DE102019119988A1

DE102019119988A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102019119988A1
Application number: DE102019119988.3A
Authority: DE
Inventors: Yuji Yamanishi; Yasushi Araki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US20200091529A1; US11063279B2; CN110911720A; JP2020047421A; JP7077891B2; CN110911720B

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem umfasst: einen ersten Tank und einen zweiten Tank, die jeweils ein zu einer Brennstoffzelle zu führendes Brenngas bevorraten; eine Heizeinrichtung, die in einer Leitung angeordnet ist, die den ersten Tank und den zweiten Tank verbindet; und ein Steuergerät, das dazu ausgelegt ist, die Heizeinrichtung so in Betrieb zu nehmen, dass das Brenngas, das entweder vom ersten Tank oder vom zweiten Tank über die Heizeinrichtung zum jeweils anderen der ersten und zweiten Tanks strömt, erwärmt wird, wenn eine Bedingung für eine Temperatur des Brenngases im ersten Tank oder eine Bedingung für eine Temperatur des Brenngases im zweiten Tank erfüllt ist.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
STAND DER TECHNIK
Ein Tank für ein einer Brennstoffzelle bereitzustellendes Brenngas weist eine Struktur auf, in der die äußere Umfangsfläche einer gasundurchlässigen Auskleidung mit einer Verstärkungsschicht, beispielsweise zur Sicherung des Druckwiderstands, versehen ist. Die Verstärkungsschicht wird durch das Wickeln von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) aufgebaut, der beispielsweise durch eine Filamentwicklung um die äußere Umfangsfläche der Auskleidung ausgebildet wird.
Wenn die Auskleidung zum Beispiel aus Harz hergestellt ist, der kostengünstig ist, und die Temperatur des Tanks mit abnehmender Restmenge des Brenngases abnimmt, schrumpft die Auskleidung, und aufgrund der Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten von Auskleidung und CFK kann ein Zwischenraum zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht entstehen. Wenn das Brenngas nach Ausbildung des Zwischenraums in den Tank eingefüllt wird, verformt sich die Auskleidung, so dass sie den Zwischenraum ausfüllt. Das heißt, an der Auskleidung kann eine Last anliegen.
Die japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungs-Nr. 2011-231799 beschreibt beispielsweise, dass zur Reduzierung der auf die Auskleidung (Liner) einwirkenden Last die Verformungsrate der Auskleidung verringert wird, indem die Fließgeschwindigkeit, mit der das Brenngas in den Tank eingefüllt wird, reduziert wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht deshalb in der Bereitstellung eines Brennstoffzellensystems, das die Ausbildung eines Zwischenraums zwischen einer Innenauskleidung und einer Verstärkungsschicht eines Tanks behindert.
Das obige Ziel wird durch ein Brennstoffzellensystem erreicht, das Folgendes umfasst: einen ersten Tank und einen zweiten Tank, die jeweils ein zu einer Brennstoffzelle zu führendes Brenngas bevorraten; eine Heizeinrichtung, die in einer Leitung angeordnet ist, die den ersten Tank und den zweiten Tank verbindet; und ein Steuergerät, das dazu ausgelegt ist, die Heizeinrichtung so in Betrieb zu nehmen, dass das Brenngas, das vom ersten Tank oder vom zweiten Tank über die Heizeinrichtung zum jeweils anderen der ersten und zweiten Tanks strömt, erwärmt wird, wenn eine Bedingung für eine Temperatur des Brenngases im ersten Tank oder eine Bedingung für eine Temperatur des Brenngases im zweiten Tank erfüllt ist.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Steuergerät ausgelegt sein zum: wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank und die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank nicht erfüllt sind, Schalten eines Zufuhrpfades des Brenngases zur Brennstoffzelle auf einen Pfad, auf dem das Brenngas vom ersten Tank und zweiten Tank zur Brennstoffzelle strömt, ohne die Heizeinrichtung zu durchströmen, und Beenden des Betriebs der Heizeinrichtung; und, wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank oder die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank erfüllt ist, Schalten des Zufuhrpfades auf einen Pfad, auf dem das Brenngas vom ersten Tank oder vom zweiten Tank über die Heizeinrichtung zum jeweils anderen der ersten und zweiten Tanks strömt und die Brennstoffzelle erreicht, und Inbetriebnehmen der Heizeinrichtung.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Brennstoffzellensystem ferner Folgendes umfassen: ein erstes Steuerventil, das in einer Leitung angeordnet ist, die das Brenngas ohne Durchströmen der Heizeinrichtung vom ersten Tank zur Brennstoffzelle führt; und ein zweites Steuerventil, das in einer Leitung angeordnet ist, die das Brenngas ohne Durchströmen der Heizeinrichtung vom zweiten Tank zur Brennstoffzelle führt, und das Steuergerät kann ausgelegt sein zum - wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank und die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank nicht erfüllt sind - Öffnen des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils, und, wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank oder die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank erfüllt ist, Schließen des ersten Steuerventils und Öffnen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom ersten Tank über die Heizeinrichtung zum zweiten Tank strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Brennstoffzellensystem ferner Folgendes umfassen: einen ersten Temperatursensor, der dazu ausgelegt ist, eine erste Temperatur des Brenngases im ersten Tank zu erfassen; und einen zweiten Temperatursensor, der dazu ausgelegt ist, eine zweite Temperatur des Brenngases im zweiten Tank zu erfassen, und das Steuergerät kann ausgelegt sein zum - wenn eine Temperaturdifferenz, die durch Subtraktion der ersten Temperatur von der zweiten Temperatur ermittelt wird, nach dem Schließen des ersten Steuerventils und dem Öffnen des zweiten Steuerventils einen ersten Standardwert überschreitet - Öffnen des ersten Steuerventils und Schließen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom zweiten Tank über die Heizeinrichtung zum ersten Tank strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Steuergerät ausgelegt sein zum - wenn eine Temperaturdifferenz, die durch Subtraktion der zweiten Temperatur von der ersten Temperatur ermittelt wird, nach dem Öffnen des ersten Steuerventils und dem Schließen des zweiten Steuerventils den ersten Standardwert überschreitet - Schließen des ersten Steuerventils und Öffnen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom ersten Tank über die Heizeinrichtung zum zweiten Tank strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Steuergerät ausgelegt sein zum - wenn die Temperaturdifferenz, die durch Subtraktion der ersten Temperatur von der zweiten Temperatur ermittelt wird, nach dem Öffnen des ersten Steuerventils und dem Schließen des zweiten Steuerventils einen zweiten Standardwert unterschreitet - Schließen des ersten Steuerventils und Öffnen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom ersten Tank über die Heizeinrichtung zum zweiten Tank strömt, wobei der zweite Standardwert kleiner als der erste Standardwert ist.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Brennstoffzellensystem ferner einen Drucksensor umfassen, der einen Druck des Brenngases im ersten Tank und im zweiten Tank erfasst, und das Steuergerät kann ausgelegt sein zum - wenn ein Abnahmebetrag des vom Drucksensor erfassten Drucks nach dem Schließen des ersten Steuerventils und dem Öffnen des zweiten Steuerventils einen Standardwert überschreitet - Öffnen des ersten Steuerventils und Schließen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom zweiten Tank über die Heizeinrichtung zum ersten Tank strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Steuergerät ausgelegt sein zum - wenn der Abnahmebetrag des vom Drucksensor erfassten Drucks nach dem Öffnen des ersten Steuerventils und dem Schließen des zweiten Steuerventils den Standardwert überschreitet - Schließen des ersten Steuerventils und Öffnen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom ersten Tank über die Heizeinrichtung zum zweiten Tank strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Brennstoffzellensystem ferner einen Stromsensor umfassen, der einen von der Brennstoffzelle abgegebenen Stromwert erfasst, und das Steuergerät kann ausgelegt sein zum - wenn ein integrierter Wert des vom Stromsensor erfassten Stromwerts nach dem Schließen des ersten Steuerventils und dem Öffnen des zweiten Steuerventils einen Standardwert überschreitet - Öffnen des ersten Steuerventils und Schließen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom zweiten Tank über die Heizeinrichtung zum ersten Tank strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Steuergerät ausgelegt sein zum - wenn der integrierte Wert des vom Stromsensor erfassten Stromwerts nach dem Öffnen des ersten Steuerventils und dem Schließen des zweiten Steuerventils den Standardwert überschreitet - Schließen des ersten Steuerventils und Öffnen des zweiten Steuerventils, so dass das Brenngas vom ersten Tank über die Heizeinrichtung zum zweiten Tank strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Steuergerät ausgelegt sein zum - wenn die Temperatur des Brenngases im ersten Tank oder die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank gleich oder kleiner als ein einer Restmenge des Brenngases entsprechender Schwellwert ist - Feststellen, dass die Bedingung erfüllt ist.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann das Steuergerät ausgelegt sein zum - wenn eine Verbrauchsrate des Brenngases im ersten Tank oder eine Verbrauchsrate des Brenngases im zweiten Tank gleich oder kleiner als ein einer Restmenge des Brenngases entsprechender Schwellwert ist - Feststellen, dass die Bedingung erfüllt ist.
Im obigen Brennstoffzellensystem können der erste Tank und der zweite Tank jeweils eine aus Harz gefertigte Auskleidung aufweisen, der erste Tank und der zweite Tank können jeweils eine Form aufweisen, die sich in eine Richtung erstreckt, und eine Länge des ersten Tanks in dieser einen Richtung kann größer sein als eine Länge des zweiten Tanks in dieser einen Richtung.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann der erste Tank eine aus Metall gefertigte Auskleidung aufweisen, und der zweite Tank kann eine aus Harz gefertigte Auskleidung aufweisen.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann die Heizeinrichtung ein Wärmetauscher sein, der einen Kühlkanal aufweist, durch den ein Kühlmedium, das die Brennstoffzelle gekühlt hat, strömt.
Im obigen Brennstoffzellensystem kann die Heizeinrichtung ein Wärmetauscher sein, der einen Ventilator und eine Rippe aufweist.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Tanks;
3 ist eine Querschnittsansicht des Tanks, in dem sich zwischen einer Auskleidung und einer Verstärkungsschicht ein Zwischenraum gebildet hat.
4 veranschaulicht eine Parallelschaltung von Tanks;
5 veranschaulicht eine Reihenschaltung Nr. 1 der Tanks und eine Reihenschaltung Nr. 2 der Tanks;
6 veranschaulicht eine beispielhafte Steuerbedingung;
7 ist ein Flussdiagramm eines von einer Steuervorrichtung während des Betriebs eines Brennstoffzellenstapels ausgeführten beispielhaften Prozesses;
8 veranschaulicht eine Temperaturänderung eines Brenngases in jedem Tank in Abhängigkeit von der Zeit;
9 ist eine Draufsicht einer Abwandlung eines Wärmetauschers;
10 ist ein Flussdiagramm eines anderen von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels ausgeführten beispielhaften Prozesses;
11 ist ein Flussdiagramm eines anderen von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels ausgeführten beispielhaften Prozesses;
12 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer zweiten Ausführungsform;
13 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels ausgeführten beispielhaften Prozesses;
14 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung während des Einfüllens von Brenngas ausgeführten beispielhaften Prozesses;
15 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer dritten Ausführungsform;
16 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels ausgeführten beispielhaften Prozesses;
17 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer vierten Ausführungsform;
18 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels ausgeführten beispielhaften Prozesses;
19 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer fünften Ausführungsform; und
20 zeigt Beispiele von Auf/Zu-Zuständen eines Steuerventils und eines Füllventils.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bei Begrenzung der Durchflussmenge, mit der ein Brenngas in einen Tank eingefüllt wird, erhöht sich der Zeitumfang des Befüllens. Um die Belastung der Auskleidung zu verringern, ist es deshalb wichtig, dass verhindert wird, dass sich zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht des Tanks ein für die Verformung der Auskleidung ausreichender Zwischenraum bildet.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer ersten Ausführungsform. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Steuervorrichtung 1, zwei Tanks 2a und 2b, zwei Steuerventile 3a und 3b, einen Wärmetauscher 4, einen Brennstoffzellenstapel 50, einen Stromsensor 51, eine Wandlerschaltung 52, eine Pumpe 54, einen Radiator 55, ein Stromteilerventil 56, ein Druckminderventil 57, ein Behältnis 61, ein Füllventil 62, einen Kommunikator 63 und einen Drucksensor 64.
Das Brennstoffzellensystem umfasst auch eine Einfüllleitung 90, eine Tankverbindungsleitung 91, zwei Zufuhrsystemverbindungsleitungen 92a und 92b und eine Brennstoffzufuhrleitung 93 als Rohre, durch die ein Brenngas wie Wasserstoffgas strömt. Darüber hinaus umfasst das Brennstoffzellensystem eine Kühlwasser-Austragsleitung 5a, eine Kühlwasser-Zufuhrleitung 5b sowie Kühlwasser-Teilleitungen 5c und 5d als Rohre, durch die Kühlwasser, das ein Beispiel eines Kühlmediums des Brennstoffzellenstapels 50 ist, strömt.
Die Einfüllleitung 90 ist mit dem Behältnis 61, dem Füllventil 62 und der Tankverbindungsleitung 91 gekoppelt. Das Behältnis 61 ist an einer Brenngasfülleinrichtung 60, die beispielsweise in einer Wasserstofftankstelle eingebaut ist, anzuschließen. Die Fülleinrichtung 60 füllt über das Behältnis 61 das Brenngas aus der Füllleitung 90 in beide Tanks 2a, 2b.
Das Füllventil 62 ist in der Einfüllleitung 90 angeordnet und öffnet und schließt gemäß Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 1. Das Füllventil 62 wird geöffnet, wenn das Brenngas in die Tanks 2a und 2b eingefüllt wird, und ist ansonsten geschlossen.
Die Steuervorrichtung 1 ist beispielsweise eine elektronische Steuerung (ECU) und umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 10 und einen Speicher 11. Der Speicher 11 speichert ein Programm zur Steuerung des Brennstoffzellensystems und verschiedene Parameter. Die CPU 10 liest beim Start ein Programm im Speicher 11 und führt den im Programm festgelegten Vorgang aus. Der Speicher 11 umfasst beispielsweise einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM).
Die Steuervorrichtung 1 kommuniziert über den Kommunikator 63 mit der Fülleinrichtung 60. Der Kommunikator 63 umfasst eine Kommunikationsschaltung, die beispielsweise eine Infrarot-Kommunikation verarbeitet. Die Steuervorrichtung 1 steuert das Steuerventil 62 und so weiter im Zusammenwirken mit der Fülleinrichtung 60 über die Kommunikation mit der Fülleinrichtung 60.
Der in Strömungsrichtung hinterste Teil der Einfüllleitung 90 ist in der Mitte der Tankverbindungsleitung 91 angekoppelt, wie durch das Bezugszeichen P1 angezeigt. Die Tankverbindungsleitung 91 ist eine Leitung, die die Tanks 2a und 2b verbindet. Ein erstes Ende der Tankverbindungsleitung 91 ist mit dem Tank 2a verbunden, und ein zweites Ende der Tankverbindungsleitung 91 ist mit dem Tank 2b verbunden. Das Brenngas strömt aus der Einfüllleitung 90 durch die Tankverbindungsleitung 91 und wird dann in jeden Tank 2a, 2b gefüllt.
Der Drucksensor 64 ist in der Einfüllleitung 90 angeordnet. Der Drucksensor 64 erfasst den Druck in der Einfüllleitung 90. Wenn das Füllventil 62 geschlossen ist, ist der Druck in der Einfüllleitung 90 gleich dem Druck in der Tankverbindungsleitung 91. Der Drucksensor 64 ist somit in der Lage, die Druckwerte der Brenngase in den Tanks 2a und 2b zu erfassen. Die Steuervorrichtung 1 bezieht den vom Drucksensor 64 erfassten Druck und verwendet den bezogenen Druck für verschiedene Steuerungen.
Die Tanks 2a beziehungsweise 2b sind Beispiele eines ersten Tanks und eines zweiten Tanks und bevorratet das Brenngas. Das Brenngas in jedem Tank 2a, 2b wird über die Brennstoffzufuhrleitung 93 zum Brennstoffzellenstapel 50 geführt und vom Brennstoffzellenstapel 50 zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet. Da das Brennstoffzellensystem eine Mehrzahl von Tanks 2a und 2b aufweist, verlängert sich die Dauer der Energieerzeugung des Brennstoffzellenstapels 50 bis zum Nachfüllen von Brenngas.
Die Zufuhrsystemverbindungsleitung 92a ist ein Beispiel einer Leitung, die das Brenngas ohne Durchströmen des Wärmetauschers 4 vom Tank 2a zum Brennstoffzellenstapel 50 führt, und die Zufuhrsystemverbindungsleitung 92b ist ein Beispiel einer Leitung, die das Brenngas ohne Durchströmen des Wärmetauschers 4 vom Tank 2b zum Brennstoffzellenstapel 50 führt. Erste Enden der Zufuhrsystemverbindungsleitungen 92a und 92b sind mit den Tanks 2a beziehungsweise 2b verbunden, und zweite Enden der Zufuhrsystemverbindungsleitungen 92a und 92b sind mit einem ersten Ende der Brennstoffzufuhrleitung 93 verbunden, wie durch Bezugszeichen P2 angezeigt. Die Zufuhrsystemverbindungsleitungen 92a und 92b verbinden die Tanks 2a beziehungsweise 2b mit der Brennstoffzufuhrleitung 93.
Die Steuerventile 3a und 3b sind in den Zufuhrsystemverbindungsleitungen 92a beziehungsweise 92b angeordnet. Die Steuerventile 3a und 3b öffnen und schließen gemäß der Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 1. Die Steuerventile 3a und 3b sind geschlossen, während die Tanks 2a und 2b mit Brenngas befüllt werden.
Die Steuervorrichtung 1 steuert das Öffnen/Schließen der Steuerventile 3a und 3b zur Aufschaltung des Brenngas-Zufuhrpfades zur Brennstoffzelle, wenn das Brenngas vom Tank 2a oder 2b zum Brennstoffzellenstapel 50 geführt wird. Insbesondere, wie später noch beschrieben, schaltet die Steuervorrichtung 1 den Pfad für das Brenngas durch Umschaltung der Verbindungskonfiguration zwischen den Tanks 2a und 2b und dem Brennstoffzellenstapel 50.
Das Druckminderventil 57 ist in der Brennstoffzufuhrleitung 93 angeordnet. Die Steuervorrichtung 1 steuert den Öffnungsgrad des Druckminderventils 57. Dementsprechend wird die dem Brennstoffzellenstapel 50 zugeführte Menge des Brenngases beispielsweise in Abhängigkeit von der aus dem Brennstoffzellenstapel 50 angeforderten (elektrischen) Leistung korrigiert.
Der Brennstoffzellenstapel 50 erzeugt elektrische Energie durch chemische Reaktion zwischen einem zu einer Anode geführten Brenngas und einem zu einer Kathode geführten Oxidationsgas wie Luft. Der Brennstoffzellenstapel 50 umfasst eine Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellen. Die Brennstoffzufuhrleitung 93 ist mit der Anode der Brennstoffzelle verbunden. Die Zufuhrleitung des Oxidationsgases, die nicht dargestellt ist, ist mit der Kathode der Brennstoffzelle verbunden.
Der Brennstoffzellenstapel 50 ist mit dem Stromsensor 51 und der Wandlerschaltung 52 elektrisch verbunden. Die Wandlerschaltung 52 umfasst beispielsweise einen Gleichstrom-Gleichstrom(DC-DC)-Wandler und einen Wechselrichter (Inverter). Der Stromsensor 51 erfasst den vom Brennstoffzellenstapel 50 abgegebenen Stromwert I. Die Steuervorrichtung 1 bezieht den vom Stromsensor 51 erfassten Stromwert I und verwendet den bezogenen Stromwert I für verschiedene Steuerungen. Die vom Brennstoffzellenstapel 50 erzeugte elektrische Energie wird von der Wandlerschaltung 52 zu einem Motor 53 geführt, wenn das Brennstoffzellensystem an einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist.
Die Kühlwasser-Austragsleitung 5a und die Kühlwasser-Zufuhrleitung 5b sind mit dem Brennstoffzellenstapel 50 verbunden, um den Brennstoffzellenstapel 50 zu kühlen. Erste Enden der Kühlwasser-Austragsleitung 5a und der Kühlwasser-Zufuhrleitung 5b sind mit dem Brennstoffzellenstapel 50 verbunden, und zweite Enden sind mit dem Radiator 55 verbunden.
Das zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels 50 verwendete Hochtemperatur-Kühlwasser wird aus dem Brennstoffzellenstapel 50 zur Kühlwasser-Austragsleitung 5a ausgetragen und strömt in den Radiator 55. Der Radiator 55 kühlt das Kühlwasser aus der Kühlwasser-Austragsleitung 5a und trägt das rückgekühlte Kühlwasser an die Kühlwasser-Zufuhrleitung 5b aus.
Die Pumpe 54 ist in der Kühlwasser-Zufuhrleitung 5b angeordnet. Die Pumpe 54 pumpt das an die Kühlwasser-Zufuhrleitung 5b ausgetragene Niedertemperatur-Kühlwasser zum Brennstoffzellenstapel 50. Wie durch das Bezugszeichen c angezeigt, zirkuliert das Kühlwasser dementsprechend zwischen dem Brennstoffzellenstapel 50 und dem Radiator 55.
Die Temperatursensoren 23a und 23b sind in den Tanks 2a beziehungsweise 2b angeordnet. Die Temperatursensoren 23a und 23b erfassen die Temperaturen der Brenngase in den Tanks 2a beziehungsweise 2b. Die Steuervorrichtung 1 bezieht die Temperaturen, die von den in den Tanks 2a und 2b angeordneten Temperatursensoren 23a und 23b erfasst werden, zur Verwendung für verschiedene Steuerungen. Der Temperatursensor 23a im Tank 2a ist ein Beispiel eines ersten Temperatursensors, und der Temperatursensor 23b im Tank 2b ist ein Beispiel eines zweiten Temperatursensors.
Es wird nun der Aufbau der Tanks 2a und 2b beschrieben.
2 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Tanks 2a und 2b. Jeder der Tanks 2a und 2b weist eine Auskleidung 20, eine Verstärkungsschicht 21 und zwei Mundstücke 22 und 25 auf. Jeder Tank 2a, 2b weist eine Form auf, die sich in einer Richtung Dx erstreckt, und die Tanklänge in der Richtung Dx ist größer als die Tanklänge in einer senkrecht zur Richtung Dx stehenden Richtung Dy.
Die Auskleidung 20 ist so ausgebildet, dass sie eine hohle Struktur dergestalt aufweist, dass im Inneren jedes Tanks 2a, 2b ein Bevorratungsraum 24 für das Brenngas sichergestellt ist. Die Auskleidung 20 hat eine gassperrende Eigenschaft und verhindert, dass das Brenngas durch die Auskleidung hindurch nach außen gelangt. Die Auskleidung 20 ist aus Harz gefertigt. Beispiele für das Harz schließen, unter anderem, Polyethylenharz, Polypropylenharz und andere Hartharze ein.
Die Mundstücke 22 und 25 verbinden den Bevorratungsraum 24 mit externen Rohren. Das Mundstück 22 ist mit dem einen Ende der Tankverbindungsleitung 91 verbunden, und das Mundstück 25 ist mit der Zufuhrsystemverbindungsleitung 92a oder 92b verbunden. Das Brenngas strömt über das Mundstück 22 aus dem Bevorratungsraum 24 zur Tankverbindungsleitung 91 und über das Mundstück 25 zur Zufuhrsystemverbindungsleitung 92a oder 92b.
Die Verstärkungsschicht 21 ist so ausgebildet, dass sie die äußere Umfangsfläche der Auskleidung 20 bedeckt. Die Verstärkungsschicht 21 weist einen Widerstand gegen den Druck des im jeweiligen Tank 2a, 2b bevorrateten Brenngases auf. Die Verstärkungsschicht 21 wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass eine Matrixharz-haltige Faser um die äußere Oberfläche der Auskleidung 20 gewickelt wird und dann das Matrixharz gehärtet wird. Beispiele des Matrixharzes schließen, unter anderem, Epoxidharz und modifiziertes Epoxidharz ein, und Beispiele der Faser schließen, unter anderem, eine Kohlenstofffaser und Aramidharz ein. Beispiele des Faserwickelverfahrens schließen, unter anderem, ein Filamentwickelverfahren und ein Bandwickelverfahren ein, und Spiralwicklung und Umfangswicklung werden gemeinsam verwendet.
Die aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigte Verstärkungsschicht 21 wird beispielsweise dadurch ausgebildet, dass ein Filamentwickelverfahren für die aus Harz gefertigte Auskleidung 20 verwendet wird. Wenn die Verstärkungsschicht 21 aus CFK gefertigt ist, wird duroplastisches Epoxidharz als Matrixharz und eine Kohlenstofffaser als Faser verwendet. Die Verstärkungsschicht 21 kann glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) enthalten, die, zusätzlich zu der auf der äußeren Umfangsfläche der Auskleidung 20 gestapelten CFK-Schicht, auf der Außenfläche der CFK-Schicht gestapelt werden.
3 ist eine Querschnittsansicht des jeweiligen Tanks 2a, 2b, wenn zwischen der Auskleidung 20 und der Verstärkungsschicht 21 ein Zwischenraum ausgebildet ist. Wie durch Vergleich mit 2 ersichtlich, bildet sich der Zwischenraum zwischen der Auskleidung 20 und der Verstärkungsschicht 21. Der Zwischenraum 26 entsteht aus den folgenden Gründen.
Die Auskleidung 20 und die Verstärkungsschicht 21 weisen unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten auf. Es besteht somit die Wahrscheinlichkeit, dass die Auskleidung 20 stärker als die Verstärkungsschicht 21 schrumpft. Das heißt, wenn die Temperatur des Brenngases im jeweiligen Tank 2a, 2b abnimmt, erfährt die Verstärkungsschicht 21 keine wesentliche Schrumpfung, während die Auskleidung 20 schrumpft und dadurch der Zwischenraum 26 ausgebildet wird. Wenn das Brenngas nach Ausbildung des Zwischenraums 26 in den jeweiligen Tank 2a, 2b eingefüllt wird, verformt sich die Auskleidung 20 so, dass sie den Zwischenraum 26 ausfüllt. Das heißt, an der Auskleidung 20 kann eine Last anliegen.
Die Temperatur des Brenngases nimmt in dem Maße ab, wie die Restmenge des Brenngases in jedem Tank 2a, 2b abnimmt, wenn das Brenngas zum Brennstoffzellenstapel 50 geführt wird. Das heißt, mit Erhöhung der verbrauchten Menge des Brenngases nimmt die Temperatur des Brenngases in jedem Tank 2a, 2b ab, und der Zwischenraum 26 kann sich ausbilden.
Wie in 1 dargestellt, ist also der Wärmetauscher 4 in der Tankverbindungsleitung 91 zwischen den Tanks 2a und 2b angeordnet, und die Steuervorrichtung 1 setzt den Wärmetauscher 4 in Betrieb, so dass das Brenngas, das von einem der Tanks 2a und 2b über den Wärmetauscher 4 zum anderen der Tanks 2a und 2b strömt, erwärmt wird, wenn eine Steuerbedingung für die Temperatur des Brenngases im Tank 2a oder 2b erfüllt ist.
In diesem Fall öffnet und schließt die Steuervorrichtung 1 die Steuerventile 3a und 3b dergestalt, dass das Brenngas von einem der Tanks 2a und 2b zum anderen der Tanks 2a und 2b strömt. Das heißt, das über den Wärmetauscher 4 erwärmte Brenngas strömt von einem der Tanks 2a und 2b zum anderen der Tanks 2a und 2b. Dementsprechend wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a oder 2b, in den das Brenngas einströmt, reduziert, und dadurch wird die Ausbildung des Zwischenraums 26 behindert.
Der Wärmetauscher 4 ist ein Beispiel einer Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung ist nicht auf den Wärmetauscher 4 beschränkt und kann ein Heizelement sein. Die Art und Weise der Wärmeübertragung des Wärmetauschers 4 ist nicht beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform verwendet der Wärmetauscher 4 beispielsweise das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 für die Wärmeübertragung. Das heißt, der Wärmetauscher 4 weist eine Kühlleitung 40 auf, durch die das Kühlwasser, das den Brennstoffzellenstapel 50 gekühlt hat, strömt.
Erste und zweite Enden der Kühlleitung 40 sind mit den Kühlwasser-Teilleitungen 5c beziehungsweise 5d gekoppelt. Das aus der Kühlwasser-Austragsleitung 5a abgezweigte Kühlwasser strömt durch die Kühlwasser-Teilleitungen 5c und 5d. Das Kühlwasser, dessen Temperatur sich aufgrund der Kühlung des Brennstoffzellenstapels 50 erhöht hat, strömt durch die Kühlwasser-Teilleitung 5c und fließt dann in die Kühlleitung 40, wie durch Bezugszeichen d angezeigt. Die Kühlleitung 40 ist so um den Umfang der Tankverbindungsleitung 91 geschlungen, dass zwischen dem Hochtemperatur-Kühlwasser und dem Niedertemperatur-Kühlwasser eine Wärmeübertragung erfolgt.
Das Kühlwasser, dessen Temperatur aufgrund der Wärmeübertragung abgenommen hat, strömt von der Kühlleitung 40 über die Kühlwasser-Teilleitung 5d in die Kühlwasser-Zufuhrleitung 5b. In diesem Fall strömt das Kühlwasser in die Anströmseite der Pumpe 54.
Das Stromteilerventil 56 ist in der Kühlwasser-Teilleitung 5c angeordnet. Das Stromteilerventil 56 öffnet und schließt gemäß der Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 1. Die Steuervorrichtung 1 öffnet das Stromteilerventil 56 beim Zuschalten des Wärmetauschers 4 und schließt das Stromteilerventil 56 beim Abschalten des Wärmetauschers 4.
Wie oben beschrieben, verwendet der Wärmetauscher 4 das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 für die Wärmeübertragung. Je höher die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 50 ist, desto höher steigt die Temperatur des Kühlwassers, da die Wärmeerzeugung des Brennstoffzellenstapels 50 betragsmäßig ansteigt. Außerdem gilt: je höher die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 50, desto größer die Verbrauchsmenge an Brenngas. Mit zunehmender Verbrauchsmenge des Brenngases erhöht sich also die Temperatur des Kühlwassers in der Kühlleitung 40. Dementsprechend wird die infolge der abnehmenden Restmenge an Brenngas im jeweiligen Tank 2a, 2b eintretende Temperaturabnahme effektiv vermindert.
Die Steuervorrichtung 1 steuert die Steuerventile 3a und 3b und den Wärmetauscher 4 dergestalt, dass das Brenngas von einem der Tanks 2a und 2b zur Tankverbindungsleitung 91 strömt, über den Wärmetauscher 4 erwärmt wird und dann in den anderen der Tanks 2a und 2b strömt. Die Steuervorrichtung 1 schaltet die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b durch Steuerung des Öffnens und des Schließens der Steuerventile 3a und 3b entweder auf eine Parallelschaltung, eine Reihenschaltung Nr. 1 oder eine Reihenschaltung Nr. 2 um, abhängig von der später noch beschriebenen Steuerbedingung.
4 veranschaulicht die Parallelschaltung der Tanks 2a und 2b. 4 zeigt nur die Tanks 2a und 2b, die Steuerventile 3a und 3b, den Wärmetauscher 4, das Druckminderventil 57 und den Brennstoffzellenstapel 50 des in 1 dargestellten Brennstoffzellensystems. Auf die Darstellung des Füllventils 62 wird verzichtet, aber das Füllventil 62 ist geschlossen.
Bei Nichterfüllung der Steuerbedingung öffnet die Steuervorrichtung 1 die Steuerventile 3a und 3b, um die Tanks 2a und 2b in Parallelschaltung mit dem Brennstoffzellenstapel 50 zu verbinden. In diesem Fall wird das Brenngas im Tank 2a über die Zufuhrsystemverbindungsleitung 92a und die Brennstoffzufuhrleitung 93 auf dem Pfad Ra dem Brennstoffzellenstapel 50 zugeführt. Das Brenngas im Tank 2b wird über die Zufuhrsystemverbindungsleitung 92b und die Brennstoffzufuhrleitung 93 auf dem Pfad Rb dem Brennstoffzellenstapel 50 zugeführt.
Da die Drücke in den Tanks 2a und 2b im Wesentlichen gleich sind, strömt kein Brenngas durch die Tankverbindungsleitung 91. Die Steuervorrichtung 1 schließt also das Stromteilerventil 56, so dass der Wärmetauscher 4 nicht arbeitet. Das heißt, die Steuervorrichtung 1 beendet den Betrieb des Wärmetauschers 4.
Die Brenngase in den Tanks 2a und 2b nehmen ab, während sie dem Brennstoffzellenstapel 50 zugeführt werden. Dementsprechend nimmt die Restmenge des Brenngases in jedem Tank 2a, 2b ab, und mit Abnahme des Drucks nimmt die Temperatur ab. Die Steuerbedingung ist somit für mindestens eines der Brenngase in den Tanks 2a und 2b erfüllt.
5 veranschaulicht die Reihenschaltungen Nr. 1 und Nr. 2 der Tanks 2a und 2b. 5 zeigt nur die Tanks 2a und 2b, die Steuerventile 3a und 3b, den Wärmetauscher 4, das Druckminderventil 57 und den Brennstoffzellenstapel 50 des in 1 dargestellten Brennstoffzellensystems. Auf die Darstellung des Füllventils 62 wird zwar verzichtet, aber das Füllventil 62 ist geschlossen.
Mit Erfüllung der Steuerbedingung öffnet die Steuervorrichtung das Stromteilerventil 56, so dass der Wärmetauscher 4 arbeitet, und öffnet nur eines der Steuerventile 3a und 3b, um die Tanks 2a und 2b in Reihe mit dem Brennstoffzellenstapel 50 zu verbinden.
Im Falle der Reihenschaltung Nr. 1 schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b. Dies verursacht eine Differenz der Drücke in den Tanks 2a und 2b, und das Brenngas im Tank 2a strömt über die Tankverbindungsleitung 91 auf dem Pfad Rc in den Tank 2b. In diesem Fall befindet sich der Tank 2a in den Zufuhrpfaden Rc und Rb des Brenngases anströmseitig weiter vorgelagert als der Tank 2b.
Da das Brenngas im Tank 2b auf dem Pfad Rb zum Brennstoffzellenstapel 50 geführt wird, nimmt die verbleibende Menge des Brenngases im Tank 2b ab. Da das Brenngas im Tank 2a nach Erwärmung infolge des Durchströmens des Wärmetauschers 4 in den Tank 2b einströmt, wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b reduziert.
Im Falle der Reihenschaltung Nr. 2 schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3b und öffnet das Steuerventil 3a. Dies verursacht eine Differenz der Drücke in den Tanks 2a und 2b, und das Brenngas im Tank 2b strömt über die Tankverbindungsleitung 91 auf dem Pfad Rc' in den Tank 2a. In diesem Fall befindet sich der Tank 2b in den Zufuhrpfaden Rc' und Rb des Brenngases anströmseitig weiter vorgelagert als der Tank 2a.
Da das Brenngas im Tank 2a auf dem Pfad Ra zum Brennstoffzellenstapel 50 geführt wird, nimmt die verbleibende Menge des Brenngases im Tank 2a ab. Da jedoch das Brenngas von Tank 2b nach Erwärmung infolge des Durchströmens des Wärmetauschers 4 in den Tank 2a einströmt, wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a reduziert.
Wenn, wie oben gesehen, die Steuerbedingung für keines der Brenngase in den Tanks 2a und 2b erfüllt ist, schaltet die Steuervorrichtung 1 den Zufuhrpfad des Brenngases auf die Pfade Ra und Rb, bei denen das Brenngas ohne Durchströmung des Wärmetauschers 4 von den Tanks 2a und 2b zum Brennstoffzellenstapel 50 strömt, und beendet den Betrieb des Wärmetauschers 4. Wenn die Steuerbedingung für mindestens eines der Brenngase in den Tanks 2a und 2b erfüllt ist, schaltet die Steuervorrichtung 1 den Zufuhrpfad des Brenngases auf die Pfade Rc und Rb, bei denen das Brenngas vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 zum Tank 2b strömt und dann den Brennstoffzellenstapel 50 erreicht, oder auf die Pfade Rc' und Ra, bei denen das Brenngas vom Tank 2b über den Wärmetauscher 4 zum Tank 2a strömt und den Brennstoffzellenstapel 50 erreicht, und nimmt den Wärmetauscher 4 in Betrieb.
Wenn die Steuerbedingung nicht erfüllt ist, strömt das Brenngas dementsprechend nicht über den Wärmetauscher 4. Das Brenngas erreicht somit den Brennstoffzellenstapel 50, ohne den langen Leitungsweg beispielsweise im Wärmetauscher 4 zu nehmen. Im Vergleich zu dem Fall, dass das Brenngas über den Wärmetauscher 4 geht, verbessert sich dadurch das Ansprechverhalten auf die Volumenstromregelung des Brenngases.
In jeder der Reihenschaltungen Nr. 1 und Nr. 2 strömt das Brenngas vom anströmseitig gelegenen Tank 2a oder 2b zum abströmseitig gelegenen Tank 2b oder 2a, und die Temperatur des Brenngases im anströmseitig gelegenen Tank 2a oder 2b nimmt ab. Das heißt, die Steuervorrichtung 1 schaltet abwechselnd, in Abhängigkeit von den durch die Temperatursensoren 23a und 23b erfassten Temperaturen, die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b auf die Reihenschaltung Nr. 1 beziehungsweise Reihenschaltung Nr. 2. Dementsprechend werden die Brenngase in den Tanks 2a und 2b wechselweise erwärmt, und damit wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases effektiv reduziert.
Wenn die Steuerbedingung für mindestens eines der Brenngase in den Tanks 2a und 2b erfüllt ist, schaltet die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b beispielsweise aus der Parallelschaltung in die Reihenschaltung Nr. 1 und schaltet im Anschluss daran die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b, in Abhängigkeit von den Temperaturen der Brenngase in den Tanks 2a und 2b, abwechselnd zu den Reihenschaltungen Nr. 1 und Nr. 2.
6 stellt ein Beispiel der Steuerbedingung dar. Die Steuerbedingung ist ein Beispiel einer Bedingung für die Temperatur des Brenngases im Tank 2a und einer Bedingung für die Temperatur des Brenngases im Tank 2b.
Die Steuervorrichtung 1 bestimmt die Möglichkeit der Ausbildung des Zwischenraums 26 auf Grundlage einer Abnahme der Temperatur des Brenngases im jeweiligen Tank 2a, 2b durch Bestimmung, ob die Steuerbedingung erfüllt ist. Die Steuerbedingung umfasst nicht nur die Temperatur des Brenngases, sondern auch zum Beispiel die in jedem Tank 2a, 2b verbleibende Restmenge des Brenngases. Das ist darin begründet, dass sich mit abnehmender Restmenge des Brenngases die Möglichkeit einer Einfüllung von Brenngas in die Tanks 2a und 2b erhöht, und damit erhöht sich entsprechend die Notwendigkeit einer Reduzierung der Temperaturabnahme des Brenngases.
Bezugszeichen Ga zeigt das Verhältnis zwischen der Restmenge des Brenngases in jedem Tank 2a, 2b und dessen Temperatur an. Der Bereich Sa ist ein Beispiel eines Bereichs, in dem die Steuerbedingung erfüllt ist, und der Bereich Sb ist ein Beispiel eines Bereichs, in dem die Steuerbedingung nicht erfüllt ist. Wenn die Restmenge gleich oder größer als 0 ist und gleich oder kleiner als die Standardmenge Fr ist und die Temperatur gleich oder kleiner als ein bestimmter Schwellwert Tr ist, oder wenn die Restmenge größer als die Standardmenge Fr ist und die Temperatur gleich oder kleiner als der sich in Bezug auf die Restmenge linear verändernde Schwellwert ist, dann ist die Steuerbedingung erfüllt. Wenn dementsprechend die Restmenge gering und die Temperatur niedrig ist, ist die Steuerbedingung erfüllt.
Die Steuervorrichtung 1 berechnet die Restmenge beispielsweise aus dem vom Drucksensor 64 erfassten Druck und bezieht die Temperaturen aus dem Temperatursensor 23a und 23b. Das durch das Bezugszeichen Ga angezeigte Verhältnis zwischen der Restmenge und der Temperatur wird als Kennfelddaten beispielsweise im Speicher 11 gespeichert, und die Steuervorrichtung 1 bestimmt, ob die Steuerbedingung erfüllt ist, indem sie die berechnete Restmenge und die bezogene Temperatur an das Kennfeld anlegt.
Wie oben beschrieben, stellt die Steuervorrichtung 1 fest, dass die Steuerbedingung erfüllt ist, wenn die Temperatur des Brenngases im Tank 2a oder 2b gleich oder kleiner als der der Restmenge des Brenngases entsprechende Schwellwert ist. Die Steuervorrichtung 1 kann also die Möglichkeit der Ausbildung des Zwischenraums 26 und die Notwendigkeit einer Reduzierung der Abnahme der Temperatur des Brenngases mit hoher Genauigkeit bestimmen.
Die Steuervorrichtung 1 kann zur Bestimmung, ob die Steuerbedingung erfüllt ist, an Stelle der Temperatur die Verbrauchsrate des Brenngases (Brennstoffverbrauchsrate) verwenden. Das liegt darin begründet, dass die Temperatur desto schneller abnimmt, je höher die Brennstoffverbrauchsrate ist. Das heißt, die Temperatur des Brenngases und die Brennstoffverbrauchsrate korrelieren.
Bezugszeichen Gb zeigt das Verhältnis zwischen der Restmenge des Brenngases in jedem Tank 2a, 2b und der Brennstoffverbrauchsrate an. Der Bereich Sa ist ein Beispiel für den Bereich, in dem die Steuerbedingung erfüllt ist, und der Bereich Sb ist ein Beispiel für den Bereich, in dem die Steuerbedingung nicht erfüllt ist. Wenn die Restmenge gleich oder größer als 0 ist und gleich oder kleiner als die Standardmenge Fr' ist und die Brennstoffverbrauchsrate größer ist als der Schwellwert, der sich in Bezug zur Restmenge linear verändert (Bereich Vr oder größer und Vr' oder weniger), dann ist die Steuerbedingung erfüllt. Je höher die Brennstoffverbrauchsrate ist, desto schneller sinkt die Temperatur des Brenngases in jedem Tank 2a, 2b. Das heißt, wenn eine schnelle Temperaturabnahme erwartet wird, ist die Steuerbedingung erfüllt.
Die Steuervorrichtung 1 berechnet die Brennstoffverbrauchsrate beispielsweise aus dem vom Drucksensor 64 erfassten Druck und dem vom Stromsensor 51 erfassten Stromwert I. Je höher die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 50 ist, desto höher ist die Brennstoffverbrauchsrate. Das durch das Bezugszeichen Gb angezeigte Verhältnis zwischen der Restmenge und der Brennstoffverbrauchsrate wird als Kennfelddaten beispielsweise im Speicher 11 gespeichert, und die Steuervorrichtung 1 bestimmt, ob die Steuerbedingung erfüllt ist, indem sie die Restmenge und die Brennstoffverbrauchsrate an das Kennfeld anlegt.
Wie oben beschrieben, stellt die Steuervorrichtung 1 fest, dass die Steuerbedingung erfüllt ist, wenn die Brennstoffverbrauchsrate im Tank 2a oder 2b gleich oder größer als der der Restmenge des Brenngases entsprechende Schwellwert ist. Die Steuervorrichtung 1 bestimmt also mit hoher Genauigkeit die Möglichkeit der Ausbildung des Zwischenraums 26 und die Notwendigkeit einer Reduzierung der Abnahme der Temperatur des Brenngases. Die Steuervorrichtung 1 kann die Erfüllung der Steuerbedingung einfach feststellen, wenn die Temperatur des Brenngases im Tank 2a oder 2b gleich oder größer als ein bestimmter Schwellwert ist.
7 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung 1 während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 50 ausgeführten beispielhaften Prozesses. Dieser Prozess ist der Ablauf des von der CPU 10 ausgeführten Programms, wenn das Brenngas von den Tanks 2a und 2b zum Brennstoffzellenstapel 50 geführt wird. Vor diesem Prozess schließt die Steuervorrichtung 1 das Füllventil 62.
Um die Möglichkeit der Ausbildung des Zwischenraums 26 im Tank 2a oder 2b zu bestimmen, bestimmt die Steuervorrichtung 1, ob die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St1). Wenn die Steuerbedingung nicht erfüllt ist (Schritt St1/Nein), stellt die Steuervorrichtung 1 fest, dass die Möglichkeit der Ausbildung des Zwischenraums 26 gering ist, schließt das Stromteilerventil 56, um den Wärmetauscher 4 abzuschalten (Schritt St9), und öffnet die Steuerventile 3a und 3b, um die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Parallelschaltung zu bewirken (Schritt St10). Danach wird der Prozess von Schritt St1 erneut ausgeführt.
Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St1/Ja), öffnet die Steuervorrichtung 1 das Stromteilerventil 56, um den Wärmetauscher 4 in Betrieb zu nehmen (Schritt St2), und schließt das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, um die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Reihenschaltung Nr. 1 zu bewirken (Schritt St3).
Wenn die Steuerbedingung für keines der Brenngase im Tank 2a und Tank 2b erfüllt ist, öffnet die Steuervorrichtung 1 die Steuerventile 3a und 3b, wie oben beschrieben. Wenn die Steuerbedingung für mindestens eines der Brenngase im Tank 2a und Tank 2b erfüllt ist, schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 zum Tank 2b strömt. Infolge der Ansteuerung des Öffnens und Schließens der Steuerventile 3a und 3b strömt dementsprechend das Hochtemperatur-Brenngas in den Tank 2b, und das Brenngas im Tank 2b wird erwärmt. Das heißt, die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b wird vermindert, und dadurch wird eine Ausbildung des Zwischenraums 26 im Tank 2b behindert.
Dann bestimmt die Steuervorrichtung 1 erneut, ob die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St4). Wenn die Steuerbedingung nicht erfüllt ist (Schritt St4/Nein), führt die Steuervorrichtung die Prozesse der Schritte St9 und St10 aus.
Wenn die Steuerbedingung für mindestens eines der Brenngase im Tank 2a und im Tank 2b erfüllt ist (Schritt St4/Ja), vergleicht die Steuervorrichtung 1 die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) mit einem Standardwert TH (zum Beispiel 5 °C) (Schritt St5). Die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) wird ermittelt, indem die durch den Temperatursensor 23a des Tanks 2a erfasste Temperatur Ta von der durch den Temperatursensor 23b des Tanks 2b erfassten Temperatur Tb (< Ta) subtrahiert wird. Wenn die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) gleich oder kleiner als der Standardwert TH ist (Schritt St5/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St4 erneut aus.
Wenn die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) größer als der Standardwert TH ist (Schritt St5/Ja), öffnet die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und schließt das Steuerventil 3b, um die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Reihenschaltung Nr. 2 zu bewirken (Schritt St6).
Wenn, wie oben beschrieben, die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) den Standardwert TH überschreitet, nachdem das Steuerventil 3a geschlossen ist und das Steuerventil 3b geöffnet ist, öffnet die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und schließt das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas über den Wärmetauscher 4 vom Tank 2b zum Tank 2a strömt. Das Hochtemperatur-Brenngas strömt dementsprechend in den Tank 2a, und das Brenngas im Tank 2a wird dadurch erwärmt. Somit wird eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a verringert, und dadurch wird die Ausbildung des Zwischenraums 26 im Tank 2a behindert. Der Standardwert TH ist ein positiver Wert und ist ein Beispiel eines ersten Standardwertes.
Dann bestimmt die Steuervorrichtung 1 erneut, ob die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St7). Wenn die Steuerbedingung für keines der Brenngase im Tank 2a und Tank 2b erfüllt ist (Schritt St7/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 die Prozesse der Schritte St9 und St10 aus.
Wenn die Steuerbedingung für mindestens eines der Brenngase im Tank 2a und Tank 2b erfüllt ist (Schritt St7/Ja), vergleicht die Steuervorrichtung 1 die Temperaturdifferenz (Ta - Tb) mit dem Standardwert TH (Schritt St8). Die Temperaturdifferenz (Ta - Tb) wird ermittelt, indem die durch den Temperatursensor 23b des Tanks 2b erfasste Temperatur Tb von der durch den Temperatursensor 23a des Tanks 2a erfassten Temperatur Ta subtrahiert wird. Wenn die Temperaturdifferenz (Ta - Tb) gleich oder kleiner als der Standardwert TH ist (Schritt St8/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St7 erneut aus.
Wenn die Temperaturdifferenz (Ta - Tb) größer als der Standardwert TH ist (Schritt St8/Ja), schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, um die Verbindungskonfiguration zwischen den Tanks 2a und 2b und dem Brennstoffzellenstapel 50 als Reihenschaltung Nr. 1 zu bewirken (Schritt St3). Dementsprechend erhöht sich die Temperatur des Brenngases im Tank 2b wieder. Danach werden die Prozesse ab Schritt St4 ausgeführt.
Wenn, wie oben gesehen, die Temperaturdifferenz (Ta - Tb) den Standardwert TH überschreitet, nachdem das Steuerventil 3a geöffnet ist und das Steuerventil 3b geschlossen ist, schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 zum Tank 2b strömt. Das Hochtemperatur-Brenngas strömt somit in den Tank 2b, und das Brenngas im Tank 2b wird dadurch erwärmt.
Dementsprechend wird eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b verringert, und dadurch wird die Ausbildung des Zwischenraums 26 im Tank 2b behindert. Im vorliegenden Prozess bezieht die Steuervorrichtung in jedem der Schritte St5 und St8 die von den Temperatursensoren 23a und 23b der Tanks 2a und 2b erfassten Temperaturen Ta und Tb. Es wird davon ausgegangen, dass der Standardwert TH in Schritt St5 und der Standardwert TH in Schritt St8 identisch sind, aber der Standardwert TH in Schritt St5 und der Standardwert TH in Schritt St8 können unterschiedlich sein.
Wie oben beschrieben, öffnet und schließt die Steuervorrichtung 1 die Steuerventile 3a und 3b dergestalt, dass die Strömungsrichtung des vom Wärmetauscher 4 erwärmten Brenngases abwechselnd zwischen der Richtung von Tank 2a zu Tank 2b und der Richtung von Tank 2b zu Tank 2a umgeschaltet wird. Die Brenngase in den Tanks 2a und 2b werden somit wechselweise erwärmt.
8 veranschaulicht eine Änderung der Temperaturen der Brenngase in den Tanks 2a und 2b in Abhängigkeit von der Zeit. Die Temperatur des Brenngases ändert sich je nach Ansteuerung durch die oben beschriebene Steuervorrichtung 1.
Im Bereich nach Zeitpunkt T1 zeigt die Strichpunktlinie die Temperatur des Brenngases im Tank 2a (d. h. die Temperatur Ta) an, und die gestrichelte Linie zeigt die Temperatur des Brenngases im Tank 2b (d. h. die Temperatur Tb) an. Darüber hinaus zeigt die Volllinie die verlängerte Linie der die Temperatur zwischen Zeitpunkt T0 und Zeitpunkt T1 anzeigenden Linie an. Das heißt, die Volllinie zeigt den Verlauf der Temperaturabnahme an, wenn die Verbindungskonfiguration die Parallelschaltung ist. Die gepunktete Linie LT ist eine Linie, welche die Schnittpunkte der Linien der Temperaturen der Tanks 2a und 2b verbindet, und wird als Durchschnitt der Temperaturen der Tanks 2a und 2b betrachtet.
Da die Steuerbedingung zwischen Zeitpunkt T0 und Zeitpunkt T1 nicht erfüllt ist (siehe „STEUERBEDINGUNG IST NICHT ERFÜLLT“), bewirkt die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b in Parallelschaltung. Mit abnehmender Restmenge nehmen somit die Temperaturen der Tanks 2a und 2b ab, während sie zueinander gleich bleiben.
Wenn anschließend die Steuerbedingung zum Zeitpunkt T1 erfüllt ist (siehe „STEUERBEDINGUNG IST ERFÜLLT“), bewirkt die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b in Reihenschaltung Nr. 1. Dementsprechend wird das Brenngas aus dem Tank 2a über den Wärmetauscher 4 erwärmt und strömt dann in den Tank 2b. Dadurch wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b vermindert. Die Temperatur des Brenngases des anströmseitig gelegenen Tanks 2a nimmt hingegen infolge der Abnahme der Restmenge mit einer schnelleren Rate als während der Parallelschaltung ab.
Wenn anschließend festgestellt wird, dass die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) zwischen den Brennstoffgasen in den Tanks 2a und 2b zum Zeitpunkt T2 den Standardwert TH überschreitet, bewirkt die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b in Reihenschaltung Nr. 2. Dementsprechend wird das Brenngas aus dem Tank 2b über den Wärmetauscher 4 erwärmt und strömt dann in den Tank 2a. Damit wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a vermindert. Die Temperatur des Brenngases im anströmseitig gelegenen Tank 2b nimmt hingegen infolge der Abnahme der Restmenge mit einer schnelleren Rate als während der Parallelschaltung ab.
Wenn anschließend festgestellt wird, dass die Temperaturdifferenz (Ta - Tb) zwischen den Brennstoffgasen in den Tanks 2a und 2b zum Zeitpunkt T3 den Standardwert TH überschreitet, bewirkt die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b in Reihenschaltung Nr. 1. Dementsprechend wird eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b verringert, und die Temperatur des Brenngases im anströmseitig gelegenen Tank 2a nimmt mit einer schnelleren Rate als während der Parallelschaltung ab.
Wenn anschließend festgestellt wird, dass die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) zwischen den Brennstoffgasen in den Tanks 2a und 2b zum Zeitpunkt T4 den Standardwert TH überschreitet, bewirkt die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b in Reihenschaltung Nr. 2. Dementsprechend wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a verringert, und die Temperatur des Brenngases im anströmseitig gelegenen Tank 2b nimmt mit einer schnelleren Rate als während der Parallelschaltung ab. Wie oben beschrieben, wird das Größenverhältnis zwischen den Temperaturen der Brenngase in den Tanks 2a und 2b so angesteuert, dass es jedes Mal bei Umschaltung der Verbindungskonfiguration umgekehrt wird.
Eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a und eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b werden in der vorliegenden Ausführungsform wechselweise verringert, wie oben beschrieben. Das heißt, der von der gepunkteten Linie LT angezeigte Mittelwert der Temperaturen ist höher als die Temperatur bei der von der Volllinie angezeigten fortschreitenden Temperaturabnahme während der Parallelschaltung (siehe ΔT). Dementsprechend verringert die Steuervorrichtung 1 die Abnahme der Temperaturen der Tanks 2a und 2b. Dadurch wird die Ausbildung des Zwischenraums 26 in jedem Tank 2a, 2b behindert.
In der vorliegenden Ausführungsform 4 verwendet der Wärmetauscher 4 das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 für die Wärmeübertragung, aber dies soll auf keine Einschränkung hindeuten. Der Wärmetauscher 4 kann Umgebungsluft für die Wärmeübertragung verwenden.
9 ist eine Draufsicht einer Abwandlung des Wärmetauschers 4. Der Wärmetauscher 4 weist einen Ventilator 41 und Rippen 42 auf. Die Rippen 42 sind auf der Oberfläche der Tankverbindungsleitung 91 angeordnet, und der Ventilator 41 ist beispielsweise vor den Rippen 42 angeordnet.
Der Ventilator 41 saugt Umgebungsluft an und bläst die Umgebungsluft auf die Rippen 42, wie durch Pfeile angezeigt. Die Rippen 42 nehmen die Wärme der Luft auf und tauschen Wärme mit dem Brenngas in der Tankverbindungsleitung 91 aus. Dementsprechend wird das Brenngas erwärmt.
Die Steuervorrichtung 1 steuert das Arbeiten und Nichtarbeiten des Wärmetauschers 4 durch Ein- und Ausschalten des Motors (nicht dargestellt) für das Drehen des Ventilators 41.
Da der Wärmetauscher 4, wie oben beschrieben, anders als für den Fall, dass das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 verwendet wird, den Ventilator 41 und die Rippen 42 aufweist, entfällt die Notwendigkeit zur Anordnung der Kühlleitungen 40 und Kühlwasser-Teilleitungen 5c und 5d, und die Wärmeübertragung wird in einem einfachen Aufbau erreicht.
In der oben beschriebenen Ausführungsform schaltet die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b auf Grundlage der von den Temperatursensoren 23a und 23b erfassten Temperaturen Ta und Tb um, aber dies soll auf keine Einschränkung hindeuten. Wie im folgenden Beispiel beschrieben, kann die Verbindungskonfiguration auf Grundlage des vom Drucksensor 64 erfassten Drucks Ps umgeschaltet werden.
10 ist ein Flussdiagramm eines anderen von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 50 ausgeführten beispielhaften Prozesses. In 10 werden den Schritten, die mit den Schritten von 7 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Nach dem Umschalten der Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b zur Reihenschaltung Nr. 1 (Schritt St3) bezieht die Steuervorrichtung 1 den vom Drucksensor 64 erfassten Druck Ps und speichert den bezogenen Druck Ps als Berücksichtigungswert Po im Speicher 11 (Schritt St3-1). Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St4/Ja), vergleicht die Steuervorrichtung 1 die Differenz (Ps - Po), die ermittelt wird, indem der Berücksichtigungswert Po von einem neu bezogenen Druck Ps subtrahiert wird, mit einem Standardwert TH' (> 0) (Schritt St5a). Nachfolgend wird die Differenz (Ps - Po) als „Druckdifferenz“ bezeichnet. Der Standardwert TH' ist ein Druckwert, der beispielsweise 5 °C entspricht.
Wenn die Druckdifferenz (Ps - Po) gleich oder kleiner als der Standardwert TH' ist (Schritt St5a/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St4 erneut aus.
Wenn die Druckdifferenz (Ps - Po) größer als der Standardwert TH' ist (Schritt St5a/Ja), öffnet die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und schließt das Steuerventil 3b, um die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Reihenschaltung Nr. 2 zu bewirken (Schritt St6). Dies vermindert die Abnahme der Temperatur Ta des Brenngases im Tank 2a.
Wenn, wie oben beschrieben, der Senkungsbetrag des vom Drucksensor 64 erfassten Drucks Ps, das heißt die Druckdifferenz (Ps - Po), den Standardwert TH' überschreitet, nachdem das Steuerventil 3a geschlossen ist und das Steuerventil 3b geöffnet ist, öffnet die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und schließt das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas vom Tank 2b über den Wärmetauscher 4 in den Tank 2a strömt. Das vom Wärmetauscher 4 erwärmte Brenngas strömt dementsprechend in den Tank 2a, und das Brenngas im Tank 2a wird dadurch erwärmt. Somit wird eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a verringert, und dadurch wird die Ausbildung des Zwischenraums 26 im Tank 2a behindert.
Dann bezieht die Steuervorrichtung 1 den vom Drucksensor 64 erfassten Druck Ps und speichert den bezogenen Druck Ps als Berücksichtigungswert Po im Speicher 11 (Schritt St6-1). Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St7/Ja), vergleicht die Steuervorrichtung 1 die Druckdifferenz (Ps - Po) zwischen dem neu bezogenen Druck Ps und dem Berücksichtigungswert Po mit dem Standardwert TH' (Schritt St8a).
Wenn die Druckdifferenz (Ps - Po) gleich oder kleiner als der Standardwert TH' ist (Schritt St8a/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St7 erneut aus.
Wenn die Druckdifferenz (Ps - Po) größer als der Standardwert TH' ist (Schritt St8a/Ja), schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, um die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Reihenschaltung Nr. 1 zu bewirken (Schritt St3). Dies vermindert die Abnahme der Temperatur Tb des Brenngases im Tank 2b. Anschließend werden die Prozesse ab Schritt St3-1 ausgeführt.
Wenn, wie oben gesehen, die Druckdifferenz (Ps - Po) den Standardwert TH' überschreitet, nachdem das Steuerventil 3a geöffnet ist und das Steuerventil 3b geschlossen ist, schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 in den Tank 2b strömt. Das vom Wärmetauscher 4 erwärmte Brenngas strömt dementsprechend in den Tank 2b, und das Brenngas im Tank 2b wird dadurch erwärmt.
Dadurch hat der vorliegende Prozess die gleichen Vorteile wie der in 7 dargestellte Prozess. Die Steuervorrichtung 1 bezieht den vom Drucksensor 64 erfassten Druck Ps in jedem der Schritte St5a und St8a. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Standardwert TH' in Schritt St5a und der Standardwert TH' in Schritt St8a identisch sind, aber sie können sich voneinander unterscheiden.
Alternativ dazu kann die Steuervorrichtung 1 jedoch die Verbindungskonfiguration auf Grundlage des integrierten Wertes ΣI des vom Stromsensor 51 erfassten Stromwertes I umschalten, wie im folgenden Beispiel beschrieben.
11 ist ein Flussdiagramm noch eines anderen von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 50 ausgeführten beispielhaften Prozesses. In 11 werden den Schritten, die mit den Schritten von 7 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet. Im vorliegenden Beispiel berechnet die Steuervorrichtung 1 den integrierten Wert ΣI dergestalt, dass sie den Stromwert I in konstanten Zeitintervallen vom Stromsensor bezieht und eine Zeitintegration des bezogenen Stromwertes I durchführt.
Nach dem Umschalten der Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b zur Reihenschaltung Nr. 1 (Schritt St3) setzt die Steuervorrichtung 1 den integrierten Wert ΣI auf 0 zurück (Schritt St3-2). Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St4/Ja), vergleicht die Steuervorrichtung 1 den integrierten Wert ΣI mit einem Standardwert TH" (> 0) (Schritt St5b). Der Standardwert TH" ist ein Ausgangsstrom entsprechend dem Druckwert, der beispielsweise 5 °C entspricht.
Wenn der integrierte Wert ΣI gleich oder kleiner als der Standardwert TH" ist (Schritt St5b/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St4 erneut aus.
Wenn der integrierte Wert ΣI größer als der Standardwert TH" ist (Schritt St5b/Ja), öffnet die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und schließt das Steuerventil 3b, um die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Reihenschaltung Nr. 2 zu bewirken (Schritt St6). Dies vermindert die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a.
Wenn, wie oben beschrieben, der integrierte Wert ΣI den Standardwert TH" überschreitet, nachdem das Steuerventil 3a geschlossen ist und das Steuerventil 3b geöffnet ist, öffnet die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und schließt das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas vom Tank 2b über den Wärmetauscher 4 zum Tank 2a strömt. Das vom Wärmetauscher 4 erwärmte Brenngas strömt somit in den Tank 2a, und das Brenngas im Tank 2a wird dadurch erwärmt. Dementsprechend wird eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a verringert, und dadurch wird die Ausbildung des Zwischenraums 26 im Tank 2a behindert.
Dann setzt die Steuervorrichtung 1 den integrierten Wert ΣI auf 0 zurück (Schritt St6-2). Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St7/Ja), vergleicht die Steuervorrichtung 1 den integrierten Wert ΣI mit dem Standardwert TH" (Schritt St8b).
Wenn der integrierte Wert ΣI gleich oder kleiner als der Standardwert TH" ist (Schritt St8b/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St7 erneut aus.
Wenn der integrierte Wert ΣI größer als der Standardwert TH" ist (Schritt St8b/Ja), schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, um die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Reihenschaltung Nr. 1 zu bewirken (Schritt St3). Dies vermindert die Abnahme der Temperatur Tb des Brenngases im Tank 2b. Danach werden die Prozesse ab Schritt St3-2 ausgeführt.
Wenn, wie oben gesehen, der integrierte Wert ΣI den Standardwert TH" überschreitet, nachdem das Steuerventil 3a geöffnet ist und das Steuerventil 3b geschlossen ist, schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 in den Tank 2b strömt. Das vom Wärmetauscher 4 erwärmte Brenngas strömt dementsprechend in den Tank 2b, und das Brenngas im Tank 2b wird dadurch erwärmt.
Dadurch hat der vorliegende Prozess auch die gleichen Vorteile wie der in 7 dargestellte Prozess. Der integrierte Wert ΣI in Schritt St5b wird durch Zeitintegration der Stromwerte I über den Zeitraum von Schritt St3-2 bis Schritt St5b ermittelt. Der integrierte Wert ΣI in Schritt St8b wird durch Zeitintegration der Stromwerte I über den Zeitraum von Schritt St6-2 bis Schritt St8b ermittelt. Die Standardwerte TH" in den Schritten St5b und St8b werden als identisch angenommen, können aber unterschiedlich sein.
Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform führt die Steuervorrichtung 1 die Steuerung so aus, dass das Größenverhältnis zwischen den Temperaturen der Brenngase in den Tanks 2a und 2b jedes Mal umgekehrt wird, wenn die Verbindungskonfiguration, wie unter Verweis auf 8 beschrieben, umgeschaltet wird, aber dies soll auf keine Einschränkung hindeuten. Die Steuervorrichtung 1 kann die Steuerung so ausführen, dass die Temperatur des Brenngases im Tank 2b auf einer Temperatur gehalten wird, die höher ist als die Temperatur des Brenngases im Tank 2a.
In diesem Fall beginnt die Steuervorrichtung 1 zum Einfüllzeitpunkt des Brenngases mit dem Befüllen des Hochtemperaturtanks 2b vor dem Befüllen des Niedertemperaturtanks 2a. Nachdem das Brenngas im Niedertemperaturtank 2a durch Außenluft ausreichend erwärmt ist, beginnt dann die Steuervorrichtung 1 mit dem Befüllen des Tanks 2a. So ist es möglich, mit dem Befüllen des Tanks 2a nach einer Wartezeit zu beginnen, in der sich der Zwischenraum 26 durch die Wärmedehnung der Auskleidung 20 des Tanks 2a reduziert hat. Dadurch wird die Belastung der Auskleidung 20 zum Einfüllzeitpunkt reduziert.
12 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems der zweiten Ausführungsform. In 12 werden den Komponenten, die mit jenen von 1 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Regelventil 3c in der Tankverbindungsleitung 91 angeordnet. Das Regelventil 3c befindet sich zwischen der vom Bezugszeichen P1 angezeigten Position und dem Tank 2a und öffnet und schließt gemäß Ansteuerung durch die Steuervorrichtung 1. Zum Einfüllzeitpunkt schließt die Steuervorrichtung 1 zuvor das Regelventil 3c und öffnet das Füllventil 62, um mit dem Einfüllen des Brenngases in Tank 2b zu beginnen, bevor der Tank 2a mit Brenngas befüllt wird. Wenn die vom Temperatursensor 23a erfasste Temperatur Ta im Tank 2a einen Wert erreicht, bei dem die Belastung der Auskleidung 20 hinreichend reduziert ist, öffnet die Steuervorrichtung 1 das Regelventil 3c und beginnt mit dem Einfüllen des Brenngases in den Tank 2a.
13 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brenrtstoffzellenstapels 50 ausgeführten beispielhaften Prozesses. In 13 werden den Schritten, die mit den Schritten von 7 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet. Vor diesem Prozess schließt die Steuervorrichtung 1 das Füllventil 62 und öffnet das Regelventil 3c.
Im vorliegenden Prozess öffnet und schließt die Steuervorrichtung 1 abwechselnd die Steuerventile 3a und 3b, damit die Temperatur des Brenngases im Tank 2a nicht zu stark abfällt, während die Temperatur des Brenngases im Tank 2b auf einem höheren Wert als die Temperatur des Brenngases im Tank 2a gehalten wird (Tb > Ta).
Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St7/Ja), nachdem die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b zur Reihenschaltung Nr. 2 umschaltet (Schritt St6), vergleicht die Steuervorrichtung 1 die Temperaturdifferenz (Tb - Ta), die dadurch ermittelt wird, dass die durch den Temperatursensor 23 im Tank 2a erfasste Temperatur Ta von der durch den Temperatursensor 23b im Tank 2b erfasste Temperatur Tb subtrahiert wird, mit einem Standardwert THn (> 0) (Schritt St8c). Der Standardwert THn ist ein Beispiel eines zweiten Standardwertes und ist kleiner als der Standardwert TH. Der Standardwert THn beträgt zum Beispiel 5 °C und der Standardwert TH beträgt 10 °C.
Wenn die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) gleich oder größer als der Standardwert THn ist (Schritt St8c/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St7 erneut aus. Wenn die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) kleiner als der Standardwert THn ist (Schritt St8c/Ja), schaltet die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b auf Reihenschaltung Nr. 1 (Schritt St3). Dies vermindert die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b.
Wenn, wie oben beschrieben, die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) den Standardwert THn, der kleiner ist als der Standardwert TH, unterschreitet, nachdem das Steuerventil 3a geöffnet ist und das Steuerventil 3b geschlossen ist, schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3a und öffnet das Steuerventil 3b, so dass das Brenngas vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 in den Tank 2b strömt. Dementsprechend wird die Temperaturdifferenz (Tb - Ta) im Wesentlichen im Bereich vom Standardwert THn bis zum Standardwert TH gehalten.
Die Temperatur des Brenngases im Tank 2b wird dadurch auf einem höheren Wert als die Temperatur des Brenngases im Tank 2a gehalten. Das heißt, selbst wenn die Auskleidung 20 des Tanks 2a durch die Temperaturabnahme beeinträchtigt wird, kann die Steuervorrichtung 1 mit dem Einfüllen des Brenngases in den Tank 2a beginnen, nachdem so lange gewartet wurde, bis der Zwischenraum 26 durch die Wärmedehnung der Auskleidung 20 des Tanks 2a reduziert ist. Dadurch wird die Belastung der Auskleidung 20 zum Einfüllzeitpunkt reduziert.
14 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung 1 während des Einfüllens des Brenngases ausgeführten beispielhaften Prozesses. Die Steuervorrichtung 1 bestimmt, ob mit dem Einfüllen des Brenngases begonnen wird, beispielsweise in Abhängigkeit von der Kommunikation mit der Füllvorrichtung 60 (Schritt St21). Wenn mit dem Einfüllen nicht begonnen wird (Schritt St21/Nein), schließt die Steuervorrichtung 1 das Füllventil 62 (Schritt St28) und öffnet das Regelventil 3c (Schritt St29).
Wenn mit dem Einfüllen begonnen wird (Schritt St21/Ja), schließt die Steuervorrichtung 1 das Stromteilerventil 56, um den Wärmetauscher 4 abzuschalten (Schritt St22). Dann schließt die Steuervorrichtung 1 das Regelventil 3c und die Steuerventile 3a und 3b (Schritt St23).
Dann öffnet die Steuervorrichtung 1 das Füllventil 62 (Schritt St24). Dieser Schritt startet das Einfüllen des Brenngases in den Tank 2b.
Dann bezieht die Steuervorrichtung 1 die durch den Temperatursensor 23a im Tank 2a erfasste Temperatur Ta und vergleicht die bezogene Temperatur Ta mit einem vorherbestimmten Wert K (Schritt St25). Wenn die Temperatur Ta gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert K ist (Schritt St25/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St25 erneut aus.
Wenn die Temperatur Ta größer als der vorherbestimmte Wert K ist (Schritt St25/Ja), öffnet die Steuervorrichtung 1 das Regelventil 3c (Schritt St26). Dies startet das Einfüllen des Brenngases in den Tank 2a. In diesem Fall wird der vorherbestimmte Wert K auf eine Temperatur eingestellt, bei welcher der Zwischenraum 26 durch die Wärmedehnung der Auskleidung 20 des Tanks 2a ausreichend reduziert wird.
Dann bezieht die Steuervorrichtung 1 den vom Drucksensor 64 erfassten Druck Ps und vergleicht den bezogenen Druck Ps mit einem vorherbestimmten Wert M, um zu bestimmen, ob das Einfüllen des Brenngases in den Tank 2a, 2b beendet ist (Schritt St27). Wenn der Druck Ps gleich oder kleiner als der vorherbestimmte Wert M ist (Schritt St27/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St27 erneut aus.
Wenn der Druck Ps größer als der vorherbestimmte Wert M ist (Schritt St27/Ja), stellt die Steuervorrichtung 1 fest, dass das Füllen beendet ist, und schließt das Füllventil 62 (Schritt St28). In diesem Fall wird der vorherbestimmte Wert M auf den Druck Ps eingestellt, der bezogen wird, wenn jeder Tank 2a, 2b voll ist.
Dann öffnet die Steuervorrichtung 1 das Regelventil 3c (Schritt St29). Wie oben beschrieben, führt die Steuervorrichtung 1 den obigen Prozess während des Einfüllens des Brenngases aus. Der Wärmetauscher 4 des Brennstoffzellensystems in der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf den Wärmetauscher beschränkt, der das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 verwendet, und kann der in 9 dargestellte Wärmetauscher sein.
Dritte Ausführungsform
In der zweiten Ausführungsform schaltet die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b abwechselnd auf die Reihenschaltungen Nr. 1 und Nr. 2 um, so dass die Temperatur des Brenngases im Tank 2a nicht zu stark abfällt, aber das soll auf keine Einschränkung hindeuten. Wenn das Brenngas in den Niedertemperaturtank 2b eingefüllt wird, nachdem das Brenngas in den Hochtemperaturtank 2a eingefüllt wurde, wie in der zweiten Ausführungsform, wird die Verbindungskonfiguration nicht notwendigerweise umgeschaltet.
15 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer dritten Ausführungsform. In 15 werden den Komponenten, die mit jenen von 12 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Wenn es bei der Temperaturdifferenz (Tb - Ta) zwischen den Brenngasen in den Tanks 2a und 2b keine Beschränkung gibt, reicht es aus, wenn die Temperatur Tb des Brenngases im Tank 2b einfach auf einem höheren Wert als die Temperatur Ta des Brenngases im Tank 2a gehalten wird. Im Brennstoffzellensystem der dritten Ausführungsform sind somit das Steuerventil 3a und die Zufuhrsystemverbindungsleitung 92a nicht vorgesehen, und die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b ist immer die Reihenschaltung Nr. 1. Dadurch ist die Größe des Brennstoffzellensystems der dritten Ausführungsform geringer als die Größe der zweiten Ausführungsform. Das Mundstück 25 des Tanks 2a ist mit keiner Komponente verbunden und dicht verschlossen.
Die Steuervorrichtung 1 steuert den Betrieb des Wärmetauschers 4 entsprechend der Steuerbedingung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 50, führt aber keine Auf/Zu-Steuerung des Steuerventils 3b aus.
16 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 50 ausgeführten beispielhaften Prozesses. In 16 werden den Schritten, die mit den Schritten von 7 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St1/Ja), nimmt die Steuervorrichtung 1 den Wärmetauscher 4 in Betrieb (Schritt St2), und wenn die Steuerbedingung nicht erfüllt ist (Schritt St1/Nein), nimmt die Steuervorrichtung 1 den Wärmetauscher 4 außer Betrieb (Schritt St9). Da die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b immer die Reihenschaltung Nr. 1 ist, wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b vermindert. Dies behindert die Ausbildung des Zwischenraums 26 im Tank 2b.
Die Steuervorrichtung 1 führt jedoch den gleichen Prozess wie den Prozess in 14 während der Einfüllung des Brenngases aus. Deshalb beginnt das Einfüllen des Brenngases in den Tank 2b nach ausreichender Anhebung der Temperatur, und dadurch wird die Belastung der Auskleidung 20 des Tanks 2b reduziert. Der Wärmetauscher 4 des Brennstoffzellensystems in der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf den Wärmetauscher beschränkt, der das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 verwendet, und kann der in 9 dargestellte Wärmetauscher sein.
Vierte Ausführungsform
In der ersten und zweiten Ausführungsform vermindert die Steuervorrichtung 1 die Temperaturabnahme des Brenngases in jedem Tank 2a, 2b durch abwechselndes Öffnen und Schließen der Steuerventile 3a und 3b. Die Länge des Tanks 2a in der Längsrichtung Dx kann jedoch so ausgelegt sein, dass sie kürzer ist als die Länge des Tanks 2b in der Längsrichtung Dx, um die Temperatur des kürzeren Tanks 2a niedriger zu halten als die Temperatur des längeren Tanks 2b. In diesem Fall unterschreitet zum Zeitpunkt der Einfüllung des Brenngases der Verformungsbetrag der Auskleidung 20 des kürzeren Tanks 2a in der Längsrichtung Dx den Verformungsbetrag des längeren Tanks 2b in der Längsrichtung Dx. Dadurch wird die Belastung reduziert.
17 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer vierten Ausführungsform. In 17 werden den Komponenten, die mit jenen von 1 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Länge La des Tanks 2a in der Längsrichtung Dx kürzer als die Länge Lb des Tanks 2b in der Längsrichtung Dx.
18 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuervorrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 50 ausgeführten beispielhaften Prozesses. In 18 werden den Schritten, die mit den Schritten von 7 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St1/Ja), nimmt die Steuervorrichtung 1 den Wärmetauscher 4 in Betrieb (Schritt St2) und bewirkt die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b als Reihenschaltung Nr. 1 (Schritt St3). Dann bestimmt die Steuervorrichtung 1 erneut, ob die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St3-3).
Wenn die Steuerbedingung erfüllt ist (Schritt St3-3/Ja), führt die Steuervorrichtung 1 den Prozess von Schritt St-3 erneut aus, und wenn die Steuerbedingung nicht erfüllt ist (Schritt St3-3/Nein), führt die Steuervorrichtung 1 die Prozesse der Schritte St9 und St10 aus.
Wie oben gesehen, schaltet die Steuervorrichtung 1 die Verbindungskonfiguration von der Parallelschaltung zur Reihenschaltung Nr. 1 um, aber schaltet, anders als die Steuervorrichtung 1 der ersten und zweiten Ausführungsform, die Verbindungskonfiguration nicht auf die Reihenschaltung Nr. 2 um. Dadurch wird die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b vermindert, aber die Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2a wird nicht vermindert.
Die Länge La des Tanks 2a in der Längsrichtung Dx ist jedoch kleiner als die Länge Lb des Tanks 2b in der Längsrichtung Dx. Somit ist zum Zeitpunkt der Einfüllung des Brenngases der Verformungsbetrag der Auskleidung 20 des kürzeren Tanks 2a in der Längsrichtung Dx kleiner als der Verformungsbetrag der Auskleidung 20 des längeren Tanks 2b in der Längsrichtung Dx. Dadurch wird die Belastung reduziert. Der Wärmetauscher 4 des Brennstoffzellensystems in der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf den Wärmetauscher beschränkt, der das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 verwendet, und kann der in 9 dargestellte Wärmetauscher sein.
Fünfte Ausführungsform
Anders als in der vierten Ausführungsform, kann die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b immer die Reihenschaltung Nr. 1 sein.
19 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems einer fünften Ausführungsform. In 19 werden den Komponenten, die mit jenen von 17 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Im Brennstoffzellensystem der vorliegenden Ausführungsform reicht es aus, wenn das Brenngas während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 50 immer vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 zum Tank 2b strömt. Das Steuerventil 3a und die Zufuhrsystemverbindungsleitung 92a sind somit nicht vorgesehen. Dadurch ist die Größe des Brennstoffzellensystems geringer als in der vierten Ausführungsform. Das Mundstück 25 des Tanks 2a ist mit keiner Komponente verbunden und dicht verschlossen.
20 stellt den Auf/Zu-Zustand des Steuerventils 3b und des Füllventils 62 dar. Zum Zeitpunkt des Einfüllens des Brenngases in die Tanks 2a und 2b schließt die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3b und öffnet das Füllventil 62. Da die Belastung der Auskleidung 20 des Tanks 2a zum Zeitpunkt der Befüllung reduziert wird, kann die Steuervorrichtung 1, anders als in der zweiten Ausführungsform und in der dritten Ausführungsform, mit dem Einfüllen des Brenngases in die Tanks 2a und 2b im Wesentlichen gleichzeitig beginnen.
Während des Betreibens des Brennstoffzellenstapels 50 öffnet die Steuervorrichtung 1 das Steuerventil 3b und schließt das Füllventil 62. Da die Verbindungskonfiguration der Tanks 2a und 2b immer die Reihenschaltung Nr. 1 ist, strömt das Brenngas vom Tank 2a über den Wärmetauscher 4 zum Tank 2b. Da die Steuervorrichtung 1 die gleiche Steuerung wie in 16 ausführt, strömt zu diesem Zeitpunkt das vom Wärmetauscher 4 erwärmte Brenngas in den Tank 2b. Somit wird eine Abnahme der Temperatur des Brenngases im Tank 2b vermindert, und dadurch wird die Ausbildung des Zwischenraums 26 behindert.
Darüber hinaus sinkt die Temperatur des Brenngases im Tank 2a auf einen Wert unterhalb der Temperatur des Brenngases im Tank 2b (Ta < Tb). Zum Zeitpunkt der Einfüllung des Brenngases unterschreitet jedoch der Verformungsbetrag der Auskleidung 20 des kürzeren Tanks 2a in der Längsrichtung Dx den Verformungsbetrag der Auskleidung 20 des längeren Tanks 2b in der Längsrichtung Dx. Dadurch wird die Belastung reduziert. Der Wärmetauscher 4 des Brennstoffzellensystems in der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf den Wärmetauscher beschränkt, der das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 verwendet, und kann der in 9 dargestellte Wärmetauscher sein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Verformung der Auskleidung 20 des Tanks 2a dadurch behindert, dass die jeweiligen Längen La und Lb der Tanks 2a und 2b unterschiedlich bemessen sind. Die Verformung kann jedoch auch dadurch reduziert werden, dass die Auskleidung 20 des Tanks 2a so ausgelegt wird, dass sie aus einem Metall wie, unter anderem, Al, Cu, Ni, Ag, rostfreiem Stahl (SUS), Ti oder einer Legierung dieser Metalle gefertigt wird. Der Wärmetauscher 4 des Brennstoffzellensystems in der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf den Wärmetauscher beschränkt, der das Kühlwasser des Brennstoffzellenstapels 50 verwendet, und kann der in 9 dargestellte Wärmetauscher sein.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen beschreiben Brennstoffzellensysteme, die jeweils zwei Tanks 2a und 2b aufweisen, sollen aber auf keine Einschränkung hindeuten. Der oben beschriebene Steuerungsprozess kann in einem Brennstoffzellensystem verwendet werden, das drei oder mehr Tanks aufweist.
Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des beanspruchten Umfangs der vorliegenden Offenbarung abgewandelt oder abgeändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011231799 [0004]

Claims

Brennstoffzellensystem umfassend: einen ersten Tank (2a) und einen zweiten Tank (2b), die jeweils ein zu einer Brennstoffzelle (50) zu führendes Brenngas bevorraten; eine Heizeinrichtung (4), die in einer Leitung (91) angeordnet ist, die den ersten Tank (2a) und den zweiten Tank (2b) verbindet; und ein Steuergerät (1), das dazu ausgelegt ist, die Heizeinrichtung (4) so in Betrieb zu nehmen, dass das Brenngas, das entweder vom ersten Tank (2a) oder vom zweiten Tank (2b) über die Heizeinrichtung (4) zum jeweils anderen des ersten Tanks (2a) und zweiten Tanks (2b) strömt, erwärmt wird, wenn eine Bedingung für eine Temperatur des Brenngases im ersten Tank (2a) oder eine Bedingung für eine Temperatur des Brenngases im zweiten Tank (2b) erfüllt ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum: wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank (2a) und die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank (2b) nicht erfüllt sind, Schalten eines Zufuhrpfades des Brenngases zur Brennstoffzelle (50) auf einen Pfad (Ra, Rb), auf dem das Brenngas vom ersten Tank (2a) und vom zweiten Tank (2b) zur Brennstoffzelle strömt, ohne die Heizeinrichtung (4) zu durchströmen, und Beenden des Betriebs der Heizeinrichtung (4), und wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank (2a) oder die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank (2b) erfüllt ist, Schalten des Zufuhrpfades auf einen Pfad (Ra, Rc', Rb, Rc), auf dem das Brenngas entweder vom ersten Tank (2a) oder vom zweiten Tank (2b) über die Heizeinrichtung (4) zum jeweils anderen des ersten Tanks (2a) und zweiten Tanks (2b) strömt und die Brennstoffzelle (50) erreicht, und Inbetriebnehmen der Heizeinrichtung (4).
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: ein erstes Steuerventil (3a), das in einer Leitung (92a) angeordnet ist, die das Brenngas ohne Durchströmen der Heizeinrichtung vom ersten Tank (2a) zur Brennstoffzelle (50) führt; und ein zweites Steuerventil (3b), das in einer Leitung (92b) angeordnet ist, die das Brenngas ohne Durchströmen der Heizeinrichtung (4) vom zweiten Tank (2b) zur Brennstoffzelle (50) führt, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum: wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank (2a) und die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank (2b) nicht erfüllt sind, Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und des zweiten Steuerventils (3b), und wenn die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im ersten Tank (2a) oder die Bedingung für die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank (2b) erfüllt ist, Schließen des ersten Steuerventils (3a) und Öffnen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom ersten Tank (2a) über die Heizeinrichtung zum zweiten Tank (2b) strömt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen ersten Temperatursensor (23a), der dazu ausgelegt ist, eine erste Temperatur des Brenngases im ersten Tank (2a) zu erfassen; und einen zweiten Temperatursensor (23b), der dazu ausgelegt ist, eine zweite Temperatur des Brenngases im zweiten Tank (2b) zu erfassen, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn eine Temperaturdifferenz, die durch Subtraktion der ersten Temperatur von der zweiten Temperatur ermittelt wird, nach dem Schließen des ersten Steuerventils (3a) und dem Öffnen des zweiten Steuerventils (3b) einen ersten Standardwert überschreitet - Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und Schließen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom zweiten Tank (2b) über die Heizeinrichtung (4) zum ersten Tank (2a) strömt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn eine Temperaturdifferenz, die durch Subtraktion der zweiten Temperatur von der ersten Temperatur ermittelt wird, nach dem Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und dem Schließen des zweiten Steuerventils (3b) den ersten Standardwert überschreitet - Schließen des ersten Steuerventils (3a) und Öffnen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom ersten Tank (2a) über die Heizeinrichtung (4) zum zweiten Tank (2b) strömt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn die Temperaturdifferenz, die durch Subtraktion der ersten Temperatur von der zweiten Temperatur ermittelt wird, nach dem Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und dem Schließen des zweiten Steuerventils (3b) einen zweiten Standardwert unterschreitet - Schließen des ersten Steuerventils (3a) und Öffnen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom ersten Tank (2a) über die Heizeinrichtung (4) zum zweiten Tank (2b) strömt, wobei der zweite Standardwert kleiner als der erste Standardwert ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Drucksensor (64), der einen Druck des Brenngases im ersten Tank (2a) und im zweiten Tank (2b) erfasst, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn ein Abnahmebetrag eines vom Drucksensor (64) erfassten Drucks nach dem Schließen des ersten Steuerventils (3a) und dem Öffnen des zweiten Steuerventils (3b) einen Standardwert überschreitet - Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und Schließen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom zweiten Tank (2b) über die Heizeinrichtung (4) zum ersten Tank (2a) strömt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn der Abnahmebetrag des vom Drucksensor (64) erfassten Drucks nach dem Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und dem Schließen des zweiten Steuerventils (3b) den Standardwert überschreitet - Schließen des ersten Steuerventils (3a) und Öffnen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom ersten Tank (2a) über die Heizeinrichtung (4) zum zweiten Tank (2b) strömt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Stromsensor (51), der einen von der Brennstoffzelle (50) abgegebenen Stromwert erfasst, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn ein integrierter Wert des vom Stromsensor (51) erfassten Stromwertes nach dem Schließen des ersten Steuerventils (3a) und dem Öffnen des zweiten Steuerventils (3b) einen Standardwert überschreitet - Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und Schließen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom zweiten Tank (2b) über die Heizeinrichtung (4) zum ersten Tank (2a) strömt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn der integrierte Wert des vom Stromsensor (51) erfassten Stromwertes nach dem Öffnen des ersten Steuerventils (3a) und dem Schließen des zweiten Steuerventils (3b) den Standardwert überschreitet - Schließen des ersten Steuerventils (3a) und Öffnen des zweiten Steuerventils (3b), so dass das Brenngas vom ersten Tank (2a) über die Heizeinrichtung (4) zum zweiten Tank (2b) strömt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn die Temperatur des Brenngases im ersten Tank (2a) oder die Temperatur des Brenngases im zweiten Tank (2b) gleich oder kleiner als ein einer Restmenge des Brenngases entsprechender Schwellwert ist - Feststellen, dass die Bedingung erfüllt ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Steuergerät (1) ausgelegt ist zum - wenn eine Verbrauchsrate des Brenngases im ersten Tank (2a) oder eine Verbrauchsrate des Brenngases im zweiten Tank (2b) gleich oder kleiner als ein einer Restmenge des Brenngases entsprechender Schwellwert ist - Feststellen, dass die Bedingung erfüllt ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Tank und der zweite Tank jeweils eine aus Harz gefertigte Auskleidung (20) aufweisen, der erste Tank und der zweite Tank jeweils eine Form aufweisen, die sich in eine Richtung (Dx) erstreckt, und eine Länge des ersten Tanks in der einen Richtung (Dx) größer ist als eine Länge des zweiten Tanks in der einen Richtung (Dx).
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Tank eine aus Metall gefertigte Auskleidung (20) aufweist, und der zweite Tank eine aus Harz gefertigte Auskleidung (20) aufweist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Heizeinrichtung (4) ein Wärmetauscher ist, der einen Kühlkanal (40) aufweist, durch den ein Kühlmedium, das die Brennstoffzelle (50) gekühlt hat, strömt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Heizeinrichtung (4) ein Wärmetauscher ist, der einen Ventilator (41) und eine Rippe (42) aufweist.