DE102020110811A1 - Brennstoffzelle-leistungsnetz-system und steuerungsverfahren dafür - Google Patents

Brennstoffzelle-leistungsnetz-system und steuerungsverfahren dafür Download PDF

Info

Publication number
DE102020110811A1
DE102020110811A1 DE102020110811.7A DE102020110811A DE102020110811A1 DE 102020110811 A1 DE102020110811 A1 DE 102020110811A1 DE 102020110811 A DE102020110811 A DE 102020110811A DE 102020110811 A1 DE102020110811 A1 DE 102020110811A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
line
main
relay
cod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020110811.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Jong Hyun Lee
Keun Bong Ham
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Motors Corp filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of DE102020110811A1 publication Critical patent/DE102020110811A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04597—Current of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Eingeführt wird ein Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System, welches aufweist: eine Brennstoffzelle (10), welche eingerichtet ist, um Leistung durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff-Gas und einem Oxidationsgas zu erzeugen, eine Leistungsspeichervorrichtung (21, 22), welche eingerichtet ist, um mit Leistung aufgeladen zu werden, welche mittels der Brennstoffzelle (10) erzeugt wird, oder entladen zu werden, um Leistung bereitzustellen, eine Hauptleitung (40), welche eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle (10) und die Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) elektrisch miteinander zu verbinden, ein Hauptrelais (43, 44), welches an der Hauptleitung (40) angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle (10) und der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) zu unterbrechen oder herzustellen, eine Umgehungsleitung (50), welche von der Hauptleitung (40) abgezweigt ist, das Hauptrelais (43, 44) umgeht und mit der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) verbunden ist, ein Umgehungrelais (51), welches an der Umgehungsleitung (50) angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung der Umgehungsleitung (50) zu unterbrechen oder herzustellen, und eine Steuereinheit (60), welche eingerichtet ist, um das Hauptrelais (43, 44) oder das Umgehungsrelais (51) zu steuern, sodass die Leistung, welche in der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) gespeichert ist, der Brennstoffzelle (10) zugeführt wird, während die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (10) gestoppt ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft ein Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System und ein Steuerungsverfahren dafür und betrifft eine Technologie zum Entfernen von Wasserstoff in einer Luft-Elektrode während eines Brennstoffzelle-Neustartens oder eines FC-Stopp-Modus-Aufhebens (z.B. eines FC-Stopp-Modus-Beendens, z.B. eines FC-Stopp-Modus-Freigebens).
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Brennstoffzelle wandelt chemische Energie in elektrische Energie um unter Verwendung einer Oxidations-Reduktions-Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff, welche in zugeordneter Weise mittels eines Wasserstoff-Zuführers und eines Sauerstoff-Zuführers zugeführt werden. Die Brennstoffzelle weist einen Brennstoffzelle-Stapel zum Erzeugen von elektrischer Energie und ein Kühlsystem zum Kühlen desselben auf.
  • Das heißt, Wasserstoff wird einer Anode-Seite einer Brennstoffzelle zugeführt und eine Oxidationsreaktion des Wasserstoffs tritt in einer Anode auf, um Wasserstoff-Ionen (Protonen) und Elektronen zu erzeugen. Die erzeugten Wasserstoff-Ionen und Elektronen bewegen sich in zugeordneter Weise durch eine Elektrolytmembran und einen externen Leitungsdraht. In der Kathode wird elektrische Energie erzeugt durch eine elektrochemische Reaktion, an welcher die Wasser-Ionen und die Elektronen, welche von der Anode bewegt werden, und Sauerstoff in der Luft teilnehmen.
  • Ein Übergehen-Phänomen, in welchem ein Gas eine Elektrolytmembran mittels der Diffusion des Gases gemäß einem Partialdruckunterschied durchläuft, tritt in der Brennstoffzelle auf. Insbesondere, in dem Zustand, in welchem die Brennstoffzelle aufhört, elektrische Leistung zu erzeugen, ist die Zufuhr von Luft zu der Kathode blockiert. Ferner, wenn die Brennstoffzelle anfängt, wieder elektrische Leistung zu erzeugen, und der Kathode Luft zugeführt wird, kann Wasserstoff, welcher von der Anode zu der Kathode übergegangen ist, nach außen abgegeben werden durch eine Luft- Verarbeitung-Leitung.
  • Insbesondere, wenn ein Hochkonzentration-Wasserstoff nach außen abgegeben wird, gibt es ein Risiko, dass der Wasserstoff verbrennt, falls statische Elektrizität oder eine Flamme an einer benachbarten Position auftritt. Ferner gibt es ein Problem mit den relevanten Vorschriften zum Regulieren der Wasserstoff-Konzentration eines ausgegebenen Gases.
  • Die obigen Informationen, welche in diesem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Offenbarung/Erfindung und sollten nicht als Bestätigung dafür genommen werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bilden, welcher einem Fachmann bereits bekannt ist.
  • ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung/Erfindung wurde vorgeschlagen, um die oben genannte Probleme im Stand der Technik zu lösen, und ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung ist es, ein Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System und ein Steuerungsverfahren dafür bereitzustellen, wobei das System Wasserstoff, welcher von einer Anode-Seite auf eine (z.B. zu einer) Kathode-Seite übergegangen ist, wieder auf die (z.B. zu der) Anode-Seite bewegt, in dem Zustand, in welchem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle gestoppt ist.
  • Um den oben beschriebenen Aspekt zu erzielen (z.B. um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, z.B. um das oben beschriebene Problem zu lösen), weist ein Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß der vorliegenden Offenbarung/Erfindung auf: eine Brennstoffzelle, welche eingerichtet ist, um Leistung zu erzeugen durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff-Gas und einem Oxidationsgas, eine Leistungsspeichervorrichtung, welche eingerichtet ist, um mittels Leistung aufgeladen zu werden, welche mittels der Brennstoffzelle erzeugt wird, oder (um) entladen zu werden, um Leistung bereitzustellen, eine Hauptleitung, welche eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle und die Leistungsspeichervorrichtung miteinander elektrisch zu verbinden, ein Hauptrelais, welches an der Hauptleitung angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und der Leistungsspeichervorrichtung zu unterbrechen oder herzustellen, eine Umgehungsleitung (z.B. eine Bypass-Leitung, z.B. eine Überbrückungsleitung), welche von der Hauptleitung abgezweigt ist (z.B. abzweigt), (welche) das Hauptrelais umgeht (z.B. überbrückt) und (welche) mit der Leistungsspeichervorrichtung verbunden ist, ein Umgehungrelais (z.B. ein Bypass-Relais, z.B. ein Überbrückungsrelais), welches an der Umgehungsleitung angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung der Umgehungsleitung zu unterbrechen oder herzustellen, und eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, um das Hauptrelais oder das Umgehungsrelais zu steuern, sodass die Leistung, welche in der Leistungsspeichervorrichtung gespeichert ist, der Brennstoffzelle zugeführt wird, während die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle gestoppt ist.
  • Die Hauptleitung weist auf: eine Haupt-Kathode-Leitung, welche eingerichtet ist, um eine Kathode der Brennstoffzelle mit einer Kathode der Leistungsspeichervorrichtung zu verbinden, und eine Haupt-Anode-Leitung, welche eingerichtet ist, um eine Anode der Brennstoffzelle mit einer Anode der Leistungsspeichervorrichtung zu verbinden. Das Hauptrelais weist auf ein erstes Hauptrelais, welches an der Haupt-Kathode-Leitung angeordnet ist, und ein zweites Hauptrelais, welches an der Haupt-Anode-Leitung angeordnet ist.
  • Mindestens eine von der Haupt-Kathode-Leitung oder der Haupt-Anode-Leitung hat eine Diode, welche eingerichtet ist, um einen elektrischen Strom nur in einer Richtung zu erlauben (z.B. um zu erlauben, dass ein elektrischer Strom nur in einer Richtung fließt, z.B. um es einem elektrischen Strom zu erlauben, nur in einer Richtung zu fließen). Die Umgehungsleitung ist von der Haupt-Kathode-Leitung oder (von) der Haupt-Anode-Leitung abgezweigt (z.B. zweigt die Umgehungsleitung von der Haupt-Kathode-Leitung oder (von) der Haupt-Anode-Leitung ab), welche die Diode hat, und umgeht (z.B. überbrückt) sowohl die Diode als auch das erste Hauptrelais oder das zweite Hauptrelais.
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen: eine Kathode-COD-Leitung, welche von der Haupt-Kathode-Leitung bei einer (z.B. auf einer) Brennstoffzelle-Seite (z.B. brennstoffzellenseitig) mit Bezug auf das erste Hauptrelais abgezweigt ist (z.B. abzweigt), und eine Anode-COD-Leitung, welche von der Haupt-Anode-Leitung bei einer (z.B. auf einer) Brennstoffzelle-Seite (z.B. brennstoffzellenseitig) mit Bezug auf das zweite Hauptrelais abgezweigt ist (z.B. abzweigt), und einen COD-Widerstand, welcher mit jeder von der Kathode-COD-Leitung und der Anode-COD-Leitung verbunden ist, um Leistung zu verbrauchen (z.B. sodass der COD-Widerstand Leistung verbraucht).
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen ein erstes COD-Relais, welches an der Kathode-COD-Leitung oder (an) der Anode-COD-Leitung angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zu unterbrechen oder herzustellen (z.B. sodass es eine elektrische Verbindung unterbricht oder herstellt).
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen ein zweites COD-Relais, welches mit der Kathode-COD-Leitung oder der Anode-COD-Leitung verbunden ist, um das erste COD-Relais zu umgehen (z.B. zu überbrücken), und welches eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zu unterbrechen oder herzustellen, wobei das zweite COD-Relais einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung haben kann, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais.
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen einen Strombegrenzungswiderstand, welcher an der Umgehungsleitung angeordnet ist, um eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen einem vorderen Ende und einem hinteren Ende davon zu bilden, wenn die elektrische Verbindung der Umgehungsleitung erlaubt ist (z.B. hergestellt ist).
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen einen COD-Widerstand, welcher an der Umgehungsleitung angeordnet ist, um Leistung zu verbrauchen (z.B. sodass der COD-Widerstand Leistung verbraucht), wobei das Umgehungsrelais bei einer (z.B. auf einer) Leistungsspeichervorrichtung-Seite der (z.B. leistungsspeichervorrichtungsseitig zur) Umgehungsleitung mit Bezug auf den COD-Widerstand angeordnet sein kann.
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen: eine Verbindungsleitung, welche eingerichtet ist, um die Umgehungsleitung zwischen dem COD-Widerstand und dem Umgehungsrelais mit der Haupt-Kathode-Leitung oder (mit) der Haupt-Anode-Leitung zwischen dem ersten Hauptrelais oder dem zweiten Hauptrelais und der Diode zu verbinden, und ein erstes COD-Relais und ein zweites COD-Relais, welche zwischen dem COD-Widerstand und einem Punkt, bei welchem (z.B. an welchem) die Verbindungsleitung von der Umgehungsleitung abgezweigt ist (z.B. abzweigt), angeordnet sind und parallel zueinander geschaltet sind, um eine elektrische Verbindung zu trennen oder herzustellen, wobei das zweite COD-Relais einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung haben kann, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais.
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner einen Stromsensor aufweisen, welcher zwischen der Brennstoffzelle und einem Punkt, bei welchem (z.B. an welchem) die Umgehungsleitung von der Hauptleitung abgezweigt ist (z.B. abzweigt), angeordnet ist, um einen Strom zu detektieren (z.B. zu erfassen, z.B. zu messen), welcher ausgegeben wird von der oder eingegeben wird in die Brennstoffzelle (z.B. welcher von der Brennstoffzelle ausgegeben wird oder welcher in die Brennstoffzelle eingegeben wird, z.B. welcher von der Brennstoffzelle ausgegeben wird oder welcher in die Brennstoffzelle eingespeist wird, z.B. welcher von der Brennstoffzelle ausgegeben wird oder welcher der Brennstoffzelle zugeführt wird).
  • Das Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen: einen bidirektionalen Konverter, welcher mit der Brennstoffzelle durch die Hauptleitung verbunden ist, und einen Niederspannung-Konverter, welcher zwischen dem bidirektionalen Konverter und der Leistungsspeichervorrichtung angeordnet ist, um Leistung, welche mittels des bidirektionalen Konverters umgewandelt wird, in ein relativ niedriges Potenzial umzuwandeln, wobei die Leistungsspeichervorrichtung eine Niederspannungsbatterie ist, welche mit dem Niederspannung-Konverter verbunden ist und aufgeladen wird mit (dem relativ niedrigen Potenzial) oder Leistung ausgibt (z.B. abgibt) bei dem (z.B. mit dem) relativ niedrigen Potenzial, (wobei) die Hauptleitung eine erste Hauptleitung und eine zweite Hauptleitung aufweist, und (wobei) die Umgehungsleitung von der ersten Hauptleitung abgezweigt ist (z.B. abzweigt) und mit einer ersten Batterieleitung der Niederspannungsbatterie verbunden ist, und (wobei) eine zweite Batterieleitung der Niederspannungsbatterie mit der zweiten Hauptleitung verbunden ist und ein Batterierelais hat, welches eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung der zweiten Batterieleitung zu unterbrechen oder herzustellen.
  • Um den oben beschriebenen Aspekt zu erzielen (z.B. um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, z.B. um das oben beschriebene Problem zu lösen), weist ein Verfahren zum Steuern des Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems (z.B. des oben beschriebenen Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems) auf: Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle mittels Ausschaltens (z.B. Herunterfahrens) der Brennstoffzelle oder mittels Eintretens davon (z.B. der Brennstoffzelle) in einen FC-Stopp-Modus, in einem Zustand, in welchem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle gestoppt ist, Zuführen von Leistung, welche in der Leistungsspeichervorrichtung gespeichert ist, zu der (z.B. in die) Brennstoffzelle, um Kathode-Seite-Wasserstoff (z.B. kathodenseitigen Wasserstoff) auf eine Anode-Seite zu bewegen, und Erzeugen von Leistung durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff-Gas und einem Oxidationsgas in der Brennstoffzelle.
  • Das Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle kann ferner aufweisen Durchführen einer Ausschalten-Steuerung (z.B. einer Herunterfahren-Steuerung) zum Senken (z.B. Verringern) einer Spannung der Brennstoffzelle, wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle mittels des Ausschaltens (z.B. Herunterfahrens) der Brennstoffzelle gestoppt ist. Beim Durchführen der Ausschalten-Steuerung, mittels Schließens des ersten COD-Relais, welches an der COD-Leitung angeordnet ist, welche von der Hauptleitung abgezweigt ist (z.B. abzweigt), wird eine Spannung der Brennstoffzelle auf eine vorkonfigurierte erste Spannung reduziert unter Verwendung des COD-Widerstands der COD-Leitung, wird eine Spannung der Brennstoffzelle auf eine vorkonfigurierte zweite Spannung reduziert, in einem Zustand, in welchem das zweite COD-Relais, welches das erste COD-Relais umgeht (z.B. überbrückt) und einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung hat, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais, geschlossen ist/wird, während des Öffnens des ersten COD-Relais und des ersten Hauptrelais, welches an der Haupt-Kathode-Leitung der Hauptleitung angeordnet ist, und wird das zweite Hauptrelais, welches an der Haupt-Anode-Leitung der Hauptleitung angeordnet ist, in einem Geöffnet-Zustand beibehalten (z.B. gehalten, z.B. belassen).
  • Beim Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoff (z.B. des kathodenseitigen Wasserstoffs) auf die Anode-Seite kann Leistung, welche in der Leistungsspeichervorrichtung gespeichert ist, der Brennstoffzelle zugeführt werden in Intervallen einer (z.B. mit einer) vorkonfigurierten Zeitdauer oder (dann) wenn Leistung der Brennstoffzelle erzeugt wird mittels des Einschaltens (z.B. Hochfahrens) der Brennstoffzelle oder des Aufhebens (z.B. des Beendens, z.B. des Freigebens) des FC-Stopp-Modus.
  • Beim Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoffs (z.B. des kathodenseitigen Wasserstoffs) auf die Anode-Seite ist/wird das Umgehungsrelais geschlossen und der bidirektionale Konverter, welcher zwischen der Brennstoffzelle und der Leistungsspeichervorrichtung angeordnet ist, kann gesteuert werden, um die Leistungsspeichervorrichtung zu entladen.
  • Beim Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoffs (z.B. des kathodenseitigen Wasserstoffs) auf die Anode-Seite kann eine vorkonfigurierte Zeit beibehalten werden in einem Zustand, in welchem eine Spannung der Hauptleitung innerhalb eines vorkonfigurierten Spannungsbereichs ist, oder die Leistungsspeichervorrichtung kann entladen werden, bis ein Integralwert (z.B. ein aufsummierter Wert, z.B. ein integrierter Wert) eines Stroms, welcher entlang der Hauptleitung fließt, eine vorbestimmte Stromgröße (z.B. eine aufintegrierte Strommenge) erreicht.
  • Beim Erzeugen von Leistung kann ein Oxidationsgas der Brennstoffzelle zugeführt werden, (kann) das Umgehungsrelais geöffnet sein/werden und (kann) das erste Hauptrelais, welches an der Haupt-Kathode-Leitung der Hauptleitung angeordnet ist, geschlossen sein/werden.
  • Gemäß dem Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System und dem Steuerungsverfahren dafür gemäß der vorliegenden Offenbarung/Erfindung kann Wasserstoff, welcher auf eine Kathode-Seite übergegangen ist, wieder auf eine Anode-Seite bewegt werden, und daher kann Wasserstoff, welcher in die Luft abgegeben wird, reduziert werden. Daher ist es möglich, die Gefahr einer Verbrennung (z.B. eines Entzündens, z.B. einer Explosion) aufgrund von Wasserstoff-Abgebens zu reduzieren und eine Brennstoff-Effizienz zu verbessern.
  • Figurenliste
  • Die obigen und weitere Aspekte, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung/Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen genommen mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
    • 1 eine Konfiguration eines Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung darstellt,
    • 2 und 3 eine Leistungserzeugung und eine Wasserstoff-Bewegung-Reaktion einer Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung darstellen,
    • 4 einen Zustand einer Luft-Elektrode und einer Wasserstoff-Elektrode gemäß einer Wasserstoff-Bewegung-Reaktion einer Brennstoffzelle in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung darstellt,
    • 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung ist,
    • 6 eine Konfiguration eines Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung darstellt, und
    • 7 eine Konfiguration eines Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Eine spezifische strukturelle oder funktionelle Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung, welche in der Beschreibung oder der Anmeldung offenbart sind, ist nur für den Zweck des Beschreibens der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung/Erfindung gegeben. Daher können die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung/Erfindung in verschiedenen Formen implementiert sein/werden, und die vorliegende Offenbarung/Erfindung sollte nicht aufgefasst werden, als wäre sie beschränkend für die Ausführungsformen, welche in der Beschreibung oder der Anmeldung beschrieben werden.
  • Verschiedene Änderungen und Modifikationen können an den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung/Erfindung gemacht werden und daher werden einzelne Ausführungsformen in den Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung oder der Anmeldung beschrieben. Indes ist zu verstehen, dass Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Offenbarung/Erfindung nicht auf die einzelnen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind, sondern die vorliegende Offenbarung/Erfindung alle Modifikationen, Variationen und Alternativen, welche in den Umfang der vorliegenden Offenbarung/Erfindung fallen, enthält.
  • Obwohl die Begriffe „Ordnungszahlen“, wie zum Beispiel erste/erster/erstes, zweite/zweiter/zweites und dergleichen verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollen die Elemente nicht durch diese Begriffe definiert werden. Die Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden, und daher kann ein erstes Element ein zweites Element genannt werden, während das zweite Element auf ähnliche Weise das erste Element genannt werden kann, ohne von dem Schutzumfang gemäß dem Konzept der vorliegenden Offenbarung/Erfindung abzuweichen.
  • In dem Fall, in dem ein Element als „verbunden“ mit dem oder „angeschlossen“ an das andere(n) Element bezeichnet wird, ist zu verstehen, dass nicht nur das Element direkt verbunden mit oder angeschlossen an das andere(n) Element ist, sondern auch ein weiteres Element dazwischen existieren kann. Im Gegensatz, in dem Fall, in dem eine Komponente als „direkt verbunden“ mit einer oder „direkt angeschlossen“ an eine andere(n) Komponente bezeichnet wird, ist zu verstehen, dass es keine Komponente dazwischen gibt. Die anderen Begriffe zum Beschreiben einer Beziehung zwischen Elementen, d.h. „(da)zwischen“ und „fast (da)zwischen“ oder „benachbart“ und „direkt benachbart“, sollen auf ähnliche Weise zu der obigen Beschreibung interpretiert werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe nur verwendet, um eine einzelne Ausführungsform zu beschreiben und sind nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung/Erfindung zu beschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen dazu gedacht, ebenso die Pluralformen einzuschließen, sofern der Kontext nicht klar etwas anderes angibt. In der Beschreibung ist zu verstehen, dass die Begriffe „aufweisen“ oder „haben“ das Vorliegen eines Merkmals, einer Zahl, eines Schritts, eines Vorgangs, eines Elements, eines Teils oder einer Kombination davon angeben, aber nicht die Anwesenheit oder die Wahrscheinlichkeit des Zusatzes von einem oder mehr anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Teilen oder Kombinationen davon ausschließen.
  • Sofern es nicht anders definiert ist, haben alle Begriffe, die hierin verwendet werden, welche technische Terminologien oder wissenschaftliche Terminologien einschließen, dieselbe Bedeutung wie die, die im Allgemeinen von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem die vorliegende Offenbarung/Erfindung gehört, verstanden wird. Es ist zu interpretieren, dass die Begriffe, welche identisch zu denen sind, die in allgemeinen Wörterbüchern definiert sind, die Bedeutung haben, welche identisch zu der im Kontext der bezogenen Technik ist. Die Begriffe sollen nicht ideal oder exzessiv als eine formale Bedeutung interpretiert wird, sofern es nicht klar in der Beschreibung definiert ist.
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Dieselben Bezugszeichen, welche in den Zeichnungen gezeigt werden, bezeichnen dieselben Elemente.
  • 1 stellt eine Konfiguration eines Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems (z.B. eines Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems) gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung dar.
  • Bezugnehmend auf 1 weist das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung auf eine Brennstoffzelle 10, welche eingerichtet ist, um Leistung zu erzeugen durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff-Gas (z.B. einem Brenngas, z.B. einem zu verbrennenden Gas) und einem Oxidationsgas, Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22, welche eingerichtet sind, um mit Leistung aufgeladen zu werden, welche mittels der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, oder (um) entladen zu werden, um Leistung bereitzustellen, eine Hauptleitung 40, welche eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle 10 mit den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 elektrisch zu verbinden, Hauptrelais 43 und 44, welche an der Hauptleitung 40 angeordnet sind, um eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 10 und den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 zu unterbrechen oder herzustellen, eine Umgehungsleistung (z.B. eine Bypass-Leitung) 50, welche von der Hauptleitung 40 abgezweigt ist (z.B. abzweigt), (welche) die Hauptrelais 43 und 44 umgeht (z.B. überbrückt), und (welche) mit den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 verbunden ist, ein Umgehungsrelais (z.B. ein Bypass-Relais) 51, welches an der Umgehungsleitung 50 angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung der Umgehungsleitung 50 zu unterbrechen oder herzustellen, und eine Steuereinheit 60, welche eingerichtet ist, um die Hauptrelais 43 und 44 oder das Umgehungsrelais 51 zu steuern, sodass die Leistung, welche in den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 gespeichert ist/wird, der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, während die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist.
  • Die Brennstoffzelle 10 erzeugt Leistung mittels einer chemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Insbesondere wird eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC, von engl. „polymer electrolyte fuel cell“) 10 verwendet als eine Antriebsenergie (z.B. eine Antriebsenergiequelle) eines Brennstoffzelle 10-Fahrzeugs (Brennstoffzelle-Elektrofahrzeug (FCEV, von engl. „fuel cell electric vehicle“)), welches mittels eines Elektromotors angetrieben wird.
  • Die Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle 10 wird in Form eines Brennstoffzelle 10-Stapels verwendet, welcher erlangt wird mittels Montierens (z.B. Zusammenbauens) einer Struktur, welche mehrere zehn bis hunderte Einheitszellen, welche wiederholt aufeinander gestapelt werden, und eine Klemmvorrichtung zum Beibehalten eines adäquaten (z.B. angemessenen) Klemmdrucks hat, wobei jede Einheitszelle aufweist eine Membran-Elektrode-Anordnung (MEA, von engl. „membrane electrode assembly“), in welcher eine Elektrode, welche hauptsächlich aus Katalysatorschichten hergestellt ist, an (z.B. auf) welchen eine elektrochemische Reaktion auftritt, an jeder von entgegengesetzten Seiten einer Polymer-Elektrolyt-Membran angebracht ist, durch welche sich Wasserstoff-Ionen (Protonen, H+) bewegen, eine Separationsplatte (Bipolarplatte (BP, von engl. „bipolar plate“)), welche aufweist eine Gasdiffusionsschicht (GDL, von engl. „gas diffusion layer“) zum gleichmäßigen (z.B. gleichförmigen) Verteilen von Reaktionsgasen und einen Durchlass für die Bewegung der Reaktionsgase und eines Kühlmittels, und eine Dichtung zum Sicherstellen der Luftdichtigkeit (z.B. der Luftabgeschlossenheit) der Reaktionsgase und des Kühlmittels.
  • Insbesondere, in der Membran-Elektrode-Anordnung (MEA), in welcher eine direkte elektrochemische Reaktion auftrifft, sind ein Paar von Elektroden mit einer Polymer-Elektrolyt-Membran dazwischen angeordnet. Wasserstoff, welcher als ein Brennstoff-Gas (z.B. ein Brenngas) dient, wird einer Wasserstoff-Elektrode (Anode), welche ein vorbestimmtes Volumen in dem Brennstoffzelle 10-Stapel einnimmt (z.B. besetzt), zugeführt, und Luft, welche Sauerstoff aufweist, welcher als ein Oxidationsgas dient, wird einer Luft-Elektrode (Kathode) zugeführt.
  • Der Wasserstoff, welcher der Wasserstoff-Elektrode zugeführt wird, wird in Wasserstoff-Ionen (Proton, H+) und Elektronen (e-) aufgeteilt (z.B. gespaltet) mittels eines Katalysators in der Wasserstoff-Elektrode, welche an einer Fläche (z.B. auf einer Seite) der Polymer-Elektrolyt-Membran angebracht ist. Nur die Wasserstoff-Ionen durchlaufen selektiv die Polymer-Elektrolyt-Membran, welche eine Kation-Austausch-Membran ist, und bewegen sich dann zu der Luft-Elektrode, welche an der anderen Fläche (z.B. auf der anderen Seite) der Polymer-Elektrolyt-Membran angebracht ist, und zur selben Zeit werden die Elektronen zu der Luft-Elektrode durch eine externen Leitungsdraht (z.B. durch eine externe elektrisch leitende Leitung) übertragen. Eine chemische Reaktion in der Brennstoffzelle 10 wird mittels der folgenden Reaktionsformeln dargestellt.
    [Reaktion in der Wasserstoff-Elektrode] H2 → 2H+ + 2e-
    [Reaktion in der Luft-Elektrode] 1/2*O2(g) + 2H+ + 2e- → H2O(I)
    [Gesamtreaktion] H2(g) + 1/2*O2(g) → H2O(I) + elektrische Energie + thermische Energie
  • Die Brennstoffzelle 10 kann mit einem Antriebssystem 70, wie zum Beispiel einem Elektromotor, einer Hochspannungsbatterie (HV-Batterie, von engl. „high-voltage battery“) 21 und einer Hochspannungs-Nebenanlage (BOPs, von engl. „balance-of-plants“, z.B. Anlagenperipherie) durch die Hauptleitung 40 verbunden sein. Die Hauptleitung 40 kann bei derselben Spannung gehalten werden wie die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10, in dem Zustand, in welchem die Hauptleitung 40 mit der Brennstoffzelle 10 verbunden ist.
  • Die Hauptrelais 43 und 44 können an der Hauptleitung 40 angeordnet sein, um eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 10 und den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 zu unterbrechen oder herzustellen. Insbesondere können die Hauptrelais 43 und 44 zwischen der Brennstoffzelle 10 und dem Antriebssystem 70, der Hochspannungsbatterie 21 und dem Hochspannungs-BOPs angeordnet sein, welche mit der Hauptleitung 40 verbunden sind, um die Brennstoffzelle 10 von der Hauptleitung 40 zu der Zeit des Unterbrechens der elektrischen Verbindung zu trennen.
  • Ferner ist die Brennstoffzelle 10 mit den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 verbunden, welche aufgeladen oder entladen werden können, und die Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 können mit Leistung aufgeladen werden, welche mittels der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, oder können nach außen Leistung zuführen (z.B. bereitstellen, z.B. abgeben), während des Entladens (z.B. Ausgebens) der aufgeladenen (z.B. gespeicherten) Leistung. Hier können die Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 Batterien oder Superkondensatoren sein und können insbesondere eine Hochspannungsbatterie (HV-Batterie) 21 oder eine Niederspannungsbatterie (LV-Batterie, von engl. „low-voltage battery“) 22 sein.
  • Insbesondere ist ein bidirektionaler Konverter 31 (bidirektionaler Hochspannungs-DC-DC-Konverter (BHDC, von engl. „bi-directional high-voltage DC-DC converter“) ferner zwischen der aufladbaren Hochspannungsbatterie 21 und dem Brennstoffzelle 10-Stapel angeordnet.
  • Darüber hinaus weist das Brennstoffzelle 10-System auf eine Brennstoff-Verarbeitung-Leitung (FPL, von engl. „fuel processing line“) zum Zuführen und Abführen von Wasserstoff, welcher dem Brennstoffzelle 10-Stapel als Brennstoff dient, eine Luft-Verarbeitung-Leitung (APL, von engl. „air processing line“) zum Zuführen und Abführen von Luft, welche Sauerstoff aufweist, welcher dem Brennstoffzelle 10-Stapel als ein Oxidationsmittel dient, eine Thermische-Verwaltung-Leitung (TML, von engl. „thermal management line“, z.B. eine Thermische-Steuerung-Leitung) zum Entfernen von Wärme, welche ein Brennstoffzelle 10-Reaktion-Beiprodukt des Brennstoffzelle 10-Stapels ist, aus dem Brennstoffzelle 10-System und (zum) Verwalten (z.B. Steuern) von Wasser in der Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle 10 und eine Nebenanlage (BOPs, von engl. „balance-of-plants“, z.B. Nebenanlagen, z.B. Anlagenperipherie), welche die Brennstoff-Verarbeitung-Leitung, die Luft-Verarbeitung-Leitung und die Thermische-Verwaltung-Leitung bildet (z.B. aufweist).
  • Das Hochspannungs-BOPs des Brennstoffzelle 10-Systems weist auf (z.B. Die Hochspannungs-BOPs des Brennstoffzelle 10-Systems weisen auf) eine Kühlmittel-Stapel-Pumpe (CSP, von engl. „coolant stack pump“), einen Luft-Kompressor (ACP, von engl. „air compressor“) und einen Kühlmittel-Heizer (CHT, von engl. „coolant heater“) 63, welche mit der Hauptleitung 40 via dem bidirektionalen Konverter 31 von der Hochspannungsbatterie 21 oder dem Brennstoffzelle 10-Stapel verbunden sind und mittels einer Hochspannungsquelle betrieben werden.
  • Ferner kann eine Niederspannungselektronik (LV-Elektronik, von engl. „Iowvoltage electronics“, z.B. Niederspannungselektronikkomponenten), welche mittels einer Niederspannungsquelle betrieben wird, mit einer Niederspannungsleitung (LV-Leitung, von engl. „low-voltage line“) verbunden sein, welche die Niederspannungsbatterie (LV-Batterie) 22 für einen normalen Betrieb der LV-Elektronik und einen Betrieb der Steuereinheit 60 mit dem Niederspannung-Konverter (Niederspannung-DC-DC-Konverter (LDC, von engl. „low-voltage DC-DC converter“) 32 verbindet, welcher zwischen der Niederspannungsbatterie 22 und dem bidirektionalen Konverter 31 angeordnet ist und mit der Niederspannungsbatterie 22 verbunden ist.
  • Wasserstoff, welcher ein Brennstoff ist, welcher von einer Wasserstoffspeichervorrichtung zugeführt wird, wird mit einem Nachreaktionsgas gemischt und dann der Brennstoffzelle 10 durch eine Brennstoffrückführvorrichtung, wie zum Beispiel einen Ejektor, in der Brennstoff-Verarbeitung-Leitung zugeführt, wobei das Nachreaktionsgas aufweist nicht-reagierten Wasserstoff, welcher verschieden ist von Wasserstoff, welcher teilgenommen hat an und verwendet wurde in der Brennstoffzelle 10-Reaktion in der Wasserstoff-Elektrode des Brennstoffzelle 10-Stapels, Feuchtigkeit (z.B. Dampf, z.B. Wasserdampf), welche mittels der Brennstoffzelle 10-Reaktion in der Luft-Elektrode des Stapels erzeugt wird und zu der Wasserstoff-Elektrode (hin) durch die Polymer-Elektrolyt-Membran (hindurch) diffundiert (z.B. diffundiert wird), Stickstoff aus der Luft, welche der Luft-Elektrode mittels des Luft-Kompressors zugeführt wird und hauptsächlich Sauerstoff und den Stickstoff aufweist, welcher in der Luft-Elektrode verbleibt, ohne an der Brennstoffzelle 10-Reaktion teilzunehmen, und von der Luft-Elektrode zu der Wasserstoff-Elektrode (hin) durch die Polymer-Elektrolyt-Membran (hindurch) diffundiert (z.B. diffundiert wird).
  • Wenn Feuchtigkeit (z.B. Feuchtigkeit in einem Brennstoff-Gas), welche in der Brennstoff-Verarbeitung-Leitung vorhanden ist, als Tropfen kondensiert wird, während ein Brennstoff-Gas mittels der Brennstoffrückführvorrichtung, wie zum Beispiel einem Ejektor, zirkuliert wird, (dann) wird die Feuchtigkeit als flüssiges Wasser mittels einer Wasserfalle (FWT, von engl. „water trap“) gesammelt. Wenn das flüssige Wasser (z.B. die Menge an flüssigem Wasser) gleich oder mehr als eine vorbestimmte Menge wird, (dann) schaltet ein Ablassventil (FDV), welches mit der Wasserfalle verbunden ist, von einem Geschlossen-Zustand in einen Offen-Zustand für eine vorbestimmte Zeit (z.B. eine vorbestimmte Zeit lang), sodass das flüssige Wasser zu der Luft-Verarbeitung-Leitung ausgegeben und aus (z.B. von) der Brennstoff-Verarbeitung-Leitung entfernt wird.
  • Ein Spülventil (FPV) (z.B. ein Säuberungsventil, z.B. ein Entleerungsventil) ist in einem Geschlossen-Zustand, während die Brennstoffzelle 10 in einem Normal-Zustand betrieben wird. In diesem Fall, weil die Menge an Wasserstoff, welcher mittels einer Brennstoffzelle 10-Reaktion verbraucht wird, zunimmt, nimmt die Konzentration an Wasserstoff, welcher in der Wasserstoff-Elektrode vorhanden ist, allmählich (z.B. sukzessive) ab. Wenn die Konzentration an Wasserstoff, welcher in der Wasserstoff-Elektrode vorhanden ist, gleich oder geringer als ein vorbestimmtes Niveau wird, (dann) wird die Spannung des Brennstoffzelle 10-Stapel-Ausgang-Anschlusses niedriger, verglichen damit, wenn die Konzentration an Wasserstoff, welcher in der Wasserstoff-Elektrode vorhanden ist, unter derselben Lastbedingung gleich oder höher als das vorbestimmte Niveau ist. Daher ist es notwendig, neuen Wasserstoff in die Wasserstoff-Elektrode des Brennstoffzelle 10-Stapels einzubringen (z.B. einzuführen), um die Konzentration an Wasserstoff, welcher in der Wasserstoff-Elektrode vorhanden ist, auf dem vorbestimmten Niveau oder höher zu halten (z.B. beizubehalten).
  • Dazu schaltet das Spülventil (FPV) von dem Geschlossen-Zustand in einen Offen-Zustand für eine vorbestimmte Zeit (z.B. eine vorbestimmte Zeit lang), wird ein Teil eines Nachreaktionsgases der Wasserstoff-Elektrode des Brennstoffzelle 10-Stapels in die Luft-Verarbeitung-Leitung abgegeben (z.B. ausgegeben) und wird aus (z.B. von) der Brennstoff-Verarbeitung-Leitung entfernt, und wird eine äquivalente Menge an neuem Wasserstoff wie das Volumen des abgegebenen (z.B. ausgegebenen) Nachreaktion-Brennstoff-Gases in die Wasserstoff-Elektrode des Brennstoffzelle 10-Stapels eingebracht (z.B. eingeführt).
  • Der Teil des Nachreaktion-Brennstoff-Gases, welcher an die Luft-Verarbeitung-Leitung abgegeben wird, wird mit Nachreaktion-Luft gemischt und dann nach außen abgegeben (z.B. ausgegeben), wobei die Nachreaktion-Luft aufweist Stickstoff und Nachreaktion-Sauerstoff, welcher verschieden ist von dem Sauerstoff, welcher an der Brennstoffzelle 10-Reaktion teilnimmt aus (z.B. von) der Luft, welche mittels des Luft-Kompressors der Luft-Elektrode des Brennstoffzelle 10-Stapels für die Brennstoffzelle 10-Reaktion zugeführt wird, und Feuchtigkeit (z.B. Dampf), welche ein Beiprodukt der Brennstoffzelle 10-Reaktion ist.
  • Luft, welche mittels eines Luft-Kompressors zuzuführen ist, wird exzessiv (z.B. übermäßig, z.B. mehr als erforderlich) zugeführt, sodass die Konzentration an Wasserstoff in einem Gas, welches wie oben beschrieben nach außen abgegeben (z.B. ausgegeben) wird, kein solches Niveau erreicht, um gefährlich zu werden (z.B. kein solches Niveau erreicht, bei welchem es gefährlich werden würde). Ferner, eine Zeit, während welcher das Spülventil (FPV) offen (z.B. geöffnet) bleibt, wird reduziert entsprechend (z.B. in Proportion) zu der Menge an Luft, welche mittels des Luft-Kompressors zugeführt wird, wodurch verhindert wird, dass die Wasserstoff-Konzentration des Gases, welches nach außen abgegeben wird, ein solches Niveau erreicht, um gefährlich zu werden (z.B. ein solches Niveau erreicht, bei welchem es gefährlich werden würde), sogar wenn ein Gas, welches zu dem Teil des Nachreaktion-Brennstoff-Gases, welches zu der Luft-Verarbeitung-Leitung abgegeben wird, korrespondiert, hinzugefügt wird.
  • Im Einzelnen, die Wasserstoff-Konzentration, welche zu so einem Niveau, um gefährlich zu werden, korrespondiert, wird mittels Vorschriften festgesetzt (z.B. bestimmt, z.B. vorgeschrieben), und die Wasserstoff-Konzentration, welche mittels der Vorschriften festgesetzt ist, kann zum Beispiel definiert sein, als ein Maximum von 8% zu sein und gleich oder kleiner als ein Drei-Sekunden-Durchschnitt von 4% (zu sein).
  • Wenn die Brennstoffzelle 10 in einen Stopp-Modus eintritt, in welchem ein normaler Betrieb davon zum Erzeugen von Leistung beendet ist/wird, (dann) wird ein Betrieb des Luft-Kompressors gestoppt und daher wird das Einbringen (z.B. Einführen, z.B. Einbringen) von Luft gestoppt. Ferner, in einem Zustand, in welchem ein Luft-Absperrventil (ACV, von engl. „air cut-off valve“), ein Ablassventil (FDV) und das Spülventil (FPV) geschlossen sind, nimmt (z.B. sinkt) die Spannung des Stapels auf ein Erdungsspannung-Niveau (z.B. ein Massespannung-Niveau, z.B. ein Grundspannung-Niveau) ab und daher verbleiben eine geringe Menge an reagiertem Sauerstoff, Stickstoff und Wasser bei (z.B. an) der Luft-Elektrode. Darüber hinaus, nachdem das Luft-Absperrventil (ACV) geschlossen ist/wird, kann ein Wasserstoff-Zuführventil (FSV) zum Zuführen von Wasserstoff zu einer Wasserstoff-Verarbeitung-Leitung ebenso geschlossen sein/werden.
  • In einem Lager-Zustand, in welchem der Stopp-Modus beibehalten wird, werden die Wasserstoff-Elektrode und die Luft-Elektrode des Stapels gelagert, während sie elektrisch miteinander durch den COD-Widerstand verbunden sind, welcher in dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 eingebettet (z.B. enthalten) ist, und die geringe Menge an Sauerstoff, welche in der Luft-Elektrode verbleibt, wird vollständig entfernt und gleichzeitig diffundiert Wasserstoff von reagierten Gasen (z.B. wird Wasserstoff von reagierten Gasen diffundiert), welcher in der Wasserstoff-Elektrode verbleibt, zu der Luft-Elektrode mittels eines Übergehens (z.B. einer Überleitung, eines Übergangs, z.B. einer Überführung, z.B. eines Kreuzens) durch die Polymer-Elektrolyt-Membran und kommt näher an einen Gleichgewichtszustand (z.B. und nähert sich einem Gleichgewichtszustand an), wenn die Lagerzeit länger wird.
  • Während des Wiederstarten-Vorgangs, um die Brennstoffzelle 10 zu veranlassen, in einen normalen Betriebszustand einzutreten und wieder Leistung zu erzeugen, ist/wird das Luftabsperrventil (ACV) geöffnet und der Luft-Kompressor arbeitet, um der Luft-Elektrode des Brennstoffzelle 10-Stapels Luft zuzuführen. Hierbei weist der Wiederstarten-Vorgang (z.B. der Wiederstarten-Schritt) einen Zeitraum auf, in welchem eine geringe Menge an Wasserstoff, welche in der Luft-Elektrode innerhalb des Stapels verbleibt, während die Stapelspannung erhöht wird, während der Wasserstoff, welcher durch die Polymer-Elektrolyt-Elektrode aus (z.B. von) dem Lagerzustand übergegangen ist und zu der Luft-Elektrode diffundiert ist (z.B. diffundiert) wurde, nach außen abgegeben wird, mit Sauerstoff in der Luft koexistiert, welche mittels des Luft-Kompressors zugeführt wird. Je größer die Menge an Luft ist, welche der Luft-Elektrode in dem Stapel durch den Luft-Kompressor zugeführt wird, desto kürzer ist der oben beschriebene Zeitraum.
  • Der FC-Stopp-Modus ist ein Ruhezustand, in welchem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 temporär gestoppt ist/wird in einem Einschalten-Zustand (z.B. in einem Anlaufzustand, z.B. in einem Inbetriebnahme-Zustand). In diesem Modus ist/wird der Betrieb des Luft-Kompressors gestoppt, bis ein gestopptes Fahrzeug ein Beschleunigungssignal erhält und wieder startet. Indes, wenn das Fahrzeug beginnt, wieder zu fahren, (dann) wartet das Luftabsperrventil (ACV) auf eine schnelle Antwort (z.B. Reaktion) des Brennstoffzelle 10-Systems, in dem Geöffnet-Zustand und in dem Zustand, in welchem eine vorbestimmte Stapelspannung sichergestellt (z.B. gewährleistet) ist/wird.
  • Insbesondere ist es möglich, (dann) in den FC-Stopp-Modus einzutreten, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gleich oder geringer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, oder (dann), wenn die erforderliche Leistung der Brennstoffzelle 10 gleich oder geringer als eine vorbestimmte Leistung ist und der Ladezustand (SOC, von engl. „state-of-charge“, z.B. der Aufladezustand) der Hochspannungsbatterie 21 gleich oder größer als ein vorbestimmter SOC ist.
  • Sogar in dem FC-Stopp-Modus nimmt die Wasserstoff-Konzentration in der Luft-Elektrode zu, aufgrund eines Wasserstoff-Übergang-Phänomens (z.B. eines Wasserstoff-Kreuzen-Phänomens, z.B. eines Wasserstoff-Crossover-Phänomens), in welchem Wasserstoff der Wasserstoff-Elektrode zu der Luft-Elektrode durch die Polymer-Elektrolyt-Membran diffundiert wird (z.B. diffundiert). Insbesondere, um den Wasserstoff in der Luft-Elektrode nach außen (hin) abzugeben, um keine Sicherheitsprobleme zu verursachen, wird der der Luft-Kompressor periodisch und wiederholt für eine vorbestimmte Zeit (z.B. eine vorbestimmte Zeit lang) betrieben, um den Wasserstoff in der Luft-Elektrode aus dem Stapel (heraus) zu entfernen.
  • Reaktionsgase der Wasserstoff-Elektrode und der Luft-Elektrode, welche vorbestimmte Volumina in dem Brennstoffzelle 10-Stapel für ein Fahrzeug belegen, werden ausgegeben mittels Öffnens und Schließens des Luftabsperrventils (ACV), des Ablassventils (FDV) und des Spülventils (FPV).
  • In einem Normal-Zustand der Brennstoffzelle 10 kann die Wasserstoff-Konzentration eines Gases, welches nach außen (hin) abgegeben wird, während der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 oder eines Neustarts (z.B. eines Wiederstarts) nach dem Stoppen davon, einen normalen Bereich erfüllen (z.B. einem normalen Bereich genügen). Indes, wenn ein Teil der Polymer-Elektrolyt-Membran, welche in der Brennstoffzelle 10 enthalten ist, verschlissen (z.B. gerissen) oder degradiert ist mittels der langen Verwendung der Brennstoffzelle 10, (dann) ist die Menge an Wasserstoff, welcher zu der Luft-Elektrode (hin) übergeht, signifikant erhöht, und daher kann die Wasserstoff-Konzentration eines Gases, welches nach außen abgegeben wird, zu der Zeit des Neustarts oder des FC-Stopp-Modus-Aufhebens auf ein solches Niveau zunehmen, um gefährlich zu werden (z.B. auf ein solches Niveau zunehmen, dass es gefährlich wird).
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, kann die Steuereinheit 60 die Hauptrelais 43 und 44 oder das Umgehungsrelais 51 steuern, sodass Leistung, welche in den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 gespeichert ist, der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, während die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist.
  • Die Steuereinheit 60 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung kann implementiert sein durch einen nichtflüchtigen Speicher (nicht gezeigt), welcher eingerichtet ist, um einen Algorithmus, welcher eingerichtet ist, um Vorgänge (z.B. Betätigungen, z.B. Schritte) von verschiedenen Komponenten eines Fahrzeugs zu steuern, oder Daten, welche Softwareanweisungen zum Reproduzieren des Algorithmus betreffen, zu speichern, und einen Prozessor (nicht gezeigt), welcher eingerichtet ist, um unten beschriebene Vorgänge (z.B. Betätigungen, z.B. Schritte) unter Verwendung der Daten, welche in dem Speicher gespeichert sind, durchzuführen. Hier können der Speicher und der Prozessor als individuelle Chips implementiert sein. Alternativ können der Speicher und der Prozessor als ein einzelner Chip implementiert sein, in welchem der Speicher und der Prozessor miteinander integriert sind. Der Prozessor kann die Form von einem oder mehreren Prozessoren annehmen (z.B. haben).
  • Insbesondere ist die Umgehungsleitung 50 von der Hauptleitung 40 abgezweigt (z.B. zweigt die Umgehungsleitung 50 von der Hauptleitung 40 ab) und ist mit den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 verbunden, wobei, weil die Hauptleitung 40 die Hauptrelais 43 und 44 umgeht (z.B. überbrückt), die Hauptleitung 40 die Brennstoffzelle 10 mit den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 elektrisch verbinden kann, sogar (dann), wenn die Hauptrelais 43 und 44 geöffnet sind.
  • Das Umgehungsrelais 51 kann an der Umgehungsleitung 50 angeordnet sein, um eine Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 10 und den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 durch die Umgehungsleitung 50 herzustellen oder zu unterbrechen.
  • FIGEN. 2 und 3 stellen die Leistungserzeugung und die Wasserstoff-Bewegung-Reaktion der Brennstoffzelle 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung dar.
  • Bezugnehmend auf FIGEN. 2 und 3, wenn eine Spannungsdifferenz erzeugt wird mittels Energie, welche der Brennstoffzelle 10 von außen zugeführt wird, (dann) wird ein Potenzial in der Brennstoffzelle 10 erzeugt. Daher bewegen sich Wasserstoff-Ionen (Protonen, H+), welche während der Oxidation von Wasserstoff erzeugt werden, durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran und werden dann als neuer molekularer Wasserstoff rekombiniert. Diese Reaktion wird als eine elektrochemische Wasserstoff-Pumpen(EHP, von engl. „electrochemical hydrogen pumping“)-Reaktion bezeichnet.
  • Insbesondere ist die Brennstoffzelle 10 ein Typ von galvanischer Zelle, in welcher eine Spannungsdifferenz mittels einer spontanen Reaktion einer Oxidations-Reduktions-Reaktion erzeugt wird, um es Elektrizität zu erlauben (z.B. zu ermöglichen), zu fließen. Daher können in der Wasserstoff-Elektrode und der Luft-Elektrode eine positive Elektrode (Plus-Elektrode) oder eine negative Elektrode (Minus-Elektrode) elektrisch dargestellt (z.B. verkörpert) sein, um sich miteinander abzuwechseln (z.B. sodass sie sich miteinander abwechseln).
  • Es gibt keine Änderung der elektrischen Polarität der Wasserstoff-Elektrode und der Luft-Elektrode der Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle 10, nicht nur (nicht) in der Brennstoffzelle 10-Reaktion zum Erzeugen von Leistung, dargestellt in 2, sondern auch (nicht) in der EHP-Reaktion, in welcher Leistung mittels einer Leistungsquelle verbraucht wird, dargestellt in 3.
  • Das heißt, weil die Polarität von elektrischen Leistungskomponenten (z.B. von Elektrische-Leistung-Komponenten), welche mit der Brennstoffzelle 10 verbunden sind, sowohl in der Brennstoffzelle 10-Reaktion als auch in der EHP-Reaktion nicht verändert ist/wird, können die Komponenten des Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems verwendet werden, wie sie sind.
  • In Bezug auf die Stromflussrichtung zwischen dem Brennstoffzelle 10-Stapel und dem bidirektionalen Konverter 31 sowie zwischen dem Brennstoffzelle 10-Stapel und einem Inverter (z.B. Wechselrichter) 71 sind in dem Leistungserzeugungsvorgang des Erzeugens von Leistung und dem EHP-Vorgang des Verbrauchens von Leistung Stromflussrichtungen zu dem Brennstoffzelle 10-Stapel (hin) entgegengesetzt zueinander wie Stromflussrichtungen beim Aufladen und Entladen der Hochspannungsbatterie 21 entgegengesetzt zueinander sind. Das heißt, in dem Fall des Erzeugens von Leistung dient der Brennstoffzelle 10-Stapel als eine Leistungsquelle und in dem Fall des EHP dient der Brennstoffzelle 10-Stapel als ein Widerstand mittels (z.B. mit) einer separaten Leistungsquelle. In dieser Hinsicht ist/wird die Polarität nicht einmal (dann) verändert, wenn die Stromflussrichtung umgekehrt ist/wird.
  • Ferner, auf der Basis einer Eigenschaft (z.B. eines Charakteristikums) der Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle 10, in welcher die Bewegung von Wasserstoff-Ionen (Protonen, H+) von der Menge und Verteilung von Feuchtigkeit (z.B. Dampf) in der Elektrolyt-Membran beeinflusst wird, erreicht die Stromfluss-Menge (z.B. die Stromfluss-Stärke, z.B. die Stromstärke) den Maximalwert und nimmt dann in einer Situation ab, in welcher Feuchtigkeit (z.B. Dampf) nicht von dem Äußeren des Brennstoffzelle 10-Stapels zugeführt wird (z.B. in welcher Feuchtigkeit dem Brennstoffzelle 10-Stapel nicht von außen (her) zugeführt wird).
  • 4 stellt einen Zustand einer Luft-Elektrode und einer Wasserstoff-Elektrode gemäß einer Wasserstoff-Bewegung-Reaktion der Brennstoffzelle 10 in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung dar.
  • Wie in 4 dargestellt, als ein Ergebnis des Durchführens einer EHP-Steuerung während die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist/wird, ist/wird die Wasserstoff-Konzentration der Luft-Elektrode signifikant reduziert. Insbesondere ist eine experimentelle Bedingung ein Anlegen von einer Spannung von 370 V an die Brennstoffzelle 10 durch die Hochspannungsbatterie 21. Es ist möglich, einen Effekt zu identifizieren, in welchem mehr als die Hälfte der Wasserstoff-Konzentration der Luft-Elektrode reduziert ist/wird, sogar wenn die EHP-Steuerung nur für drei Sekunden (z.B. nur drei Sekunden lang) beibehalten wird.
  • Ferner, in dem Fall der Wasserstoff-Elektrode kann identifiziert werden, dass ein Druck nach der EHP-Steuerung höher wird als vor der EHP-Steuerung. Daher kann identifiziert werden, dass sich Wasserstoff von der Luft-Elektrode zu der Wasserstoff-Elektrode (hin) bewegt. Im Einzelnen kann die Brennstoffeffizienz ebenso erhöht werden mittels Sammelns von Wasserstoff, um aufgeladen zu werden (z.B. welcher aufzuladen ist).
  • Insbesondere, bezugnehmend auf 1, kann die Hauptleitung 40 aufweisen: eine Haupt-Kathode-Leitung 41, welche eingerichtet ist, um eine Kathode der Brennstoffzelle 10 mit Kathoden (z.B. mit einer jeweiligen Kathode) der Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 zu verbinden, und eine Haupt-Anode-Leitung 42, welche eingerichtet ist, um eine Anode der Brennstoffzelle 10 mit Anoden (z.B. mit einer jeweiligen Anode) der Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 zu verbinden. Die Hauptrelais 43 und 44 können aufweisen ein erstes Hauptrelais 43, welches an der Haupt-Kathode-Leitung 41 angeordnet ist, und ein zweites Hauptrelais 44, welches an der Haupt-Anode-Leitung 42 angeordnet ist.
  • Die Haupt-Kathode-Leitung 41 kann die Kathode der Brennstoffzelle 10 mit den Kathoden der Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 verbinden (insbesondere, (mit) einer positiven Elektrode des bidirektionalen Konverters 31), und die Haupt-Anode-Leitung 42 kann die Anode der Brennstoffzelle 10 mit den Anoden der Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 verbinden (insbesondere, (mit) einer negativen Elektrode des bidirektionalen Konverters 31).
  • Das erste Hauptrelais 43 ist an der Haupt-Kathode-Leitung 41 angeordnet und das zweite Hauptrelais 44 ist an der Haupt-Anode-Leitung 42 angeordnet. Das erste Hauptrelais 43 und das zweite Hauptrelais 44 können in zugeordneter Weise eine Verbindung der Haupt-Kathode-Leitung 41 und eine Verbindung der Haupt-Anode-Leitung 42 herstellen oder unterbrechen.
  • Mindestens eine von der Haupt-Kathode-Leitung 41 oder der Haupt-Anode-Leitung 42 hat eine Diode 45, welche eingerichtet ist, um einen elektrischen Strom nur in einer Richtung zu erlauben (z.B. um es einem elektrischen Strom zu erlauben, nur in eine Richtung zu fließen). Die Umgehungsleitung 50 kann von der Haupt-Kathode-Leitung 41 oder der Haupt-Anode-Leitung 42, welche die Anode hat, abgezweigt sein (z.B. abzweigen) und kann sowohl die Diode 45 als auch das erste Hauptrelais 43 oder das zweite Hauptrelais 44 umgehen (z.B. überbrücken).
  • Die Diode 45 ist an der Haupt-Kathode-Leitung 41 angeordnet und kann eine Stromausgabe nur von der Brennstoffzelle 10 zu der Haupt-Kathode-Leitung 41 (hin) erlauben (z.B. kann die Diode 45 erlauben, dass ein Strom nur von der Brennstoffzelle 10 zu der Haupt-Kathode-Leitung 41 (hin) ausgegeben wird). Daher kann verhindert werden, dass ein umgekehrter Strom in die Brennstoffzelle 10 (hinein) eingebracht wird.
  • Die Umgehungsleitung 50 kann von der Haupt-Kathode-Leitung 41 abgezweigt sein (z.B. abzweigen) bei (z.B. auf) einer Brennstoffzelle 10-Seite (z.B. brennstoffzellenseitig) mit Bezug auf die Diode 45. Daher kann die Umgehungsleitung 50 sowohl das erste Hauptrelais 43 als auch die Diode 45 umgehen (z.B. überbrücken), und ein Strom kann von der Hochspannungsbatterie 21 zu der Brennstoffzelle 10 (hin) via der Umgehungsleitung 50 fließen.
  • Das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen: eine Kathode-COD-Leitung 61, welche von der Haupt-Kathode-Leitung 41 bei (z.B. auf) der Brennstoffzelle 10-Seite (z.B. brennstoffzellenseitig) mit Bezug auf das erste Hauptrelais 43 abgezweigt ist (z.B. abzweigt), eine Anode-COD-Leitung 62, welche von der Haupt-Anode-Leitung 42 bei (z.B. auf) der Brennstoffzelle 10-Seite (z.B. brennstoffzellenseitig) mit Bezug auf das zweite Hauptrelais 44 abgezweigt ist (z.B. abzweigt), und einen COD-Widerstand, welcher in dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 eingebettet (z.B. integriert, z.B. enthalten) ist, aber nicht spezifisch gezeigt ist, und welcher mit jeder von der Kathode-COD-Leitung 61 und der Anode-COD-Leitung 62 verbunden ist, um Leistung zu verbrauchen.
  • Der COD-Widerstand kann mit dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 verbunden sein und kann in Kühlwasser getaucht (z.B. eingetaucht) sein zum Kühlen der Brennstoffzelle 10. Der COD-Widerstand kann Leistung verbrauchen, um Wärme zu erzeugen, und kann mittels der Zirkulation oder des Flusses des Kühlwassers gekühlt werden. Der COD-Widerstand ist eingerichtet, um Leistung der Brennstoffzelle 10 zu verbrauchen, um die Spannung der Brennstoffzelle 10 schnell (z.B. zügig) zu reduzieren.
  • Der COD-Widerstand kann mit der Haupt-Kathode-Leitung 41 via der Kathode-COD-Leitung 61 verbunden sein. Insbesondere kann der COD-Widerstand mit der Haupt-Kathode-Leitung 41 in (z.B. an) einer Position zwischen der Diode 45 und dem ersten Hauptrelais 43 verbunden sein. Ferner kann der COD-Widerstand mit der Haupt-Anode-Leitung 42 via der Anode-COD-Leitung 62 verbunden sein. Insbesondere kann die Anode-COD-Leitung 62 mit der Haupt-Anode-Leitung 42 eher bei (z.B. auf) der Brennstoffzelle 10-Seite (z.B. brennstoffzellenseitig) als bei (z.B. auf) einer Zweites-Hauptrelais 44-Seite verbunden sein.
  • Daher kann der COD-Widerstand die Spannung der Brennstoffzelle 10 schnell reduzieren mittels Verbrauchens von Leistung der Brennstoffzelle 10, sogar wenn sowohl das erste Hauptrelais 43 als auch das zweite Hauptrelais 44 offen/geöffnet sind.
  • Das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System kann ferner ein erstes COD-Relais 64 aufweisen, welches an der Kathode-COD-Leitung 61 oder der Anode-COD-Leitung 62 angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zu unterbrechen oder herzustellen.
  • Das erste COD-Relais 64 kann an der Kathode-COD-Leitung 61 angeordnet sein, um die Verbindung zwischen dem COD-Widerstand und der Haupt-Kathode-Leitung 41 herzustellen oder zu unterbrechen. Das erste COD-Relais 62 ist ein Normalgeöffnet-Typ, welcher im Allgemeinen einen Geöffnet-Zustand beibehält, und kann gesteuert werden, um geschlossen zu sein/werden, um (dann) eine elektrische Verbindung herzustellen.
  • Das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System kann ferner ein zweites COD-Relais 65 aufweisen, welches mit der Kathode-COD-Leitung 61 oder der Anode-COD-Leitung 62 verbunden ist, um das erste COD-Relais 64 zu umgehen (z.B. zu überbrücken), und welches eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zu trennen oder herzustellen, wobei das zweite COD-Relais 65 einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung haben kann, welche relativ geringer sind als die des ersten COD-Relais 64.
  • Im Gegensatz zu dem ersten COD-Relais 64 ist ein zweites COD-Relais 65 ein Normal-geschlossen-Typ, welcher im Allgemeinen einen Geschlossen-Zustand beibehält, und kann gesteuert werden, um geöffnet zu sein/werden, um (dann) eine elektrische Verbindung zu unterbrechen. Das heißt, wenn es keine Steuerung gibt, wie in einem Ausgeschaltet-Zustand der Brennstoffzelle 10, (dann) kann das zweite COD-Relais 65 geschlossen sein/werden, um (dann) eine elektrische Verbindung herzustellen.
  • In anderen Worten können das zweite COD-Relais 65 und das erste COD-Relais 64 an der Kathode-COD-Leitung 61 parallel zueinander geschaltet sein. Sogar wenn nur eines von dem ersten COD-Relais 64 und dem COD-Relais 65 geschlossen ist, ist der COD-Widerstand mit der Haupt-Kathode-Leitung 41 verbunden, um es einem Strom zu erlauben, zu fließen.
  • Insbesondere kann das zweite COD-Relais 65 einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung haben, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais 64. Daher kann die Geschwindigkeit des Leistungsverbrauchs oder der Spannungsreduktion der Brennstoffzelle 10 in dem Zustand, in welchem nur das erste COD-Relais 64 geschlossen ist, höher sein als in dem Zustand, in welchem nur das zweite COD-Relais 65 geschlossen ist.
  • Das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System kann ferner einen Strombegrenzungswiderstand 52 aufweisen, welcher an der Umgehungsleitung 50 angeordnet ist, um eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen einem vorderen Ende und einem hinteren Ende davon zu erzeugen, wenn die elektrische Verbindung der Umgehungsleitung 50 erlaubt (z.B. hergestellt) ist.
  • Der Strombegrenzungswiderstand 52 ist eingerichtet, um einen Einschaltstrom zu begrenzen, welcher ein Strom ist, der schnell durch die Umgehungsleitung 50 ansteigt, wenn das Umgehungsrelais 51 geschlossen wird/ist. Der Strombegrenzungswiderstand 52 kann ein Widerstand, ein NTC-Thermistor, etc. sein.
  • Weil der Widerstand (z.B. der Widerstandswert) des Strombegrenzungswiderstand 52 entsprechend (z.B. in Proportion zu) der Zeit sein kann, welche erforderlich ist zum Beibehalten einer EHP-Reaktion, ist der Strombegrenzungswiderstand 52 eingerichtet, um einen adäquaten Widerstand (z.B. einen adäquaten Widerstandswert) unter Berücksichtigung der Zeit, die für das Einschalten der Brennstoffzelle 10 erforderlich ist, zu haben. Zum Beispiel kann der Strombegrenzungswiderstand 52 ein 18,5 Ohm (Ω) Widerstand sein und kann ein Metall-Umhüllung-Widerstand (z.B. ein mit Metall umhüllter Widerstand, z.B. ein von Metall umgebener Widerstand) sein, an welchem eine Wärmeabstrahlungsplatte zum Entfernen von Widerstandswärme (z.B. von Ohm'scher Wärme) angebracht ist.
  • Der Strombegrenzungswiderstand 52 kann eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende davon bilden, um eine Spannung zu reduzieren, welche an die Brennstoffzelle 10 mittels der Hochspannungsbatterie 21 angelegt ist, und (um) dadurch (zu) verhindern, dass ein Einschaltstrom in der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird.
  • Das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System kann ferner einen Stromsensor 46 aufweisen, welcher zwischen der Brennstoffzelle 10 und einem Punkt, bei (z.B. an) welchem die Umgehungsleitung 50 von der Hauptleitung 40 abgezweigt ist (z.B. abzweigt), angeordnet ist, um einen Strom zu detektieren, welcher ausgegeben wird von der oder eingebracht (z.B. eingegeben) wird in die Brennstoffzelle 10.
  • Insbesondere kann der Stromsensor 46 einen Strom detektieren, welcher von der Brennstoffzelle 10 während der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 ausgegeben wird. Ferner kann der Stromsensor 46 einen Strom detektieren, welcher in die Brennstoffzelle 10 während der EHP-Reaktion der Brennstoffzelle 10 eingebracht (z.B. eingegeben) wird.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 5 weist das Verfahren zum Steuern des Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems (z.B. des oben beschriebenen Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung auf: Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 mittels Ausschaltens der Brennstoffzelle 10 oder mittels Eintretens davon (z.B. der Brennstoffzelle 10) in einen FC-Stopp-Modus (S200), in einem Zustand, in welchem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist/wird, Zuführen von Leistung, welche in den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 gespeichert ist, zu der Brennstoffzelle 10, um Kathode-Seite-Wasserstoff (z.B. kathodenseitigen Wasserstoff) zu einer (z.B. auf eine) Anode-Seite zu bewegen, (S300) und Erzeugen von Leistung durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff-Gas und einem Oxidationsgas in der Brennstoffzelle 10 (S400).
  • Vor dem Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 (S200) kann das Verfahren ferner aufweisen ein normales Erzeugen von Leistung in der Brennstoffzelle 10 (S100). Bei dem normalen Erzeugen von Leistung in der Brennstoffzelle 10 (S100) kann der Brennstoffzelle 10 ein Brennstoff-Gas und ein Oxidationsgas zugeführt werden und kann die Brennstoffzelle 10 Leistung erzeugen mittels einer chemischen Reaktion dazwischen (z.B. zwischen dem Brennstoff-Gas und dem Oxidationsgas) in der Brennstoffzelle 10.
  • Beim Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 (S200) kann die Leistungserzeugung gestoppt werden mittels einer Eingabe eines Ausschaltsignals für die Brennstoffzelle 10 (S210). Wenn die Leistungserzeugung mittels des Ausschaltens gestoppt wird, (dann) kann eine Ausschalten-Steuerung zum Reduzieren der Spannung der Brennstoffzelle 10 während des Entfernens von Sauerstoff in der Brennstoffzelle 10 durchgeführt werden (S230).
  • Ferner, beim Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 (S200) kann die Brennstoffzelle 10 in einen FC-Stopp-Modus eintreten, in welchem die Leistungserzeugung temporär (z.B. zeitweise, z.B. vorübergehend) gestoppt ist/wird, während eines Einschaltens (z.B. Hochfahrens, z.B. Anlaufen-Lassens, z.B. Inbetriebnehmens) der Brennstoffzelle 10 (S220). In dem Fall des Eintretens in den FC-Stopp-Modus kann nur Luft, welche der Brennstoffzelle 10 zuzuführen ist, abgestellt (z.B. abgeschnitten) sein/werden.
  • Das Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 (S200) kann ferner aufweisen das Durchführen einer Ausschalten-Steuerung zum Reduzieren der Spannung der Brennstoffzelle 10 (S230), wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 mittels des Ausschaltens der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist/wird (S210).
  • Beim Durchführen der Ausschalten-Steuerung (S230), mittels Schließens des ersten COD-Relais 64, welches an der COD-Leitung angeordnet ist, welche von der Hauptleitung 40 abgezweigt ist (z.B. abzweigt), kann die Spannung der Brennstoffzelle 10 auf eine vorkonfigurierte erste Spannung reduziert werden unter Verwendung des COD-Widerstands der COD-Leitung, kann die Spannung der Brennstoffzelle 10 auf eine vorkonfigurierte zweite Spannung reduziert sein/werden, in einem Zustand, in welchem das zweite COD-Relais 65, welches das erste COD-Relais 64 umgeht (z.B. überbrückt) und einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung hat, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais 64, geschlossen ist, während des Öffnens des ersten COD-Relais 64 und des ersten Hauptrelais 43, welches an der Haupt-Kathode-Leitung 41 angeordnet ist, und das zweite Hauptrelais 44, welches an der Haupt-Anode-Leitung 42 der Hauptleitung 40 angeordnet ist, kann in einem Geöffnet-Zustand beibehalten (z.B. belassen) werden.
  • Beim Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoffs (z.B. des kathodenseitigen Wasserstoffs) auf die Anode-Seite (S300) kann Leistung, welche in den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 gespeichert ist, der Brennstoffzelle 10 zugeführt werden in Intervallen einer (z.B. mit einer) vorkonfigurierten Zeitdauer (S260) oder (dann) wenn Leistung der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird mittels Einschaltens der Brennstoffzelle 10 (S240) oder Aufhebens des FC-Stopp-Modus (S250).
  • In dem Zustand, in welchem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist, kann die Brennstoffzelle 10 gesteuert werden, um den Kathode-Seite-Wasserstoff auf die Anode-Seite zu bewegen in Intervallen einer vorkonfigurierten Zeitdauer (z.B. in Intervallen mit einer vorkonfigurierten Zeitdauer), oder um den Kathode-Seite-Wasserstoff (dann) auf die Anode-Seite zu bewegen, wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 wieder gestartet wird mittels des Einschaltens der Brennstoffzelle 10 oder des Aufhebens des FC-Stopp-Modus.
  • Insbesondere, wenn die Leistungserzeugung in dem Ausschaltzustand der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist, (dann) kann die Brennstoffzelle 10 gesteuert werden, um den Kathode-Seite-Wasserstoff auf die Anode-Seite zu bewegen, wenn die Brennstoffzelle 10 wieder betrieben (z.B. wieder betätigt) wird mittels Eingebens eines Einschaltsignals für die Brennstoffzelle (S240).
  • Wenn die Leistungserzeugung in dem FC-Stopp-Modus der Brennstoffzelle 10 gestoppt ist, (dann) kann die Brennstoffzelle 10 gesteuert werden, um den Kathode-Seite-Wasserstoff auf die Anode-Seite zu bewegen, wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 wieder gestartet wird mittels Aufhebens des FC-Stopp-Modus. Alternativ kann die Brennstoffzelle 10 gesteuert werden, um den Kathode-Seite-Wasserstoff auf die Anode-Seite zu bewegen in Intervallen einer vorkonfigurierten Zeitdauer (z.B. in Intervallen mit einer vorkonfigurierten Zeitdauer) in dem FC-Stopp-Modus. Daher kann der Kathode-Seite-Wasserstoff entfernt werden in Vorbereitung des Aufhebens des FC-Stopp-Modus und daher kann der Energieverbrauch des gesamten Brennstoffzelle-Systems reduziert werden mittels Reduzierens des Wasserstoffs, welcher nach außen ausgegeben (z.B. abgegeben) wird, ohne in einer Brennstoffzelle-Reaktion während des Aufhebens des FC-Stopp-Modus teilzunehmen.
  • Das Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoff auf die Anode-Seite (S300) kann veranlassen (z.B. verursachen), dass die oben beschriebene EHP-Reaktion auftritt.
  • Insbesondere, beim Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoffs auf die Anode-Seite (S300) kann das Umgehungsrelais 51 geschlossen sein/werden und die Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 können entladen werden mittels Steuerns des bidirektionalen Konverters 31, welcher zwischen der Brennstoffzelle 10 und den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 angeordnet ist.
  • Beim Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoffs auf die Anode-Seite (S300) kann eine vorkonfigurierte Zeit beibehalten werden in dem Zustand, in welchem die Spannung der Hauptleitung 40 innerhalb eines vorkonfigurierten Spannungsbereichs ist, oder die Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 können entladen werden, bis der Integralwert (z.B. der aufsummierte Wert, z.B. der integrierte Wert) eines Stroms, welcher entlang der Hauptleitung 40 fließt, einen vorbestimmten Stromwert (z.B. integrierten Stromwert) erreicht.
  • Der vorkonfigurierte Spannungsbereich kann vorkonfiguriert sein basierend auf einer Steuerungsspannung (G), welche erlangt wird mittels Addierens eines vorkonfigurierten Versatzes (α) zu einer niedrigsten Betriebsspannung (G) des Hochspannung-BOPs oder des Inverters (z.B. Wechselrichters) 71, welcher mit dem Elektromotor verbunden ist. Insbesondere kann der vorkonfigurierte Spannungsbereich als ein Bereich (G-β<=>G+β) vorkonfiguriert sein, welcher erlangt wird mittels Addierens oder Subtrahierens eines Fehlerbereichs (β) zu oder von der Steuerungsspannung (G). Das heißt, der bidirektionale Konverter 31 kann gesteuert werden, um eine konstante Spannung zu haben, sodass die Spannung der Hauptleitung 40, welche mit den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 verbunden ist, konstant (z.B. gleichmäßig, z.B. einheitlich) als die Steuerungsspannung (G) beibehalten wird.
  • Die vorkonfigurierte Zeit kann gemäß dem vorkonfigurierten Spannungsbereich oder der Steuerungsspannung (G) eingerichtet sein. Ferner kann die vorkonfigurierte Zeit adäquat eingestellt sein/werden unter Berücksichtigung der Widerstandsgröße (z.B. des Widerstandswerts) des Strombegrenzungswiderstands 52 und der Zeit, die für einen Wiederbetrieb (z.B. einen erneuten Betrieb, z.B. einen Neustart, z.B. für ein Neustarten) der Brennstoffzelle 10 benötigt wird.
  • Der Strom, welcher entlang der Hauptleitung 40 fließt, kann ein Strom sein, welcher in die Brennstoffzelle 10 eingegeben (z.B. eingebracht) wird, und kann unter Verwendung eines Wertes dargestellt werden, welcher mittels des Stromsensors 46 erfasst (z.B. detektiert) wird.
  • Beim Erzeugen von Leistung (S400) kann ein Oxidationsgas der Brennstoffzelle 10 zugeführt werden, kann das Umgehungsrelais 51 geöffnet sein/werden und kann das erste Hauptrelais 43, welches an der Haupt-Kathode-Leitung 41 der Hauptleitung 40 angeordnet ist, geschlossen sein/werden.
  • Wenn das Bewegen des Kathode-Seite-Wasserstoffs zu der (z.B. auf die) Anode-Seite (S300) abgeschlossen (z.B. beendet) ist, (dann) kann die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 wieder gestartet (z.B. neu gestartet, z.B. erneut gestartet) werden mittels Zuführens des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle 10 (S400).
  • Insbesondere kann das Verfahren zum Steuern des Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems während des Ausschaltens und Wiederstartens der Brennstoffzelle 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung sein, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
    Betriebsschritt Erstes Hauptrelais Zweites Hauptrelais Umgehungsrelais Erstes COD-Relais Zweites COD-Relais ACP CSP CHT ACV FSV Stapelspannung BHDC-Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normal → Stopp] Geschlossen Geschlossen Offen Geschlossen Offen Aus An An Geschlossen Offen Hohe Spannung → Niedrige Spannung Hohe Spannung → Niedrige Spannung
    Offen Geschlossen Offen Offen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Offen Niedrige Spannung → Erdungsspannung Niedrige Spannung
    [Stopp] Offen Offen Offen Offen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Geschlossen Erdungsspannung Erdungsspannung
    [Lagerung] Offen Offen Offen Offen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Geschlossen Erdungsspannung Erdungsspannung
    [Lagerung → Einschalten] Offen Geschlossen Offen Offen Offen Aus Aus Aus Geschlossen Geschlossen Erdungsspannung Erdungsspannung → Hohe Spannung
    [EHP-Reaktion Start] Offen Geschlossen Geschlossen Offen Offen Aus Aus Aus Geschlossen Geschlossen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [EHP-Reaktion Ende] Offen Geschlossen Offen Offen Offen Aus Aus Aus Geschlossen Geschlossen Hohe Spannung Hohe Spannung
    Offen Geschlossen Offen Offen Offen Aus Aus Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Einschalten] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
  • Während eines normalen Betriebs können sowohl das erste Hauptrelais 43 als auch das zweite Hauptrelais 44 geöffnet sein/werden und alle von dem Umgehungsrelais 51, dem ersten COD-Relais 64 und dem zweiten COD-Relais 65 können geöffnet sein/werden.
  • Wenn die Brennstoffzelle 10 abgeschaltet wird, (dann) führt die Steuereinheit 60 einen Stopp-Vorgang der Brennstoffzelle 10 durch, welcher beginnt mit dem Ausschalten der Leistung, welche dem Elektromotor mittels des Inverters 71 zugeführt wird, und dem Stoppen des Luft-Kompressors, um zu verhindern, dass dem Stapel Luft zugeführt wird.
  • Die Steuereinheit 60 kann die Spannung des bidirektionalen Konverters 31 einstellen, um eine Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels zu reduzieren, und kann das erste Hauptrelais 43 öffnen, wenn die Ausgangsspannung des Stapels niedriger ist als eine vorkonfigurierte Ausgangsspannung.
  • Hier ist die vorkonfigurierte Ausgangsspannung ein Wert, welcher verwendet wird, um zu ermitteln, ob die Hochspannungsbatterie 21 aufgeladen werden kann, und kann verschiedene Werte haben in Abhängigkeit von Spezifikationen des Stapels oder der Hochspannungsbatterie 21.
  • Ferner, die Steuereinheit, welche die Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels reduziert, um die Hochspannungsbatterie 21 aufzuladen, kann die Ausgangsspannung bei (z.B. mit) einer vorkonfigurierten Änderungsrate steuern, sodass die Ausgangsspannung einen Aufladen-Erlaubt-Stromwert (z.B. einen erlaubten Stromwert für das Aufladen) der Hochspannungsbatterie 21 nicht überschreitet.
  • Ferner kann die Steuereinheit 60 die Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels schnell (z.B. zügig) reduzieren, um die Degradierung (z.B. Verschlechterung) des Stapels maximal zu verhindern, welche daraus resultiert, dass die Brennstoffzelle 10 einer hohen Spannung zu Beginn des Ausschaltens, bei welchem die hohe Spannung vorhanden ist (z.B. vorliegt), ausgesetzt ist. Dazu schließt die Steuereinheit 60 das erste COD-Relais 64, um es Leistung, welche mittels der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, zu erlauben, durch den Kühlmittel-Heizer (CHT) 63, in welchem der COD-Widerstand eingebettet (z.B. enthalten) ist, verbraucht zu werden.
  • Die Kühlmittel-Stapel-Pumpe (CSP) kann bei (z.B. mit) einer minimalen Ruhezustand-UPM (z.B. einer minimalen Ruhezustand-Umdrehungszahl) betrieben werden, um Widerstandswärme zu reduzieren, welche in dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 erzeugt wird. Die Steuereinheit 60 kann den Betrieb der Kühlmittel-Stapel-Pumpe (CSP) stoppen, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels reduziert ist/wird und daher wird die Widerstandswärme, welche in dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 erzeugt wird, gleich oder geringer als ein vorbestimmtes Niveau.
  • Wenn der Spannungswert eines Ausgangsanschlusses des Brennstoffzelle 10-Stapels niedriger ist als die vorkonfigurierte Aufladespannung, (dann) öffnet die Steuereinheit 60 das erste Hauptrelais 43 und schließt kontinuierlich das erste COD-Relais 64 und reduziert dadurch die Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels. Die Steuereinheit 60 öffnet das erste COD-Relais 64, wenn die Ausgangsspannung auf eine vorbestimmte Degradierung-Verhindern-Spannung reduziert ist, bei welcher verhindert wird, dass der Brennstoffzelle 10-Stapel degradiert. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 60 die Ausgansspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels in einem geerdeten Zustand (z.B. in einem Erdungszustand, z.B. in einem Massezustand) beibehalten mittels Öffnens des ersten COD-Relais 64 und Schließens des zweiten COD-Relais 65.
  • Während des Beendens des Stopp-Schrittes schließt die Steuereinheit 60 das Wasserstoff-Zuführventil (FSV), öffnet das zweite Hauptrelais 44 und tritt in einen Lager-Zustand ein, in welchem der Brennstoffzelle 10-Stapel und der Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 elektrisch miteinander durch das zweite COD-Relais 65 verbunden sind. In dem Lager-Zustand (z.B. Lagerung-Zustand), in welchem der Stopp-Modus beibehalten wird, werden die Wasserstoff-Elektrode und die Luft-Elektrode des Stapels in dem Zustand gelagert, in welchem die Wasserstoff-Elektrode und die Luft-Elektrode miteinander elektrisch verbunden sind durch eine Widerstandseinheit des Kühlmittel-Heizers (CHT) 63. Daher wird eine geringe Menge an unreagiertem (z.B. nichtreagiertem) Sauerstoff, welcher in der Luft-Elektrode vorhanden ist, vollständig entfernt und gleichzeitig wird Wasserstoff in einem Reaktionsgas, welches in der Wasserstoff-Elektrode vorhanden ist, zu der Luft-Elektrode diffundiert mittels Übergehens (z.B. Kreuzens) durch die Polymer-Elektrolyt-Membran, und daher nimmt die Wasserstoff-Konzentration der Luft-Elektrode gemäß einer Lagerzeit (z.B. Lagerungszeit) zu und nähert sich allmählich (z.B. sukzessive) einem Gleichgewichtszustand an.
  • Wenn ein Einschalten-Signal für die Brennstoffzelle 10 eingegeben wird, (dann) verwendet die Steuereinheit 60 Leistung der Niederspannungsbatterie 22, um das zweite COD-Relais 65 zu öffnen und dadurch die elektrische Verbindung zwischen dem Brennstoffzelle 10-Stapel und dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 zu unterbrechen, und schließt das zweite Hauptrelais 44, um zuerst den Brennstoffzelle 10-Stapel mit der Haupt-Anode-Leitung 42 des bidirektionalen Konverters 31 (BHDC) zu verbinden und dadurch eine Basis für zwei Hochspannungsquellen (den Brennstoffzelle 10-Stapel und die Hochspannungsbatterie 21) zu synchronisieren.
  • Wenn eine Brennstoffzelle 10-Seite-Spannung (z.B. eine brennstoffzellenseitige Spannung) des bidirektionalen Konverters 31 gesteuert wird, um der vorbestimmte Spannungsbereich (G-β<=>G+β) zu sein, welcher erlangt wird mittels Addierens oder Subtrahierens eines Fehlerbereichs (β) zu oder von der Steuerungsspannung (G), (dann) schließt die Steuereinheit 60 das Umgehungsrelais 51, um zu erlauben, dass die Hochspannungsbatterie 21 mit dem Brennstoffzelle 10-Stapel elektrisch verbunden ist, während des Umgehens (z.B. des Überbrückens) der Diode 45 durch die Umgehungsleitung 50.
  • In diesem Fall verursacht Leistung, welche dem Brennstoffzelle 10-Stapel von dem bidirektionalen Konverter 31 (BHDC) zugeführt wird, (dann) eine EHP-Reaktion und bewegt dadurch Wasserstoff der Luft-Elektrode zu der Wasserstoff-Elektrode und verhindert, dass Wasserstoff von der Wasserstoff-Elektrode zu der Luft-Elektrode hinüber übergeht (z.B. kreuzt).
  • Die Geschwindigkeit der Bewegung von Wasserstoff von der Luft-Elektrode zu der Wasserstoff-Elektrode (hin) durch die EHP-Reaktion wird ausgedrückt als die Form eines Stroms entsprechend (z.B. in Proportion) zu der Größe einer Spannung, welche an den Stapel angelegt wird, und wird mittels des Stromsensors 46 gemessen. Ein Strom der Leistung, welche dem Stapel durch die Umgehungsleitung 50 für die EHP-Reaktion zugeführt wird, wird mittels des Hydratisierungszustands (Feuchtigkeit, z.B. Dampf) der Polymer-Elektrolyt-Membran in dem Brennstoffzelle 10-Stapel während eines Lager-Zustands beeinflusst. Wenn die Brennstoffzelle 10 einen normalen Betrieb stoppt, (dann) kann die Polymer-Elektrolyt-Membran in einem vollständig hydrierten Zustand gelagert werden.
  • Die Steuereinheit 60 bewegt Wasserstoff der Luft-Elektrode zu der Wasserstoff-Elektrode durch die EHP-Reaktion für eine vorbestimmte Zeit (z.B. eine vorbestimmte Zeit lang) und öffnet dann das Umgehungsrelais 51, um die Leistung der Umgehungsleitung 50 abzuschalten. Insbesondere kann die Steuereinheit das Ende der EHP-Reaktion wieder identifizieren mittels Identifizierens eines Stromwerts, welcher mittels des Stromsensors 46 erfasst (z.B. detektiert) wird.
  • Danach öffnet die Steuereinheit 60 (dann) das Wasserstoff-Zuführventil (FSV) zum Zuführen von Wasserstoff, welcher als Brennstoff dient, zu dem Brennstoffzelle 10-Stapel, und (öffnet) das Luft-Absperrventil (ACV) zum Zuführen von Luft, welche als ein Oxidationsmittel dient, und schließt gleichzeitig das erste Hauptrelais 43, um die Haupt-Kathode-Leitung 41 zu verbinden. Ferner betätigt die Steuereinheit 60 den Luft-Kompressor (ACP) und die Kühlmittel-Stapel-Pumpe (CSP) und erlaubt, dass Leistung, welche in dem Brennstoffzelle 10-Stapel erzeugt wird, dem Inverter 71 und dem bidirektionalen Konverter 31 zugeführt wird.
  • Ferner kann das Verfahren zum Steuern des Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems zur Zeit des Eintretens in und des Aufhebens des FC-Stopp-Modus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung sein, wie in Tabelle 2 unten gezeigt. [Tabelle 2]
    Betriebsschritt Erstes Hauptrelais Zweites Hauptrelais Umgehungsrelais Erstes COD-Relais Zweites COD-Relais ACP CSP CHT ACV FSV Stapelspannung BHDC-Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normal →FC-Stopp] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen Aus An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [EHP-Reaktion Start] Geschlossen Geschlossen Geschlossen Offen Offen Aus An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [EHP Reaktion Ende] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen Aus An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
  • Insbesondere, in dem Fall des Eintretens in den FC-Stopp-Modus wird nur eine Zufuhr von Luft, welche dem Brennstoffzelle 10-Stapel zugeführt wird, ausgeschaltet (z.B. abgesperrt), und die Ausgansspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels wird nicht separat reduziert.
  • Das heißt, zu Beginn des Eintretens in den FC-Stopp-Modus ist die Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels eine hohe Spannung (z.B. eine Hochspannung), welche identisch ist zu einer Offener-Schaltkreis-Spannung (OCV, von engl. „opened-circuit voltage“) mittels Wasserstoffs, welcher in dem Stapel bleibt, und Sauerstoffs in der Luft, wird der bidirektionale Konverter 31 ebenso in einem Hochspannungszustand (z.B. in einem Zustand hoher Spannung) belassen, um als ein Hochspannung-BOPs zu fungieren, und ist/wird in dieser Situation das Umgehungsventil 51 geöffnet.
  • Leistung, welche mittels des Brennstoffzelle 10-Stapels erzeugt wird, durchläuft via der Diode 45 die Haupt-Kathode-Leitung 41 und lädt dann die Hochspannungsbatterie 21 via dem bidirektionalen Konverter 31 auf. Alternativ wird die Leistung dem Hochspannung-BOPs, wie zum Beispiel der Kühlmittel-Stapel-Pumpe (CSP), bereitgestellt. Daher wird die Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels allmählich (z.B. sukzessive) reduziert (z.B. verringert).
  • Wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzelle 10-Stapels allmählich (z.B. sukzessive) reduziert wird und ein Niveau erreicht (vorzugsweise, Stapel-Ausgangsspannung ≤ Bidirektionaler-Konverter 31-Ausgangsspannung ± δ (Spannungsabweichung)), welches ähnlich zu dem der Ausgangsspannung des bidirektionalen Konverters 31 ist, (dann) kann das Umgehungsrelais 51 geschlossen werden, um es zu erlauben, dass Leistung, welche von dem bidirektionalen Konverter 31 ausgegeben wird, die Diode 45 durch die Umgehungsleitung 50 umgeht und dann an den Brennstoffzelle 10-Stapel angelegt wird. Daher kann eine EHP-Reaktion in dem Brennstoffzelle 10-Stapel auftreten. Hierin, wenn (dann) die Spannungsabweichung (δ) übermäßig groß ist, (dann) wird ein Einschaltstrom mittels der Spannungsdifferenz zwischen zwei Hochspannungsquellen groß. Daher kann die Spannungsabweichung (δ) bei (z.B. auf) einem adäquaten Niveau durch Experimente vorkonfiguriert sein.
  • Wenn ein FC-Stopp-Modus-Aufheben-Signal (z.B. ein Gaspedal-Signal oder ein Schaltung-Position-Signal) eingegeben wird, (dann) kann die Steuereinheit 60 das Umgehungsrelais 51 öffnen, um die Haupt-Kathode-Leitung 41 zu trennen, und kann den Luft-Kompressor antreiben (z.B. betätigen), um dem Brennstoffzelle 10-Stapel Luft zuzuführen und dadurch die Brennstoffzelle 10 steuern, um einen normalen Betrieb zum Neustarten (z.B. zum erneuten Starten) der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 durchzuführen.
  • 6 stellt eine Konfiguration eines Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung dar.
  • Bezugnehmend auf 6, kann das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung den Strombegrenzungswiderstand 52 nicht aufweisen und kann einen Einschaltstrom verhindern unter Verwendung eines COD-Widerstands anstatt des Strombegrenzungswiderstands 52.
  • Insbesondere kann das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System ferner den COD-Widerstand aufweisen, welcher an einer Umgehungsleitung 50 angeordnet ist und (welcher) Leistung verbraucht, wobei ein Umgehungsrelais 51 bei (z.B. auf) der Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22-Seite der Umgehungsleitung 50 (z.B. leistungsspeichervorrichtungsseitig zur Umgehungsleitung 50) mit Bezug auf den COD-Widerstand angeordnet sein kann.
  • Die negative Elektrode des COD-Widerstands 63 kann von einer Haupt-Anode-Leitung 42 zu einer Haupt-Kathode-Leitung 41 bewegt werden, um mit der Haupt-Kathode-Leitung 41 verbunden zu sein. Sowohl die negative Elektrode als auch die positive Elektrode des COD-Widerstands können mit der Umgehungsleitung 50 verbunden sein, welche eine Diode 45 und ein erstes Hauptrelais 43 an der Haupt-Kathode-Leitung 41 umgeht (z.B. überbrückt) und mit einem bidirektionalen Konverter 31 verbunden ist. Das heißt, sowohl die negative Elektrode als auch die positive Elektrode des COD-Widerstands können mit der Umgehungsleitung 50 verbunden sein, um als ein Widerstand zum Beschränken eines Stroms an der (z.B. durch die) Umgehungsleitung 50 zu dienen.
  • In diesem Fall ist (dann) eine COD-Steuerung zum schnellen Reduzieren der Spannung des Brennstoffzelle 10-Stapels unmöglich. Daher kann das System ferner einen Schaltkreis aufweisen, welcher ein separates Relais oder eine separate Leitung zum Verbinden der negativen (z.B. der negativen Elektrode) des COD-Widerstands mit der Haupt-Anode-Leitung 42 aufweist.
  • Das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System kann ferner aufweisen eine Verbindungsleitung 53, welche eingerichtet ist, um die Umgehungsleitung 50 zwischen dem COD-Widerstand und dem Umgehungsrelais 51 mit der Haupt-Kathode-Leitung 41 oder der Haupt-Anode-Leitung 42 zwischen dem ersten Hauptrelais 43 oder dem zweiten Hauptrelais 44 und der Diode 45 zu verbinden, und ein erstes COD-Relais 64 und ein zweites COD-Relais 65, welche zwischen dem COD-Widerstand und einem Punkt, an welchem die Verbindungsleitung 53 von der Umgehungsleitung 50 abgezweigt ist (z.B. abzweigt), angeordnet sind und parallel zueinander geschaltet sind, um eine elektrische Verbindung zu unterbrechen oder herzustellen, wobei das zweite COD-Relais 65 einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung haben kann, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais 64.
  • Die Verbindungsleitung 53 kann von der Umgehungsleitung 50 zu der Haupt-Kathode-Leitung 41 zwischen der Diode 45 und den Hauptrelais 43 und 44 verbunden sein (z.B. kann die Verbindungsleitung 53 eine Verbindung von der Umgehungsleitung 50 zu der Haupt-Kathode-Leitung 41 herstellen und dabei zwischen der Diode 45 und den Hauptrelais 43 und 44 angeschlossen sein). Das erste COD-Relais 64 und das zweite COD-Relais 65, welche parallel zueinander geschaltet sind, sind an der Umgehungsleitung 50 angeordnet, insbesondere an der Umgehungsleitung 50, welche mit der positiven Elektrode des COD-Widerstands verbunden ist, und die Verbindungsleitung 53 kann zwischen dem ersten COD-Relais 64 oder dem zweiten COD-Relais 65 und dem Umgehungsrelais 51 abgezweigt sein (z.B. abzweigen) und zwischen der Diode 45 und den Hauptrelais 43 und 44 verbunden sein.
  • Insbesondere kann das Verfahren zum Steuern des Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System während des Ausschaltens und Neustartens der Brennstoffzelle 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung sein, wie in Tabelle 3 untenstehend gezeigt. [Tabelle 3]
    Betriebsschritt Erstes Hauptrelais Zweites Hauptrelais Umgehungsrelais Erstes COD-Relais Zweites COD-Relais ACP CSP CHT ACV FSV Stapelspannung BHDC-Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normal → Stopp] Geschlossen Geschlossen Offen Geschlossen Offen Aus An An Geschlossen Offen Hohe Spannung Niedrige Spannung Hohe Spannung Niedrige Spannung
    Offen Geschlossen Offen Offen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Offen Niedrige Spannung Erdungsspannung Niedrige Spannung
    [Stopp] Offen Offen Offen Offen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Geschlossen Erdungsspannung Erdungsspannung
    [Lagerung] Offen Offen Offen Offen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Geschlossen Erdungsspannung Erdungsspannung
    [Lagerung Einschalten] Offen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Geschlossen Erdungsspannung Erdungsspannung
    [EHP-Reaktion Start] Offen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Aus Aus An Geschlossen Geschlossen Erdungsspannung → G+a Erdungsspannung → G+a
    Geschlossen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Aus An An Geschlossen Geschlossen G+a → Hohe Spannung G+a → Hohe Spannung
    [EHP Reaktion Ende] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen Aus An Aus Geschlossen Geschlossen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Einschalten] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Geschlossen Geschlossen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Geschlossen Offen Offen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
  • Eine Beschreibung des Steuerungsverfahrens ist größtenteils identisch zu der des Steuerungsverfahrens für das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung wie in Tabelle 1 gezeigt. Daher wird untenstehend nur der Unterschied beschrieben.
  • Wenn die Brennstoffzelle 10 hochfährt (z.B. eingeschaltet wird), (dann) schließt eine Steuereinheit 60 das zweite Hauptrelais 44, um die negative Elektrode eines Brennstoffzelle 10-Stapel-Ausgangs mit der negativen Elektrode eines Ausgangsanschlusses des bidirektionalen Konverters 31 elektrisch zu verbinden und dadurch eine Basis für zwei Hochspannungsquellen zu synchronisieren.
  • Das zweite COD-Relais 65 wird in einem Geöffnet-Zustand beibehalten und daher sind der Brennstoffzelle 10-Stapel, der bidirektionale Konverter 31 und der Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 elektrisch (miteinander) verbunden. Darüber hinaus kann das Schließen des ersten COD-Relais 64 die elektrische Verbindung zwischen dem Brennstoffzelle 10-Stapel und dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 stärken (z.B. verbessern). Diese Steuerung kann selektiv auf das erste COD-Relais 64 und das zweite COD-Relais 65 angewendet werden gemäß der Größe der Leistung oder des Stroms, welche durch diese fließen können.
  • Danach schließt die Steuereinheit 60 das Umgehungsrelais 51, um die Brennstoffzelle 10 und den bidirektionalen Konverter 31 miteinander durch die Umgehungsleitung 50 zu verbinden. Wenn die Ausgangsspannung des bidirektionalen Konverters 31 höher ist als eine Stapel-Ausgangsspannung, (dann) kann die Leistung für eine EHP-Reaktion dem Brennstoffzelle 10-Stapel sofort (z.B. unmittelbar) zugeführt werden.
  • Wenn die Ausgangsspannung des bidirektionalen Konverters 31 anfängt, anzusteigen, weil die Steuereinheit 60 eine Steuerung des bidirektionalen Konverters 31 startet, (dann) umgeht Leistung des bidirektionalen Konverters 31 die Diode 45 via der Umgehungsleitung 50 und wird dann dem Brennstoffzelle 10-Stapel zugeführt, und der Stapel, welchem die Leistung zugeführt wird, verursacht eine EHP-Reaktion, um die zugeführte Leistung zu verbrauchen und reduziert dadurch die Wasserstoff-Konzentration der Luft-Elektrode.
  • Das heißt, die Steuereinheit 60 kann einen Pfad bilden, welcher die Diode 45 umgeht (z.B. überbrückt) und verwendet wird, um Leistung der Umgehungsleitung 50 zu übertragen, und kann dann eine Steuerung des bidirektionalen Konverters 31 starten und allmählich (z.B. sukzessive) die Ausgangsspannung des bidirektionalen Konverters 31 erhöhen, sodass das Umgehungsrelais 51, das erste COD-Relais 64 und das zweite COD-Relais 65 nicht von einem hohen Strom oder einer hohen Leistung beschädigt werden.
  • Die Steuereinheit 60 startet, den bidirektionalen Konverter 31 zu steuern mittels einer Steuerungsspannung (D), welche erlangt wird mittels Addierens eines vorkonfigurierten Versatzes (α) zu einer niedrigsten Betriebsspannung (G) eines Inverters 71 zum Zuführen von Leistung zu einem Elektromotor. Wenn die Ausgangsspannung des bidirektionalen Konverters 31 gleich oder höher als die niedrigste Betriebsspannung (G) des Inverters 71 ist, (dann) führt die Steuereinheit 60 eine Konstante-Spannung-Steuerung durch, sodass die Ausgangsspannung des bidirektionalen Konverters 31 konstant bleibt innerhalb eines Bereichs einer konfigurierten Spannung des bidirektionalen Konverters 31 für eine EHP-Reaktion ± β(Fehler).
  • Darüber hinaus, ein Stromwert von Leistung, welche dem Stapel von dem bidirektionalen Konverter 31 für die EHP-Reaktion zugeführt wird, ändert sich in Abhängigkeit von einer Ausgangsspannung von jedem des Stapels und des bidirektionalen Konverters 31, (in Abhängigkeit von) einem Widerstandswert des COD-Widerstands 63, welcher in dem Kühlmittel-Heizer (CHT) 63 enthalten ist, und (in Abhängigkeit von) einer Widerstandswert-Änderung des Stapels aufgrund der EHP-Reaktion. Daher kann die Steuereinheit 60 die Steuerungsänderungsgeschwindigkeit der Bidirektionaler-Konverter 31-Steuerungsspannung (D) in einem oder mehreren Schritten durch eine Rückkopplungssteuerung unter Verwendung eines Stromwerts, welcher mittels des Stromsensors 46 gemessen wird, konfigurieren und steuern. Daher kann die Steuereinheit (z.B. die Steuereinheit 60) den adäquatesten Stromwertbereich auswählen, um die zusätzliche Zeit zu minimieren, welche für das Einschalten des Brennstoffzelle 10-Systems, welches eine EHP-Reaktion aufweist, benötigt wird.
  • Wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses des bidirektionalen Konverters 31 auf eine Spannung ansteigt, welche imstande ist, um eine Kühlmittel-Stapel-Pumpe zu betreiben, (dann) kann die Steuereinheit 60 die Kühlmittel-Stapel-Pumpe betreiben, um Widerstandswärme zu entfernen, welche in dem Kühlmittel-Heizer 63, welcher den COD-Widerstand aufweist, erzeugt wird. Ferner, wenn das erste Hauptrelais 43, welches an der Haupt-Kathode-Leitung 41 angeordnet ist, geschlossen ist und die Brennstoffzelle 10 in einen normalen Betrieb schaltet (z.B. umschaltet), nachdem der Einschalten-Vorgang, welcher eine EHP-Reaktion aufweist, beendet ist, (dann) wird die Betriebsleistung des Hochspannungs-BOPs gesteuert, um beibehalten zu werden, ohne ausgeschaltet zu werden.
  • Wenn die Steuerungsspannung (D) des bidirektionalen Konverters 31 ein Niveau erreicht, welches imstande ist, um die Konstante-Spannung-Steuerung durchzuführen, in welcher die Steuerungsspannung (D) innerhalb eines konfigurierten Spannung ±β (Fehler)-Bereichs konstant bleibt, (dann) ermittelt die Steuereinheit 60, ob sie zusätzlich eine EHP-Reaktion beibehält, was durch einen Stromwert des Stromsensors 46 identifiziert werden kann, oder ob eine vorbestimmte Zeit, welche mittels eines internen Zeitgebers gemessen wird, erreicht ist, und öffnet dann das Umgehungsrelais 51, um die EHP-Reaktion zu beenden.
  • Danach kann die Steuereinheit 60 das erste COD-Relais 64 und das zweite COD-Relais 65 öffnen, um die elektrische Verbindung zwischen dem Stapel und dem Kühlmittel-Heizer 63 zu unterbrechen, und kann dem Stapel Wasserstoff und Luft zuführen, um einen normalen Betrieb des Brennstoffzelle 10-Systems zu steuern, während des Abschließens (z.B. Beendens) des Einschalten-Vorgangs.
  • Das Verfahren zum Steuern des Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems zu der Zeit des Eintretens in und des Aufhebens eines FC-Stopp-Modus gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung kann sein, wie untenstehend in Tabelle 4 gezeigt. [Tabelle 4]
    Betriebsschritt Erstes Hauptrelais Zweites Hauptrelais Umgehungsrelais Erstes COD-Relais Zweites COD-Relais ACP CSP CHT ACV FSV Stapelspannung BHDC-Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Offen Offen Geschlossen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normal →FC-Stopp] Geschlossen Offen Offen Geschlossen Offen Aus An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [EHP-Reaktion Start] Geschlossen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Geschlossen Aus An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [EHP-Reaktion Ende] Geschlossen Offen Offen Geschlossen Offen Aus An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
    [Normaler Betrieb] Geschlossen Offen Offen Geschlossen Offen An An Aus Offen Offen Hohe Spannung Hohe Spannung
  • 7 stellt eine Konfiguration eines Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung dar.
  • Bezugnehmend auf 7 führt das Brennstoffzelle 10-Leistungsnetz-System gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung einem Brennstoffzelle 10-Stapel Leistung zu während des Entladens einer Niederspannungsbatterie 22 von Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 (z.B. einer Niederspannungsbatterie 22 der Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22).
  • Insbesondere kann das Leistungsnetz-System ferner aufweisen einen bidirektionalen Konverter 31, welcher mit der Brennstoffzelle 10 durch eine Hauptleitung 40 verbunden ist, und einen Niederspannung-Konverter 32, welcher zwischen dem bidirektionalen Konverter 31 und den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 23 (z.B. den Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22) angeordnet ist, um Leistung, welche mittels des bidirektionalen Konverters 31 umgewandelt wird, in ein relativ niedriges Potenzial umzuwandeln, wobei die Leistungsspeichervorrichtungen 21 und 22 Niederspannungsbatterien (22) sind, welche mit dem Niederspannung-Konverter 32 verbunden sind und aufgeladen werden mit (dem relativ niedrigen Potenzial) oder Leistung abgeben bei (z.B. mit) dem relativ niedrigen Potenzial, (wobei) eine Hauptleitung 40 eine erst Hauptleitung 40 und eine zweite Hauptleitung 40 aufweist, (wobei) eine Umgehungsleitung 50 von der ersten Hauptleitung 40 abgezweigt ist (z.B. abzweigt) und mit einer ersten Batterieleitung 33 der Niederspannungsbatterie 22 verbunden ist, und (wobei) eine zweite Batterieleitung 34 der Niederspannungsbatterie 22 mit der zweiten Hauptleitung 40 verbunden sein kann und ein Batterierelais 36 haben kann, welches eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung der zweiten Batterieleitung 34 zu trennen oder herzustellen.
  • Der bidirektionale Konverter 31 ist mit dem Niederspannung-Konverter 32 verbunden, unabhängig von der Hochspannungsbatterie 21, und die Niederspannungsbatterie 22 wird mit einer Spannung aufgeladen, welche in das niedrige Potential umgewandelt wird mittels des Niederspannung-Konverters 32. Hier kann das niedrige Potenzial der Niederspannungsbatterie 22 zum Beispiel 12 Volt (V) sein und kann eine Spannung sein, welche relativ geringer ist als ein relativ hohes Potenzial eines 300 bis 400 Volt (V)-Bereichs der Hochspannungsbatterie 21.
  • Die erste Batterieleitung 33 und die zweite Batterieleitung 34 können in zugeordneter Weise mit einer Kathode und einer Anode der Niederspannungsbatterie 22 verbunden sein und (können) mit dem Niederspannung-Konverter 32 verbunden sein. Ein Niederspannung-BOPs kann mit der ersten Batterieleitung 33 und der zweiten Batterieleitung 34 elektrisch verbunden sein.
  • Ferner kann die Umgehungsleitung 50 mit der ersten Batterieleitung 33 verbunden sein, kann eine dritte Batterieleitung 35 zwischen die zweite Batterieleitung 34 und die zweite Hauptleitung 40 geschaltet sein und kann ein Batterierelais 36 an der dritten Batterieleitung 35 angeordnet sein.
  • Eine Steuereinheit 60 kann das Batterierelais 36 steuern, um geschlossen oder geöffnet zu sein, sodass Leistung der Niederspannungsbatterie 22 zugeführt wird oder blockiert wird, zugeführt zu werden, zu dem Brennstoffzelle 10-Stapel.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung/Erfindung beschrieben wurde und dargestellt wurde mit Bezug auf die einzelnen Ausführungsformen davon, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Verbesserungen und Modifikationen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung gemacht werden können, ohne von der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung/Erfindung abzuweichen, welche mittels der folgenden Ansprüche bereitgestellt wird.

Claims (17)

  1. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System, welches aufweist: eine Brennstoffzelle (10), welche eingerichtet ist, um Leistung durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff-Gas und einem Oxidationsgas zu erzeugen, eine Leistungsspeichervorrichtung (21, 22), welche eingerichtet ist, um mit Leistung aufgeladen zu werden, welche mittels der Brennstoffzelle (10) erzeugt wird, oder entladen zu werden, um Leistung bereitzustellen, eine Hauptleitung (40), welche eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle (10) und die Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) elektrisch miteinander zu verbinden, ein Hauptrelais (43, 44), welches an der Hauptleitung (40) angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle (10) und der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) zu unterbrechen oder herzustellen, eine Umgehungsleitung (50), welche von der Hauptleitung (40) abgezweigt ist, das Hauptrelais (43, 44) umgeht und mit der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) verbunden ist, ein Umgehungrelais (51), welches an der Umgehungsleitung (50) angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung der Umgehungsleitung (50) zu unterbrechen oder herzustellen, und eine Steuereinheit (60), welche eingerichtet ist, um das Hauptrelais (43, 44) oder das Umgehungsrelais (51) zu steuern, sodass die Leistung, welche in der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) gespeichert ist, der Brennstoffzelle (10) zugeführt wird, während die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (10) gestoppt ist.
  2. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß Anspruch 1, wobei die Hauptleitung (40) aufweist: eine Haupt-Kathode-Leitung (41), welche eingerichtet ist, um eine Kathode der Brennstoffzelle (10) mit einer Kathode der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) zu verbinden, und eine Haupt-Anode-Leitung (42), welche eingerichtet ist, um eine Anode der Brennstoffzelle (10) mit einer Anode der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) zu verbinden, wobei das Hauptrelais (43, 44) aufweist: ein erstes Hauptrelais (43), welches an der Haupt-Kathode-Leitung (41) angeordnet ist, und ein zweites Hauptrelais (44), welches an der Haupt-Anode-Leitung (42) angeordnet ist.
  3. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß Anspruch 2, wobei mindestens eine von der Haupt-Kathode-Leitung (41) oder der Haupt-Anode-Leitung (42) eine Diode (45) hat, welche eingerichtet ist, um einen elektrischen Strom nur in einer Richtung zu erlauben, und wobei die Umgehungsleitung (50) von der Haupt-Kathode-Leitung (41) oder der Haupt-Anode-Leitung (42) abgezweigt ist, welche die Diode (45) hat, und sowohl die Diode (45) als auch das erste Hauptrelais (43) oder das zweite Hauptrelais (44) umgeht.
  4. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß Anspruch 2 oder 3, welches ferner aufweist: eine Kathode-COD-Leitung (61), welche von der Haupt-Kathode-Leitung (41) auf einer Brennstoffzelle-Seite mit Bezug auf das erste Hauptrelais (43) abgezweigt ist, eine Anode-COD-Leitung (62), welche von der Haupt-Anode-Leitung (42) auf der Brennstoffzelle-Seite mit Bezug auf das zweite Hauptrelais (44) abgezweigt ist, und einen COD-Widerstand, welcher mit jeder von der Kathode-COD-Leitung (61) und der Anode-COD-Leitung (62) verbunden ist, um Leistung zu verbrauchen.
  5. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß Anspruch 4, welches ferner aufweist: ein erstes COD-Relais (64), welches an der Kathode-COD-Leitung (61) oder der Anode-COD-Leitung (62) angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zu unterbrechen oder herzustellen.
  6. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß Anspruch 5, welches ferner aufweist: ein zweites COD-Relais (65), welches mit der Kathode-COD-Leitung (61) oder der Anode-COD-Leitung (62) verbunden ist, um das erste COD-Relais (64) zu umgehen, und welches eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zu unterbrechen oder herzustellen, wobei das zweite COD-Relais (65) einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung hat, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais (64).
  7. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, welches ferner aufweist: einen Strombegrenzungswiderstand (52), welcher an der Umgehungsleitung (50) angeordnet ist, um eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen einem vorderen Ende und einem hinteren Ende davon zu bilden, wenn die elektrische Verbindung der Umgehungsleitung (50) erlaubt ist.
  8. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, welches ferner aufweist: einen COD-Widerstand, welcher an der Umgehungsleitung (50) angeordnet ist, um Leistung zu verbrauchen, wobei das Umgehungsrelais (51) auf einer Leistungsspeichervorrichtung-Seite der Umgehungsleitung (50) mit Bezug auf den COD-Widerstand angeordnet ist.
  9. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, welches ferner aufweist: eine Verbindungsleitung (53), welche eingerichtet ist, um die Umgehungsleitung (50) zwischen dem COD-Widerstand und dem Umgehungsrelais (52) mit der Haupt-Kathode-Leitung (41) oder der Haupt-Anode-Leitung (42) zwischen dem ersten Hauptrelais (43) oder dem zweiten Hauptrelais (44) und der Diode (45) zu verbinden, und ein erstes COD-Relais (64) und ein zweites COD-Relais (65), welche zwischen dem COD-Widerstand und einem Punkt, an welchem die Verbindungsleitung (53) von der Umgehungsleitung (50) abgezweigt ist, angeordnet sind und parallel zueinander geschaltet sind, um eine elektrische Verbindung zu trennen oder herzustellen, wobei das zweite COD-Relais (65) einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung hat, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais (64).
  10. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, welches ferner einen Stromsensor (46) aufweist, welcher zwischen der Brennstoffzelle (10) und einem Punkt, an welchem die Umgehungsleitung (50) von der Hauptleitung (40) abgezweigt ist, angeordnet ist, um einen Strom zu detektieren, welcher ausgegeben wird von der oder eingegeben wird in die Brennstoffzelle (10).
  11. Brennstoffzelle-Leistungsnetz-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, welches ferner aufweist: einen bidirektionalen Konverter (31), welcher mit der Brennstoffzelle (10) durch die Hauptleitung (40) verbunden ist, und einen Niederspannung-Konverter (32), welcher zwischen dem bidirektionalen Konverter (31) und der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) angeordnet ist, um Leistung, welche mittels des bidirektionalen Konverters (31) umgewandelt wird, in ein relativ niedriges Potenzial umzuwandeln, wobei die Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) eine Niederspannungsbatterie (22) ist, welche mit dem Niederspannung-Konverter (32) verbunden ist und aufgeladen wird mit oder Leistung ausgibt bei dem relativ niedrigen Potenzial, die Hauptleitung (40) eine erste Hauptleitung (41) und eine zweite Hauptleitung (42) aufweist, die Umgehungsleitung (50) von der ersten Hauptleitung (41) abgezweigt ist und mit einer ersten Batterieleitung (33) der Niederspannungsbatterie (22) verbunden ist, und eine zweite Batterieleitung (34) der Niederspannungsbatterie (22) mit der zweiten Hauptleitung (42) verbunden ist und ein Batterierelais (36) hat, welches eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung der zweiten Batterieleitung (34) zu unterbrechen oder herzustellen.
  12. Verfahren zum Steuern des Brennstoffzelle-Leistungsnetz-Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren aufweist: Stoppen der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (10) mittels Ausschaltens der Brennstoffzelle (10) oder mittels Eintretens davon in einen FC-Stopp-Modus (S200), in einem Zustand, in welchem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (10) gestoppt ist, Zuführen von Leistung, welche in der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) gespeichert ist, zu der Brennstoffzelle (10), um Kathode-Seite-Wasserstoff auf eine Anode-Seite zu bewegen (S300), und Erzeugen (S400) von Leistung durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff-Gas und einem Oxidationsgas in der Brennstoffzelle (10).
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Stoppen (S200) der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle ferner aufweist: Durchführen (S230) einer Ausschalten-Steuerung zum Senken einer Spannung der Brennstoffzelle (10), wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (10) mittels des Ausschaltens der Brennstoffzelle (10) gestoppt ist, wobei beim Durchführen (S230) der Ausschalten-Steuerung mittels Schließens des ersten COD-Relais (64), welches an der COD-Leitung angeordnet ist, welche von der Hauptleitung (40) abgezweigt ist, eine Spannung der Brennstoffzelle (10) auf eine vorkonfigurierte erste Spannung reduziert wird unter Verwendung des COD-Widerstands der COD-Leitung, eine Spannung der Brennstoffzelle (10) auf eine vorkonfigurierte zweite Spannung reduziert wird, in einem Zustand, in welchem das zweite COD-Relais (65), welches das erste COD-Relais (64) umgeht und einen erlaubten Strom oder eine erlaubte Leistung hat, welche relativ kleiner sind als die des ersten COD-Relais (64), geschlossen ist, während des Öffnens des ersten COD-Relais (64) und des ersten Hauptrelais (43), welches an der Haupt-Kathode-Leitung (41) der Hauptleitung (40) angeordnet ist, und das zweite Hauptrelais (65), welches an der Haupt-Anode-Leitung (42) der Hauptleitung (40) angeordnet ist, in einem Geöffnet-Zustand beibehalten wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei beim Bewegen (S300) des Kathode-Seite-Wasserstoff auf die Anode-Seite Leistung, welche in der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) gespeichert ist, der Brennstoffzelle (10) zugeführt wird in Intervallen einer vorkonfigurierten Zeitdauer oder wenn Leistung der Brennstoffzelle (10) erzeugt wird mittels des Einschaltens der Brennstoffzelle (10) oder des Aufhebens des FC-Stopp-Modus.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei beim Bewegen (S300) des Kathode-Seite-Wasserstoffs auf die Anode-Seite das Umgehungsrelais (51) geschlossen ist und der bidirektionale Konverter (31), welcher zwischen der Brennstoffzelle (10) und der Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) angeordnet ist, gesteuert wird, um die Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) zu entladen.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei beim Bewegen (S300) des Kathode-Seite-Wasserstoffs auf die Anode-Seite eine vorkonfigurierte Zeit beibehalten wird in einem Zustand, in welchem eine Spannung der Hauptleitung (40) innerhalb eines vorkonfigurierten Spannungsbereichs ist, oder die Leistungsspeichervorrichtung (21, 22) entladen wird, bis ein Integralwert eines Stroms, welcher entlang der Hauptleitung (40) fließt, eine vorbestimmte Stromgröße erreicht.
  17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei beim Erzeugen (S400) von Leistung das Oxidationsgas der Brennstoffzelle (10) zugeführt wird, das Umgehungsrelais (51) geöffnet ist, und das erste Hauptrelais (43), welches an der Haupt-Kathode-Leitung (41) der Hauptleitung (40) angeordnet ist, geschlossen ist.
DE102020110811.7A 2019-12-06 2020-04-21 Brennstoffzelle-leistungsnetz-system und steuerungsverfahren dafür Pending DE102020110811A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0162091 2019-12-06
KR1020190162091A KR20210072223A (ko) 2019-12-06 2019-12-06 연료전지의 파워넷 시스템 및 그 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020110811A1 true DE102020110811A1 (de) 2021-06-10

Family

ID=75962476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020110811.7A Pending DE102020110811A1 (de) 2019-12-06 2020-04-21 Brennstoffzelle-leistungsnetz-system und steuerungsverfahren dafür

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11289722B2 (de)
KR (1) KR20210072223A (de)
CN (1) CN113036184A (de)
DE (1) DE102020110811A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220074208A (ko) 2020-11-27 2022-06-03 현대자동차주식회사 연료전지의 파워넷 시스템 및 그 제어방법
KR20240009577A (ko) * 2022-07-13 2024-01-23 현대자동차주식회사 연료전지의 파워넷 장치 및 그 제어방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426158B1 (en) 2000-07-20 2002-07-30 Motorola, Inc. Method of diluting hydrogen gas exhausted from a fuel cell
US7799475B2 (en) 2004-08-26 2010-09-21 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of using H2 purge for stack startup/shutdown to improve stack durability
US20060280977A1 (en) * 2005-06-09 2006-12-14 Denso Corporation Fuel cell system
US20070292724A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-20 Gilchrist Ian T System and method to start a fuel cell stack during a cold-start condition
JP4561827B2 (ja) * 2007-12-28 2010-10-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、及び燃料電池用昇圧コンバータ
JP5396748B2 (ja) * 2008-06-11 2014-01-22 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法
KR101113649B1 (ko) * 2009-08-19 2012-02-15 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치 및 방법
WO2013042166A1 (ja) * 2011-09-21 2013-03-28 トヨタ自動車株式会社 蓄電システムおよび、蓄電システムの制御方法
KR101628514B1 (ko) * 2014-11-05 2016-06-09 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 온도 제어 방법
KR101836624B1 (ko) 2016-04-26 2018-03-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 시동 제어방법
KR101897338B1 (ko) 2016-09-05 2018-09-11 현대자동차주식회사 연료전지차량의 셧다운 시스템 및 그 제어방법
KR102598947B1 (ko) * 2018-05-04 2023-11-06 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 및 그의 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
US11289722B2 (en) 2022-03-29
US20220181656A1 (en) 2022-06-09
US11631870B2 (en) 2023-04-18
US20210175527A1 (en) 2021-06-10
KR20210072223A (ko) 2021-06-17
CN113036184A (zh) 2021-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60210464T2 (de) Brennstoffzellenwiederbelebungsverfahren und vorrichtung
DE112006002715B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge und Verfahren zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge
DE112008003315B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102008006729B4 (de) Verfahren zum Starten und Abschalten eines Brennstoffzellensystems
DE112007002394B4 (de) Betriebsverfahren eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE10296380B3 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
DE112004002279T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben
DE102009023882B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum zuverlässigen Starten desselben
DE102013224604A1 (de) Verfahren zum Stoppen eines elektrischen Leistungssystems eines Fahrzeugs
DE102014201558A1 (de) Startverfahren eines Brennstoffzellensystems
DE102009057777B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einer Bereitschaftsbetriebsart sowie entsprechend ausgebildetes Brennstoffzellensystem
DE102007026330A1 (de) Abgasemissionssteuerung von Wasserstoff während des gesamten Brennstoffzellenstapelbetriebs
DE102017200672A1 (de) Verfahren und Steuereinheit zur Konditionierung eines Brennstoffzellenstapels
DE102011014969B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Standby-Modus
DE112013002180T5 (de) System zur Steuerung der elektrischen Stromversorgung eines Fahrzeugs, sowie Fahrzeug
DE102009018105A1 (de) In Wasserstoff eingebetteter Brennstoffzellenstapel und damit in Verbindung stehender Betrieb
DE102014210511A1 (de) Brennstoffzellenverwaltungsverfahren
DE102008052461B4 (de) Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach einem Ausfall der Schaltung eines Endzellenheizers
DE102004033169B4 (de) Hochfahrbetriebsverfahren einer Brennstoffzelle bei niedriger Temperatur
DE102015200473B4 (de) Verfahren zum Überführen eines Brennstoffzellensystems in einen Stand-by-Modus sowie entsprechendes Brennstoffzellensystem
DE102008047393A1 (de) Verfahren zum schnellen und zuverlässigen Starten von Brennstoffzellensystemen
DE102020110811A1 (de) Brennstoffzelle-leistungsnetz-system und steuerungsverfahren dafür
WO2016083104A1 (de) Verfahren zum abschalten eines brennstoffzellenstapels sowie brennstoffzellensystem
DE102019215895A1 (de) Verfahren zum Inbetriebsetzen eines Brennstoffzellen-Stack
DE102014220907A1 (de) Brennstoffzellensystem und Ansteuerungs-Steuerungsverfahren dafür

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed