Rohr 13b um. Der Luftverdichter 14a, das Bypass-Ventil 15a und der Ladeluftkühler 16a sind in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite aus an dem Zufuhrrohr 11a angeordnet. Das Gegendruckventil 17a ist an dem Auslassrohr 12a angeordnet und auf der Stromaufwärtsseite eines gemeinsamen Abschnitts des Auslassrohrs 12a und des Bypass-Rohrs 13a. Ebenso sind der Luftverdichter 14b, das Bypass-Ventil 15b und der Ladeluftkühler 16b in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite aus an dem Zufuhrrohr 11b angeordnet. Das Gegendruckventil 17b, ist an dem Auslassrohr 12b angeordnet und auf der Stromaufwärtsseite eines gemeinsamen Abschnitts des Auslassrohrs 12b und des Bypass-Rohrs 13b.
Die Luftverdichter 14a und 14b führen den FCs 20a und 20b durch die Zufuhrrohre 11a und 11b jeweils Luft, die Sauerstoff enthält, als Kathodengas zu. Das Kathodengas, das den FCs 20a und 20b zugeführt wird, wird jeweils durch die Auslassrohre 12a und 12b ausgelassen. Die Ladeluftkühler 16a und 16b kühlen jeweils das Kathodengas, das den FCs 20a und 20b zugeführt wird. Die Gegendruckventile 17a und 17b steuern jeweils den Gegendruck auf der Kathodenseite der FCs 20a und 20b.
Die Leistungssteuersysteme 30a und 30b umfassen Brennstoffzellen-Gleichspannungswandler 32a und 32b (nachfolgend als FDCs bezeichnet), Batterie-Gleichspannungswandler 34a und 34b (nachfolgend als BDCs bezeichnet), Schalter 36a und 36b und Hilfsaggregats-Gleichspannungswandler 39a und 39b (nachfolgend als AINV bezeichnet). Ferner teilen sich die Leistungssteuersysteme 30a und 30b einen Motorwechselrichter 38 (nachfolgend als MINV bezeichnet), der mit dem Elektromotor 50 verbunden ist. Die FDCs 32a und 32b passen jeweils Gleichstromleistung von den FCs 20a und 20b an, und geben die Gleichstromleistung an den MINV 38 ab. Die BDCs 34a und 34b passen jeweils Gleichstromleistung von den BATs 40a und 40b an, und geben die Gleichstromleistung an den MINV 38 ab. Die elektrische Leistung, die von den FCs 20a und 20b erzeugt wird, wird jeweils in den BATs 40a und 40b gespeichert. Der MINV 38 wandelt die eingegebene Gleichstromleistung in Dreiphasenwechselstrom um und führt den Dreiphasenwechselstrom dem Elektromotor 50 zu. Der Elektromotor 50 treibt Räder 5 an, um das Fahrzeug anzutreiben.
Der Schalter 36a öffnet und schließt ansprechend auf einen Befehl von der ECU 60. Wenn der Schalter 36a öffnet, werden die FC 20a und die BAT 40a elektrisch von dem MINV 38 getrennt, und wenn der Schalter 36a schließt, werden die FC 20a und die BAT 40a mit dem MINV 38 verbunden. Ebenso öffnet und schließt der Schalter 36b ansprechend auf einen Befehl von der ECU 60. Wenn der Schalter 36b öffnet, werden die FC 20b und die BAT 40b elektrisch von dem MINV 38 getrennt, und wenn der Schalter 36b schließt, werden die FC 20b und die BAT 40b elektrisch mit dem MINV 38 verbunden. In dem getrennten Zustand sind die FCs 20a und 20b elektrisch von Lastvorrichtungen, die den Elektromotor 50 umfassen, getrennt. Die Schalter 36a und 36b sind Beispiele für eine Schaltervorrichtung, die fähig ist, die FCs 20a und 20b und die Lastvorrichtungen zwischen dem elektrisch verbundenen Zustand, in dem die FCs 20a und 20b elektrisch mit den Lastvorrichtungen verbunden sind, und dem elektrisch getrennten Zustand, in dem die FCs 20a und 20b elektrisch von den Lastvorrichtungen getrennt sind, zu schalten. Vorliegend umfassen die Lastvorrichtungen Hilfsaggregate für die FCs 20a und 20b und Hilfsaggregate für das Fahrzeug, zusätzlich zu dem Elektromotor 50. Die Hilfsaggregate für die FCs 20a und 20b umfassen die oben beschriebenen Luftverdichter 14a und 14b, die Bypass-Ventile 15a und 15b, die Gegendruckventile 17a und 17b und Einspritzvorrichtungen, um das Anodengas, das in dem Anodengaszufuhrsystem umfasst ist, jeweils an die FCs 20a und 20b zuzuführen. Die Hilfsaggregate für das Fahrzeug umfassen zum Beispiel einen Luftverdichter, Lichtvorrichtungen und Warnleuchten. Selbst wenn die FCs 20a und 20b und die BATs 40a und 40b von dem MINV 38 durch die Schalter 36a und 36b getrennt sind, wird die Speicherleistung der BATs 40a und 40b jeweils durch die BDCs 34a und 34b erhöht und ist fähig, den Luftverdichtern 14a und 14b, den Bypass-Ventilen 15a und 15b und den Gegendruckventilen 17a und 17b über die AINVs 39a und 39b zugeführt zu werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Schalter 36a und 36b als Komponenten beschrieben, die von den FDCs 32a und 32b getrennt sind, aber Schalter, die jeweils innerhalb der FDCs 32a und 32b ausgebildet sind, können zwischen dem verbundenen Zustand und dem getrennten Zustand umschalten.
Die ECU 60 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Die ECU 60 ist elektrisch mit einem Pedalöffnungsgradsensor 3, den Luftverdichtern 14a und 14b, den Bypass-Ventilen 15a und 15b, den Gegendruckventilen 17a und 17b, den FDCs 32a und 32b, den BDCs 34a und 34b und den Schaltern 36a und 36b verbunden.
Die ECU 60 berechnet einen Pedalöffnungsgrad eines Öffnungsgrads von einem Gaspedal, das von einem Fahrer betätigt wird, basierend auf dem Erfassungswert des Gaspedalöffnungsgradsensors 3. Die ECU 60 berechnet eine Menge an elektrischer Leistung, die für das Antreiben des Elektromotors 50 erforderlich ist, basierend auf dem Gaspedalöffnungsgrad. Die ECU 60 berechnet die erforderliche Leistung der gesamten FCs 20a und 20b basierend auf der Leistung, die erforderlich ist, um die Hilfsaggregate für die FCs 20a und 20b anzutreiben, wie beispielsweise die Luftverdichter 14a und 14b, die Hilfsaggregate für das Fahrzeug wie beispielsweise den Elektromotor 50, und die Speicherleistung der BATs 40a und 40b. Die ECU 60 steuert die FDCs 32a und 32b und die BDCs 34a und 34b, um dem MINV 38 die Menge an elektrischer Leistung, die der erforderlichen Leistung der gesamten FCs 20a und 20b entspricht, von den gesamten FCs 20a und 20b zuzuführen. In der vorliegenden Spezifikation bedeutet „erforderliche Leistung“ nicht jede erforderliche Leistung der FCs 20a und 20b sondern die erforderliche Leistung aller FCs 20a und 20b, das heißt, die erforderliche Leistung der Brennstoffzelleneinheit.
Wie später im Detail beschrieben, führt die ECU 60 ferner eine Leerlaufspannungssteuerung aus. Die Leerlaufspannungssteuerung wird durch eine Schaltsteuereinheit, eine Leerlaufspannungs-Bezugseinheit und eine Zufuhrsystem-Steuereinheit ausgeführt, die funktionell durch die CPU, den ROM und den RAM implementiert werden.
Leerlaufspannung
Zum Beispiel wenn sich der Gaspedalöffnungsgrad verringert, sinkt auch die erforderliche Leistung. Wenn die erforderliche Leistung kleiner gleich einem später beschriebenen Schwellwert ist, trennen die Schalter 36a und 36b die FCs 20a und 20b elektrisch von den Lastvorrichtungen und dann wird das Fahrzeug in einen Leerlaufzustand gebracht. Vorliegend sind in dem getrennten Zustand, in dem die FCs 20a und 20b elektrisch von den Lastvorrichtungen getrennt sind, die FCs 20a und 20b in einem Zustand, in dem die Leistungserzeugung vorübergehend angehalten ist. In einem solchen Zustand ist jede Stromstärke der FCs 20a und 20b null und jede Spannung in diesem Zustand wird als Leerlaufspannung bezeichnet. Wenn eine Vergrößerung des Gaspedalöffnungsgrads die erforderliche Leistung in einem solchen Leerlaufzustand wieder höher werden lässt als den Schwellwert, verbinden die Schalter 36a und 36b die FCs 20a und 20b elektrisch mit den Lastvorrichtungen. Daher wird die elektrische Leistung, die von den FCs 20a und 20b erzeugt wird, dem Elektromotor 50 zugeführt, und dann befindet sich das Fahrzeug in einem Fahrzustand.
Vorliegend werden in dem getrennten Zustand, in dem die FCs 20a und 20b elektrisch von den Lastvorrichtungen getrennt sind, bei einer Erzeugung elektrischer Leistung kein Sauerstoff und Wasserstoff verbraucht. Allerdings sickert Wasserstoff durch eine Elektrolytmembran von einer Anodenseite auf eine Kathodenseite, sodass Wasserstoff und Sauerstoff reagieren und Wasser auf der Kathodenseite bilden. Dies reduziert die Sauerstoffkonzentration auf der Kathodenseite.
Ein Absinken der Sauerstoffkonzentration auf der Kathodenseite senkt die Leerlaufspannung. Die Leerlaufspannung wird vorzugsweise selbst in dem getrennten Zustand auf einem hohen Pegel gehalten, unter Berücksichtigung des Ansprechverhaltens der Ist-Leistung der FCs 20a und 20b, wenn die erforderliche Leistung steigt, nachdem die Leerlaufspannung gesenkt wurde. Dies rührt daher, dass eine hohe Leerlaufspannung bedeutet, dass eine hohe Sauerstoffkonzentration auf der Kathodenseite herrscht, und die elektrische Leistung der FCs 20a und 20b ansprechend darauf steigt, wenn die erforderliche Leistung in einem Zustand hoher Sauerstoffkonzentration auf der Kathodenseite steigt. Allerdings ist die Leerlaufspannung zu hoch, sodass der Kathodenkatalysator möglicherweise eluiert werden könnte und die Leistungsperformance der FCs 20a und 20b reduziert werden könnte. Daher wird die oben beschriebene Leerlaufspannungssteuerung ausgeführt, um die Leerlaufspannung innerhalb eines vorgegebenen Sollbereichs zu halten. Bei der Leerlaufspannungssteuerung steigt und sinkt eine Strömungsgeschwindigkeit des Kathodengases, das jeder der FCs 20a und 20b zugeführt wird, derart, dass jede Leerlaufspannung der FCs 20a und 20b wiederholt ansteigt und sinkt, um innerhalb des Sollbereichs zu konvergieren. Zudem ist der obige Sollbereich kein Bereich, in dem ein Problem unmittelbar auftritt, wenn die Leerlaufspannung von dem Sollbereich abweicht. Die Sollbereiche der Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b sind jeweils Beispiele für die ersten und zweiten Sollbereiche.
Zeitdiagramm einer Leerlaufspannungssteuerung
2 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für die Leerlaufspannungssteuerung darstellt. 2 stellt einen Verlauf der erforderlichen Leistung P, den verbundenen Zustand zwischen jedem der FCs 20a und 20b und den Lastvorrichtungen, einen Übergang der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb des Kathodengases, das den FCs 20a und 20b zugeführt wird, und einen Übergang der jeweiligen Spannungen Va und Vb der FCs 20a und 20b dar. Zudem werden die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb während der Ausführung der Leerlaufspannungssteuerung, die unten beschrieben wird, gesteuert, indem der Öffnungsgrad der Bypass-Ventile 15a und 15b angepasst wird, während die Rotationsgeschwindigkeit der Luftverdichter 14a und 14b konstant gehalten wird und der Öffnungsgrad der Gegendruckventile 17a und 17b konstant gehalten wird.
Zum Beispiel wenn der Gaspedalöffnungsgrad allmählich sinkt, während sich das Fahrzeug in einem Fahrzustand befindet, sinkt die erforderliche Leistung ab Zeit t0 allmählich. Wenn die erforderliche Leistung sinkt, sinken die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb, sodass die Leistung der FCs 20a und 20b sinkt. Wenn die Leistung der FCs 20a und 20b sinkt, sinkt ferner die Stromstärke der FCs 20a und 20b und die Spannung Va und Vb steigt.
Zum Beispiel wenn der Gaspedalöffnungsgrad null erreicht, ist die erforderliche Leistung P kleiner gleich einem Schwellwert P1 zur Zeit t1. Der Schwellwert P1 ist ein voreingestellter Wert und ist ein Schwellwert, um zu bestimmen, ob die erforderliche Leistung P als im Wesentlichen null angesehen werden kann. Mit anderen Worten, der Schwellwert P1 ist ein Schwellwert, um zu bestimmen, ob es keine Leistungserzeugungsanfrage an die FCs 20a und 20b geben darf. Wenn die erforderliche Leistung P größer ist als der Schwellwert P1, werden zudem die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb derart gesteuert, dass sie jeweils größer sind als eine Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH. Ferner ist der Schwellwert P1, zum Beispiel, nicht auf im Wesentlichen null beschränkt und kann ein Wert für eine niedrige Leistung sein, die erforderlich ist, um das Fahrzeug anzutreiben und um die Hilfsaggregate zu betreiben, was von den BATs 40a und 40b allein ausreichend bewältigt werden kann.
Zur Zeit t2, wenn die erforderliche Leistung P im Wesentlichen konstant ist, nachdem eine vorgegebene Zeit in Minuten ab Zeit t1 verstrichen ist, wenn die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P1 ist, werden die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb jeweils derart gesteuert, dass sie die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL annehmen. Die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL ist kleiner als die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH. Die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb werden jeweils derart gesteuert, dass sie zwischen der Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH und der Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL liegen, indem der Öffnungsgrad der Bypass-Ventile 15a und 15b derart gesteuert wird, dass die Strömungsgeschwindigkeiten von Kathodengas, das durch die Bypass-Rohre 13a und 13b strömt, steigen. Wenn die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb jeweils derart gesteuert werden, dass sie die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL annehmen, verschlechtert sich jede IU-Charakteristik der FCs 20a und 20b im Vergleich zu einer IU-Charakteristik zur Zeit einer normalen Leistungserzeugung. Daher fangen die Spannungen Va und Vb ab Zeit t2 an zu sinken.
Zur Zeit t3, wenn eine vorgegebene Zeit ab Zeit t2 verstrichen ist, an der die Spannungen Va und Vb anfangen zu sinken, werden die FCs 20a und 20b von den Lastvorrichtungen getrennt und die Leerlaufspannungssteuerung beginnt. Danach steigen die Spannungen Va und Vb sofort und jede Stromstärke der FCs 20a und 20b, nicht dargestellt, erreicht null. In dem Zustand, in dem die FCs 20a und 20b von den Lastvorrichtungen getrennt werden, entsprechen die Spannungen Va und Vb jeweils den Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b. Zudem wird der Zeitpunkt der Trennung derart angepasst, dass die Spannungen Va und Vb, die unmittelbar nachdem die FCs 20a und 20b von den Lastvorrichtungen getrennt werden, steigen, jeweils kleiner gleich einem oberen Grenzwert VH sind; dies wird allerdings später im Detail erwähnt. Der obere Grenzwert VH wird voreingestellt.
Die Spannungen Va und Vb sinken aufgrund des oben beschriebenen Durchsickerns ab Zeit t3. Das heißt, die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL wird auf eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, damit die Leerlaufspannung selbst unter Berücksichtigung des Durchsickerns nicht steigt. Dies rührt daher, dass die Abnahmerate der Sauerstoffkonzentration aufgrund des Durchsickerns abhängig von der Nutzungsumgebung und der Nutzungszeit der Brennstoffzelle variiert, und es schwierig ist, die Abnahmerate im Voraus zu ermitteln.
Wenn die Spannung Vb der FC 20b zur Zeit t4 einen Entscheidungswert VM erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb des Kathodengases an die FC 20b derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH steigt, sodass die Spannung Vb beginnt, anzusteigen. Die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH wird auf eine solche Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, dass die Sauerstoffkonzentration selbst dann steigt, wenn ein Abnahmebetrag der Sauerstoffkonzentration aufgrund des Durchsickerns berücksichtigt wird. Der Entscheidungswert VM, der später im Detail beschrieben wird, ist voreingestellt.
Wenn die Spannung Vb zur Zeit t5 größer gleich dem oberen Grenzwert VH ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb derart gesteuert, dass sie erneut auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL sinkt, und dann beginnt die Spannung Vb zu sinken. Wenn die Spannung Va zur Zeit t6 einen unteren Grenzwert VL erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH steigt, und dann beginnt die Spannung Va zu steigen. Der untere Grenzwert VL ist voreingestellt. Wenn die Spannung Va zur Zeit t7 den oberen Grenzwert VH erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL sinkt, und dann beginnt die Spannung Va zu sinken. Wenn die Spannung Vb zur Zeit t8 den unteren Grenzwert VL erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb gleichfalls derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH steigt, und dann beginnt die Spannung Vb zu steigen. Wenn die Spannung Vb zur Zeit t9 den oberen Grenzwert VH erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL sinkt, und dann beginnt die Spannung Vb zu sinken. Wenn die Spannung Va zur Zeit t10 den unteren Grenzwert VL erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH steigt, und dann beginnt die Spannung Va zu steigen. Wenn die Spannung Va zur Zeit t11 den oberen Grenzwert VH erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL sinkt, und dann beginnt die Spannung Va zu sinken. Wenn die Spannung Vb zur Zeit t12 den unteren Grenzwert VL erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH steigt, und dann beginnt die Spannung Vb zu steigen. Wenn die Spannung Vb zur Zeit t13 den oberen Grenzwert VH erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb derart gesteuert, dass sie auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL sinkt, und dann beginnt die Spannung Vb zu sinken.
Wie oben beschrieben sind der obere Grenzwert VH und der untere Grenzwert VL jeweils der obere Grenzwert und der untere Grenzwert des Sollbereichs der Leerlaufspannung. Daher werden die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb derart gesteuert, dass sie derart steigen und sinken, dass die Spannungen Va und Vb wiederholt steigen und sinken, um innerhalb des Sollbereichs zu konvergieren. Der obere Grenzwert VH ist ein Spannungswert, der geeignet ist, die Elution des Kathodenkatalysators, wie oben beschrieben, zu unterbinden, und kann innerhalb des Bereichs von, zum Beispiel, 0,75 V bis 0,9 V liegen, und insbesondere 0,85 V betragen. Der untere Grenzwert VL ist ein Spannungswert, der geeignet ist, ein gutes Ansprechverhalten auf die erforderliche Leistung sicherzustellen, und kann innerhalb eines Bereichs von, zum Beispiel, 0,5 V bis 0,8 V liegen und insbesondere 0,75 V betragen.
Wenn die erforderliche Leistung P zur Zeit t14 beginnt zu steigen, ist die erforderliche Leistung P größer als der Schwellwert P1 zur Zeit tl5 und die FCs 20a und 20b werden mit den Lastvorrichtungen verbunden. Danach sinken die Spannungen Va und Vb sofort und jede Stromstärke der FCs 20a und 20b, nicht dargestellt, steigt sofort. Indem die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb derart gesteuert werden, dass sie größer sind als die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH zur Zeit t16, sinken die Spannungen Va und Vb und die Leistung der FCs 20a und 20b, nicht dargestellt, steigt. In der vorliegenden Ausführungsform steigen die Strömungsraten Qa und Qb zur Zeit t16, nachdem die FCs 20a und 20b mit den Lastvorrichtungen zur Zeit t15 verbunden wurden, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Die FCs 20a und 20b können mit den Lastvorrichtungen verbunden werden, nachdem die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb gestiegen sind. Die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb können steigen und die FCs 20a und 20b können gleichzeitig mit den Lastvorrichtungen verbunden werden.
Wie oben beschrieben, erhöht ein Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH die Spannung Vb zur Zeit t4, bevor die Spannung Vb den unteren Grenzwert VL erreicht, und dann steigen und sinken die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Insbesondere unterscheiden sich die Zeiten t6 und t10, an denen die Strömungsgeschwindigkeit Qa anfängt zu steigen, von den Zeiten t8 und t12, an denen die Strömungsgeschwindigkeit Qb anfängt zu steigen. Gleichfalls unterscheiden sich die Zeiten t7 und 111, an denen die Strömungsgeschwindigkeit Qa anfängt zu sinken, von den Zeiten t5, t8 und t12, an denen die Strömungsgeschwindigkeit Qb anfängt zu sinken. Daher unterscheidet sich der Zeitpunkt, an der die Spannung Va anfängt zu steigen, von dem Zeitpunkt, an dem die Spannung Vb anfängt zu steigen, und der Zeitpunkt, zu dem die Spannung Va anfängt zu sinken, unterscheidet sich von dem Zeitpunkt, an dem die Spannung Vb anfängt zu sinken. Dies verursacht, dass vermieden wird, dass beide Spannungen Va und Vb innerhalb der jeweiligen Sollbereiche niedrig sind.
Unter der Annahme, dass die Zeitpunkte, an denen die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb beginnen, zu steigen, gleich sind, und dass die Zeitpunkte, an denen die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb anfangen, zu sinken, gleich sind, sind vorliegend die Zeitpunkte ebenfalls gleich, an denen die Spannungen Va und Vb anfangen, zu steigen, und die Zeitpunkten gleich, an denen die Spannungen Va und Vb anfangen, zu sinken. So gibt es eine Zeitspanne, während der beide Spannungen Va und Vb niedrig sind. Wenn die erforderliche Leistung P steigt und den Schwellwert P1 in einer solchen Zeitspanne übersteigt, kann sich das Ansprechverhalten der Ist-Leistung der FCs 20a und 20b auf die erforderliche Leistung P verschlechtern, was die Antriebsfähigkeit beeinflussen kann, da beide Spannungen Va und Vb niedrig sind. In der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die Zeitpunkte, an denen die Spannungen Va und Vb anfangen, zu steigen, und es unterscheiden sich die Zeitpunkten, an denen die Spannungen Va und Vb anfangen, zu sinken, wodurch das Auftreten des obigen Problems unterbunden wird.
Solange die Zeitspanne, während der die Strömungsgeschwindigkeit Qa steigt und sinkt, die gleiche ist wie jene Zeitspanne, während der die Strömungsgeschwindigkeit Qb steigt und sinkt, kann sich die Nennleistung der FCs 20a und 20b voneinander unterscheiden, die oberen Grenzwerte der Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b können sich voneinander unterscheiden, und die unteren Grenzwerte der Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b können sich voneinander unterscheiden, oder die Größe der Sollbereiche der Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b können sich voneinander unterscheiden. Ferner können sich die Strömungsgeschwindigkeiten des Kathodengases zum Erhöhen der Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b voneinander unterscheiden oder es können sich die Strömungsgeschwindigkeiten des Kathodengases zum Senken der Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b voneinander unterscheiden. Dies rührt daher, dass das Auftreten des obigen Problems unterbunden wird, indem veranlasst wird, dass die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb in dem Zustand zu unterschiedlichen Zeitpunkten steigen und sinken, in dem die Zeitspanne, in der die Strömungsgeschwindigkeit Qa steigt und sinkt, die gleiche ist wie jene Zeitspanne, in der die Strömungsgeschwindigkeit Qb steigt und sinkt. Zudem ist die Zeitspanne, in der die Strömungsgeschwindigkeit Qa steigt und sinkt nicht auf jene beschränkt, die vollständig mit der Zeitspanne identisch ist, in der die Strömungsgeschwindigkeit Qb steigt und sinkt. Zum Beispiel beträgt die Zeitspanne eines Anstiegs und Senkens einer der Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0,9 und 1,1 Mal die Zeitspanne eines Anstiegs und Senkens der anderen der Strömungsgeschwindigkeiten.
Ferner ist, wie oben beschrieben, die Zeitspanne, in der die Strömungsgeschwindigkeit Qa steigt und sinkt im Wesentlichen die gleiche wie jene Zeitspanne, in der die Strömungsgeschwindigkeit Qb steigt und sinkt, wodurch veranlasst wird, dass der Grad an Alterungsschädigung der Bypass-Ventile 15a und 15b im Wesentlichen gleich wird. Dies rührt daher, dass es möglich ist, die Anzahl der Umschaltungen des Öffnungsgrads der Bypass-Ventile 15a und 15b im Wesentlichen gleich zu machen, während die Leerlaufspannung gesteuert wird. So wird verhindert, dass nur eines der Bypass-Ventile 15a und 15b frühzeitig altert.
Flussdiagramm einer Leerlaufspannungssteuerung
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Leerlaufspannungssteuerung darstellt. Zuerst bestimmt die ECU 60, ob die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P1 ist (Schritt S1). Wie oben beschrieben, berechnet die ECU 60 die erforderliche Leistung P basierend auf der Leistung, die erforderlich ist, um den Elektromotor 50 und die Hilfsaggregate anzutreiben. Zum Beispiel wenn der Gaspedalöffnungsgrad nicht null ist und sich das Fahrzeug in einem Fahrzustand befindet, wird in Schritt S1 „nein“ bestimmt und die vorliegende Steuerung wird beendet.
Zum Beispiel wenn der Gaspedalöffnungsgrad null ist, wird in Schritt S1 „ja“ bestimmt und die ECU 60 steuert die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL wie zu der oben beschriebenen Zeit t2 (Schritt S3). Dementsprechend sinkt die Sauerstoffkonzentration in den FCs 20a und 20b und die Spannungen Va und Vb sinken.
Als nächstes erhält die ECU 60 die IU-Charakteristik der FC 20a (Schritt S5a) und bestimmt, ob sich die IU-Charakteristik der FC 20a ausreichend verschlechtert (Schritt S7a). Als nächstes erhält die ECU 60 die IU-Charakteristik der FC 20b (Schritt S5b) und bestimmt, ob sich die IU-Charakteristik der FC 20b ausreichend verschlechtert (Schritt S7b). Das heißt, die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL ist eine Strömungsgeschwindigkeit, bei der sich die IU-Charakteristik aufgrund der niedrigen Sauerstoffkonzentration auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle in dem Zustand verschlechtert, in dem die Brennstoffzelle mit den Lastvorrichtungen verbunden ist. Die IU-Charakteristik wird auf Basis der jeweiligen Stromwerte und Spannungswerte der FCs 20a und 20b erhalten, nachdem die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert werden. Es wird angenommen, dass sich die lU-Charakteristik mit Sinken des Stromwerts und des Spannungswerts verschlechtert. Das heißt, wenn der Stromwert und der Spannungswert kleiner gleich jeweiliger vorgegebener Werte sind, wird bestimmt, dass sich die IU-Charakteristik ausreichend verschlechtert. Wenn in Schritt S7a „nein“ bestimmt wird, wird Schritt S5a erneut ausgeführt. Ebenso wird, wenn in Schritt S7b „nein“ bestimmt wird, Schritt S5b erneut ausgeführt.
Wenn in Schritt S7a „ja“ bestimmt wird, trennt die ECU 60 die FC 20a von den Lastvorrichtungen wie zu der oben beschriebenen Zeit t3, (Schritt S9a). Ebenso trennt die ECU 60 die FC 20b von den Lastvorrichtungen wie zur Zeit t3, wenn in Schritt S7b „ja“ bestimmt wird (Schritt S9b). Die Prozesse der Schritte S9a und S9b sind ein Beispiel für Prozesse, die durch die Schaltsteuereinheit ausgeführt werden, die eingerichtet ist, die FCs 20a und 20b und die Lastvorrichtungen in den getrennten Zustand umzuschalten, wenn die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P 1 ist. Wie bei Zeit t3 dargestellt, steigen vorliegend die Spannungen Va und Vb um ein solches Maß, dass sie nicht sofort nach dem Trennen den oberen Grenzwert VH übersteigen. Dies rührt daher, dass das oben beschriebene Trennen ausgeführt wird, nachdem in den Schritten S7a und S7b bestimmt wurde, dass sich die IU-Charakteristiken ausreichend verschlechtern. Das heißt, in den Schritten S7a und S7b bedeutet „die IU-Charakteristik verschlechtert sich ausreichend“, dass sich die IU-Charakteristik um ein solches Maß verschlechtert, dass die Spannung, die sofort nach dem Trennen steigt, nicht den oberen Grenzwert VH übersteigt.
Als nächstes führt die ECU 60 die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20a (Schritt S10a) und die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b aus (Schritt S10b). Zudem werden die Prozesse der obigen Schritte S5a und S5b und nachfolgende Prozesse parallel ausgeführt.
Flussdiagramm der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20a
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20a darstellt. Zuerst steuert die ECU 60 die Strömungsgeschwindigkeit Qa derart, dass sie die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL annimmt (Schritt S11a). Wenn die Strömungsgeschwindigkeit Qa bereits im oben beschriebenen Schritt S3 auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert wurde, wird dieser Zustand in Schritt S11a fortgesetzt. Als nächstes bestimmt die ECU 60, ob die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P1 ist (Schritt S13a). Wenn in Schritt S13a „nein“ bestimmt wird, führt die ECU 60 eine Rückführsteuerung aus, um die FCs 20a und 20b in den normalen Leistungserzeugungszustand zurückzuführen (Schritt S100). Die Rückführsteuerung wird später beschrieben.
Wenn in Schritt S13a „ja" bestimmt wird, erhält die ECU 60 die Spannung Va (Schritt S15a) und bestimmt, ob die Spannung Va kleiner gleich dem unteren Grenzwert VL ist (Schritt S17a). Wenn in Schritt S17a „nein“ bestimmt wird, führt die ECU 60 den Prozess aus Schritt S11a und nachfolgende Prozesse erneut aus. Das heißt, solange in Schritt S13a „ja“ bestimmt wird und in Schritt S17a „nein“ bestimmt wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert. Zum Beispiel wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL nach Zeit t3 wie dargestellt gesteuert, die oben beschrieben wird. Da Schritt S13a wiederholt ausgeführt wird, solange in Schritt S17a „nein“ bestimmt wird, wird die Rückführsteuerung selbst dann ausgeführt, wenn die erforderliche Leistung steigt, während die Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert wird.
Wenn in Schritt S17a ,ja" bestimmt wird, zum Beispiel wie bei Zeit t6 dargestellt, steuert die ECU 60 die Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH (Schritt S21a). Als nächstes bestimmt die ECU 60, ob die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P1 ist (Schritt S23a). Ebenso wird, wenn in Schritt S23a „nein“ bestimmt wird, die Rückführsteuerung ausgeführt (Schritt S100).
Wenn in Schritt S23a „ja" bestimmt wird, erhält die ECU 60 die Spannung Va (Schritt S25a) und bestimmt, ob die Spannung Va größer gleich dem unteren Grenzwert VH ist (Schritt S27a). Wenn in Schritt S27a „nein“ bestimmt wird, führt die ECU 60 den Prozess aus Schritt S21a erneut aus. Solange in Schritt S23a „ja“ bestimmt wird und in Schritt S27a „nein“ bestimmt wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert. Das heißt, wie in der Zeitspanne von Zeit t6 bis Zeit t7 dargestellt, die oben beschrieben wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert. Da Schritt S23a wiederholt ausgeführt wird, solange in Schritt S27a „nein“ bestimmt wird, ist es möglich, den Fall zu bewältigen, in dem die erforderliche Leistung steigt, während die Strömungsgeschwindigkeit Qa auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert wird.
Wenn in Schritt S27a „ja“ bestimmt wird, führt die ECU 60 den Prozess aus Schritt S11a und die nachfolgenden Prozesse erneut aus und die Strömungsgeschwindigkeit Qa wird auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert, zum Beispiel wie bei Zeit t7 dargestellt. Wie oben beschrieben, wird die Spannung Va so gesteuert, dass sie zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL wiederholt steigt und sinkt, indem die Strömungsgeschwindigkeit Qa abwechselnd auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH und die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert wird.
Der Prozess aus Schritt S 13a kann vor Schritt S11a ausgeführt werden oder er kann zwischen den Schritten S15a und S17a ausgeführt werden. Ebenso kann der Prozess aus Schritt S23a vor Schritt S21a ausgeführt werden, oder er kann zwischen den Schritten S25a und 27a ausgeführt werden.
Flussdiagramm der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b darstellt. Wie in dem oben beschriebenen Schritt S3 beschrieben, wird die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b in dem Zustand ausgeführt, in dem die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert wird. Zuerst bestimmt die ECU 60, ob die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P1 ist (Schritt S01b). Wenn in Schritt S01b „nein“ bestimmt wird, wird die Rückführsteuerung ausgeführt (Schritt S100). Wenn in Schritt S01b „ja“ bestimmt wird, erhält die ECU 60 die Spannung Vb (Schritt S03b) und bestimmt, ob die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VM ist (Schritt S05b). Vorliegend ist der Entscheidungswert VM kleiner als der obere Grenzwert VH und größer als der untere Grenzwert VL und kann, zum Beispiel, der Median zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL sein. Wenn in Schritt S05b „nein“ bestimmt wird, werden der Prozess aus Schritt S01b und die nachfolgenden Prozesse erneut ausgeführt und die Strömungsgeschwindigkeit Qb wird weiterhin auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert. Vorliegend ist der Entscheidungswert VM nicht auf den Median zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL beschränkt. Der Entscheidungswert VM kann erhalten werden, indem der untere Grenzwert VL zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent der Differenz zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL hinzuaddiert wird, oder er kann erhalten werden, indem der untere Grenzwert VL zu einem Wert zwischen 40 Prozent und 60 Prozent der Differenz zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL hinzuaddiert wird. Indem der Entscheidungswert VM auf ungefähr den Median zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL eingestellt wird, wird ein Intervall zwischen einem Zeitpunkt, zu dem die Leerlaufspannung der FC 20a zu sinken beginnt, und einem nächsten Zeitpunkt, zu dem die Leerlaufspannung wieder zu sinken beginnt, im Wesentlichen gleich einem Intervall eines Zeitpunkts, zu dem die Leerlaufspannung der FC 20b zu sinken beginnt, und einem nächsten Zeitpunkt, zu dem die Leerlaufspannung wieder zu sinken beginnt. Dies verbessert das Ansprechverhalten.
Wenn in Schritt S05b „ja" bestimmt wird, steuert und erhöht die ECU 60 die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH wie bei dem oben beschriebenen Zeit t4 (Schritt S1 1b). Als nächstes bestimmt die ECU 60, ob die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P1 ist (Schritt S13b). Wenn in Schritt S13b „nein“ bestimmt wird, führt die ECU 60 die Rückführsteuerung aus (Schritt S100). Wenn in Schritt S13b „ja“ bestimmt wird, erhält die ECU 60 die Spannung Vb (Schritt S15b) und bestimmt, ob die Spannung Vb größer gleich dem unteren Grenzwert VH ist (Schritt S17b). Wenn in Schritt S17b „nein“ bestimmt wird, führt die ECU 60 den Prozess aus Schritt S11b und die nachfolgenden Prozesse erneut aus. Das heißt, solange in Schritt S13b „ja“ bestimmt wird und in Schritt S17b „nein“ bestimmt wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb bei der Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gehalten.
Wenn in Schritt S17b „ja“ bestimmt wird, steuert und senkt die ECU 60 die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL wie bei dem oben beschriebenen Zeit t5 (Schritt S21b). Als nächstes bestimmt die ECU 60, ob die erforderliche Leistung P kleiner gleich dem Schwellwert P1 ist (Schritt S23b). Wenn in Schritt S23b „nein“ bestimmt wird, führt die ECU 60 die Rückführsteuerung aus (Schritt S100). Wenn in Schritt S23b „ja“ bestimmt wird, erhält die ECU 60 die Spannung Vb (Schritt S25b) und bestimmt, ob die Spannung Vb kleiner gleich dem unteren Grenzwert VL ist (Schritt S27b). Wenn in Schritt S27b „nein“ bestimmt wird, führt die ECU 60 den Prozess aus Schritt S21b und die nachfolgenden Prozesse erneut aus.
Wenn in Schritt S27b ,ja" bestimmt wird, führt die ECU 60 den Prozess aus Schritt S11b und die nachfolgenden Prozesse erneut aus, um die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH zu steuern, wie zum oben beschriebenen Zeit t8. Wie die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20a wird die Spannung Vb derart gesteuert, dass sie zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL wiederholt steigt und sinkt, indem die Strömungsgeschwindigkeit Qb abwechselnd auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH und die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert wird.
In der Leerlaufspannungssteuerung der FCs 20a und 20b, wie oben beschrieben, steigen und sinken die Spannungen Va und Vb zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Die Prozesse in den Schritten S11a, S17a, S21a, S27a, S05b, S11b, S17b, S21b und S27b sind ein Beispiel für Prozesse, die von einer Zufuhrsystem-Steuereinheit ausgeführt werden, die eingerichtet ist, die Leerlaufspannungen der FCs 20a und 20b periodisch zu erhöhen und zu senken, sodass sie innerhalb der ersten und zweiten Sollbereiche konvergieren, indem die Bypass-Ventile 15a und 15b derart gesteuert werden, dass die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb zu unterschiedlichen Zeitpunkten steigen und sinken.
Ferner werden die Prozesse von den Schritten S01b bis S05b wiederholt ausgeführt, bis die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VM ist, nachdem die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b startet, und die Prozesse von Schritt S11b bis S27b werden wiederholt ausgeführt, nachdem die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VM ist. Auf diese Weise steigen und sinken die Spannungen Va und Vb zu unterschiedlichen Zeitpunkten, nur indem die Prozesse aus den Schritten S01b bis S05b zu den Prozessen aus den Schritten S11b bis S27b hinzugefügt werden, die im Wesentlichen den gleichen Effekt haben wie die oben beschriebene Leerlaufspannungssteuerung der FC 20a. Dies unterbindet eine Erhöhung der Herstellungskosten des Programms, das eine solche Steuerung ausführt, und unterbindet eine Erhöhung der Prozesslast bei der ECU 60.
Bei der oben beschriebenen Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb während der ersten Zeitspanne erhöht, in der die Spannung Vb sinkt, nachdem die FC 20b von den Lastvorrichtungen getrennt wird und bevor die Spannung Vb kleiner gleich dem unteren Grenzwert VL wird, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Strömungsgeschwindigkeit Qb während der Zeitspanne erhöht werden, in der die Spannung Vb zum zweiten Mal oder später sinkt, nachdem die FC 20b in den getrennten Zustand gebracht wurde, und bevor die Spannung Vb kleiner gleich dem unteren Grenzwert VL wird. Allerdings ist in Hinblick darauf, das Ansprechverhalten auf den Anstieg der erforderlichen Leistung sicherzustellen, der Zeitpunkt zum Erhöhen der Spannung Vb vorzugsweise früh.
Zudem kann der Prozess aus Schritt S01b zwischen den Schritten S03b und S05b ausgeführt werden. Der Prozess aus Schritt S13b kann vor Schritt S11b oder zwischen den Schritten S13b und 15b ausgeführt werden. Der Prozess aus Schritt S23b kann vor Schritt S21b oder zwischen den Schritten S23b und S25b ausgeführt werden.
Rückführsteuerung
Wenn die erforderliche Leistung P größer gleich dem Schwellwert P1 in dem Zustand ist, in dem die FCs 20a und 20b von den Lastvorrichtungen getrennt sind, steuert die ECU 60 die Schalter 36a und 36b, um die FCs 20a und 20b und die Lastvorrichtungen elektrisch zu verbinden, wie bei Zeit t15 dargestellt. Dies verursacht, dass die Spannungen Va und Vb sofort sinken. In dem verbundenen Zustand werden die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb derart gesteuert, dass sie ansprechend auf einen Anstieg der erforderlichen Leistung P wie bei Zeit t16 dargestellt steigen. Daher steigt die Leistung der FCs 20a und 20b ebenfalls, um die erforderliche Leistung P zu bedienen. Auch wenn die Rückführsteuerung in der Leerlaufspannungssteuerung einer der FCs 20a und 20b ausgeführt wird, kehren beide FCs 20a und 20b in den normalen Leistungserzeugungszustand zurück.
Zeitdiagramm einer Abwandlung einer Leerlaufspannungssteuerung
Als nächstes wird eine Beschreibung einer Abwandlung der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b gegeben. 6 ist ein Zeitdiagramm, das eine Abwandlung der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b darstellt. Die Leerlaufspannungssteuerung der FC 20a ist die gleiche wie jene, die oben beschrieben wurde, und daher wird auf deren Erläuterung verzichtet.
Wenn zur Zeit t4 die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VMb ist und die Spannung Va kleiner gleich dem Entscheidungswert VMa ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert und die Spannung Vb beginnt zu steigen. Jeder der Entscheidungswerte VMb und VMa ist voreingestellt, kleiner als der obere Grenzwert VH und größer als der untere Grenzwert VL. Jeder der Entscheidungswerte VMb und VMa kann der Median des oberen Grenzwerts VH und des unteren Grenzwerts VL sein. Ferner ist jeder der Entscheidungswerte VMb und VMa nicht auf den Median zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL beschränkt, kann erhalten werden, indem der untere Grenzwert VL zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent der Differenz zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL hinzuaddiert wird und kann erhalten werden, indem der untere Grenzwert VL zu einem Wert zwischen 40 Prozent und 60 Prozent der Differenz zwischen dem oberen Grenzwert VH und dem unteren Grenzwert VL addiert wird. Der Entscheidungswert VMa ist ein Beispiel für einen ersten Entscheidungswert und der Entscheidungswert VMb ist ein Beispiel für einen zweiten Entscheidungswert.
Wenn die Spannung Vb zur Zeit t5 den oberen Grenzwert VH erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert, und dann beginnt die Spannung Vb zu sinken. Als nächstes, zur Zeit t7a zwischen der Zeit t7 und t8, ist die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VMb, aber die Spannung Va ist höher als der Entscheidungswert VMa, sodass die Strömungsgeschwindigkeit Qb weiterhin derart gesteuert wird, dass sie die neue Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL annimmt. Wenn die Spannung Va zur Zeit t8 kleiner gleich dem Entscheidungswert VMa ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert und dann beginnt die Spannung Vb zu steigen. Wenn die Spannung Vb zur Zeit t9 den oberen Grenzwert VH erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert, und dann beginnt die Spannung Vb zu sinken.
Zur Zeit t11a zwischen der Zeit t11 und t12 ist die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VMb, aber die Spannung Va ist höher als der Entscheidungswert VMa, sodass die Strömungsgeschwindigkeit Qb weiterhin derart gesteuert wird, dass sie die neue Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL annimmt. Wenn die Spannung Va zur Zeit t12 kleiner gleich dem Entscheidungswert VMa ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert und die Spannung Vb beginnt zu steigen. Wenn die Spannung Vb zur Zeit t13 den oberen Grenzwert VH erreicht, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH gesteuert, und dann beginnt die Spannung Vb zu sinken.
Wie oben beschrieben, steigt die Strömungsgeschwindigkeit Qb, wenn die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VMb ist und wenn die Spannung Va kleiner gleich dem Entscheidungswert VMa ist, und die Strömungsgeschwindigkeit Qa steigt, wenn die Spannung Va kleiner gleich dem unteren Grenzwert VL ist, wie die obige Ausführungsform. Daher steigen und sinken die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb zu unterschiedlichen Zeitpunkten und die Spannungen Va und Vb steigen und sinken ebenfalls zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Dies veranlasst, dass vermieden wird, dass beide Spannungen Va und Vb in niedrige Zustände kommen, und dass das Ansprechverhalten der FCs 20a und 20b auf die erforderliche Leistung verbessert wird.
Flussdiagramm, das eine Abwandlung der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b darstellt
7 ist ein Flussdiagramm, das die Abwandlung der Leerlaufspannungssteuerung der FC 20b darstellt. Der gleiche Prozess wie jener der oben beschriebenen Ausführungsform wird mit den gleichen Bezugszeichen versehen und auf eine erneute Erläuterung wird verzichtet. Zuerst steuert die ECU 60 die Strömungsgeschwindigkeit Qb derart, dass sie die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL annimmt (Schritt S01bA). Wenn die Strömungsgeschwindigkeit Qb bereits im oben beschriebenen Schritt S3 auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert wurde, wird dieser Zustand in Schritt S01bA fortgesetzt. Als nächstes, wenn die Prozesse der Schritte S01b und S03b ausgeführt werden, bestimmt die ECU 60, ob die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VMb ist (Schritt S05bA). Wenn in Schritt S05bA „nein“ bestimmt wird, werden der Prozess aus Schritt S01bA und die nachfolgenden Prozesse erneut ausgeführt. Wenn in Schritt S05bA „ja“ bestimmt wird, wird der Prozess aus Schritt S07b ausgeführt und die ECU 60 bestimmt, ob die Spannung Va kleiner gleich dem Entscheidungswert VMa ist (Schritt S09bA). Wenn in Schritt S09bA „nein“ bestimmt wird, wird der Prozess aus Schritt S01bA und die nachfolgenden Prozesse erneut ausgeführt. Das heißt, solange in Schritt S01b „ja“ bestimmt wird, und in einem der Schritte S05bA und 09bA „nein“ bestimmt wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit Qb weiterhin auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert.
Wenn sowohl in Schritt S05bA als auch 09bA „ja“ bestimmt wird, steuert die ECU 60 die Strömungsgeschwindigkeit Qb auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QH (Schritt S11b) und führt die Prozesse der oben beschriebenen Schritte S13b, S15b und S17b aus. Wenn in Schritt S17b „ja“ bestimmt wird, wird der Prozess aus Schritt S01bA erneut ausgeführt.
Wie oben beschrieben umfassen Bedingungen für einen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit Qb nicht nur, dass die Spannung Vb kleiner gleich dem Entscheidungswert VMb ist („ja“ in Schritt S05bA), sondern auch, dass die Spannung Va kleiner gleich dem Entscheidungswert VMa ist („ja“ in Schritt S09bA). Dies veranlasst, dass effizient vermieden wird, dass beide Spannungen Va und Vb in die niedrigen Zustände gebracht werden. Anders als bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird bei dieser Abwandlung nicht der untere Grenzwert VL verwendet, um die Spannung Vb zu steuern. Allerdings wird die Spannung Vb entsprechend derart gesteuert, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs steigt und sinkt.
In der Abwandlung kann die Reihenfolge der Schritte S03b und S05bA und der Schritte S07b und S09bA umgekehrt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform und Abwandlung kann die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL null betragen.
Wie in den 2 und 6 dargestellt, wird die Leerlaufspannung gesteuert, indem die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb mit einer Rechtecksteuerung gesteuert werden, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Mindestens ein Teil mindestens einer der Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb kann derart gesteuert werden, dass er linear oder kurvenförmig steigt oder sinkt, oder er kann mit einer Sinussteuerung gesteuert werden. In diesem Fall ist mit dem Zeitpunkt, zu dem die Strömungsgeschwindigkeit steigt, der Zeitpunkt gemeint, zu dem die Strömungsgeschwindigkeit von einem sinkenden Zustand in einen steigenden Zustand umschaltet, und mit dem Zeitpunkt, zu dem die Strömungsgeschwindigkeit sinkt, ist der Zeitpunkt gemeint, zu dem die Strömungsgeschwindigkeit von einem steigenden Zustand in einen sinkenden Zustand umschaltet.
Die Strömungsgeschwindigkeit Qa wird gesteuert, indem der Öffnungsgrad des Bypass-Ventils 15a in der Ausführungsform und der oben beschriebenen Abwandlung angepasst wird, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Die Strömungsgeschwindigkeit Qa kann gesteuert werden, indem mindestens eine Rotationsgeschwindigkeit des Luftverdichters 14a, der Öffnungsgrad des Bypass-Ventils 15a und/oder der Öffnungsgrad des Gegendruckventils 17a angepasst wird. Zum Beispiel wenn die Strömungsgeschwindigkeit Qa von einem Zustand, in dem die Strömungsgeschwindigkeit Qa größer ist als die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL, auf die Soll-Strömungsgeschwindigkeit QL gesteuert wird, kann nur die Rotationsgeschwindigkeit des Luftverdichters 14a gesenkt werden, ohne den Öffnungsgrad des Bypass-Ventiles 15a und des Gegendruckventils 17a zu ändern. Alternativ kann nur der Öffnungsgrad des Gegendruckventils 17a gesenkt werden, ohne die Rotationsgeschwindigkeit des Luftverdichters 14a und den Öffnungsgrad des Bypass-Ventils 15a zu ändern. Zudem wird in dem Fall, in dem nur die Rotationsgeschwindigkeit des Luftverdichters 14a angepasst wird, um die Strömungsgeschwindigkeit Qa zu steuern, die Energieverlustmenge aufgrund des Luftverdichters 14a im Vergleich zu dem Fall gesenkt, in dem nur der Öffnungsgrad des Bypass-Ventils 15a oder des Gegendruckventils 17a angepasst wird. Gleiches gilt für die Strömungsgeschwindigkeit Qb.
Das oben beschriebene System 1 umfasst die zwei Luftverdichter 14a und 14b, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel sind anstelle der zwei Luftverdichter 14a und 14b ein einzelner Luftverdichter und Rohre ausgebildet, die den Luftverdichter und beide Zufuhrrohre 11a und 11b verbinden, und die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb können gesteuert werden, indem die Öffnungsgrade der Bypass-Ventile 15a und 15b und der Gegendruckventile 17a und 17b gesteuert werden.
Die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb steigen und sinken zu unterschiedlichen Zeitpunkten unter Verwendung der Entscheidungswerte VM, VMa und VMb in der oben beschriebenen Ausführungsform und in Abwandlungen, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die Strömungsgeschwindigkeiten Qa und Qb zu unterschiedlichen Zeitpunkten steigen und sinken, indem absichtlich der Zeitpunkt, zu dem die FC 20a von den Lastvorrichtungen getrennt wird, von dem Zeitpunkt, zu dem die FC 20b von den Lastvorrichtungen getrennt wird, verschoben wird. In diesem Fall werden die oben beschriebenen Entscheidungswerte VM, VMa und VMb nicht benötigt.
Das System 1, das oben beschrieben wird, umfasst zwei FCs 20a und 20b, aber es kann drei oder mehr Brennstoffzellen umfassen. In diesem Fall können mindestens zwei Leerlaufspannungen der Brennstoffzellen wie oben beschrieben gesteuert werden. Auch in diesem Fall ist es möglich, zu unterbinden, dass die Leerlaufspannungen aller Brennstoffzellen in die niedrigen Zustände gebracht werden.
Das Brennstoffzellensystem ist in dem Fahrzeug eingebaut, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein stationäres Brennstoffzellensystem verwendet werden. Das Fahrzeug kann nicht nur ein Auto sein, sondern auch ein Motorrad, ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug oder dergleichen. Ferner kann das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug sein, das einen Elektromotor und eine Verbrennungskraftmaschine zusammen verwendet.
Obwohl manche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung wie beansprucht abgewandelt oder abgeändert werden.

Claims

Brennstoffzellensystem (1) aufweisend: eine Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b), die eine erste und eine zweite Brennstoffzelle (20a, 20b) umfasst, die einer Lastvorrichtung elektrische Leistung zuführt; ein erstes und ein zweites Zufuhrsystem (10a, 10b), die eingerichtet sind, jeweils eine erste und eine zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) von Kathodengas zu steuern, das jeweils der ersten und der zweiten Brennstoffzelle (20a, 20b) zugeführt wird; eine Schaltvorrichtung (36a, 36b), die fähig ist, die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) und die Lastvorrichtung (50) zwischen einem elektrisch verbundenen Zustand, in dem die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) elektrisch mit der Lastvorrichtung (50) verbunden ist, und einem elektrisch getrennten Zustand, in dem die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) von der Lastvorrichtung (50) elektrisch getrennt ist, umzuschalten; eine Schaltsteuereinheit (60), die eingerichtet ist, die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) und die Lastvorrichtung (50) in den elektrisch getrennten Zustand zu schalten, wenn eine erforderliche Leistung (P) der Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) kleiner gleich einem Schwellwert (P1) ist; eine Leerlaufspannungs-Bezugseinheit (60), die eingerichtet ist, eine erste Leerlaufspannung (Va) der ersten Brennstoffzelle (20a) und eine zweite Leerlaufspannung (Vb) der zweiten Brennstoffzelle (20b) in dem elektrisch getrennten Zustand zu erhalten; und eine Zufuhrsystem-Steuereinheit (60), die eingerichtet ist, die erste und die zweite Leerlaufspannung (Va, Vb) derart zu erhöhen und zu senken, dass sie jeweils innerhalb eines ersten und eines zweiten Sollbereichs konvergieren, indem sie das erste und das zweite Zufuhrsystem (10a, 10b) derart steuert, dass die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhöht und gesenkt werden.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Zufuhrsystem-Steuereinheit (60) eingerichtet ist, die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu erhöhen und zu senken, indem die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qb) während mindestens einer Zeitspanne erhöht wird, in der die zweite Leerlaufspannung (Vb) sinkt, bevor die zweite Leerlaufspannung (Vb) kleiner gleich einem unteren Grenzwert (VL) des zweiten Sollbereichs ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 2, wobei die Zufuhrsystem-Steuereinheit (60) eingerichtet ist, die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu erhöhen und zu senken, indem die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qb) während mindestens einer Zeitspanne erhöht wird, in der die zweite Leerlaufspannung (Vb) sinkt, wenn die zweite Leerlaufspannung (Vb) einen Wert erreicht, der erhalten wird, indem der untere Grenzwert (VL) von dem zweiten Sollbereich zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent einer Differenz zwischen dem unteren Grenzwert (VL) und einem oberen Grenzwert (VH) des zweiten Sollbereichs addiert wird.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Zufuhrsystem-Steuereinheit (60) eingerichtet ist, die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu erhöhen und zu senken, indem sie die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qb) erhöht, wenn die erste Leerlaufspannung (Va) kleiner gleich einem ersten Entscheidungswert (VMa) zwischen einem oberen Grenzwert (VH) und einem unteren Grenzwert (VL) des ersten Sollbereichs ist, und wenn die zweite Leerlaufspannung (Vb) kleiner gleich einem zweiten Entscheidungswert (VMb) zwischen einem oberen Grenzwert (VH) und einem unteren Grenzwert (VL) des zweiten Sollbereichs ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 4, wobei der erste Entscheidungswert erhalten wird, indem der untere Grenzwert (VL) des ersten Sollbereichs zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent einer Differenz zwischen dem oberen Grenzwert (VH) und dem unteren Grenzwert (VL) des ersten Sollbereichs addiert wird, und der zweite Entscheidungswert erhalten wird, indem der untere Grenzwert (VL) des zweiten Sollbereichs zu einem Wert zwischen 30 Prozent und 70 Prozent einer Differenz zwischen dem oberen Grenzwert (VH) und dem unteren Grenzwert (VL) des zweiten Sollbereichs addiert wird.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zufuhrsystem-Steuereinheit (60) eingerichtet ist, die erste und die zweite Strömungsgeschwindigkeit (Qa, Qb) in einer gleichen Zeitspanne zu erhöhen und zu senken.