DE102020123825A1

DE102020123825A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102020123825A1
Application number: DE102020123825.8A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Kusakari; Masaaki Matsusue
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2021-06-10
Also published as: US20210175525A1; CN112909302A; US11417899B2; CN112909302B; JP2021089850A; JP7176503B2

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem (1), welches an einem Fahrzeug (9) zu montieren ist, umfasst eine Brennstoffzelle (10), welche derart konfiguriert ist, dass diese über eine chemische Reaktion von Reaktionsgasen elektrische Leistung erzeugt, einen Gas-Flüssigkeits-Separator (36), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser Wasser von einem aus der Brennstoffzelle (10) abgeführten Abgas abtrennt und das abgetrennte Wasser speichert, ein Abführventil (37), welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Wasser, welches durch eine Öffnung (82a) an einem Boden (82) des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) ausströmt, ablässt, eine Lagesteuerungsvorrichtung (38), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) relativ zu dem Fahrzeug (9) steuert, und eine Anweisungsvorrichtung (50), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Anweisung für ein Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) an die Lagesteuerungsvorrichtung (38) sendet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Ein Gas-Flüssigkeits-Separator trennt Wasser von einem Anodenabgas, welches von einer Brennstoffzelle abgeführt wird, und speichert das abgetrennte Wasser (beispielsweise Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Nr. 2008-262735 ( JP 2008-262735 A ) und Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Nr. 2009-87858 ( JP 2009-87858 A )). An dem Boden des Gas-Flüssigkeits-Separators ist eine Öffnung vorgesehen. Die Öffnung ist über eine Abführleitung mit einem Abführventil verbunden. Wenn das Abführventil geöffnet ist, wird das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator gespeicherte Wasser abgelassen.
Kurzfassung der Erfindung
Das Wasser in dem Gas-Flüssigkeits-Separator sammelt sich nicht immer an einer für das Ablassen geeigneten Stelle. Beispielsweise bewegt sich in einem auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montierten Brennstoffzellensystem das Wasser im Gas-Flüssigkeits-Separator in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Beschleunigungsrichtung und sammelt sich während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs ungleichmäßig. Daher besteht eine Möglichkeit, dass das Wasser nicht gleichmäßig abgelassen wird, da dieses von der Öffnung entfernt ist. Wenn die Menge an gesättigtem Dampf einhergehend mit einer Abnahme der Temperatur abnimmt, während das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, wird Wasserdampf im Gas-Flüssigkeits-Separator zu Wasser kondensiert und sammelt sich in einer vertikalen Richtung am Boden. Das Wasser strömt durch die Öffnung in das Abführventil. Wenn die Temperatur weiter auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts sinkt, besteht eine Möglichkeit, dass das Wasser nicht abgelassen werden kann, da das Abführventil eingefroren ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Brennstoffzellensystem bereit, bei welchem die Position des Wassers in einem Gas-Flüssigkeits-Separator angepasst werden kann.
Ein auf einem Fahrzeug zu montierendes Brennstoffzellensystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffzelle, einen Gas-Flüssigkeits-Separator, ein Abführventil, eine Lagesteuerungsvorrichtung und eine Anweisungsvorrichtung. Die Brennstoffzelle ist derart konfiguriert, dass diese über eine chemische Reaktion von Reaktionsgasen elektrische Leistung erzeugt. Der Gas-Flüssigkeits-Separator ist derart konfiguriert, dass dieser Wasser von einem aus der Brennstoffzelle abgeführten Abgas abtrennt und das abgetrennte Wasser speichert. Das Abführventil ist derart konfiguriert, dass dieses das Wasser, welches durch eine Öffnung an einem Boden des Gas-Flüssigkeits-Separators ausgeströmt ist, ablässt. Die Lagesteuerungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese eine Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators relativ zu dem Fahrzeug steuert. Die Anweisungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese eine Anweisung für ein Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators an die Lagesteuerungsvorrichtung sendet.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Struktur trennt der Gas-Flüssigkeits-Separator das Wasser von dem aus der Brennstoffzelle abgeführten Abgas ab und speichert das abgetrennte Wasser. Das durch die Öffnung am Boden ausströmende Wasser kann durch das Abführventil abgelassen werden. Die Lagesteuerungsvorrichtung steuert die Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators relativ zu dem Fahrzeug. Die Anweisungsvorrichtung sendet die Anweisung für das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators an die Lagesteuerungsvorrichtung. Die Anweisungsvorrichtung kann die Position des Wassers in dem Gas-Flüssigkeits-Separator auf der Grundlage des Steuerungsziels der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators anpassen.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann die Lagesteuerungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese einen ersten Winkel des Gas-Flüssigkeits-Separators mit Bezug auf eine Längsrichtung des Fahrzeugs so steuert, dass der erste Winkel einen Zielwert des ersten Winkels erreicht, und einen zweiten Winkel des Gas-Flüssigkeits-Separators mit Bezug auf eine Querrichtung des Fahrzeugs so steuert, dass der zweite Winkel einen Zielwert des zweiten Winkels erreicht. Die Anweisungsvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass diese Anweisungen für den Zielwert des ersten Winkels und den Zielwert des zweiten Winkels als das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators sendet
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann das Brennstoffzellensystem ferner einen Beschleunigungssensor umfassen, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Beschleunigung des Fahrzeugs erfasst. Die Anweisungsvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass diese das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators auf der Grundlage der Beschleunigung und einer Gravitationsbeschleunigung bestimmt, so dass die Öffnung des Gas-Flüssigkeits-Separators in einer Beschleunigungsrichtung des Fahrzeugs geneigt ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann die Anweisungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese eine resultierende Kraft aus einer Schwerkraft und einer Reaktionskraft gegen eine Beschleunigungskraft der Beschleunigung berechnet und das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators so bestimmt, dass eine Richtung der resultierenden Kraft mit Bezug auf die Längsrichtung des Fahrzeugs mit einer Richtung senkrecht zu einer Ebene der Öffnung, durch die das Wasser ausströmt, zusammenfällt.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann die Anweisungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese, wenn die Anweisungsvorrichtung abschätzt, dass sich eine Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator auf eine Temperatur unterhalb eines Gefrierpunkts ändert, während die Brennstoffzelle keine elektrische Leistung erzeugt, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators so bestimmt, dass das Wasser nicht durch die Öffnung des Gas-Flüssigkeits-Separators ausströmt.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann der Gas-Flüssigkeits-Separator einen Wasserspeicherbereich besitzen, in dem das Wasser gespeichert werden kann, ohne durch die Öffnung auszuströmen, wenn der Gas-Flüssigkeits-Separator einen Referenzwinkel mit Bezug auf eine vertikale Richtung besitzt. Die Anweisungsvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass diese, wenn die Anweisungsvorrichtung abschätzt, dass sich eine Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator auf eine Temperatur unterhalb eines Gefrierpunkts ändert, während die Brennstoffzelle keine elektrische Leistung erzeugt, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators so bestimmt, dass der Gas-Flüssigkeits-Separator den Referenzwinkel mit Bezug auf die vertikale Richtung besitzt.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann die Anweisungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese eine Menge des Wassers in dem Gas-Flüssigkeits-Separator berechnet und, wenn die Menge des Wassers in dem Gas-Flüssigkeits-Separator gleich oder kleiner als eine maximale Wasserspeichermenge des Wasserspeicherbereichs ist, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators so bestimmt, dass der Gas-Flüssigkeits-Separator den Referenzwinkel mit Bezug auf die vertikale Richtung besitzt.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann das Brennstoffzellensystem ferner eine Spülvorrichtung umfassen, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Brennstoffzelle durch Zuführen der Reaktionsgase spült. Die Anweisungsvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass diese die Spülvorrichtung anweist, die Brennstoffzelle zu spülen, und das Abführventil öffnet, wenn die Menge des Wassers in dem Gas-Flüssigkeits-Separator größer als die maximale Wasserspeichermenge ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann das Brennstoffzellensystem ferner einen Neigungssensor umfassen, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Neigung des Fahrzeugs erfasst. Die Anweisungsvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass diese das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators in Abhängigkeit der Neigung des Fahrzeugs bestimmt.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann die Anweisungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese, wenn die Anweisungsvorrichtung abschätzt, dass sich eine Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator nicht auf eine Temperatur unterhalb eines Gefrierpunkts ändert, während die Brennstoffzelle keine elektrische Leistung erzeugt, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators so bestimmt, dass eine Ebene der Öffnung, durch die das Wasser ausströmt, senkrecht zu einer vertikalen Richtung steht.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann der Gas-Flüssigkeits-Separator einen Einlass für das aus der Brennstoffzelle abgeführte Abgas, und einen Auslass für das Abgas, welches durch die Brennstoffzelle zirkuliert werden soll, umfassen. Flexible Leitungen können mit dem Einlass, dem Auslass und einer stromabwärtigen Seite des Abführventils verbunden sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Wasser aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator auf einfache Art und Weise abgelassen werden.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei

1 eine schematische Abbildung ist, welche ein Beispiel eines Brennstoffzellenfahrzeugs darstellt;
2 eine Strukturabbildung ist, welche ein Beispiel eines Brennstoffzellensystems darstellt;
3 eine Seitenansicht einer Lagesteuerungsvorrichtung, eines Gas-Flüssigkeits-Separators und eines Anodenabführventils ist;
4 eine Heckansicht der Lagesteuerungsvorrichtung, des Gas-Flüssigkeits-Separators und des Anodenabführventils ist;
5 eine Abbildung ist, welche ein Beispiel für eine Unebenheit von Wasser während einer Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs darstellt;
6 eine Abbildung ist, welche ein Beispiel für die Lagesteuerung während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs darstellt;
7 eine Abbildung ist, welche ein weiteres Beispiel für die Unebenheit von Wasser während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeuges darstellt;
8 eine Abbildung ist, welche ein weiteres Beispiel für die Lagesteuerung während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs darstellt;
9 eine Abbildung ist, welche ein Beispiel einer Lagesteuerung des Gas-Flüssigkeits-Separators darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf einem ebenen Gelände geparkt ist;
10 eine Abbildung ist, welche ein Beispiel einer Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, während dieses in einer Längsrichtung geneigt ist;
11 eine Abbildung ist, welche ein weiteres Beispiel der Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf dem ebenen Gelände geparkt ist;
12 eine Abbildung ist, welche ein Beispiel einer Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, während dieses in einer Querrichtung geneigt ist;
13 eine Abbildung ist, welche ein weiteres Beispiel der Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug geparkt ist, während dieses in der Längsrichtung geneigt ist;
14 eine Abbildung ist, welche eine Struktur darstellt, bei welcher der Gas-Flüssigkeits-Separator und das Anodenabführventil durch eine gerade Leitung verbunden sind; und
15 ein Flussdiagramm ist, welches ein Beispiel für einen Betrieb einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) darstellt.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Brennstoffzellensystem 1
1 ist eine schematische Abbildung, welche ein Beispiel für ein Brennstoffzellenfahrzeug 9 darstellt. Ein Brennstoffzellensystem 1 ist auf dem Brennstoffzellenfahrzeug 9 montiert. Das Brennstoffzellensystem 1 erzeugt elektrische Leistung, um Räder des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 anzutreiben. Das Brennstoffzellenfahrzeug 9 entspricht einem Beispiel für ein Fahrzeug, welches das Brennstoffzellensystem 1 umfasst, das Fahrzeug ist jedoch nicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug 9 beschränkt.
Ein Bezugszeichen Qa stellt das Brennstoffzellenfahrzeug 9 in einer Draufsicht dar. Ein Bezugszeichen Qb stellt das Brennstoffzellenfahrzeug 9 in einer Seitenansicht dar. Ein Bezugszeichen Qc stellt das Brennstoffzellenfahrzeug 9 in einer Front- bzw. Vorderansicht dar. In der folgenden Beschreibung werden eine Hx-Achse, eine Hy-Achse und eine Vz-Achse verwendet. Die Hx-Achse erstreckt sich in einer Seitenrichtung bzw. Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. Die Hy-Achse erstreckt sich in einer Längsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. Die Vz-Achse erstreckt sich in einer Aufwärts-Und-Abwärts-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. In der folgenden Beschreibung werden auch eine vertikale Richtung Vo und eine Horizontebene Ho verwendet. Die Horizontebene Ho steht senkrecht zur vertikalen Richtung Vo.
2 ist eine Strukturabbildung, welche ein Beispiel für das Brennstoffzellensystem 1 darstellt. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine Brennstoffzelle (BZ) 10, einen Motor 90, ein Kathodensystem 2, ein Anodensystem 3, ein Kühlsystem 4 und ein Steuerungssystem 5. Für eine elektrische Struktur, welche die BZ 10 und den Motor 90 verbindet, entfällt die Darstellung.
Die BZ 10 umfasst einen Stapel aus einer Mehrzahl von Polymer-Elektrolyt-Einzelzellen. Die BZ 10 wird mit einem Kathodengas und einem Anodengas versorgt und erzeugt elektrische Leistung über eine chemische Reaktion des Kathodengases und des Anodengases. In dieser Ausführungsform entspricht das Kathodengas sauerstoffhaltiger Luft und das Anodengas entspricht einem Wasserstoffgas. Das Kathodengas und das Anodengas entsprechen Beispielen für reaktive Gase bzw. Reaktionsgase. Die von der BZ 10 erzeugte elektrische Leistung wird dem Motor 90 zugeführt.
Die BZ 10 besitzt einen Einlass 11 und einen Auslass 12 für das Anodengas, einen Einlass 13 und einen Auslass 14 für das Kathodengas sowie einen Einlass 16 und einen Auslass 15 für ein Kühlmittel. Der Einlass 11 und der Auslass 12 für das Anodengas sind über einen Anodengaskanal L31 verbunden. Der Einlass 13 und der Auslass 14 für das Kathodengas sind über einen Kathodengaskanal L21 verbunden. Der Einlass 16 und der Auslass 15 des Kühlmittels sind über einen Kühlmittelkanal L41 verbunden. Der Anodengaskanal L31, der Kathodengaskanal L21 und der Kühlmittelkanal L41 umfassen jeweils einen Verteiler, welcher durch den Stapel von Einzelzellen verläuft, und Nuten, welche in Separatoren der Einzelzellen ausgebildet sind.
Das Kathodensystem 2 versorgt die BZ 10 mit sauerstoffhaltiger Luft als das Kathodengas. Das Kathodensystem 2 umfasst beispielsweise eine Kathodenzuführleitung L20, eine Kathodenabführleitung L22, Bypassleitungen L23 und L24, eine Kathodenverbindungsleitung L25, einen Luftkompressor 20, einen Zwischenkühler (I/C) 21, ein Dreiwegeventil 22, ein Bypassventil 26, einen Befeuchter 23, einen Gas-Flüssigkeits-Separator 24, ein Gegendruckregulierungsventil 25, ein Kathoden-abführventil 27, einen Drucksensor 29 und eine Lagesteuerungsvorrichtung 28.
Das Kathodengas wird der BZ 10 durch die Kathodenzuführleitung L20 zugeführt, wie durch das Bezugszeichen R20 angegeben. Die Kathodenzuführleitung L20 ist mit dem Luftkompressor 20, dem Zwischenkühler 21, dem Dreiwegeventil 22, dem Befeuchter 23 und dem Drucksensor 29 versehen. Beide Enden der Bypassleitung L24 sind mit der Kathodenzuführleitung L20 verbunden.
Der Luftkompressor 20 umfasst einen Motor 200, eine Kompressionsturbine 201 und eine Expansionsturbine 202, die mechanisch miteinander verbunden sind. Der Motor 200 rotiert die Kompressionsturbine 201, so dass das Kathodengas verdichtet wird. Die Expansionsturbine 202 wird durch ein Kathodenabgas in Rotation versetzt, welches durch die Kathodenabführleitung L22 strömt. Die Rotation der Expansionsturbine 202 unterstützt die Rotation des Motors 200. Das komprimierte Kathodengas strömt in den Zwischenkühler 21.
Der Zwischenkühler 21 kühlt beispielsweise das Kathodengas, dessen Temperatur durch die Verdichtung im Luftkompressor 20 erhöht ist. Das gekühlte Kathodengas strömt durch das Dreiwegeventil 22 in den Befeuchter 23 und die Bypassleitung L24. Zu dieser Zeit ändern sich die Strömungsraten in dem Befeuchter 23 und der Bypassleitung L24 in Abhängigkeit von den Öffnungsgraden des Dreiwegeventils 22.
Der Befeuchter 23 befeuchtet das Kathodengas, welches durch das Dreiwegeventil 22 in den Zwischenkühler 23 strömt. Das in die Bypassleitung L24 strömende Kathodengas umgeht den Befeuchter 23, verbindet sich an einer stromabwärtigen Seite des Befeuchters 23 mit dem befeuchteten Kathodengas und strömt durch den Einlass 13 in die BZ 10. Der Drucksensor 29 erfasst einen Druck des Kathodengases am Einlass 13 der BZ 10. Das Kathodengas in der BZ 10 strömt durch den Kathodenkanal, wie durch das Bezugszeichen R21 angegeben. Die BZ 10 führt das bei der elektrischen Leistungserzeugung verwendete Kathodengas als ein Kathodenabgas durch den Auslass 14 in die Kathodenabführleitung L22 ab. Das Kathodenabgas entspricht einem Beispiel für ein Abgas.
Wie durch ein Bezugszeichen R23 angegeben ist, strömt das Kathodenabgas ausgehend von dem Auslass 14 der BZ 10 durch die Kathodenabführleitung L22 und wird zur Außenseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 abgeführt. Die Kathodenabführleitung L22 ist mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator 24, dem Befeuchter 23, dem Gegendruckregulierungsventil 25 und dem Luftkompressor 20 versehen. Ein Ende der Kathodenverbindungsleitung L25 ist mit der Kathodenabführleitung L22 verbunden.
Der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 trennt Wasser von dem Kathodenabgas ab und speichert das abgetrennte Wasser. Beispielsweise sind eine im Befeuchter 23 hinzugefügte Feuchtigkeit und eine durch die Leistungserzeugungsreaktion erzeugte Feuchtigkeit als Wasser im Kathodenabgas vermischt. Unter Verwendung einer Differenz zwischen den spezifischen Gewichten des Kathodenabgases und des Wassers speichert der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 das Wasser mit einem größeren spezifischen Gewicht auf einer unteren Seite in der vertikalen Richtung. Das Kathodenabgas, welches durch den Gas-Flüssigkeits-Separator 24 vom Wasser abgetrennt wird, strömt in den Befeuchter 23.
Der Befeuchter 23 trennt Wasserdampf aus dem Kathodenabgas ab und verwendet den Wasserdampf zur Befeuchtung des Kathodengases. Das Gegendruckregulierungsventil 25 befindet sich auf einer stromabwärtigen Seite des Befeuchters 23 und reguliert einen Gegendruck des Kathodenabgases in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad. Die Expansionsturbine 202 des Luftkompressors 20 ist auf einer stromabwärtigen Seite des Gegendruckregulierungsventils 25 angeordnet und wird zur Rotation der Kompressionsturbine 201 für das Kathodengas verwendet.
Eine stromabwärtige Seite des Gas-Flüssigkeits-Separators 24 ist mit einem Ende der Kathodenverbindungsleitung L25 verbunden, welche mit dem Kathodenabführventil 27 versehen ist. Das andere Ende der Kathodenverbindungsleitung L25 ist mit der Kathodenabführleitung L22 verbunden. Wenn das Kathodenabführventil 27 geöffnet wird, wird das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 24 gespeicherte Wasser in die Kathodenabführleitung L22 abgelassen, wie durch das Bezugszeichen R24 angegeben ist. Das Kathodenabführventil 27 entspricht einem Beispiel für ein Abführventil zum Ablassen des durch eine Öffnung am Boden des Gas-Flüssigkeits-Separators 24 ausströmenden Wassers.
Die Kathodenverbindungsleitung L25 ist mit der Kathodenabführleitung L22 auf einer stromabwärtigen Seite des Luftkompressors 20 verbunden. Daher wird das Wasser mit dem Kathodenabgas vermischt, welches durch die Kathodenabführleitung L22 strömt.
Da der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 des Kathodensystems 2 Wasser vom Kathodenabgas abtrennt, ist es möglich, einen Leistungsabfall des Luftkompressors 20 durch das in die Expansionsturbine 202 auf einer stromabwärtigen Seite des Gas-Flüssigkeits-Separators 24 angesaugte Wasser zu unterdrücken.
Die Bypassleitung L23 verbindet die Kathodenzuführleitung L20 und die Kathodenabführleitung L22. Ein Ende der Bypassleitung L23 ist zwischen dem Zwischenkühler 21 und dem Dreiwegeventil 22 mit der Kathodenzuführleitung L20 verbunden. Das andere Ende der Bypassleitung L23 ist zwischen dem Gegendruckregulierungsventil 25 und der Expansionsturbine 202 mit der Kathodenabführleitung L22 verbunden. Das durch die Kathodenzuführleitung L20 strömende Kathodengas wird durch die Bypassleitung L23 mit einer vom Öffnungsgrad des Bypassventils 26 abhängigen Strömungsrate zur Kathodenabführleitung L22 geleitet.
Das Anodensystem 3 führt das Anodengas zu der BZ 10. Das Anodensystem 3 umfasst eine Anodenzuführleitung L30, eine Anodenabführleitung L32, eine Rückführleitung L33, eine Anodenverbindungsleitung L34, einen Brennstofftank 30, ein Tankventil 31, ein Druckregulierungsventil 32, einen Injektor (INJ) 33, einen Ejektor 34, eine Zirkulationspumpe 35, einen Gas-Flüssigkeits-Separator 36, ein Anodenabführventil 37, eine Lagesteuerungsvorrichtung 38 und einen Drucksensor 39.
Der Brennstofftank 30 speichert das Anodengas unter hohem Druck. Der Brennstofftank 30 und der Anodengaseinlass 11 der BZ 10 sind durch die Anodenzuführleitung L30 verbunden. Die Anodenabführleitung L32 ist mit dem Anodengasauslass 12 der BZ 10 verbunden. Die Rückfuhrleitung L33 verbindet den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 mit der Anodenzuführleitung L30.
Das Tankventil 31, das Druckregulierungsventil 32, der INJ 33 und der Ejektor 34 sind in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite der Anodenzuführleitung L30 aus angeordnet. Das Tankventil 31 wird während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 offen gehalten. Das Druckregulierungsventil 32 bewirkt, dass das Anodengas im Brennstofftank 30 mit einer vom Öffnungsgrad abhängigen Strömungsrate in den INJ 33 strömt. Der INJ 33 spritzt das Anodengas in den Ejektor 34 ein, wie durch das Bezugszeichen R10 angegeben ist. Das Anodengas wird der BZ 10 durch den Ejektor 34 zugeführt, wie durch das Bezugszeichen R11 angegeben ist.
Der INJ 33 führt das Anodengas zu der BZ 10. Der Ejektor 34 ist mit der Rückführleitung L33 verbunden und leitet ein von der BZ 10 abgeführtes Anodenabgas zusammen mit dem von dem INJ 33 zugeführten Anodengas zurück in die BZ 10. Auf diese Art und Weise zirkuliert das Anodenabgas durch die BZ 10. Das Anodenabgas, welches durch die BZ 10 zirkuliert, wird einfach als „Anodengas“ bezeichnet.
Das Anodengas strömt durch den Anodengaskanal L31 in der BZ 10, wie durch das Bezugszeichen R12 angegeben ist. Die BZ 10 führt das Anodengas, welches bei der Leistungserzeugung verwendet wurde, als ein Anodenabgas durch den Auslass 12 in die Anodenabführleitung L32 ab. Das Anodenabgas entspricht einem Beispiel für das Abgas.
Die Anodenabführleitung L32 verbindet den Auslass 12 und den Gas-Flüssigkeits-Separator 36. Wie durch das Symbol R13 angegeben ist, strömt das Anodenabgas ausgehend vom Auslass 12 durch die Anodenabführleitung L32 und strömt dann in den Gas-Flüssigkeits-Separator 36.
Der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 trennt Wasser aus dem Anodenabgas ab und speichert das abgetrennte Wasser. Beispielsweise ist Feuchtigkeit, welche durch die Leistungserzeugungsreaktion erzeugt wird, als Wasser im Anodenabgas vermischt. Unter Verwendung einer Differenz zwischen den spezifischen Gewichten des Anodenabgases und des Wassers speichert der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 das Wasser mit einem größeren spezifischen Gewicht auf einer unteren Seite in der vertikalen Richtung. Das durch den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 vom Wasser abgetrennte Anodenabgas strömt in die Rückführleitung L33.
Die Rückführleitung L33 ist mit der Zirkulationspumpe 35 versehen. Die Zirkulationspumpe 35 führt das Anodenabgas aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 zu dem Ejektor 34, wie durch das Bezugszeichen R14 angegeben ist. Das Anodenabgas wird mit dem Anodengas im Ejektor 34 vermischt. Wie durch das Bezugszeichen R11 angegeben ist, strömt das vermischte Anodenabgas durch die Anodenzuführleitung L30 und zirkuliert durch die BZ 10. Der Drucksensor 39 ist auf der Anodenzuführleitung L30 vorgesehen und misst einen Druck des Anodengases am Einlass 11 des Anodengases.
Eine stromabwärtige Seite des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 ist mit einem Ende der Anodenverbindungsleitung L34 verbunden, die mit dem Anodenabführventil 37 versehen ist. Das andere Ende der Anodenverbindungsleitung L34 ist mit der Kathodenabführleitung L22 verbunden. Wenn das Anodenabführventil 37 geöffnet wird, wird das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 gespeicherte Wasser in die Kathodenabführleitung L22 abgelassen, wie durch das Bezugszeichen R15 angegeben ist. Das Anodenabführventil 37 entspricht einem Beispiel für ein Abführventil zum Ablassen des durch eine Öffnung am Boden des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 ausströmenden Wassers.
Die Anodenverbindungsleitung L34 ist mit der Kathodenabführleitung L22 auf der stromabwärtigen Seite des Luftkompressors 20 verbunden. Daher wird das Wasser mit dem Kathodenabgas vermischt, welches durch die Kathodenabführleitung L22 strömt.
Die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 steuern die Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36. Während der Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 passen die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 die Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 in Abhängigkeit einer Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 an, so dass das Wasser in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 gleichmäßig in das Kathodenabführventil 27 bzw. das Anodenabführventil 37 strömt. Wenn beispielsweise abgeschätzt wird, dass die Temperaturen in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 unter einem Gefrierpunkt liegen, während das Brennstoffzellenfahrzeug 9 gestoppt ist, passen die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 die Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 in Abhängigkeit von einer Neigung des Brennstoffzellenfahrzeuges 9 an, so dass das Wasser in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 kaum in das Kathodenabführventil 27 bzw. das Anodenabführventil 37 strömt. Die Strukturen und die Funktionsweise der Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 werden später beschrieben.
Das Kühlsystem 4 kühlt die BZ 10. Das Kühlsystem 4 umfasst eine Kühlmittelzuführleitung L40, eine Kühlmittelabführleitung L42, einen Kühler 40, eine Kühlpumpe 41 und einen Temperatursensor 42.
Die Kühlmittelzuführleitung L40 verbindet den Kühler 40 und den Einlass 16 der BZ 10. Die Kühlmittelabführleitung L42 verbindet den Kühler 40 und den Auslass 15 der BZ 10. Die Kühlmittelzuführleitung L40 ist mit der Kühlpumpe 41 versehen, welche derart konfiguriert ist, dass diese das Kühlmittel fördert. Die Kühlmittelabführleitung L42 ist mit dem Temperatursensor 42 versehen, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser die Temperatur des Kühlmittels erfasst.
Der Kühler 40 kühlt das von der BZ 10 abgeführte Kühlmittel. Die Kühlpumpe 41 bewirkt, dass das gekühlte Kühlmittel durch die Kühlmittelzuführleitung L40 in den Einlass 16 der BZ 10 strömt. Das Kühlmittel strömt vom Einlass 16 durch den Kühlmittelkanal L41 und wird vom Auslass 15 zu der Kühlmittelabführleitung L42 abgeführt. Das Kühlmittel strömt durch die Kühlmittelabführleitung L42 und zirkuliert durch den Kühler 40. Die BZ 10 wird durch das Kühlmittel gekühlt, so dass die Leistungserzeugungsleistung erhalten bleibt.
Das Steuerungssystem 5 umfasst eine ECU 50, einen Neigungssensor 51, Beschleunigungssensoren 52a und 52b, einen Gaspedalbetätigungsbetragsensor 53 und einen Zündschalter 54. Der Gaspedalbetätigungsbetragsensor 53 erfasst einen Betätigungsbetrag eines Gaspedals (nicht dargestellt) des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 und teilt der ECU 50 den Gaspedalbetätigungsbetrag mit. Der Zündschalter 54 wird auf AN geschaltet, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 gestartet wird, und auf AUS geschaltet, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 gestoppt wird. Die ECU 50 erfasst, ob der Zündschalter 54 AN oder AUS ist.
Beispiele für den Neigungssensor 51 umfassen ein Gyroskop. Der Neigungssensor 51 erfasst eine Neigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 mit Bezug auf die Horizontebene Ho. Beispielsweise erfasst der Neigungssensor 51 eine Neigung der Hy-Achse des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 mit Bezug auf die Horizontebene und eine Neigung der Hx-Achse des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 mit Bezug auf die Horizontebene. Der Neigungssensor 51 meldet der ECU 50 die Neigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9.
Der Beschleunigungssensor 52a erfasst eine Beschleunigung αy entlang der Hy-Achse des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. Der Beschleunigungssensor 52b erfasst eine Beschleunigung αx entlang der Hx-Achse des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. Die Beschleunigungssensoren 52a und 52b melden der ECU 50 die Beschleunigungen αx und αy des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. Die Beschleunigung αy entspricht einer Beschleunigung in der Längsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. Die Beschleunigung αx entspricht einer Beschleunigung in der Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9.
Die ECU 50 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Der Gaspedalbetätigungsbetragsensor 53, der Zündschalter 54, der Neigungssensor 51, die Beschleunigungssensoren 52a und 52b, der Luftkompressor 20, das Dreiwegeventil 22, das Bypassventil 26, das Gegendruckregulierungsventil 25, das Tankventil 31, das Druckregulierungsventil 32, der INJ 33, das Kathodenabführventil 27, das Anodenabführventil 37, der Temperatursensor 42, die Drucksensoren 29 und 39, die Zirkulationspumpe 35, die Kühlpumpe 41 und die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 sind elektrisch mit der ECU 50 verbunden.
Die ECU 50 berechnet einen in der BZ 10 erforderlichen Stromwert (im Folgenden als „erforderlicher Stromwert“ bezeichnet) auf der Grundlage des vom Gaspedalbetätigungsbetragsensor 53 erfassten Gaspedalbetätigungsbetrags. Die ECU 50 sendet eine Anweisung für die Strömungsrate des Kathodengases an den Luftkompressor 20 und sendet eine Anweisung für die Einspritzmenge des Anodengases an den INJ 33. So bestimmt die ECU 50 beispielsweise einen Leistungserzeugungszustand der BZ 10 auf der Grundlage von Erfassungswerten des Drucksensors 29 und des Temperatursensors 42 und steuert die Öffnungsgrade des Dreiwegeventils 22, des Bypass-Ventils 26, des Gegendruckregulierungsventils 25, des Tankventils 31 und des Druckregulierungsventils 32 sowie die Ausgangsleistung der Zirkulationspumpe 35 und der Kühlpumpe 41 in Abhängigkeit des Leistungserzeugungszustands.
Die ECU 50 weist den Luftkompressor 20 und den INJ 33 an, die BZ 10, das Kathodensystem 2 und das Anodensystem 3 zu spülen. Der Luftkompressor 20 spült die Kathodenzuführleitung L20, den Kathodengaskanal L21 und die Kathodenabführleitung L22, indem das Kathodengas im Ansprechen auf die Anweisung zugeführt wird. Der INJ 33 spült die Anodenzuführleitung L30, den Anodengaskanal L31 und die Rückführleitung L33, indem das Anodengas im Ansprechen auf die Anweisung eingespritzt wird. Der Luftkompressor 20 und der INJ 33 entsprechen Beispielen für eine Spülvorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese die BZ 10 durch das Zuführen von Reaktionsgasen spült.
Während der Ausführung des Spülvorgangs öffnet die ECU 50 das Kathodenabführventil 27 und das Anodenabführventil 37. Daher strömt das in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 gespeicherte Wasser durch die Kathodenverbindungsleitung L25 und die Anodenverbindungsleitung L34 und wird durch die Kathodenabführleitung L22 nach außen abgelassen.
Das Wasser in dem Gas-Flüssigkeits-Separator sammelt sich nicht immer an einer für das Ablassen geeigneten Stelle. Beispielsweise bewegt sich das Wasser in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Beschleunigungsrichtung und sammelt sich ungleichmäßig. Es besteht daher eine Möglichkeit, dass das Wasser nicht gleichmäßig abgelassen wird, da sich das Wasser von den Öffnungen an den Böden der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 und 36 entfernt befindet. Wenn der Betrag an gesättigtem Dampf einhergehend mit einer Abnahme der Temperatur abnimmt, während das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt ist, wird Wasserdampf in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 zu Wasser kondensiert und sammelt sich in der vertikalen Richtung am Boden. Das Wasser strömt durch die Öffnungen der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 und 36 in das Kathodenabführventil 27 und das Anodenabführventil 37. Wenn die Temperatur weiter auf eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt sinkt, besteht eine Möglichkeit, dass das Wasser nicht abgelassen werden kann, da das Kathodenabführventil 27 und das Anodenabführventil 37 eingefroren sind.
Die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 steuern entsprechend die Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 relativ zu dem Brennstoffzellenfahrzeug 9. Die ECU 50 sendet Anweisungen für Steuerungsziele der Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 an die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38. Die ECU 50 kann die Positionen des Wassers in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 auf der Grundlage der Steuerungsziele der Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 anpassen. Die ECU 50 entspricht einem Beispiel für eine Anweisungsvorrichtung.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung am Beispiel des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 und der Lagesteuerungsvorrichtung 38. Die Strukturen des Gas-Flüssigkeits-Separators 24 und der Lagesteuerungsvorrichtung 28 ähneln denen des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 und der Lagesteuerungsvorrichtung 38, weshalb deren Beschreibung entfällt.
Strukturen des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 und der Lagesteuerungsvorrichtung 38
3 ist eine Seitenansicht der Lagesteuerungsvorrichtung 38, des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 und des Anodenabführventils 37. 4 ist eine Heckansicht der Lagesteuerungsvorrichtung 38, des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 und des Anodenabführventils 37. In 3 entspricht eine rechte Seite des Zeichenblatts einer Rückseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9, und eine linke Seite des Zeichenblatts entspricht einer Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. In 4 entspricht eine rechte Seite des Zeichenblatts einer rechten Seite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9, und eine linke Seite des Zeichenblatts entspricht einer linken Seite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9. 3 und 4 stellen Querschnitte des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 dar.
Bezugszeichen G1 und G2 stellen Neigungen der Hy-Achse, der Hx-Achse und der Vz-Achse mit Bezug auf die Horizontebene Ho und die vertikale Richtung Vo sowie eine Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 dar. Die Hy-Achse und die Hx-Achse sind parallel zur Horizontebene Ho. Die Vz-Achse ist parallel zur vertikalen Richtung Vo.
Der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 besitzt einen Zylinder 81, eine Oberseite 80 und einen trichterförmigen Boden 82. Die Oberseite 80 bedeckt den Zylinder 81. Der Boden 82 erstreckt sich von dem unteren Ende des Zylinders 81. Der Zylinder 81 besitzt eine Einströmöffnung 81a an seiner Vorderseite, und das Anodenabgas und Wasser strömen von der BZ 10 durch die Einströmöffnung 81a in den Gas-Flüssigkeits-Separator 36. Die Oberseite 80 besitzt eine Ausströmöffnung 80a, durch welche das Anodenabgas ausströmt. Die Einströmöffnung 81a ist mit einem Wellrohr 70 verbunden, welches einem Teil der Anodenabführleitung L32 entspricht. Die Ausströmöffnung 80a ist mit einem Wellrohr 71 verbunden, welches einem Teil der Rückführleitung L33 entspricht.
Die Einströmöffnung 81a entspricht einem Beispiel für einen Einlass für das von der BZ 10 abgeführten Anodenabgas. Die Ausströmöffnung 80a entspricht einem Beispiel für einen Auslass für das Anodenabgas, welches durch die BZ 10 zirkuliert werden soll. Die Einströmöffnung 81a und die Ausströmöffnung 80a entsprechen beispielsweise kreisförmigen Öffnungen, deren Gestaltungen sind jedoch nicht beschränkt.
Eine Öffnung 82a ist in der Mitte des Bodens 82 vorgesehen. Eine Richtung senkrecht zu einer Ebene 820 der Öffnung 82a entspricht der Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36. Eine L-förmige Leitung 83 ist mit dem unteren Ende des Bodens 82 verbunden. Eine Öffnung der Leitung 83 passt in die Öffnung 82a am Boden 82. Die Leitung 83 entspricht einem Teil der Anodenverbindungsleitung L34 und verbindet den Boden 82 und eine stromaufwärtige Seite des Anodenabführventils 37. Die Leitung 83 erstreckt sich vom Boden 82 entlang der Lagerichtung L und ist in der Mitte rechtwinklig zum Anodenabführventil 37 gebogen.
Eine stromabwärtige Seite des Anodenabführventils 37 ist über ein Wellrohr 72 mit der Kathodenabführleitung L22 verbunden. Das Wellrohr 72 entspricht einem Teil der Anodenverbindungsleitung L34. Die Wellrohre 70 bis 72 entsprechen Beispielen für ein flexibles Rohr bzw. eine flexible Leitung. Wenn sich die Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 ändert, ändert sich die Lage des Anodenabführventils 37 zusammen mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36, die Wellrohre 70 bis 72 verformen sich jedoch flexibel im Ansprechen auf die Änderung der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators 36. Daher können die anderen Elemente deren Lage beibehalten. Anstelle der Wellrohre 70 bis 72 können Gummileitungen verwendet werden.
Das Anodenabgas und das von der BZ 10 abgeführte Wasser strömen durch die Einströmöffnung 81a in den Gas-Flüssigkeits-Separator 36, wie durch das Bezugszeichen R60 angegeben. Das Anodenabgas wird durch die Ausströmöffnung 80a abgeführt, wie durch das Bezugszeichen R61 angegeben. Das Wasser wird aufgrund der Differenz zwischen den spezifischen Gewichten des Wassers und des Anodenabgases vom Anodenabgas abgetrennt. Das abgetrennte Wasser W wird in der Leitung 83 und in einem Bereich innerhalb des Zylinders 81 oder des Bodens 82 gespeichert. Wenn das Anodenabführventil 37 geöffnet wird, wird das gespeicherte Wasser W abgelassen, wie durch das Bezugszeichen R62 angegeben ist.
Die Lagesteuerungsvorrichtung 38 ist mit der Oberseite 80 des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 verbunden und steuert die Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators 36. Die Lagesteuerungsvorrichtung 38 umfasst einen oberen Motor 60, eine obere Drehwelle 61, ein oberes Befestigungselement 62, einen unteren Motor 63, eine untere Drehwelle 64 und ein unteres Befestigungselement 65.
Der obere Motor 60 rotiert die obere Drehwelle 61, wie durch das Bezugszeichen Dx angegeben. Der untere Motor 63 rotiert die untere Drehwelle 64, wie durch das Bezugszeichen Dy angegeben. Die obere Drehwelle 61 ist durch das obere Befestigungselement 62 an der oberen Fläche des unteren Motors 63 fixiert. Die untere Drehwelle 64 ist durch das untere Befestigungselement 65 an der Oberseite 80 fixiert. Wenn die obere Drehwelle 61 rotiert, rotieren der untere Motor 63, die untere Drehwelle 64 und der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 zusammen mit der oberen Drehwelle 61. Wenn die untere Drehwelle 64 rotiert, rotiert der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 zusammen mit der unteren Drehwelle 64.
Der untere Motor 63 steuert einen Winkel θy der Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit Bezug auf die Hy-Achse. Die ECU 50 sendet eine Anweisung für einen Zielwert des Winkels θy an den unteren Motor 63. Der untere Motor 63 steuert den Winkel θy im Ansprechen auf die Anweisung von der ECU 50 auf den Zielwert. Der Winkel θy entspricht einem Beispiel für einen ersten Winkel des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit Bezug auf die Längsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9.
Der obere Motor 60 steuert einen Winkel θx der Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit Bezug auf die Hx-Achse. Die ECU 50 sendet eine Anweisung für einen Zielwert des Winkels θx an den oberen Motor 60. Der obere Motor 60 steuert den Winkel θx im Ansprechen auf die Anweisung von der ECU 50 auf den Zielwert. Der Winkel θx entspricht einem Beispiel für einen zweiten Winkel des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit Bezug auf die Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9.
Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, steuert die ECU 50 die Lagesteuerungsvorrichtung 38 so, dass die Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 orthogonal bzw. senkrecht zur Horizontebene Ho ist. Die ECU 50 sendet Anweisungen für 90 Grad an den oberen Motor 60 und den unteren Motor 63 als die Zielwerte für die Winkel θx und θy.
Wie vorstehend beschrieben ist, steuert die Lagesteuerungsvorrichtung 38 den Winkel θy des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit Bezug auf die Längsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 und den Winkel θx des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit Bezug auf die Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9, so dass die Winkel θy und θx deren Zielwerte erreichen. Die ECU 50 sendet Anweisungen für die Zielwerte der Winkel θy und θx als das Steuerungsziel für die Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators 36. Daher kann die Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 frei gesteuert werden.
Lagesteuerung während einer Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9
5 ist eine Abbildung, welche ein Beispiel für eine Unebenheit des Wassers W während einer Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 darstellt. In 5 werden Komponenten, die mit denen in 3 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Als ein Beispiel wird eine Vorwärtsbeschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 angenommen. Es wird angenommen, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 9 in der Querrichtung nicht beschleunigt wird. In diesem Fall wird die Beschleunigung αy entlang der Hy-Achse auf den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 aufgebracht, wie durch das Bezugszeichen G3 angegeben. Aufgrund der Reaktion gegen eine Beschleunigungskraft bewegt sich das Wasser W entgegen der Beschleunigungsrichtung und sammelt sich ungleichmäßig. Das heißt, die Oberfläche des Wassers W ist mit Bezug auf die Ebene 820 der Öffnung 82a geneigt. Daher besteht eine Möglichkeit, dass das Wasser W nicht glatt abgelassen wird, da sich das Wasser W von der Öffnung 82a entfernt befindet.
Die ECU 50 bestimmt einen Zielwert des Winkels θy der Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36, so dass die Unebenheit des in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 gespeicherten Wassers W verringert wird.
6 ist eine Abbildung, welche ein Beispiel für die Lagesteuerung während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 darstellt. In 6 werden Komponenten, die mit denen in 3 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Der Beschleunigungssensor 52a erfasst die Beschleunigung αy entlang der Hy-Achse und meldet der ECU 50 die Beschleunigung αy. Die ECU 50 bestimmt den Zielwert des Winkels θy auf der Grundlage der Beschleunigung αy und einer Gravitationsbeschleunigung bzw. Erdbeschleunigung Go, so dass die Öffnung 82a des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 in die Beschleunigungsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 geneigt wird, wie durch das Bezugszeichen G4 angegeben. Die ECU 50 berechnet beispielsweise eine resultierende Kraft Gy aus der Schwerkraft und einer Reaktionskraft αy' gegen die Beschleunigungskraft durch eine Vektoroperation und berechnet einen Winkel αy der resultierenden Kraft Gy mit Bezug auf die Hy-Achse als den Zielwert.
Der untere Motor 63 ändert den Winkel θy der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hy-Achse ausgehend von dem Winkel θy in 3 (90 Grad) um einen Winkel Δθy basierend auf der Beschleunigung αy. Der Zielwert des Winkels θy beträgt (90 Grad + Δθy).
Das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 gespeicherte Wasser W nimmt die resultierende Kraft Gy in einer Richtung auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene 820 der Öffnung 82a verläuft. Daher wird die Unebenheit des Wassers W reduziert und die Oberfläche des Wassers W und die Ebene 820 der Öffnung 82a sind im Wesentlichen parallel zueinander. So strömt das Wasser W durch die Leitung 83 und wird auf einfache Art und Weise durch das Anodenabführventil 37 abgelassen. Da die Beschleunigung in der Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 gleich 0 ist, hält der obere Motor 60 den Winkel θx mit Bezug auf die Hx-Achse bei 90 Grad.
Wie vorstehend beschrieben ist, bestimmt die ECU 50 den Zielwert des Winkels θy so, dass die Lagerichtung L senkrecht zur Ebene 820 der Öffnung 82a mit der Richtung der resultierenden Kraft Gy zusammenfällt. Daher befindet sich der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 in einer solchen Lage, dass das Wasser W am gleichmäßigsten durch die Öffnung 82a abgelassen wird. Die Lagerichtung L muss nicht unbedingt mit der Richtung der resultierenden Kraft Gy übereinstimmen. Die ECU 50 braucht nur den Zielwert des Winkels θy so zu bestimmen, dass die Lagerichtung L näher an der Richtung der resultierenden Kraft Gy liegt.
In diesem Beispiel wird das Brennstoffzellenfahrzeug 9 vorwärts beschleunigt. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 nach hinten bzw. rückwärts beschleunigt wird, entspricht die Richtung der Beschleunigung αy einer Rückwärtsrichtung, und daher ist die Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 in einer Richtung entgegengesetzt zu dieser in diesem Beispiel geneigt. Der Winkel θx der Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit Bezug auf die Hx-Achse wird durch ein ähnliches Verfahren wie das vorstehend beschriebene gesteuert.
7 ist eine Abbildung, welche ein weiteres Beispiel für die Unebenheit des Wassers W während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 darstellt. In 7 werden Komponenten, die mit denen in 4 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Als ein Beispiel wird eine Linksbeschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeuges 9 angenommen. Es wird angenommen, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 9 in der Längsrichtung nicht beschleunigt wird. In diesem Fall wird die Beschleunigung αx entlang der Hx-Achse auf den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 aufgebracht, wie durch das Bezugszeichen G5 angegeben. Aufgrund einer Reaktion gegen eine Beschleunigungskraft bewegt sich das Wasser W in einer Richtung entgegengesetzt zu der Beschleunigungsrichtung und sammelt sich ungleichmäßig. Das heißt, die Oberfläche des Wassers W ist mit Bezug auf die Ebene 820 der Öffnung 82a geneigt. Daher besteht eine Möglichkeit, dass das Wasser W nicht gleichmäßig abgelassen wird, da sich das Wasser W von der Öffnung 82a entfernt befindet.
Die ECU 50 bestimmt einen Zielwert des Winkels θx der Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36, so dass die Unebenheit des in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 gespeicherten Wassers W reduziert wird.
8 ist eine Abbildung, welche ein weiteres Beispiel für die Lagesteuerung während der Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 darstellt. In 8 werden Komponenten, die mit denen in 4 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Der Beschleunigungssensor 52b erfasst die Beschleunigung αx entlang der Hx-Achse und meldet der ECU 50 die Beschleunigung αx. Die ECU 50 bestimmt den Zielwert des Winkels θx auf der Grundlage der Beschleunigung αx und der Erdbeschleunigung Go, so dass die Öffnung 82a des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 in der Beschleunigungsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 geneigt ist, wie durch das Bezugszeichen G6 angegeben. Beispielsweise berechnet die ECU 50 eine resultierende Kraft Gx aus der Schwerkraft und einer Reaktionskraft αx' gegen die Beschleunigungskraft durch eine Vektoroperation und berechnet einen Winkel θx der resultierenden Kraft Gx mit Bezug auf die Hx-Achse als den Zielwert.
Der obere Motor 60 ändert den Winkel θx der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hx-Achse ausgehend von dem Winkel θx in 4 (90 Grad) um einen Winkel Δθx basierend auf der Beschleunigung αx. Der Zielwert des Winkels θx beträgt (90 Grad + Δθx).
Das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 gespeicherte Wasser W nimmt die resultierende Kraft Gx in einer Richtung auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene 820 der Öffnung 82a verläuft. Dadurch wird die Unebenheit des Wassers W reduziert, und die Oberfläche des Wassers W und die Ebene 820 der Öffnung 82a sind im Wesentlichen parallel zueinander. Daher strömt das Wasser W durch die Leitung 83 und wird auf einfache Art und Weise durch das Anodenabführventil 37 abgelassen. Da die Beschleunigung αy in der Längsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 gleich 0 ist, hält der untere Motor 63 den Winkel θy mit Bezug auf die Hy-Achse bei 90 Grad.
Wie vorstehend beschrieben ist, bestimmt die ECU 50 den Zielwert des Winkels θx so, dass die Lagerichtung L senkrecht zur Ebene 820 der Öffnung 82a mit der Richtung der resultierenden Kraft Gx zusammenfällt. Daher befindet sich der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 in einer solchen Lage, dass das Wasser W am gleichmäßigsten durch die Öffnung 82a abgelassen wird. Die Lagerichtung L muss nicht unbedingt mit der Richtung der resultierenden Kraft Gx zusammenfallen Die ECU 50 braucht nur den Zielwert des Winkels θx so zu bestimmen, dass die Lagerichtung L näher an der Richtung der resultierenden Kraft Gx liegt.
In diesem Beispiel wird das Brennstoffzellenfahrzeug 9 nach links beschleunigt. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 nach rechts beschleunigt wird, entspricht die Richtung der Beschleunigung αx einer nach rechts gerichteten Richtung, und daher ist die Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 in einer Richtung entgegengesetzt zu dieser in diesem Beispiel geneigt.
Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 gleichzeitig in den Richtungen der Hx-Achse und der Hy-Achse beschleunigt wird, bestimmt die ECU 50 die Zielwerte der Winkel θy und θx auf der Grundlage der Erdbeschleunigung und der von den Beschleunigungssensoren 52a bzw. 52b erfassten Beschleunigungen αy und αx. Beispielsweise berechnet die ECU 50 durch eine Vektoroperation die resultierende Kraft Gy aus der Schwerkraft und der Reaktionskraft gegen die Beschleunigungskraft auf der Hy-Achse und die resultierende Kraft Gx aus der Schwerkraft und der Reaktionskraft gegen die Beschleunigungskraft auf der Hx-Achse, und bestimmt die Zielwerte der Winkel θy und θx, so dass die Lagerichtung L mit den Richtungen der resultierenden Kräfte Gy und Gx zusammenfällt. Auf diese Art und Weise werden die vorstehend beschriebenen Aktionen und Effekte erreicht.
Lagesteuerung bei geparktem Brennstoffzellenfahrzeug 9
Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt wird, wird der Zündschalter 54 auf AUS geschaltet. Wenn die ECU 50 erfasst, dass der Zündschalter 54 auf AUS geschaltet ist, stoppt die ECU 50 die Erzeugung elektrischer Leistung in der BZ 10. Zu dieser Zeit stoppt die ECU 50 die Zuführung des Kathodengases zum Luftkompressor 20 und die Zuführung des Anodengases zum INJ 33. Die ECU 50 öffnet das Kathodenabführventil 27 und das Anodenabführventil 37, um Wasser in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 abzulassen.
Wenn die Temperatur sinkt, wird Wasserdampf in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 zu neuem Wasser kondensiert, und das Wasser, welches durch die Öffnung 82a in das Anodenabführventil 37 strömt, kann bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt einfrieren. Da die Leitung 83, welche die Öffnung 82a des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 und das Anodenabführventil 37 verbindet, die L-Gestalt besitzt, bleibt das Wasser am Boden der Leitung 83 und strömt kaum in das Anodenabführventil 37. Je nach Wassermenge oder Neigung des geparkten Brennstoffzellenfahrzeugs 9 kann das Wasser in das Anodenabführventil 37 strömen.
Wenn die ECU 50 abschätzt, dass sich die Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts ändert, bestimmt die ECU 50 die Zielwerte der Winkel θy und θx des Gas-Flüssigkeits-Separators 36, so dass das Wasser nicht durch die Öffnung 82a in das Anodenabführventil 37 strömt, wie nachstehend beschrieben. Da die Strömung des Wassers W aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 in das Anodenabführventil 37 unterdrückt wird, wird das Einfrieren des Anodenabführventils 37 unterdrückt.
9 ist eine Abbildung, welche ein Beispiel einer Lagesteuerung des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 auf einem ebenen Gelände geparkt wird. In 9 werden Komponenten, die mit denen in 3 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Wie durch das Bezugszeichen G7 angegeben, ist die Hy-Achse mit Bezug auf die Horizontebene Ho nicht geneigt, und die Vz-Achse fällt mit der vertikalen Richtung Vo zusammen. Die ECU 50 bestimmt einen Zielwert des Winkels θy, so dass die Lagerichtung L einen vorbestimmten Referenzwinkel ϕy mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt.
Der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 besitzt einen Wasserspeicherbereich 85, in dem das Wasser W gespeichert werden kann, ohne durch die Öffnung 82a auszuströmen, wenn die Lagerichtung L den Referenzwinkel ϕy mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt. Der Wasserspeicherbereich 85 entspricht beispielsweise einem vertieften Bereich, der bei Betrachtung von der Öffnung 82a durch den Zylinder 81 und den Boden 82 auf der Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 definiert ist.
Der untere Motor 63 ändert den Winkel θy der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hy-Achse ausgehend von dem Winkel θy in 3 (90 Grad) um einen Winkel Δθy gleich dem Referenzwinkel ϕy. Der Zielwert des Winkels θy beträgt (90 Grad + Δθy).
Da die Lagerichtung L den Referenzwinkel ϕy mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, wird das durch eine Kondensation erzeugte Wasser W in dem Wasserspeicherbereich 85 gespeichert. Daher wird die Strömung des Wassers W durch die Öffnung 82a in das Anodenabführventil 37 unterdrückt. Selbst wenn das in dem Wasserspeicherbereich 85 gespeicherte Wasser W bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt gefroren wird, wird der Abfluss des Wassers W nicht beeinträchtigt, da das Anodenabführventil 37 ungehindert geöffnet und geschlossen wird.
Wenn die Hy-Achse mit Bezug auf die Horizontebene Ho geneigt ist und die Vz-Achse nicht mit der vertikalen Richtung Vo zusammenfällt, bestimmt die ECU 50 den Zielwert des Winkels θy, so dass die Lagerichtung L den vorbestimmten Referenzwinkel ϕy mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, in Abhängigkeit der vom Neigungssensor 51 erfassten Neigung. Es wird ein Fall beschrieben, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt ist, während dieses in der Längsrichtung geneigt ist.
10 ist eine Abbildung, welche ein Beispiel einer Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt ist, während dieses in der Längsrichtung geneigt ist. In 10 werden Komponenten, die mit denen in 9 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Wie durch ein Bezugszeichen G8 angegeben, ist die Hy-Achse gegenüber der Horizontebene Ho um Δy geneigt, und die Vz-Achse weicht von der vertikalen Richtung Vo um den Winkel Δy ab. Das heißt, das Brennstoffzellenfahrzeug 9 ist in einem Zustand geparkt, in dem die Längsrichtung mit dem Winkel Δy mit Bezug auf die Horizontebene Ho geneigt ist. Die Hx-Achse ist parallel zur Horizontebene Ho. Die ECU 50 bestimmt den Zielwert des Winkels θy so, dass die Lagerichtung L den Referenzwinkel ϕy mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, in Abhängigkeit von dem vom Neigungssensor 51 erfassten Winkel Δy.
Der untere Motor 63 ändert den Winkel θy der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hy-Achse ausgehend von dem Winkel θy in 3 (90 Grad) um einen Winkel Δθy gleich der Summe des Referenzwinkels ϕy und des Winkels Δy. Der Zielwert des Winkels θy beträgt (90 Grad + Δθy).
Da die Lagerichtung L den Referenzwinkel ϕy mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, werden ähnliche Aktionen und Effekte wie diese in dem Beispiel von 9 erreicht, auch wenn die Längsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 mit Bezug auf die Horizontebene Ho geneigt ist.
In diesem Beispiel befindet sich der Wasserspeicherbereich 85 von der Öffnung 82a aus betrachtet auf der Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeuges 9, der Wasserspeicherbereich ist jedoch nicht auf den Wasserspeicherbereich 85 beschränkt. Wie in dem folgenden Beispiel kann sich der Wasserspeicherbereich von der Öffnung 82a aus betrachtet auf der linken Seite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 befinden.
11 ist eine Abbildung, welche ein weiteres Beispiel der Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 auf dem ebenen Gelände geparkt ist. In 11 werden Komponenten, die mit denen in 4 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Wie durch ein Bezugszeichen G9 angegeben, ist die Hx-Achse gegenüber der Horizontebene Ho nicht geneigt, und die Vz-Achse fällt mit der vertikalen Richtung Vo zusammen. Die ECU 50 bestimmt einen Zielwert des Winkels θx, so dass die Lagerichtung L einen vorbestimmten Referenzwinkel θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt.
Der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 besitzt einen Wasserspeicherbereich 86, in dem das Wasser W gespeichert werden kann, ohne durch die Öffnung 82a auszuströmen, wenn die Lagerichtung L den Referenzwinkel θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt. Der Wasserspeicherbereich 86 entspricht beispielsweise einem vertieften Bereich, der von der Öffnung 82a aus betrachtet durch den Zylinder 81 und den Boden 82 auf der linken Seite des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 definiert ist.
Der obere Motor 60 ändert den Winkel θx der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hx-Achse ausgehend von dem Winkel θx in 4 (90 Grad) um einen Winkel Δθx gleich dem Referenzwinkel Φx. Der Zielwert des Winkels θx beträgt (90 Grad + Δθx).
Da die Lagerichtung L den Referenzwinkel θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, wird das durch Kondensation erzeugte Wasser W in dem Wasserspeicherbereich 86 gespeichert. Daher wird die Strömung des Wassers W durch die Öffnung 82a in das Anodenabführventil 37 unterdrückt. Selbst wenn das in dem Wasserspeicherbereich 86 gespeicherte Wasser W bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt gefroren ist, wird der Abfluss des Wassers W nicht beeinträchtigt, da das Anodenabführventil 37 ungehindert geöffnet und geschlossen wird.
Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 unter Neigung in der Querrichtung geparkt ist, bestimmt die ECU 50 den Zielwert des Winkels θx der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hx-Achse, so dass die Lagerichtung L den Referenzwinkel θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt.
12 ist eine Abbildung, welche ein Beispiel einer Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt ist, während dieses in der Querrichtung geneigt ist. In 12 werden Komponenten, die mit denen in 11 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Wie durch ein Bezugszeichen G10 angegeben, ist die Hx-Achse gegenüber der Horizontebene Ho um Δx geneigt, und die Vz-Achse weicht von der vertikalen Richtung Vo um den Winkel Δx ab. Das heißt, das Brennstoffzellenfahrzeug 9 ist in einem Zustand geparkt, in dem die Querrichtung mit dem Winkel Δx mit Bezug auf die Horizontebene Ho geneigt ist. Die Hy-Achse ist parallel zur Horizontebene Ho. Die ECU 50 bestimmt den Zielwert des Winkels θx, so dass die Lagerichtung L den Referenzwinkel θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, in Abhängigkeit von dem vom Neigungssensor 51 erfassten Winkel Δx.
Der obere Motor 60 ändert den Winkel θx der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hx-Achse ausgehend von dem Winkel θx in 4 (90 Grad) um einen Winkel Δθx gleich der Summe des Referenzwinkels θx und des Winkels Δx. Der Zielwert des Winkels θx beträgt (90 Grad + Δ0x).
Da die Lagerichtung L den Referenzwinkel θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, werden ähnliche Aktionen und Effekte wie diese in dem Beispiel von 11 erreicht, auch wenn die Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 mit Bezug auf die Horizontebene Ho geneigt ist.
Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 in einem Zustand geparkt ist, in dem sowohl die Längsrichtung als auch die Querrichtung gegenüber der Horizontebene Ho geneigt sind, bestimmt die ECU 50 die Zielwerte der Winkel θy und θx nach einem Verfahren ähnlich dem vorstehend beschriebenen Verfahren, so dass das Wasser W in einem Wasserspeicherbereich in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 gespeichert wird, der durch die Referenzwinkel ϕy und θx definiert ist.
Wenn die ECU 50 abschätzt, dass sich die Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 nicht auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts ändert, bestimmt die ECU 50 die Winkel θy und θx der Lagerichtung L mit Bezug auf die Horizontebene Ho, so dass das Wasser W entgegengesetzt zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel gleichmäßig abgelassen wird. Eine Steuerung für den Winkel θy wird als ein Beispiel beschrieben, die Steuerung für den Winkel θx wird jedoch ähnlich wie diese für den Winkel θy ausgeführt.
13 ist eine Abbildung, welche ein weiteres Beispiel der Lagesteuerung für den Gas-Flüssigkeits-Separator 36 darstellt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt wird, während dieses in der Längsrichtung geneigt ist. In 13 werden Komponenten, die mit denen in 10 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen. Die Darstellung der Wellrohre 70 bis 72 entfällt ebenfalls.
Wie durch ein Bezugszeichen G11 angegeben, ist die Hy-Achse gegenüber der Horizontebene Ho um Δy geneigt, und die Vz-Achse weicht von der vertikalen Richtung Vo um den Winkel Δy ab. Das heißt, das Brennstoffzellenfahrzeug 9 ist in einem Zustand geparkt, in dem die Längsrichtung mit dem Winkel Δy mit Bezug auf die Horizontebene Ho geneigt ist. Die ECU 50 bestimmt den Zielwert des Winkels θy, so dass die Lagerichtung L senkrecht zur Ebene 820 der Öffnung 82a liegt, in Abhängigkeit von dem durch den Neigungssensor 51 erfassten Winkel Δy. Das heißt, die ECU 50 bestimmt den Zielwert des Winkels θy, so dass die Ebene 820 der Öffnung 82a senkrecht zur vertikalen Richtung Vo steht, in Abhängigkeit des Winkels Δy.
Der untere Motor 63 ändert den Winkel θy der Lagerichtung L mit Bezug auf die Hy-Achse ausgehend von dem Winkel θy in 3 (90 Grad) um einen Winkel Δθy gleich dem Winkel Δy. Der Zielwert des Winkels θy beträgt (90 Grad + Δθy).
Das in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 gespeicherte Wasser W nimmt die Schwerkraft entlang der vertikalen Richtung Vo auf. Daher stehen die Oberfläche des Wassers W und die Ebene 820 der Öffnung 82a im Wesentlichen parallel zueinander. Daher strömt das Wasser W durch die Leitung 83 und wird auf einfache Art und Weise durch das Anodenabführventil 37 abgelassen.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel besitzt die Leitung 83 die L-Gestalt, kann jedoch eine gerade Gestalt aufweisen.
14 ist eine Abbildung, welche eine Struktur darstellt, bei welcher der Gas-Flüssigkeits-Separator 36 und das Anodenabführventil 37 durch eine gerade Leitung 83 verbunden sind. In 14 werden Komponenten, die mit denen in 3 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, um deren Beschreibung wegzulassen.
Die Leitung 83 erstreckt sich entlang der vertikalen Richtung Vo zwischen der Öffnung 82a des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 und dem Anodenabführventil 37. Wenn die Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 mit der vertikalen Richtung Vo zusammenfällt, befindet sich das Anodenabführventil 37 im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Beispiel unmittelbar unter der Öffnung 82a. Daher ist es wahrscheinlich, dass das Wasser W in das Anodenabführventil 37 strömt.
Wie unter Bezugnahme auf 10 und 13 beschrieben ist, kann das Strömen des Wassers W in das Anodenabführventil 37 durch die Öffnung 82a unterdrückt werden, so dass der obere Motor 60 und der untere Motor 63 die Lagerichtung L des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 in Abhängigkeit von den Neigungswinkeln Δy und Δx steuern, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt ist.
Betrieb der ECU 50
15 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel eines Betriebs der ECU 50 darstellt. Die ECU 50 bestimmt, ob der Zündschalter 54 (SW) auf AN geschaltet ist (Schritt St1). Wenn der Zündschalter 54 auf AUS geschaltet ist („Nein“ in Schritt St1), wird der Prozess von Schritt St1 erneut ausgeführt.
Wenn der Zündschalter 54 AN ist („Ja“ in Schritt St1), startet die ECU 50 die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 (Schritt St2). Die ECU 50 sendet beispielsweise auf der Grundlage des vom Gaspedalbetätigungsbetragsensor 53 erfassten Gaspedalbetätigungsbetrags eine Anweisung für die Zuführmenge des Anodengases zu dem INJ 33 und eine Anweisung für die Zuführmenge des Kathodengases zu dem Luftkompressor 20.
Als nächstes veranlasst die ECU 50 die Beschleunigungssensoren 52a und 52b, die Beschleunigungen αy und αx in der Längsrichtung bzw. in der Querrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 zu erfassen (Schritt St3). Als nächstes berechnet die ECU 50 Zielwerte der Winkel θy und θx der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 auf der Grundlage der Beschleunigungen αy und αx und der Erdbeschleunigung (Schritt St4). Die Zielwerte der Winkel θy und θx werden nach dem unter Bezugnahme auf 6 und 8 beschriebenen Verfahren berechnet.
Anschließend sendet die ECU 50 Anweisungen für die Zielwerte der Winkel θy und θx an die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 (Schritt St5). Die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 steuern die Winkel θy und θx, um deren Zielwerte zu erreichen.
Als nächstes bestimmt die ECU 50, ob der Zündschalter 54 auf AUS geschaltet ist (Schritt St6). Wenn der Zündschalter 54 immer noch AN ist („Nein“ in Schritt St6), werden die Prozesse von Schritt St3 und den nachfolgenden Schritten erneut ausgeführt.
Wenn der Zündschalter 54 auf AUS geschaltet ist („Ja“ in Schritt St6), stoppt die ECU 50 die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 (Schritt St7). Beispielsweise weist die ECU 50 den INJ 33 an, die Zuführung des Anodengases zu stoppen, und weist den Luftkompressor 20 an, die Zuführung des Kathodengases zu stoppen.
Als nächstes schätzt die ECU 50 die Temperaturen in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 ab (Schritt St8). Beispielsweise kann die ECU 50 ein Temperaturänderungsmuster des Temperatursensors 42 mit einem Temperaturänderungsmuster jeder Jahreszeit vergleichen und die Temperaturen auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses abschätzen. Zu dieser Zeit kann die ECU 50 unter Verwendung eines Global-Positioning-Systems (GPS) einen Längen- und Breitengrad des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 bestimmen und ein auf dem Längen- und Breitengrad basierendes Temperaturänderungsmuster verwenden.
Wenn die ECU 50 als ein Ergebnis der Abschätzung bestimmt, dass sich die Temperaturen in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 nicht auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ändern („Nein“ in Schritt St9), veranlasst die ECU 50 den Neigungssensor 51, die Neigungswinkel Δy und Δx des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 zu erfassen (Schritt St18). Als nächstes berechnet die ECU 50 die Zielwerte der Winkel θy und θx der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 in Abhängigkeit von den Winkeln Δy und Δx, so dass das Wasser W gleichmäßig von den Öffnungen 82a durch das Kathodenabführventil 27 und das Anodenabführventil 37 abgelassen wird (Schritt St19). Die Zielwerte der Winkel θy und θx werden nach dem unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Verfahren berechnet.
Anschließend sendet die ECU 50 Anweisungen für die Zielwerte der Winkel θy und θx an die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 (Schritt St20). Die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 steuern die Winkel θy und θx, um deren Ziel werte zu erreichen.
Wenn die ECU 50 abschätzt, dass sich die Temperaturen in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 nicht auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ändern, während die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 gestoppt ist, bestimmt die ECU 50 den Zielwert von zumindest einem der Winkel θy und θx, so dass die Ebene 820 der Öffnung 82a in jedem der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 und 36 senkrecht zur vertikalen Richtung Vo steht. Wenn die Möglichkeit des Einfrierens des Wassers in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 gering ist, können die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 die Winkel θy und θx so steuern, dass das Wasser durch die Öffnung 82a gleichmäßig in das Kathodenabführventil 27 oder das Anodenabführventil 37 strömt.
Wenn die ECU 50 als ein Ergebnis der Abschätzung bestimmt, dass sich die Temperaturen in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ändern („Ja“ in Schritt St9), berechnet die ECU 50 Wassermengen Mca und Man (g) in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 auf der Kathodenseite und der Anodenseite (Schritt St10). $Man = Nan \times 18$
$Mca = Nca \times 18$
Die Wassermengen Man und Mca werden beispielsweise auf der Grundlage der Ausdrücke (1) bzw. (2) berechnet. Das Symbol „Nan“ steht für die Molzahl von Wasserdampf in der Anode. Das Symbol „Nca“ steht für die Molzahl von Wasserdampf in der Kathode. Die Wassermengen Man und Mca werden entsprechend durch Multiplizieren der Molzahlen Nan und Nca mit dem Molekulargewicht „18“ des Wasserdampfes erhalten. $Nan = Pan \times Van/R \times T$
$Nca = Pca \times Vca/R \times T$
Beispielsweise wird die Molzahl Nan und Nca auf der Grundlage der Ausdrücke (3) bzw. (4) berechnet. Die Ausdrücke (3) und (4) sind Zustandsgleichungen des idealen Gases. Das Symbol „T“ steht für eine Kühlmitteltemperatur, die vom Temperatursensor 42 erfasst wird, bevor die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 gestoppt wird, und das Symbol „R“ steht für eine Gaskonstante.
Das Symbol „Van“ steht für ein abgedichtetes bzw. abgeschlossenes Volumen auf der Anodenseite, während die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 gestoppt ist. Das abgeschlossene Volumen entspricht einem Gesamtvolumen der Anodenzuführleitung L30 auf einer stromabwärtigen Seite des INJ 33, des Anodengaskanals L31, der Anodenabführleitung L32, des Gas-Flüssigkeits-Separators 36, der Rückführleitung L33 und der Anodenverbindungsleitung L34 auf einer stromaufwärtigen Seite des Anodenabführventils 37. Das Symbol „Vca“ steht für ein abgeschlossenes Volumen auf der Kathodenseite, während die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 gestoppt ist. Das abgeschlossene Volumen entspricht einem Gesamtvolumen der Kathodenzuführleitung und der Bypassleitung L24 auf einer stromabwärtigen Seite des Dreiwegeventils 22, des Kathodengaskanals L21, des Gas-Flüssigkeits-Separators 24, der Kathodenabführleitung L22 auf einer stromaufwärtigen Seite des Gegendruckregulierungsventils 25 und der Kathodenverbindungsleitung L25 auf einer stromaufwärtigen Seite des Kathodenabführventils 27. Das Symbol „Pan“ steht für einen Druck des abgeschlossenen Abschnitts auf der Anodenseite, der vom Drucksensor 39 erfasst wird, während die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 gestoppt ist. Das Symbol „Pca“ steht für einen Druck des abgeschlossenen Abschnitts auf der Kathodenseite, der vom Drucksensor 29 erfasst wird, während die elektrische Leistungserzeugung in der BZ 10 gestoppt ist.
Die ECU 50 vergleicht die Wassermengen Mca und Man mit maximalen Wasserspeichermengen K (g) in den Wasserspeicherbereichen 85 oder 86 der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 bzw. 36 (Schritt Stil). Die ECU 50 vergleicht individuell die Wassermengen Mca und Man der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 mit den maximalen Wasserspeichermengen K und führt auf der Grundlage der Vergleichsergebnisse die Schritte St12 bis St17 für jeden der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 aus.
Wenn die Wassermenge Man (Mca) größer als die maximale Wasserspeichermenge K ist („Nein“ in Schritt St11), weist die ECU 50 den INJ 33 (Luftkompressor 20) an, den Spülprozess durchzuführen (Schritt St12). Das Anodengas (Kathodengas) wird als ein Spülgas zugeführt, und daher wird das Wasser W in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 (24) gespeichert. Als nächstes öffnet die ECU 50 das Anodenabführventil 37 (Kathodenabführventil 27) (Schritt St13). Daher wird das Wasser W aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 (24) in die Kathodenabführleitung L22 abgelassen. Anschließend schließt die ECU 50 das Anodenabführventil 37 (Kathodenabführventil 27) (Schritt St14).
Wenn die Wassermenge in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 (24) größer ist als die maximale Wasserspeichermenge K des Wasserspeicherbereichs 85 oder 86, weist die ECU 50 den INJ 33 (Luftkompressor 20) an, die Spülung durchzuführen, und öffnet das Anodenabführventil 37 (Kathodenabführventil 27). Daher kann ein Überlaufen des Wassers aus dem Wasserspeicherbereich 85 oder 86 verhindert werden, und das Wasser W in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 36 (24) kann vor dem Einfrieren abgelassen werden. Daher ist es möglich, eine Schwierigkeit beim Ablassen des Wassers W aufgrund des Einfrierens des Anodenabführventils 37 (Kathodenabführventil 27) zu reduzieren.
Wenn die Wassermenge Man (Mca) gleich oder kleiner als die maximale Wasserspeichermenge K ist („Ja“ in Schritt Stil), veranlasst die ECU 50 den Neigungssensor 51, die Neigungswinkel Δy und Δx des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 zu erfassen (Schritt St15). Als nächstes berechnet die ECU 50 die Zielwerte der Winkel θy und θx des Gas-Flüssigkeits-Separators 36 (24) in Abhängigkeit von den Winkeln Δy und Δx, so dass die Lagerichtung L die Referenzwinkel ϕy und θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt, um zu verhindern, dass das Wasser W durch die Öffnung 82a in das Anodenabführventil 37 (Kathodenabführventil 27) strömt (Schritt St16). Die Zielwerte der Winkel θy und θx werden nach dem unter Bezugnahme auf 9 bis 12 beschriebenen Verfahren berechnet.
Als nächstes sendet die ECU 50 Anweisungen für die Zielwerte der Winkel θy und θx an die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 (Schritt St17). Die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 steuern die Winkel θy und θx, um deren Zielwerte zu erreichen.
Wie vorstehend beschrieben ist, berechnet die ECU 50 die Wassermenge W in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 24 oder 36. Wenn die Wassermenge W in dem Gas-Flüssigkeits-Separator 24 oder 36 gleich oder kleiner als die maximale Wasserspeichermenge K des Wasserspeicherbereichs 85 oder 86 ist, bestimmt die ECU 50 den Zielwert von zumindest einem der Winkel θy und θx, so dass der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 oder 36 den Referenzwinkel ϕy oder θx mit Bezug auf die vertikale Richtung Vo besitzt. Daher kann die ECU 50 die Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators 24 oder 36 nur dann steuern, wenn das Wasser W den Wasserspeicherbereich 85 oder 86 nicht überströmt.
Die ECU 50 bestimmt die Zielwerte der Winkel θy und θx in Abhängigkeit von den Neigungswinkeln Δy und Δx des Brennstoffzellenfahrzeugs 9, die vom Neigungssensor 51 erfasst werden. Auch wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 9 geparkt wird, während dieses geneigt ist, werden die Winkel θy und θx der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 in Abhängigkeit der Neigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 9 geeignet gesteuert.
Wie vorstehend beschrieben ist, trennen die Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 Wasser aus dem Kathodenabgas und dem Anodenabgas ab, welche von der BZ 10 abgeführt werden, und speichern das abgetrennte Wasser. Das durch die Öffnungen 82a an den Böden 82 ausströmende Wasser W kann durch das Kathodenabführventil 27 und das Anodenabführventil 37 abgelassen werden.
Die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38 steuern entsprechend die Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 relativ zu dem Brennstoffzellenfahrzeug 9. Die ECU 50 sendet Anweisungen für Steuerungsziele der Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 an die Lagesteuerungsvorrichtungen 28 und 38. Die ECU 50 kann die Positionen des Wassers W in den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 24 und 36 auf der Grundlage der Steuerungsziele für die Lagen der Gas-Flüssigkeits-Separator 24 und 36 anpassen.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform entspricht einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008262735 A [0002]
JP 2009087858 A [0002]

Claims

Brennstoffzellensystem (1), welches an einem Fahrzeug (9) zu montieren ist, wobei das Brennstoffzellensystem (1) aufweist: eine Brennstoffzelle (10), welche derart konfiguriert ist, dass diese über eine chemische Reaktion von Reaktionsgasen elektrische Leistung erzeugt; einen Gas-Flüssigkeits-Separator (36), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser Wasser von einem aus der Brennstoffzelle (10) abgeführten Abgas abtrennt und das abgetrennte Wasser speichert; ein Abführventil (37), welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Wasser, welches durch eine Öffnung (82a) an einem Boden (82) des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) ausgeströmt ist, ablässt; eine Lagesteuerungsvorrichtung (38), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) relativ zu dem Fahrzeug (9) steuert; und eine Anweisungsvorrichtung (50), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Anweisung für ein Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators an die Lagesteuerungsvorrichtung (38) sendet.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Lagesteuerungsvorrichtung (38) derart konfiguriert ist, dass diese: einen ersten Winkel des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) mit Bezug auf eine Längsrichtung des Fahrzeugs (9) so steuert, dass der erste Winkel einen Zielwert des ersten Winkels erreicht; und einen zweiten Winkel des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) mit Bezug auf eine Querrichtung des Fahrzeugs (9) so steuert, dass der zweite Winkel einen Zielwert des zweiten Winkels erreicht, und die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese Anweisungen für den Zielwert des ersten Winkels und den Zielwert des zweiten Winkels als das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) sendet.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen Beschleunigungssensor (52a, 52b), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Beschleunigung des Fahrzeugs (9) erfasst, wobei die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) auf der Grundlage der Beschleunigung und einer Gravitationsbeschleunigung so bestimmt, dass die Öffnung (82a) des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) in einer Beschleunigungsrichtung des Fahrzeugs (9) geneigt ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 3, wobei die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese: eine resultierende Kraft aus einer Schwerkraft und einer Reaktionskraft gegen eine Beschleunigungskraft der Beschleunigung berechnet; und das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) so bestimmt, dass eine Richtung der resultierenden Kraft mit Bezug auf die Längsrichtung des Fahrzeugs (9) mit einer Richtung senkrecht zu einer Ebene der Öffnung (82a), durch die das Wasser ausströmt, zusammenfällt.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese, wenn die Anweisungsvorrichtung (50) abschätzt, dass sich eine Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator (36) auf eine Temperatur unterhalb eines Gefrierpunkts ändert, während die Brennstoffzelle (10) keine elektrische Leistung erzeugt, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) so bestimmt, dass das Wasser nicht durch die Öffnung (82a) des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) ausströmt.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gas-Flüssigkeits-Separator (36) einen Wasserspeicherbereich (85) besitzt, in dem das Wasser gespeichert werden kann, ohne durch die Öffnung (82a) auszuströmen, wenn der Gas-Flüssigkeits-Separator (36) einen Referenzwinkel mit Bezug auf eine vertikale Richtung besitzt, und die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese, wenn die Anweisungsvorrichtung (50) abschätzt, dass sich eine Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator (36) auf eine Temperatur unterhalb eines Gefrierpunkts ändert, während die Brennstoffzelle (10) keine elektrische Leistung erzeugt, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) so bestimmt, dass der Gas-Flüssigkeits-Separator (36) den Referenzwinkel mit Bezug auf die vertikale Richtung besitzt.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, wobei die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese: eine Menge des Wassers in dem Gas-Flüssigkeits-Separator (36) berechnet; und wenn die Menge des Wassers in dem Gas-Flüssigkeits-Separator (36) gleich oder kleiner als eine maximale Wasserspeichermenge des Wasserspeicherbereichs (85) ist, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) so bestimmt, dass der Gas-Flüssigkeits-Separator (36) den Referenzwinkel mit Bezug auf die vertikale Richtung besitzt.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 7, ferner aufweisend eine Spülvorrichtung (20, 33), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Brennstoffzelle (10) durch Zuführen der Reaktionsgase spült, wobei die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese die Spülvorrichtung (20, 33) anweist, die Brennstoffzelle (10) zu spülen, und das Abführventil (37) öffnet, wenn die Menge des Wassers in dem Gas-Flüssigkeits-Separator (36) größer als die maximale Wasserspeichermenge ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner aufweisend einen Neigungssensor (51), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Neigung des Fahrzeugs (9) erfasst, wobei die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) in Abhängigkeit der Neigung des Fahrzeugs (9) bestimmt.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anweisungsvorrichtung (50) derart konfiguriert ist, dass diese, wenn die Anweisungsvorrichtung (50) abschätzt, dass sich eine Temperatur in dem Gas-Flüssigkeits-Separator (36) nicht auf eine Temperatur unterhalb eines Gefrierpunkts ändert, während die Brennstoffzelle (10) keine elektrische Leistung erzeugt, das Steuerungsziel der Lage des Gas-Flüssigkeits-Separators (36) so bestimmt, dass eine Ebene der Öffnung (82a), durch die das Wasser ausströmt, senkrecht zu einer vertikalen Richtung steht.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Gas-Flüssigkeits-Separator (36) umfasst: einen Einlass (81a) für das aus der Brennstoffzelle (10) abgeführte Abgas; und einen Auslass (80a) für das Abgas, welches durch die Brennstoffzelle (10) zirkuliert werden soll, und flexible Leitungen (70, 71, 72) mit dem Einlass (81a), dem Auslass (80a) und einer stromabwärtigen Seite des Abführventils (37) verbunden sind.