-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Erfindungsgebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem.
-
Beschreibung verwandter Technik
-
Wenn die elektrische Leistungserzeugung stoppt, während flüssiges Wasser in einer Brennstoffzelle zurückbleibt, kann die Zirkulation von Reaktantgas beim nächsten Mal, wenn die elektrische Leistungserzeugung gestartet wird, behindert werden. Dementsprechend ist eine Technik bekannt, um die Brennstoffzelle zu reinigen, um flüssiges Wasser aus der Brennstoffzelle abzuführen. Zum Beispiel wird in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-192614 eine Brennstoffzelle durch ein Einblasventil gereinigt, das Anodengas einbläst, während die elektrische Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle gestoppt ist.
-
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Um eine Brennstoffzelle ausreichend zu reinigen, ist es wünschenswert, eine große Menge Anodengas aus dem Einblasventil einzublasen. Dementsprechend gibt es ein Brennstoffzellensystem, das einen Zirkulationskanal umfasst, um das Anodengas, das aus der Brennstoffzelle abgeführt wird, wieder zur Brennstoffzelle zirkulieren zu lassen. Wenn eine große Menge Anodengas zum Zwecke des Reinigens in ein derartiges System eingeblasen wird, kann das Anodengas zurückbleiben, ohne verbraucht zu werden, da die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle gestoppt ist. Folglich kann der Druck im Inneren des Zirkulationskanals ansteigen, mit der Folge, dass der Druck im Inneren der Brennstoffzelle hoch genug werden kann, um die Brennstoffzelle zu beeinträchtigen. Daher kann es im Brennstoffzellensystem, das einen Zirkulationskanal zum Zirkulieren von Anodengas umfasst, schwierig sein, die Brennstoffzelle ausreichend zu reinigen, da das Reinigen nur in dem Bereich durchgeführt werden kann, in dem der Druck der Brennstoffzelle nicht zu hoch wird.
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein Brennstoffzellensystem bereit, das in der Lage ist, die Brennstoffzelle ausreichend zu reinigen.
-
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem, das Folgendes umfasst: eine erste und zweite Brennstoffzelle; ein erstes und zweites Einblasventil; einen ersten und zweiten Ejektor; einen ersten Zirkulationskanal; einen zweiten Zirkulationskanal; einen Verbindungskanal; ein Umschaltventil; und eine Steuerung. Das erste und zweite Einblasventil sind dazu ausgebildet, Anodengas einzublasen, das der ersten und zweiten Brennstoffzelle zugeführt werden soll. Der erste und zweite Ejektor sind dazu ausgebildet, das Anodengas, das aus dem ersten und zweiten Einblasventil eingeblasen worden ist, durch den ersten bzw. zweiten Ejektor laufen zu lassen. Der erste Zirkulationskanal ist dazu ausgebildet, das Anodengas, das durch den ersten Ejektor gelaufen ist, zwischen der ersten Brennstoffzelle und dem ersten Ejektor zirkulieren zu lassen. Der zweite Zirkulationskanal ist dazu ausgebildet, das Anodengas, das durch den zweiten Ejektor gelaufen ist, zwischen der zweiten Brennstoffzelle und dem zweiten Ejektor zirkulieren zu lassen. Der Verbindungskanal steht in Verbindung mit dem ersten und zweiten Zirkulationskanal. Das Umschaltventil ist dazu ausgebildet, geöffnet und geschlossen zu werden, um den Verbindungskanal in einen Verbindungszustand, in dem der erste und zweite Zirkulationskanal miteinander in Verbindung stehen, oder in einen Absperrzustand, in dem der erste und zweite Zirkulationskanal abgesperrt sind, umzuschalten. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, im Verbindungszustand die erste Brennstoffzelle durch Einblasen des Anodengases mit dem ersten Einblasventil zu reinigen, während die erste Brennstoffzelle die elektrische Leistungserzeugung stoppt.
-
Da der erste und zweite Zirkulationskanal miteinander in Verbindung stehen, strömt das vom ersten Einblasventil eingeblasene Anodengas nicht nur in den ersten Zirkulationskanal und das Innere der ersten Brennstoffzelle, sondern auch in den zweiten Zirkulationskanal und das Innere der zweiten Brennstoffzelle. Dies ermöglicht es, eine Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks im Inneren der ersten Brennstoffzelle, der durch Einblasen des Anodengases aus dem ersten Einblasventil bewirkt wird, zu beschränken. Dementsprechend kann die Menge Anodengas, das der ersten Brennstoffzelle zugeführt wird, gesichert werden, um ein ausreichendes Reinigen der ersten Brennstoffzelle zu erreichen.
-
Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, im Verbindungszustand die erste Brennstoffzelle zu reinigen, während die zweite Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt.
-
Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, im Verbindungszustand die erste Brennstoffzelle zu reinigen, während die zweite Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt, wobei das Ansteuern des zweiten Einblasventils gestoppt wird.
-
Das Brennstoffzellensystem kann ein erstes und zweites Auslassventil umfassen, das mit dem ersten, zweiten Verbindungskanal über Außenluft in Verbindung steht. Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, im Verbindungszustand die erste Brennstoffzelle zu reinigen, während wenigstens ein Auslassventil, das erste oder das zweite, geöffnet ist.
-
Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, im Verbindungszustand die erste Brennstoffzelle zu reinigen, während die zweite Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt, wobei das zweite Auslassventil geöffnet ist.
-
Das Brennstoffzellensystem kann einen ersten Gas-Flüssig-Separator umfassen, der dazu ausgebildet ist, das aus der ersten Brennstoffzelle abgeführte Anodengas durch den ersten Gas-Flüssig-Separator laufen zu lassen, bis das Anodengas den ersten Ejektor erreicht. Der Verbindungskanal kann einen ersten Endabschnitt aufweisen, der zwischen dem ersten Gas-Flüssig-Separator und dem ersten Ejektor im ersten Zirkulationskanal verbunden ist.
-
Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, im Verbindungszustand die zweite Brennstoffzelle durch Einblasen des Anodengases mit dem zweiten Einblasventil zu reinigen, während die zweite Brennstoffzelle die elektrische Leistungserzeugung stoppt.
-
Das Brennstoffzellensystem kann einen zweiten Gas-Flüssig-Separator umfassen, der dazu ausgebildet ist, das aus der zweiten Brennstoffzelle abgeführte Anodengas durch den zweiten Gas-Flüssig-Separator laufen zu lassen, bis das Anodengas den zweiten Ejektor erreicht. Der Verbindungskanal kann einen zweiten Endabschnitt aufweisen, der zwischen dem zweiten Gas-Flüssig-Separator und dem zweiten Ejektor im zweiten Zirkulationskanal verbunden ist.
-
Das Brennstoffzellensystem, das in der Lage ist, die Brennstoffzelle ausreichend zu reinigen, kann bereitgestellt werden.
-
Figurenliste
-
Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und worin gilt:
- 1 ist ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das in einem Fahrzeug montiert ist;
- 2 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung eingeschaltet wird, zeigt;
- 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung eingeschaltet wird, zeigt;
- 4 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung ausgeschaltet wird, zeigt;
- 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung ausgeschaltet wird, zeigt;
- 6A ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein System einer Abwandlung zeigt;
- 6B ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein System einer anderen Abwandlung zeigt; und
- 6C ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein System noch einer anderen Abwandlung zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ausbildungsform des Brennstoffzellensystems
-
Die 1 ist ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 1 (hier nachstehend einfach als System bezeichnet), das in einem Fahrzeug montiert ist. Das System 1 umfasst eine elektronische Steuereinheit (ECU) 2, Brennstoffzellen 4a, 4b (hier nachstehend als FCs bezeichnet), Sekundärbatterien 8a, 8b (hier nachstehend als BATs bezeichnet), die Kathodengaszuführsysteme 10a, 10b, die Anodengaszuführsysteme 20a, 20b, die elektrischen Leistungssteuersysteme 30a, 30b und einen Motor 50. Das System 1 umfasst ein nicht gezeigtes Kühlsystem zum Kühlen der FCs 4a, 4b durch Zirkulation von Kühlmittel.
-
Die FCs 4a, 4b sind Brennstoffzellen, die elektrische Leistung beim Empfangen von Kathodengas und Anodengas erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform wird sauerstoffhaltige Luft als Kathodengas verwendet, und Wasserstoffgas wird als Anodengas verwendet. Die FCs 4a, 4b sind jeweils aus einem Stapel mehrerer Festkörper-Polymerelektrolyt-Einzelzellen gebildet. Obwohl die FCs 4a, 4b identisch sind und in der vorliegenden Ausführungsform auch in der Nennausgabe identisch sind, sind die Brennstoffzellen nicht darauf begrenzt. Die FCs 4a, 4b sind Beispiele für die erste und zweite Brennstoffzelle.
-
Die Kathodengaszuführsysteme 10a, 10b führen den FCs 4a, 4b sauerstoffhaltige Luft als Kathodengas zu. Insbesondere umfassen die Kathodengaszuführsysteme 10a, 10b die Zuführleitungen 11a, 11b, die Abführleitungen 12a, 12b, die Bypass-Leitungen 13a, 13b, die Luftverdichter 14a, 14b, die Bypass-Ventile 15a, 15b, die Ladeluftkühler 16a, 16b und die Gegendruckventile 17a, 17b.
-
Die Zuführleitungen 11a, 11b sind mit den Kathodeneinlassverteilern der FCs 4a, 4b verbunden. Die Abführleitungen 12a, 12b sind mit den Kathodenauslassverteilern der FCs 4a, 4b verbunden. Die Bypass-Leitung 13a steht in Verbindung mit der Zuführleitung 11a und der Abführleitung 12a. Gleichermaßen steht die Bypass-Leitung 13b in Verbindung mit der Zuführleitung 11b und der Abführleitung 12b. Das Bypass-Ventil 15a wird in einem Verbindungsabschnitt zwischen der Zuführleitung 11a und der Bypass-Leitung 13a bereitgestellt. Gleichermaßen wird das Bypass-Ventil 15b in einem Verbindungsabschnitt zwischen der Zuführleitung 11b und der Bypass-Leitung 13b bereitgestellt. Das Bypass-Ventil 15a schaltet einen Verbindungszustand zwischen der Zuführleitung 11a und der Bypass-Leitung 13a um. Gleichermaßen schaltet das Bypass-Ventil 15b einen Verbindungszustand zwischen der Zuführleitung 11b und der Bypass-Leitung 13b um. Der Luftverdichter 14a, das Bypass-Ventil 15a und der Ladeluftkühler 16a sind an der Zuführleitung 11a der Reihe nach von der Aufströmseite angeordnet. Das Gegendruckventil 17a ist in einem Abschnitt an der Abführleitung 12a angeordnet, der sich auf der Aufströmseite eines Verbindungsabschnitts zwischen der Abführleitung 12a und der Bypass-Leitung 13a befindet. Gleichermaßen sind der Luftverdichter 14b, das Bypass-Ventil 15b und der Ladeluftkühler 16b an der Zuführleitung 11b der Reihe nach von der Aufströmseite angeordnet. Das Gegendruckventil 17b ist in einem Abschnitt an der Abführleitung 12b angeordnet, der sich auf der Aufströmseite eines Verbindungsabschnitts zwischen der Abführleitung 12b und der Bypass-Leitung 13b befindet.
-
Die Luftverdichter 14a, 14b führen jeweils den Brennstoffzellen 4a, 4b sauerstoffhaltige Luft als Kathodengas über die Zuführleitungen 11a, 11b zu. Das den FCs 4a, 4b zugeführte Kathodengas wird über die entsprechenden Abführleitungen 12a, 12b abgeführt. Die Ladeluftkühler 16a, 16b kühlen das den FCs 4a, 4b zugeführte Kathodengas. Die Gegendruckventile 17a, 17b regeln den Gegendruck auf der Kathodenseite der FCs 4a, 4b.
-
Die Anodengaszuführsysteme 20a, 20b führen den FCs 4a, 4b Wasserstoffgas als Anodengas zu. Insbesondere umfassen die Anodengaszuführsysteme 20a, 20b die Tanks 20Ta, 20Tb, die Zuführleitungen 21a, 21b, die Abführleitungen 22a, 22b, die Rückführleitungen 23a, 23b, die Tankventile 24a, 24b, die Druckregelventile 25a, 25b, die Einblasventile 26a, 26b (hier nachstehend als INJs bezeichnet), die Gas-Flüssig-Separatoren 27a, 27b, die Auslassventile 28a, 28b und die Ejektoren 29a, 29b. Die Anodengaszuführsysteme 20a, 20b nutzen gemeinsam eine Verbindungsleitung 23c und ein Umschaltventil 28c.
-
In jedem der Tanks 20Ta, 20Tb wird Wasserstoffgas, welches das Anodengas ist, in einem Zustand hohen Drucks gespeichert. Der Tank 20Ta und ein Anodeneinlassverteiler der FC 4a sind über die Zuführleitung 21a verbunden. Gleichermaßen sind der Tank 20Tb und ein Anodeneinlassverteiler der FC 4b über die Zuführleitung 21b verbunden. Die Tanks 20Ta, 20Tb speichern Wasserstoffgas, welches das Anodengas ist. Die Abführleitungen 22a, 22b sind mit den Anodenauslassverteilern der FCs 4a, 4b verbunden. Die Rückführleitungen 23a, 23b stehen mit den Gas-Flüssig-Separatoren 27a, 27b und den Zuführleitungen 21a, 21b in Verbindung.
-
Das Tankventil 24a, das Druckregelventil 25a, das INJ 26a und der Ejektor 29a sind der Reihe nach von der Aufströmseite der Zuführleitung 21a angeordnet. Während das Tankventil 24a geöffnet ist, wird der Öffnungsgrad des Druckregelventils 25a geregelt, und das INJ 26a bläst Anodengas ein. Dementsprechend läuft das Anodengas durch den Ejektor 29a und wird der FC 4a zugeführt. Eine ECU 2 steuert das Ansteuern des Tankventils 24a, des Druckregelventils 25a und des INJ 26a. Die ECU 2 steuert auch das Tankventil 24b, das Druckregelventil 25b, das INJ 26b und den Ejektor 29b. Die INJs 26a, 26b sind Beispiele für das erste und zweite Einblasventil, die das Anodengas einblasen, das den FCs 4a, 4b zugeführt werden soll. Die Ejektoren 29a, 29b sind Beispiele für den ersten und den zweiten Ejektor, die das Anodengas, das aus den INJs 26a, 26b eingeblasen worden ist, durch die Ejektoren 29a, 29b laufen lassen. Zwischen der FC 4a und dem Ejektor 29a in der Zuführleitung 21a wird ein Drucksensor 21ap zum Detektieren des Drucks (hier nachstehend als Anodendruck bezeichnet) in einem Anodengaskanal, der in der FC 4a gebildet ist, bereitgestellt. Ein Drucksensor 21bp wird ebenfalls auf eine ähnliche Art und Weise bereitgestellt.
-
Die Abführleitung 22a weist den Gas-Flüssig-Separator 27a und das Auslassventil 28a auf, die der Reihe nach von der Aufströmseite angeordnet sind. Der Gas-Flüssig-Separator 27a trennt Wasser vom Anodengas, das aus dem FC 4a abgeführt wird und speichert das getrennte Wasser. Das im Gas-Flüssig-Separator 27a gespeicherte Wasser wird aus dem System 1 über die Abführleitung 22a abgeführt, wenn das Auslassventil 28a geöffnet ist. Die ECU 2 steuert das Ansteuern des Auslassventils 28a. Die ECU 2 steuert auch den Gas-Flüssig-Separator 27b und das Auslassventil 28b. Die Abführleitung 22b ist in der Mitte der Abführleitung 22a verbunden. Genauer gesagt wird, wenn das Auslassventil 28b geöffnet ist, das im Gas-Flüssig-Separator 27b gespeicherte Wasser aus dem System 1 über die Abführleitungen 22b, 22a abgeführt. Die Abführleitung 22a ist mit einem Wasserstoffkonzentrationssensor 22a1 versehen, der die Wasserstoffkonzentration des Gases detektiert, das durch die Abführleitung 22a läuft.
-
Die Rückführleitung 23a ist eine Leitung zum Rücklaufen des aus der FC 4a abgeführten Anodengases zur FC 4a. Die Rückführleitung 23a weist einen aufströmseitigen Endabschnitt, der mit dem Gas-Flüssig-Separator 27a verbunden ist, und einen abströmseitigen Endabschnitt, der mit dem Ejektor 29a verbunden ist, auf. Der Ejektor 29a saugt das aus der FC 4a abgeführte Anodengas aus der Rückführleitung 23a an, indem er eine Strömung des aus dem INJ 26a eingeblasenen Anodengases als eine Ansteuerströmung verwendet, und führt das aus der FC 4a abgeführte Anodengas zur FC 4a zurück. Daher sind ein Bereich der Zuführleitung 21a auf der Abströmseite des Ejektors 29a, ein Bereich der Abführleitung 22a auf der Aufströmseite des Gas-Flüssig-Separators 27a und die Rückführleitung 23a Beispiele für den Zirkulationskanal zum Zirkulieren des Anodengases, das durch den Ejektor 29a gelaufen ist, zwischen der FC 4a und dem Ejektor 29a. Gleichermaßen sind ein Bereich der Zuführleitung 21b auf der Abströmseite des Ejektors 29b, ein Bereich der Abführleitung 22b auf der Aufströmseite des Gas-Flüssig-Separators 27b und die Rückführleitung 23b Beispiele für den Zirkulationskanal zum Zirkulieren des Anodengases, das durch den Ejektor 29b gelaufen ist, zwischen der FC 4b und dem Ejektor 29b.
-
Die Verbindungsleitung 23c weist ein Ende 23c1, das mit der Rückführleitung 23a verbunden ist, und das andere Ende 23c2, das mit der Rückführleitung 23b verbunden ist, auf. Die Verbindungsleitung 23c ist mit einem Umschaltventil 28c versehen, das die Verbindungsleitung 23c öffnet und schließt. Wenn das Umschaltventil 28c geschlossen ist, werden die Rückführleitungen 23a, 23b in einen Absperrzustand versetzt. Wenn das Umschaltventil 28c geöffnet ist, werden die Rückführleitungen 23a, 23b in einen Verbindungszustand über die Verbindungsleitung 23c versetzt, das heißt, die beiden oben genannten Zirkulationskanäle werden in einen Verbindungszustand versetzt. Hier nachstehend ist in der Spezifikation der Begriff „Verbindungszustand“ einfach als der Zustand definiert, in dem die oben genannten beiden Zirkulationskanäle miteinander in Verbindung stehen, da das Umschaltventil 28c geöffnet ist. Die Verbindungsleitung 23c ist ein Beispiel für den Verbindungskanal, der bewirkt, dass der erste und zweite Zirkulationskanal miteinander in Verbindung stehen. Das eine Ende 23c1 und das andere Ende 23c2 der Verbindungsleitung 23c sind Beispiele für den ersten und zweiten Endabschnitt. Die Details werden später beschrieben.
-
Die elektrischen Leistungssteuerungssysteme 30a, 30b umfassen die Brennstoffzellen-Gleichspannungswandler 32a, 32b (hier nachstehend als die FDCs bezeichnet), die Batterie-Gleichspannungswandler 34a, 34b (hier nachstehend als die BDCs bezeichnet) und Hilfsmaschinen-Wechselrichter 39a, 39b (hier nachstehend als die AINVs bezeichnet). Die elektrischen Leistungssteuerungssysteme 30a, 30b nutzen gemeinsam einen Motorwechselrichter 38 (hier nachstehend als der MINV bezeichnet), der mit dem Motor 50 verbunden ist. Die FDCs 32a, 32b regeln die Gleichstromleistung aus den FCs 4a, 4b und geben die geregelte elektrische Leistung an den MINV 38 aus. Die BDCs 34a, 34b regeln die elektrische Gleichstromleistung aus den BATs 8a, 8b und geben die geregelte elektrische Leistung an den MINV38 aus. Die in den FCs 4a, 4b erzeugte elektrische Leistung kann in den BATs 8a, 8b gespeichert werden. Der MINV 38 wandelt die eingegebene elektrische Gleichstromleistung in elektrische Drehstromleistung um und führt die umgewandelte elektrische Leistung dem Motor 50 zu. Der Motor 50 steuert das Rad 5 an, um ein Fahrzeug fahren zu lassen.
-
Die elektrische Leistung der FC 4a und der BAT 8a können anderen Lastvorrichtungen als dem Motor 50 über den AINV 39a zugeführt werden. Gleichermaßen kann die elektrische Leistung der FC 4b und der BAT 8b Lastvorrichtungen über den AINV 39b zugeführt werden. Hier zählen zu den Lastvorrichtungen Hilfsmaschinen für die FCs 4a, 4b und Hilfsmaschinen für ein Fahrzeug. Zu den Hilfsmaschinen für die FCs 4a, 4b zählen die Luftverdichter 14a, 14b, die Bypass-Ventile 15a, 15b, die Gegendruckventile 17a, 17b, die Tankventile 24a, 24b, die Druckregelventile 25a, 25b, die INJs 26a, 26b und die Auslassventile 28a, 28b, die oben beschrieben sind. Zu den Hilfsmaschinen für ein Fahrzeug zählen zum Beispiel die Klimaanlagengeräte, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Warnleuchte und dergleichen.
-
Die ECU 2 umfasst eine zentrale Recheneinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Die ECU 2 ist elektrisch mit einem Gaspedalbetätigungsgradsensor 6, einem Zündschalter 7, den Luftverdichtern 14a, 14b, den Bypass-Ventilen 15a, 15b, den Gegendruckventilen 17a, 17b, den Tankventilen 24a, 24b, den Druckregelventilen 25a, 25b, den INJs 26a, 26b, den Auslassventilen 28a, 28b, dem Umschaltventil 28c, den FDCs 32a, 32b, den BDCs 34a, 34b, den Drucksensoren 21ap, 21bp und dem Wasserstoffkonzentrationssensor 22al verbunden. Die ECU 2 berechnet eine angeforderte Ausgabe an die gesamten FCs 4a, 4b auf Basis eines Detektionswerts des Gaspedalbetätigungsgradsensors 6. In Übereinstimmung mit der angeforderten Ausgabe steuert die ECU 2 die Hilfsmaschinen für die FCs 4a, 4b oder dergleichen, um die in den FCs 4a, 4b erzeugte elektrische Gesamtleistung zu steuern.
-
Reinigungssteuern
-
Die ECU 2 führt ein Reinigungssteuern aus, das die FCs 4a, 4b durch Zuführen von Reinigungsgas in die FCs 4a, 4b reinigt, um in den FCs 4a, 4b verbleibendes flüssiges Wasser abzuführen, wenn die Zündung eingeschaltet wird und wenn die Zündung ausgeschaltet wird. Wenn das Reinigungssteuern ausgeführt wird, wenn die Zündung eingeschaltet wird, kann das in den FCs 4a, 4b verbleibende flüssige Wasser abgeführt werden, bevor die Leistungserzeugung gestartet wird. Dementsprechend kann die Ausgabeleistung sichergestellt werden, wenn die Leistungserzeugung nach der Reinigungsoperation gestartet wird. Wenn das Reinigungssteuern ausgeführt wird, wenn die Zündung ausgeschaltet wird, kann das während der elektrischen Leistungserzeugung erzeugte Wasser aus den FCs 4a, 4b abgeführt werden. Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass das in den FCs 4a, 4b verbleibende flüssige Wasser während des Stopps des Systems 1 gefriert. Beim Reinigungssteuern der vorliegenden Ausführungsform wird Anodengas verwendet, um den Anodengaskanal in jeder der FCs 4a, 4b zu reinigen.
-
Reinigungssteuern, wenn die Zündung eingeschaltet wird
-
Die 2 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung eingeschaltet wird, zeigt. Die 2 zeigt einen Öffnen-/Schließen-Zustand der INJs 26a, 26b, einen Öffnen-Schließen-Zustand der Auslassventile 28a, 28b, einen Öffnen-/Schließen-Zustand des Umschaltventils 28c, einen Leistungserzeugungszustand der FCs 4a, 4b und den Anodendruck in den FCs 4a, 4b. Die 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung eingeschaltet wird, zeigt. Die ECU 2 führt wiederholt das Reinigungssteuern aus, wenn die Zündung eingeschaltet wird. In dem Zustand, in dem die Zündung ausgeschaltet wird, werden die Tankventile 24a, 24b, die Auslassventile 28a, 28b und das Umschaltventil 28c geschlossen und die FCs 4a, 4b befinden sich in einem Leistungserzeugungs-Stoppzustand.
-
Die ECU 2 bestimmt auf Basis eines Ausgabesignals aus dem Zündschalter 7, ob die Zündung eingeschaltet ist oder nicht (Schritt S1). Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt S1 Nein ist, endet das vorliegende Steuern. Wenn der Zustand Zündung eingeschaltet detektiert wird (Ja im Schritt S1), steuert die ECU 2 das INJ 26a in einem Reinigungsmodus an, um das Reinigen der FC 4a zu starten, während sie die Auslassventile 28a, 28b und das Umschaltventil 28c öffnet (Schritt S3, Zeitpunkt t1). Zum Beispiel werden das INJ 26a, das Auslassventil 28a und das Umschaltventil 28c auf Basis der aus der BAT 8a geladenen elektrischen Leistung angesteuert, und das Auslassventil 28b wird zum Beispiel auf Basis der aus der BAT 8b geladenen elektrischen Leistung angesteuert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform begrenzt.
-
Im Reinigungsmodus wird das INJ 26a in einem geöffneten Zustand gehalten, so dass kontinuierlich Anodengas eingeblasen wird. Da der Verbindungszustand dadurch bereitgestellt wird, dass das Umschaltventil 28c, wie oben beschrieben wird, geöffnet wird, strömt wenigstens etwas vom Anodengas, das vom INJ 26a eingeblasen wird, auch zu der Seite des Anodengas-Zuführsystems 20b über die Verbindungsleitung 23c. Sogar wenn im Verbindungszustand das Anodengas kontinuierlich durch das INJ 26a eingeblasen wird, um die FC 4a zu reinigen, wird daher eine Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b so beschränkt, dass sie geringer als die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in der FC 4a ist, wenn das Umschaltventil 28c geschlossen wird. Wenn beide Auslassventile 28a, 28b im Verbindungszustand geöffnet werden, wird außerdem Wasser, das in den Gas-Flüssig-Separatoren 27a, 27b gespeichert ist, oder etwas von dem Gas in den FCs 4a, 4b, den Rückführleitungen 23a, 23b oder dergleichen aus dem System 1 abgeführt. Dies beschränkt ebenfalls die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b. Wenn somit die FC 4a in dem Zustand gereinigt wird, in dem die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b beschränkt ist, kann eine große Menge an Anodengas der FC 4a zugeführt werden, um ein ausreichendes Reinigen der FC 4a zu erreichen.
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis die Wasserstoffkonzentration im Abgas, das in die Außenluft abgeführt wird, höher wird als ein Schwellenwert α (Schritt S5), der auf dem Wasserstoffkonzentrationssensor 22a1 basiert. Der Schwellenwert α wird auf einen Konzentrationswert innerhalb des Bereichs gesetzt, der nicht den Kraftstoffwirkungsgrad aufgrund dessen verschlechtert, dass Wasserstoff in die Außenluft abgeführt wird. Wenn das Bestimmungsergebnis des Schritts S5 Ja ist, schließt die ECU 2 die Auslassventile 28a, 28b (Schritt S7, Zeitpunkt t2). Als ein Ergebnis wird es ermöglicht, dass beschränkt wird, dass das Gas mit der hohen Wasserstoffkonzentration aus dem System 1 abgeführt wird, und dass dadurch die Verschlechterung des Kraftstoffwirkungsgrads beschränkt wird. Wenn die Auslassventile 28a, 28b geschlossen werden, erhöht sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b.
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis der Anodendruck in der FC 4a, der auf dem Drucksensor 21ap basiert, höher wird als ein Schwellenwert β (Schritt S9). Der Schwellenwert β wird auf einen Druckwert gesetzt, der um eine vorgegebene Spanne geringer als ein Druckwert ist, der in der Brennstoffzelle ein Problem verursachen könnte, da der Anodendruck zu hoch wird. Obwohl der Schwellenwert β zum Beispiel auf 300 kPa gesetzt wird, ist der Schwellenwert β nicht darauf begrenzt.
-
Wenn sie bestimmt, dass der Anodendruck in der FC 4a höher als der Schwellenwert β ist (Ja im Schritt S9), schließt die ECU 2 das Reinigen der FC 4a ab, indem sie das Ansteuern des INJ 26a stoppt, während sie die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a startet (Schritt S11, Zeitpunkt t3). Da die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a ohne Einblasen von Anodengas aus dem INJ 26a gestartet wird, wird das in den FCs 4a, 4b oder dergleichen vorhandene Anodengas verbraucht, und der Anodendruck in den FCs 4a, 4b kann gesenkt werden. Da das Anodengas der FC 4a bereits in der Reinigungsoperation zugeführt worden ist, wird die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a durch Ansteuern des Luftverdichters 14a, um der FC 4a Kathodengas zuzuführen, und elektrisches Verbinden der FC 4a mit den Lastvorrichtungen mit einem im FDC 32a bereitgestellten Schalter gestartet. Daher kann die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a nach dem Abschluss des Reinigens rasch gestartet werden.
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis der Anodendruck in der FC 4b, der auf dem Drucksensor 21bp basiert, kleiner wird als ein Schwellenwert γ (Schritt S13). Der Schwellenwert γ wird auf einen Druckwert gesetzt, der zum Starten des Reinigens der FC 4b geeignet ist, wobei der Druckwert angibt, dass der Anodendruck in der FC 4b ausreichend gesenkt ist. Der Schwellenwert γ ist zum Beispiel 120 kPa.
-
Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt S13 Ja ist, startet die ECU 2 das Reinigen der FC 4b, indem sie das INJ 26b in einem Reinigungsmodus ansteuert, während sie das Auslassventil 28a öffnet (Schritt S15, Zeitpunkt t4). Wenn das Auslassventil 28a geöffnet wird, kann Stickstoffgas, das durch die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a erzeugt worden ist, abgeführt werden, während die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b im Zusammenhang mit dem Einblasen des Anodengases aus dem INJ 26b für das Reinigen der FC 4b ebenfalls beschränkt werden kann. Da die FC 4a elektrische Leistung in dem Zustand erzeugt, in dem das Ansteuern des INJ 26a gestoppt ist, wie oben beschrieben wird, wird außerdem Anodengas durch die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a verbraucht. Damit kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b ebenfalls beschränkt werden. Im Zustand, in dem die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b beschränkt ist, kann somit der FC 4b eine größere Menge an Anodengas zugeführt werden, um ausreichendes Reinigen zu erreichen. Obwohl das INJ 26b auf Basis der aus der BAT 8b geladenen elektrischen Leistung angesteuert wird und das Auslassventil 28a auf Basis der elektrischen Leistung, die in der FC 4a erzeugt wird, angesteuert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform begrenzt.
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis die Wasserstoffkonzentration des Abgases, die auf dem Wasserstoffkonzentrationssensor 22a1 basiert, höher wird als der Schwellenwert α (Schritt S17). Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S17 Ja ist, schließt die ECU 2 das Auslassventil 28a (Schritt S19, Zeitpunkt t5). Als ein Ergebnis erhöht sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b.
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis der Anodendruck in der FC 4b, der auf dem Drucksensor 21bp basiert, höher wird als der Schwellenwert β (Schritt S21). Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt S21 Ja ist, schließt die ECU 2 das Reinigen der FC 4b durch Ansteuern der INJs 26a, 26b in einem normalen elektrischen Leistungserzeugungsmodus und Starten der elektrischen Leistungserzeugung in der FC 4b ebenso wie in der FC 4a ab, öffnet das Auslassventil 28b und schließt das Umschaltventil 28c (Schritt S23).
-
Wenn im normalen elektrischen Leistungserzeugungsmodus die INJs 26a, 26b periodisch geöffnet und geschlossen werden, werden den FCs 4a, 4b erwünschte Mengen an Anodengas entsprechend den von den FCs 4a, 4b angeforderten Ausgaben zugeführt. Wenn das Umschaltventil 28c geschlossen wird, wird die Verbindung zwischen den Rückführleitungen 23a, 23b abgesperrt, und die FCs 4a, 4b können in den normalen elektrischen Leistungserzeugungsmodus bewegt werden. Wenn das Auslassventil 28b geöffnet wird, kann die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4b gestartet werden, während der Druck in der FC 4b rasch gesenkt wird. Da, wie im Fall der FC 4a, das Anodengas der FC 4b bereits in der Reinigungsoperation zugeführt worden ist, wird die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4b durch Ansteuern des Luftverdichters 14b, um der FC 4b Kathodengas zuzuführen, und elektrisches Verbinden der FC 4b mit den Lastvorrichtungen mit einem im FDC 32b bereitgestellten Schalter gestartet. Nachdem die INJs 26a, 26b sich in den normalen elektrischen Leistungserzeugungsmodus bewegt haben, wird das Steuern des Öffnens und Schließens der Auslassventile 28a, 28b in Übereinstimmung mit den jeweiligen Leistungserzeugungsmengen der FCs 4a, 4b durchgeführt, und das in den Gas-Flüssig-Separatoren 27a, 27b gespeicherte Wasser wird abgeführt.
-
Wie in den obigen Ausführungen beschrieben worden ist, kann, wenn im Verbindungszustand aus den INJs 26a, 26b Anodengas zum Reinigen der jeweiligen FCs 4a, 4b eingeblasen wird, die Erhöhung des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b beschränkt werden, während die Zuführdurchflussraten des Anodengases zu den FCs 4a, 4b sichergestellt werden können, um ein ausreichendes Reinigen der FCs 4a, 4b zu erreichen.
-
Obwohl mehrere Vorrichtungen vorhanden sind, die in den Schritten S3, S7, S11, S15 und S23 zu steuern sind, ist es nicht notwendigerweise notwendig, diese Vorrichtungen in jedem Schritt zur gleichen Zeit anzusteuern. Zum Beispiel kann das INJ 26a im Schritt S3 in einem Reinigungsmodus angesteuert werden, nachdem die Auslassventile 28a, 28b und das Umschaltventil 28c geöffnet worden sind. Im Schritt S11 kann die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a gestartet werden, während das INJ 26a kontinuierlich angesteuert wird.
-
Im Schritt S3 werden beide der Auslassventile 28a, 28b geöffnet. Allerdings kann nur eines der Auslassventile 28a, 28b geöffnet werden, solange sie sich im Verbindungszustand befinden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks in den FCs 4a, 4b immer noch durch Öffnen eines der Auslassventile 28a, 28b beschränkt werden kann.
-
Aus Sicht des Beschränkens der Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b im Schritt S15 können beide Auslassventile 28a, 28b geöffnet werden, anstatt nur das Auslassventil 28a. Allerdings ist es erwünscht, dass im Schritt S15 nur das Auslassventil 28a geöffnet wird. Im Schritt S15 erzeugt die FC 4a elektrische Leistung, und das Reinigen wird in der FC 4b gestartet. Dementsprechend ist ein Auslassrandabschnitt der FC 4a mit Stickstoffgas mit geringer Wasserstoffkonzentration befüllt, das durch elektrische Leistungserzeugung erzeugt worden ist, wohingegen ein Auslassrandabschnitt der FC 4b mit Anodengas mit hoher Wasserstoffkonzentration befüllt ist, das zum Reinigen der FC 4b eingeblasen worden ist. Wenn somit das Auslassventil 28b auf der Seite der FC 4b geöffnet wird, kann die Wasserstoffkonzentration des Abgases in kurzer Zeit höher werden als der Schwellenwert α. Als ein Ergebnis kann das Bestimmungsergebnis im Schritt S17 Ja werden, und das Auslassventil 28b kann in kurzer Zeit geschlossen werden. Um mit dieser Situation fertig zu werden, wird das Auslassventil 28a auf der Seite der FC 4a geöffnet. Als ein Ergebnis kann das Stickstoffgas mit geringer Wasserstoffkonzentration abgeführt werden, und das Auslassventil 28a kann für eine lange Zeit geöffnet sein, so dass die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b beschränkt werden kann.
-
Obwohl der Anodendruck in der FC 4a basierend auf dem Drucksensor 21ap im Schritt S9 detektiert wird, kann der Anodendruck in der FC 4b, der auf dem Drucksensor 21bp basiert, anstelle des Anodendrucks in der FC 4a verwendet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Verbindungszustand der Anodendruck in der FC 4a und der Anodendruck in der FC 4b im Wesentlichen gleich werden. In den Schritten S13 und S21 kann der Anodendruck in der FC 4a gleichermaßen anstelle des Anodendrucks in der FC 4b verwendet werden. In den Schritten S13 und S21 kann eine Zellspannung der FC 4a anstelle des Anodendrucks in der FC 4b verwendet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Anodendruck und die Zellspannung der Brennstoffzelle korrelieren. Das heißt, dass die FC 4a in den Schritten S13 und S21 bereits elektrische Leistung erzeugt und, da im Verbindungszustand der Anodendruck in den FCs 4a, 4b geringer wird, auch die Zellspannung der FC 4a geringer wird. Im Schritt S9 kann die ECU 2 warten, bis eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, nachdem das Reinigen gestartet worden ist, und kann dann den Prozess des Schritts S11 ausführen. In diesem Fall ist die vorgegebene Zeit die Zeit, die um eine vorgegebene Spanne kürzer ist als die Zeit, zu welcher der Anodendruck in der Brennstoffzelle aufgrund von kontinuierlichem Reinigen hoch genug wird, um ein Problem in der Brennstoffzelle zu verursachen. Dies gilt ebenfalls für den Schritt S21.
-
Wie in der 1 gezeigt wird, ist ein Ende 23c1 der Verbindungsleitung 23c mit der Rückführleitung 23a verbunden. Während zum Beispiel im Verbindungszustand die FC 4a elektrische Leistung erzeugt und die FC 4b gereinigt wird, wird folglich das Wasser, das durch elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a erzeugt wird, im Gas-Flüssig-Separator 27a gespeichert. Daher wird das Wasser, das in der FC 4a erzeugt wird, davon abgehalten, in die Rückführleitung 23b zu gelangen und das Reinigen der FC 4b zu beeinflussen.
-
Reinigungssteuern, wenn die Zündung ausgeschaltet wird
-
Die 4 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung ausgeschaltet wird, zeigt. Die 4 zeigt einen Öffnen-/Schließen-Zustand der INJs 26a, 26b, einen Öffnen-Schließen-Zustand der Auslassventile 28a, 28b, einen Öffnen-/Schließen-Zustand des Umschaltventils 28c, einen Leistungserzeugungszustand der FCs 4a, 4b und den Anodendruck in den FCs 4a, 4b. Die 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für das Reinigungssteuern, wenn die Zündung ausgeschaltet wird, zeigt. Wenn die Zündung ausgeschaltet wird, wird das Reinigungssteuern in jedem spezifizierten Zeitraum wiederholt ausgeführt.
-
Die ECU 2 bestimmt auf Basis eines Ausgabesignals aus dem Zündschalter 7, ob Zündung ausgeschaltet detektiert wird oder nicht (Schritt S1a). Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt S1 Nein ist, endet das vorliegende Steuern. Wenn der Zustand Zündung ausgeschaltet detektiert wird (Ja im Schritt S1a), steuert die ECU 2 das INJ 26a in einem Reinigungsmodus an, um das Reinigen der FC 4a zu starten, während sie die Auslassventile 28a, 28b und das Umschaltventil 28c öffnet und die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a stoppt (Schritt S3a, Zeitpunkt t1a). Wenn das Umschaltventil 28c geöffnet wird, wird der Verbindungszustand eingerichtet, und in diesem Verbindungszustand wird das Reinigen der FC 4a durchgeführt. Somit kann die FC 4a ausreichend gereinigt werden, während eine Erhöhung des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b beschränkt ist. Zum Beispiel werden das INJ 26a, das Auslassventil 28a und das Umschaltventil 28c auf Basis der aus der BAT 8a geladenen elektrischen Leistung angesteuert, und das Auslassventil 28b wird auf Basis der in der FC 4b erzeugten elektrischen Leistung angesteuert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform begrenzt. Die elektrische Leistungserzeugung in der FC 4a wird gestoppt, indem die elektrische Verbindung zwischen der FC 4b und den Lastvorrichtungen durch einen Schalter getrennt wird, der im Inneren des FDC 32b bereitgestellt wird.
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis die Wasserstoffkonzentration in dem Gas, das in die Außenluft abgeführt wird, höher wird als der Schwellenwert α (Schritt S5a), der auf dem Wasserstoffkonzentrationssensor 22a1 basiert. Wenn das Bestimmungsergebnis des Schritts S5a Ja ist, schließt die ECU 2 die Auslassventile 28a, 28b (Schritt S7a, Zeitpunkt t2a). Als Nächstes wartet die ECU 2, bis der Anodendruck in der FC 4a, der auf dem Drucksensor 21ap basiert, höher wird als der Schwellenwert β (Schritt S9a). Wenn das Bestimmungsergebnis des Schritts im Schritt S9a Ja ist, stoppt die ECU 2 das Ansteuern des INJ 26a und schließt das Reinigen des FC 4a ab (Schritt S11a, Zeitpunkt t3a).
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis der Anodendruck in der FC 4b kleiner als der Schwellenwert γ wird (Schritt S13a). Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt S13a Ja ist, startet die ECU 2 das Reinigen der FC 4b, indem sie das INJ 26b in einem Reinigungsmodus ansteuert, während sie das Auslassventil 28b öffnet und elektrische Leistungserzeugung in der FC 4b stoppt (Schritt S15a, Zeitpunkt t4a). Da die FC 4b im Verbindungszustand, wie oben beschrieben wird, gereinigt wird, kann die FC 4b ausreichend gereinigt werden. Obwohl das INJ 26b und das Auslassventil 28b zum Beispiel auf Basis der aus der BAT 8b geladenen elektrischen Leistung angesteuert werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform begrenzt.
-
Als Nächstes wartet die ECU 2, bis die Wasserstoffkonzentration des Abgases, die auf dem Wasserstoffkonzentrationssensor 22a1 basiert, höher wird als der Schwellenwert α (Schritt S17a). Wenn das Bestimmungsergebnis des Schritts S17a Ja ist, schließt die ECU 2 das Auslassventil 28b (Schritt S19a, Zeitpunkt t5a). Die ECU 2 wartet, bis der Anodendruck in der FC 4b, der auf dem Drucksensor 21bp basiert, höher wird als der Schwellenwert β (Schritt S21a). Wenn das Bestimmungsergebnis des Schritts S21a Ja ist, schließt die ECU 2 das Reinigen der FC 4b ab, indem sie das INJ 26b stoppt, während sie das Umschaltventil 28c schließt (Schritt S23a). Danach verringert sich der Anodendruck in den FCs 4a, 4b allmählich aufgrund eines sogenannten Querlecks.
-
Wie in den obigen Ausführungen beschrieben wird, wird auch zu der Zeit, zu der die Zündung ausgeschaltet wird, im Verbindungszustand Anodengas aus den INJs 26a, 26b eingeblasen, um die jeweiligen FCs 4a, 4b zu reinigen. Dementsprechend kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs 4a, 4b beschränkt werden, während die Zuführdurchflussraten des Anodengases zu den FCs 4a, 4b sichergestellt werden können, um ausreichendes Reinigen der FCs 4a, 4b zu erreichen.
-
Obwohl mehrere Vorrichtungen vorhanden sind, die in den Schritten S3a, S7a, S15a und S23a zu steuern sind, ist es nicht notwendigerweise nötig, diese Vorrichtungen in jedem Schritt zur gleichen Zeit anzusteuern. Solange sie sich im Verbindungszustand befinden, kann im Schritt S3a nur eines der Auslassventile 28a, 28b geöffnet werden. Im Schritt S15a können beide der Auslassventile 28a, 28b geöffnet werden. Aus dem gleichen Grund, wie im oben beschriebenen Schritt S15, ist es allerdings zu bevorzugen, das Auslassventil 28b auf der Seite der FC 4b zu öffnen, das heißt während der elektrischen Leistungserzeugung unmittelbar vor dem Schritt S15a. Im Schritt S9a kann der Anodendruck in der FC 4b, der auf dem Drucksensor 21bp basiert, anstelle des Anodendrucks in der FC 4a verwendet werden. In den Schritten S13a und S21a kann der Anodendruck in der FC 4a anstelle des Anodendrucks in der FC 4b verwendet werden. In den Schritten S9a und S13a kann die Zellspannung der FC 4b, das heißt noch während der elektrischen Leistungserzeugung, anstelle des Anodendrucks in der FC 4a verwendet werden. Im Schritt S9a kann die ECU 2 warten, bis eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, nachdem das Reinigen gestartet worden ist, und kann dann den Prozess des Schritts S11a ausführen. Dies gilt ebenfalls für den Schritt S21a.
-
Wie in der 1 gezeigt wird, ist das andere Ende der Verbindungsleitung 23c mit der Rückführleitung 23b verbunden. Während zum Beispiel im Verbindungszustand die FC 4b elektrische Leistung erzeugt und die FC 4a gereinigt wird, wird folglich das Wasser, das durch elektrische Leistungserzeugung in der FC 4b erzeugt wird, im Gas-Flüssig-Separator 27b gespeichert. Daher wird das Wasser, das in der FC 4b erzeugt wird, davon abgehalten, in die Rückführleitung 23a zu gelangen und das Reinigen der FC 4a zu beeinflussen.
-
Wenn die Zündung eingeschaltet wird und wenn die Zündung ausgeschaltet wird, können beide FCs 4a, 4b gereinigt werden. Allerdings kann nur eine der FCs 4a, 4b gereinigt werden. Für den Fall, dass beide der FCs 4a, 4b gereinigt werden, ist die Reinigungsreihenfolge nicht besonders spezifiziert.
-
Abwandlungen des Brennstoffzellensystems
-
Die 6A bis 6C sind schematische Blockdiagramme, welche die Systeme 1A bis 1C der Abwandlungen zeigen. Gleiche Komponentenelemente sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, um ihre redundante Beschreibung zu unterlassen. In dem System 1A der 6A weist eine Verbindungsleitung 23d ein Ende 23dl auf, das mit der Rückführleitung 23a wie in der oben genannten Ausführungsform verbunden ist. Allerdings weist die Verbindungsleitung 23d das andere Ende 23d2 auf, das zwischen dem Ejektor 29b und der FC 4b in der Zuführleitung 21b verbunden ist. Im System 1B der 6B weist eine Verbindungsleitung 23e ein Ende 23e1 auf, das zwischen dem Ejektor 29a und der FC 4a in der Zuführleitung 21a verbunden ist. Die Verbindungsleitung 23e weist das andere Ende 23e2 auf, das zwischen dem Ejektor 29b und der FC 4b in der Zuführleitung 21b verbunden ist. Im System 1C der 6C weist eine Verbindungsleitung 23f ein Ende 23f1, das zwischen der FC 4a und dem Gas-Flüssig-Separator 27a in der Abführleitung 22a verbunden ist, und das andere Ende 23f2, das zwischen der FC 4b und dem Gas-Flüssig-Separator 27b in der Abführleitung 22b verbunden ist, auf. Zusätzlich kann ein Ende des Verbindungskanals mit der Rückführleitung 23a verbunden sein, und das andere Ende kann zwischen der FC 4b und dem Gas-Flüssig-Separator 27b in der Abführleitung 22b verbunden sein. Ein Ende der Verbindungsleitung kann zwischen dem Ejektor 29a und der FC 4a in der Zuführleitung 21a verbunden sein, und das andere Ende kann zwischen der FC 4b und dem Gas-Flüssig-Separator 27b in der Abführleitung 22b verbunden sein. Zum Beispiel kann einer der oben genannten Verbindungskanäle unter Berücksichtigung von Einbauraum oder dergleichen eines Fahrzeugs, in dem das System montiert wird, angewendet werden.
-
Wie in der 1 gezeigt wird, weist in der oben genannten Ausführungsform und den Abwandlungen die Abführleitung 22b ein abströmseitiges Ende auf, das mit der Abführleitung 22a verbunden ist, so dass Abgas aus beiden FCs 4a, 4b über die Abführleitung 22a in die Außenluft abgeführt wird. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform begrenzt. Mit anderen Worten kann die vorliegende Erfindung so ausgebildet sein, dass das abströmseitige Ende der Abführleitung 22b nicht mit der Abführleitung 22a verbunden ist und Abgas direkt in die Außenluft abgeführt wird. In diesem Fall wird ein Konzentrationssensor bereitgestellt, um die Wasserstoffkonzentration des Abgases, das durch die Abführleitung 22b läuft, zu detektieren. In den Schritten S5 und S7 oder den Schritten S5a und S7a kann die ECU 2 bestimmen, ob die Wasserstoffkonzentration des Abgases, das aus den jeweiligen Abführleitungen 22a, 22b abgeführt wird, höher ist als der Schwellenwert α oder nicht. Wenn die Wasserstoffkonzentration des Abgases, das aus der Abführleitung 22a abgeführt wird, höher ist als der Schwellenwert α, kann das Auslassventil 28a geschlossen werden. Wenn die Wasserstoffkonzentration des Abgases, das aus der Abführleitung 22b abgeführt wird, höher ist als der Schwellenwert α, kann das Auslassventil 28b geschlossen werden.
-
In der oben genannten Ausführungsform und den Abwandlungen umfassen die Systeme jeweils zwei FCs 4a, 4b, allerdings können die Systeme drei oder mehr FCs umfassen. In einem System, das drei oder mehr FCs umfasst, können wenigstens die Zirkulationskanäle von zwei FCs miteinander über einen Verbindungskanal in Verbindung stehen. Allerdings ist es aus Sicht des ausreichenden Beschränkens der Anstiegsgeschwindigkeit des Anodendrucks in den FCs aufgrund des Reinigens erwünscht, dass die Zirkulationskanäle von drei oder mehr FCs miteinander in Verbindung stehen. Die Zirkulationskanäle von drei oder mehr FCs können dazu ausgebildet sein, miteinander, wie nachstehend gezeigt, in Verbindung zu stehen. Zum Beispiel wird ein Hauptkanal bereitgestellt, um die Zirkulationskanäle von zwei FCs zu verbinden, ein Zweigkanal oder -kanäle, die vom Hauptkanal abzweigen, werden bereitgestellt, um mit jeweiligen Zirkulationskanälen der verbleibenden FCs verbunden zu werden, und ein Umschaltventil, das in der Lage ist, zwischen dem Hauptkanal und den Zweigkanälen zu verbinden und zu trennen, kann ebenfalls bereitgestellt werden.
-
In der Ausführungsform und den Abwandlungen entsprechen die BATs 8a, 8b den FCs 4a, 4b. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform begrenzt. Das System kann eine Sekundärbatterie umfassen, die üblicherweise mit den FCs 4a, 4b verbunden ist. In der offenbarten Ausführungsform umfasst das System die Tanks 20Ta, 20Tb, die den FCs 4a, 4b entsprechen. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform begrenzt. Das System kann einen Tank, der von den FCs 4a, 4b gemeinsam genutzt wird, anstelle der Tanks 20Ta, 20Tb umfassen, oder es kann drei oder mehr Tanks umfassen.
-
Ein Fahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem montiert wird, ist nicht auf ein Kraftfahrzeug begrenzt. Vielmehr können zum Fahrzeug ein zweirädriges Fahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Schiff und ein Flugzeug zählen. Das Fahrzeug kann auch ein Hybridfahrzeug sein, das in der Lage ist, sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor zum Antrieb zu verwenden.
-
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf derartige spezifischen Ausführungsformen begrenzt. Verschiedene Abwandlungen und Änderungen sind möglich, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
