DE102020124141A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Koichiro Ikeda
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem umfasst eine erste Brennstoffzelle und eine zweite Brennstoffzelle, wobei eine jede elektrische Energie unter Verwendung von Brenngas und Oxidansgas erzeugt, wobei eine erste Brenngas-Zuführvorrichtung, welche der ersten Brennstoffzelle das Brenngas zuführt, eine zweite Brenngas Zuführvorrichtung, welche der zweiten Brennstoffzelle das Brenngas zuführt, ein erster Zirkulationspfad, welcher das Brenngas, welches von der ersten Brennstoffzelle abgegeben wird, zur ersten Brennstoffzelle zirkuliert, einen zweiten Zirkulationspfad, welcher das Brenngas, welches von der zweiten Brennstoffzelle abgegeben wird, zur zweiten Brennstoffzelle zirkuliert, einen Verbindungspfad, welcher mit dem ersten Zirkulationspfad und dem zweiten Zirkulationspfad verbunden ist; eine Öffnungs-/Schließvorrichtung, welche bewirkt, dass der erste Zirkulationspfad und der zweite Zirkulationspfad durch Öffnen/Schließen des Verbindungspfades miteinander verbunden sind oder voneinander getrennt sind, und eine Steuerung, welche konfiguriert ist, um die erste Brennstoffzelle und die zweite Brennstoffzelle, die erste Brenngas-Zuführvorrichtung und die zweite Brenngas-Zuführvorrichtung, und die Öffnungs-/Schließvorrichtung zu steuern, wobei die Steuerung konfiguriert ist, zu bestimmen, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle aufgrund der Stromerzeugung der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, und bestimmt wird, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, die Stromerzeugung von einer der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle auszusetzen, während die Zufuhr von Brenngas beibehalten wird, und zu bewirken, dass die Öffnungs-/Schließvorrichtung den ersten Zirkulationspfad und den zweiten Zirkulationspfad miteinander verbindet.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
  • HINTERGRUND
  • Es gibt beispielsweise ein Brennstoffzellensystem, welches einen Zirkulationspfad umfasst, welcher Brenngas nach der Verwendung für die Energie- bzw. Stromerzeugung einer Mehrzahl an Brennstoffzellenstapeln im Kreis zuführt bzw. rezirkuliert, wie es zum Beispiel in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung JP 2018 147 727 A offenbart ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wenn sich beispielsweise eine große Menge an flüssigem Wasser, welches durch Energieerzeugung bzw. Stromerzeugung produziert wird, im Zirkulationspfad ansammelt, und die Zirkulationsmenge des Brenngases hinsichtlich der Menge an flüssigem Wasser unzureichend ist, ist es schwer, dass das flüssige Wasser zum Abfließen zu bringen. Deshalb kann ein Verstopfen bzw. Behindern des Zirkulationspfades mit dem flüssigen Wasser auftreten, wodurch ein Fluten bzw. Überfluten bzw. Überlaufen in der Brennstoffzelle verursacht wird. Wenn das Fluten auftritt, wird der Katalysator-tragende Kohlenstoff durch das flüssige Wasser oxidiert und an der Elektrode der Brennstoffzelle eluiert, und es kann sich zum Beispiel die Energieerzeugungsleistung verschlechtern.
  • Durch Erhöhen der Menge des Brenngases, welche einem jeden Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, erhöht sich die Zirkulationsmenge und dadurch wird das Auftreten einer Flutung gehemmt bzw. gehindert. Wenn jedoch das Brenngas, von welchem die Menge größer ist als die für die Energieerzeugung notwendige Zufuhrmenge, zu einem jeden Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, wird das Brenngas verschwendet und dadurch kann die Wirtschaftlichkeit des Brenngases verringert werden.
  • Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, welches geeignet ist den Verbrauch des Brenngases zu verringern und das Auftreten einer Flutung zu verhindern.
  • Das vorstehende Ziel wird durch ein Brennstoffzellensystem erreicht, welches umfasst: eine erste Brennstoffzelle und eine zweite Brennstoffzelle, wobei eine jede elektrische Energie unter Verwendung von Brenngas und Oxidansgas erzeugt; eine erste Brenngas-Zuführvorrichtung, welche der ersten Brennstoffzelle Brenngas zuführt; eine zweite Brenngas-Zuführvorrichtung, welche der zweiten Brennstoffzelle das Brenngas zuführt; einen ersten Zirkulationspfad, welcher das von der ersten Brennstoffzelle abgegebene bzw. abgeführte Brenngas zur ersten Brennstoffzelle zirkuliert bzw. im Kreis führt; einen zweiten Zirkulationspfad, welcher das von der zweiten Brennstoffzelle abgegebene bzw. abgeführte Brenngas zur zweiten Brennstoffzelle zirkuliert bzw. im Kreis führt; einen Verbindungspfad, welcher mit dem ersten Zirkulationspfad und dem zweiten Zirkulationspfad verbunden ist; eine Öffnungs-/Schließvorrichtung, welche bewirkt, dass der erste Zirkulationspfad und der zweite Zirkulationspfad durch Öffnen/Schließen des Verbindungspfades miteinander verbunden sind oder voneinander getrennt sind; und eine Steuerung, welche konfiguriert ist, um die erste Brennstoffzelle und die zweite Brennstoffzelle, die erste Brenngas-Zuführvorrichtung und die zweite Brenngas-Zuführvorrichtung, und die Öffnungs-/Schließvorrichtung zu steuern, wobei die Steuerung konfiguriert ist: zu bestimmen, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle aufgrund der Strom- bzw. Energieerzeugung der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, und wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, aussetzen bzw. unterbrechen der Strom- bzw. Energieerzeugung von einer aus der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle, während die Zufuhr des Brenngases beibehalten wird und veranlassen, dass die Öffnungs-/Schließvorrichtung den ersten Zirkulationspfad und den zweiten Zirkulationspfad miteinander verbindet.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration bestimmt die Steuerung, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten und zweiten Brennstoffzelle aufgrund von Energieerzeugung der ersten und der zweiten Brennstoffzelle besteht, und wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten und zweiten Brennstoffzelle besteht, setzt sie die Energieerzeugung von einer der ersten und zweiten Brennstoffzelle aus, während die Zufuhr von Brenngas beibehalten wird, und bewirkt, dass die Öffnungs-/Schließvorrichtung bewirkt, dass der erste und zweite Zirkulationspfad miteinander verbunden wird. Deshalb strömt das Brenngas von dem Zirkulationspfad von der einen der ersten und zweiten Brennstoffzelle zum Zirkulationspfad der anderen der ersten und zweiten Brennstoffzelle durch den Verbindungspfad. Deshalb wird das flüssige Wasser, welches sich im Zirkulationspad der anderen der ersten und zweiten Brennstoffzellen ansammelt, aufgrund der Erhöhung in der Strömungs- bzw. Flussrate des Brenngases abgegeben, und das Auftreten einer Flutung in der anderen der ersten und zweiten Brennstoffzelle wird verhindert bzw. gehemmt. Außerdem wird kein flüssiges Wasser produziert, da die Strom- bzw. Energieerzeugung der einen der ersten und zweiten Brennstoffzelle ausgesetzt wird, und das Auftreten einer Flutung wird verhindert.
  • Außerdem kann die andere der ersten und zweiten Brennstoffzelle die erzeugte elektrische Energie erhöhen, sodass die Abnahme bzw. das Sinken der erzeugten elektrischen Energie aufgrund der Suspension der Strom- bzw. Energieerzeugung der einen der ersten und zweiten Brennstoffzelle unter Verwendung des Brenngases, welches vom Zirkulationspfad der einen der ersten und der zweiten Brennstoffzelle zum Zirkulationspfad der anderen der ersten und zweiten Brennstoffzelle durch den Verbindungspfad strömt, wenn der erste und zweite Zirkulationspfad miteinander verbunden sind. Deshalb wird das Brenngas davor bewahrt verschwendet zu werden, ohne für die Energieerzeugung verwendet zu werden.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration kann, wenn die Energieerzeugung der einen von der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle ausgesetzt bzw. unterbrochen wird, die andere der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle durch eine Verringerung der erzeugten elektrischen Energie aufgrund der Aussetzung bzw. Unterbrechung der Energie- bzw. Stromerzeugung der einen von der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle die erzeugte elektrische Energie erhöhen.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: eine ersten Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche der ersten Brennstoffzelle Oxidansgas bzw. Oxidationsgas zuführt; und eine zweite Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche der zweiten Brennstoffzelle Oxidansgas zuführt, und die Steuerung kann konfiguriert sein, um zu bewirken, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, dass eine Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche das Oxidansgas zur anderen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle zuführt, veranlasst wird von der ersten Oxidansgas-Zuführvorrichtung und der zweiten Oxidansgas-Zuführvorrichtung eine Zuführmenge des Oxidansgases bzw. Oxidationsgases zu erhöhen.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration kann die Steuerung konfiguriert sein, um zu bewirken, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, dass eine andere Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche das Oxidansgas zu der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle zuführt, von der ersten Oxidansgas-Zuführvorrichtung und der zweiten Oxidansgas-Zuführvorrichtung die Zufuhr des Oxidansgases zu verringern, um die Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle zu unterbrechen.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: eine erste Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche das Oxidansgas zur ersten Brennstoffzelle zuführt; und eine zweite Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche das Oxidansgas zur zweiten Brennstoffzelle zuführt, und die Steuerung kann konfiguriert sein, um zu bewirken, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, dass eine Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche das Oxidansgas zur einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle zuführt, von der ersten Oxidansgas-Zuführvorrichtung und der zweiten Oxidansgas-Zuführvorrichtung die Zufuhr des Oxidansgases verringert wird, um die Energieerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle zu unterbrechen bzw. auszusetzten.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: ein erstes Zirkulationsventil, welches in dem ersten Zirkulationspfad auf einer Fluss- bzw. Stromabwärtsseite eines Teils, an welchem der erste Zirkulationspfad und der Verbindungspfad miteinander verbunden sind, angeordnet ist; und ein zweites Zirkulationsventil, welches in dem zweiten Zirkulationspfad auf einer Fluss- bzw. Stromabwärtsseite eines Teils, an welchem der zweite Zirkulationspfad und der Verbindungspfad miteinander verbunden sind, angeordnet ist, und die Steuerung kann konfiguriert sein, um ein Zirkulationsventil, welches in einem Zirkulationspfad der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle angeordnet ist, vom ersten Zirkulationsventil und dem zweiten Zirkulationsventil zu schließen, wenn veranlasst wird, dass die Öffnungs-/Schließvorrichtung bewirkt, den ersten Zirkulationspfad und den zweiten Zirkulationspfad miteinander zu verbinden.
  • In der vorstehenden Anordnung kann die Steuerung konfiguriert sein, um zu bestimmen, dass es eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und in der zweiten Brennstoffzelle gibt, wenn ein Ausgangsstrom, welcher von der ersten Brennstoffzelle benötigt wird, und ein Ausgangsstrom, welcher von der zweiten Brennstoffzelle benötigt wird, weniger als ein Grenzwert bzw. Schwellenwert sind.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: eine erste Messvorrichtung, welche eine Temperatur der ersten Brennstoffzelle misst; und eine zweite Messvorrichtung, welche eine Temperatur der zweiten Brennstoffzelle misst, und wobei die Steuerung konfiguriert sein kann, um zu bestimmen, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, wenn die von der ersten Messvorrichtung gemessene Temperatur oder die von der zweiten Messvorrichtung gemessene Temperatur gleich oder geringer als ein Temperatur-Referenzwert ist.
  • In der vorstehenden Anordnung kann die Steuerung konfiguriert sein, um den Temperatur-Bezugswert bzw. -Referenzwert entsprechend dem Ausgangsstrom, welcher von der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle benötigt wird, zu bestimmen.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: eine erste Erfassungsvorrichtung, welche einen Druckverlust des Brenngases, welches durch die ersten Brennstoffzelle strömt, erfasst; und eine zweite Erfassungsvorrichtung, welche einen Druckverlust des Brenngases, welches durch die zweite Brennstoffzelle strömt, erfasst, und die Steuerung kann konfiguriert sein, um einen Druck-Referenzwert gemäß einem von der ersten Brennstoffzelle benötigten Ausgangsstrom und einem von der zweiten Brennstoffzelle benötigten Ausgangsstrom zu bestimmten, und wenn der durch bzw. von der ersten Erfassungsvorrichtung erfasste Druckverlust oder der durch die zweiten Erfassungsvorrichtung erfasste Druckverlust größer ist als ein Druck-Referenzwert, wird bestimmt, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht.
  • In der vorstehenden Anordnung kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: eine erste Messvorrichtung, welche eine Temperatur der ersten Brennstoffzelle misst; und eine zweite Messvorrichtung, welche eine Temperatur der zweiten Brennstoffzelle misst, und die Steuerung kann konfiguriert sein, um den Druck-Referenzwert gemäß der durch die erste Messvorrichtung gemessenen Temperatur oder die durch die zweite Messvorrichtung gemessenen Temperatur, und den Ausgangsstrom zu bestimmen.
  • In der vorstehenden Anordnung kann die Steuerung konfiguriert sein, um die Strom- bzw. Energieerzeugung einer Brennstoffzelle, von welcher eine angesammelte bzw. abgelaufene Strom- bzw. Energieerzeugungszeit der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle länger ist, zu unterbrechen, wenn bestimmt wird, dass es eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle gibt.
  • In der vorstehenden Anordnung kann die Steuerung konfiguriert sein: zu bestimmen, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der anderen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, wenn die andere der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, während die Energieerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle unterbrochen wird, und wenn keine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der anderen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, wird die Energieerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle unterbrochen.
  • In der vorstehenden Anordnung kann veranlasst werden, dass die erste Brenngas-Zuführvorrichtung und die zweite Brenngas-Zuführvorrichtung eine Zuführmenge an Brenngas erhöhen, wenn eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der anderen von der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht.
  • In der vorstehenden Anordnung kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: einen ersten Ejektor bzw. Ausstoßer, welcher mit dem ersten Zirkulationspfad verbunden ist, und das von der ersten Brennstoffzelle abgegebene bzw. abgeführte Brenngas zur ersten Brennstoffzelle zusammen mit dem von der ersten Brenngas-Zuführvorrichtung zugeführte Brenngas führt; und einen zweiten Ejector, welcher mit dem zweiten Zirkulationspfad verbunden ist, und das von der zweiten Brennstoffzelle abgegebene Brenngas, zusammen mit dem von der zweiten Brenngas-Zuführvorrichtung zugeführte Brenngas, zur zweiten Brennstoffzelle führt.
  • In der vorstehenden Anordnung kann das Brennstoffzellensystem ferner umfassen: eine dritte Brennstoffzelle, welche elektrischen Strom unter Verwendung des Brenngases und des Oxidansgases erzeugt; eine dritte Brenngas-Zuführvorrichtung, welche das Brenngas der dritten Brennstoffzelle zuführt; und einen dritten Zirkulationspfad, welcher das von der dritten Brennstoffzelle abgegebene bzw. abgeführte Brenngas zur dritten Brennstoffzelle zirkuliert bzw. im Kreis führt, wobei der Verbindungspfad mit dem ersten Zirkulationspfad, dem zweiten Zirkulationspfad, und dem dritten Zirkulationspfad verbunden sein kann, wobei die Öffnungs-/Schließvorrichtung bewirken kann, dass der erste Zirkulationspfad, der zweite Zirkulationspfad, und der dritte Zirkulationspfad miteinander verbunden sind, oder voneinander getrennt sind, und die Steuerung kann konfiguriert sein: zu bestimmen, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle und der dritten Brennstoffzelle aufgrund von Strom- bzw. Energieerzeugung der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle, und der dritten Brennstoffzelle besteht, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle, und der dritten Brennstoffzelle besteht, wird die Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle unter der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle, und der dritten Brennstoffzelle unterbrochen, während die Zufuhr des Brenngases beibehalten wird, und bewirkt, dass der erste Zirkulationspfad, der zweite Zirkulationspfad, und der dritte Zirkulationspfad miteinander verbunden sind.
  • In der vorstehenden Anordnung kann die Steuerung konfiguriert sein, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle, und der dritten Brennstoffzelle besteht, die Energieerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle und die Energieerzeugung der dritten Brennstoffzelle zu unterbrechen bzw. auszusetzten, während die Zufuhr des Brenngases beibehalten wird, und bewirkt wird, dass der erste Zirkulationspfad, der zweite Zirkulationspfad, und der dritte Zirkulationspfad miteinander verbunden sind.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, welches geeignet ist den Verbrauch an Brenngas zu verringern und das Auftreten einer Flutung zu verhindern.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellensystems, welches an einem Fahrzeug montiert bzw. befestigt ist;
    • 2A bis 2C stellen einen Strom bzw. Fluss eines Anodengases dar;
    • 3 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Betriebes eines Brennstoffzellensystems;
    • 4 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Betriebes im Modus einer Einzeleinheit-Stromerzeugung;
    • 5A und 5B stellen einen Zusammenhang zwischen einem benötigten Stromwert und einer Strömungs- bzw. Flussrate des Anodengases dar;
    • 6A und 6B stellen Beispiele der Bestimmung einer Möglichkeit einer Flutung im Zustand der Einzeleinheit-Stromerzeugung dar;
    • 7 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines ersten Beispiels der Bestimmung;
    • 8 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines zweiten Beispiels der Bestimmung;
    • 9 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines dritten Beispiels der Bestimmung;
    • 10 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines vierten Beispiels der Bestimmung;
    • 11 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines fünften Beispiels der Bestimmung;
    • 12 stellt eine beispielhafte Konfiguration eines Brennstoffzellensystems, welches drei Brennstoffzellen umfasst, dar;
    • 13 stellt einen Fluss des Anodengases dar, wenn die Energieerzeugung von einer der drei Brennstoffzellen unterbrochen ist; und
    • 14 stellt einen Fluss des Anodengases dar, wenn die Stromerzeugung von zwei der drei Brennstoffzellen unterbrochen ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • [Konfiguration bzw. Anordnung des Brennstoffzellensystems]
  • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellensystems (nachstehend einfach als ein System bezeichnet) 1, welches an einem Fahrzeug befestigt ist. Das System 1 umfasst eine elektronische Steuereinheit (ECU) 2, Brennstoffzellen (nachstehend als FCs bezeichnet) 4a und 4b, Sekundärbatterien (nachstehend als BATs bezeichnet) 8a und 8b, Kathodengas-Zuführsysteme 10a und 10b, Anodengas-Zuführsysteme 20a und 20b, Kühlsysteme 40a und 40b, elektrische Energie-Steuersysteme 30a und 30b, und einen Motor 50.
  • Die FCs 4a und 4b sind Brennstoffzellen, welche mit Kathodengas und Anodengas versorgt werden, um elektrische Energie zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform wird Sauerstoff enthaltende Luft als das Kathodengas verwendet, und Wasserstoffgas wird als das Anodengas verwendet. Jede der FCs 4a und 4b umfasst eine Mehrzahl an Feststoffpolymerelektrolyt-Einheitszellen, welche gestapelt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die FCs 4a und 4b zueinander identisch und weisen dieselbe Nennleistung auf, aber dies bedeutet jedoch keine Limitierung bzw. Einschränkung. Die FCs 4a und 4b sind Beispiele der ersten und zweiten Brennstoffzellen.
  • Die Kathodengas-Zuführsysteme 10a und 10b führen jeweils den FCs 4a und 4b Sauerstoff enthaltende Luft als das Kathodengas zu. Insbesondere umfasst das Kathodengas-Zufuhrsystem 10a ein Zuführrohr bzw. eine Zuführleitung 11a, ein Ablassrohr bzw. eine Ablassleitung 12a, ein Bypassrohr bzw. eine Bypassleitung 13a, einen Luftkompressor 14a, ein Bypassventil 15a, einen Zwischenkühler 16a, und ein Rückschlagventil 17a, während das Kathodengas-Zuführsystem 10b ein Zuführrohr bzw. eine Zuführleitung 11b, ein Ablassrohr bzw. Ablassleitung 12b, ein Bypassrohr bzw. eine Bypassleitung 13b, einen Luftkompressor 14b, ein Bypassventil 15b, einen Zwischenkühler 16b, und ein Rückschlagventil 17b umfasst.
  • Die Zuführleitungen bzw. -rohre 11a und 11b sind jeweils mit den Kathoden-Einlassverteilern der FCs 4a und 4b verbunden. Die Ablassleitungen bzw. -rohre 12a und 12b sind mit jeweils mit den Kathoden-Auslassverteilern der FCs 4a und 4b verbunden. Die Zuführleitung 11a und die Ablassleitung 12a sind miteinander durch die Bypassleitung 13a verbunden, während die Zuführleitung 11b und die Ablassleitung 12b miteinander durch bzw. über die Bypassleitung 13b verbunden. Das Bypassventil 1 5a ist in dem Teil angeordnet, wo die Zuführleitung 11a und die Bypassleitung 13a verbunden sind, während das Bypassventil 15b in dem Teil angeordnet ist, wo die Zuführleitung 11b und die Bypassleitung 13b verbunden sind. Das Bypassventil 15a ändert den Verbindungszustand zwischen der Zuführleitung 11a und der Bypassleitung 13a, während das Bypassventil 15b den Verbindungszustand zwischen der Verbindungsleitung 11b und der Bypassleitung 13b ändert. Der Luftkompressor 14a, das Bypassventil 15a, und der Zwischenkühler 16a sind in der Zuführleitung 11a in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite angeordnet. Das Rückschlagventil 17a ist in der Ablassleitung 12a angeordnet, und befindet sich weiter stromaufwärts als der Teil, an welchem die Ablassleitung 12a und die Bypassleitung 13a verbunden sind. Ebenso sind der Luftkompressor 14b, das Bypassventil 15b, und der Zwischenkühler 16b in der Zufuhrleitung 11b in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite angeordnet. Das Rückschlagventil 17b ist in der Ablassleitung 12b angeordnet, und befindet sich weiter stromaufwärts als der Teil, an welchem die Ablassleitung 12b und die Bypassleitung 13b verbunden sind.
  • Die Luftkompressoren 14a und 14b führen jeweils den FCs 4a und 4b Sauerstoff enthaltende Luft als das Kathodengas über die Zuführleitungen 11a und 11b zu. Das den FCs 4a und 4b zugeführte Kathodengas wird jeweils durch die Ablassleitungen 12a und 12b abgegeben. Die Zwischenkühler 16a und 16b kühlen jeweils das den FCs 4a und 4b zugeführte Kathodengas. Die Rückschlagventile 17a und 17b regeln jeweils die Gegendrücke an den Kathodenseiten der FCs 4a und 4b. Luft ist ein Beispiel eines Oxidansgases bzw. Oxidationsgases. Die Luftkompressoren 14a und 14b sind Beispiele erster und zweiter Oxidansgas-Zuführvorrichtungen, welche jeweils den FCs 4a und 4b Oxidansgas zuführen.
  • Die Anodengas-Zuführsysteme 20a und 20b führen jeweils den FCs 4a und 4b Wasserstoffgas als das Anodengas zu. Insbesondere umfasst das Anodengas-Zuführsystem 20a einen Tank 20Ta, eine Zuführleitung 21a, eine Ablassleitung 22a, eine Rücklaufleitung 23a, ein Schließventil 23av, ein Tankventil 24a, ein Regulierventil 25a, einen Injektor (nachstehend als ein INJ bezeichnet) 26a, einen Gas-Flüssig-Separator 27a, ein Ablassventil 28a, einen Ausstoßer bzw. Ejektor 29a, während das Anodengas-Zuführsystem 20b einen Tank 20Tb, eine Zuführleitung 21b, eine Ablassleitung 22b, eine Rücklaufleitung 23b, ein Schließventil 23bv, ein Tankventil 24b, ein Regulierventil 25b, einen INJ 26b, einen Gas-Flüssig-Separator 27b, ein Ablassventil 28b, und einen Ausstoßer bzw. Ejektor 29b umfasst. Die Anodengas-Zuführysteme 20a und 20b teilen sich eine Verbindungsleitung 23c und ein Selektorventil 28c. Das Wasserstoffgas ist ein Beispiel eines Brenngases.
  • Die Behälter bzw. Tanks 20Ta und 20Tb lagern darin Wasserstoffgas in einem Hochdruck-Zustand. Der Tank 20Ta ist mit dem Anoden-Einlasskrümmer bzw. -Einlassverteiler der FCs 4a über die Zuführleitung 21a verbunden. Ebenso ist der Tank 20Tb mit dem Anoden-Einlasskrümmer des FC 4b durch die Zuführleitung 21b verbunden. Die Tanks 20Ta und 20Tb lagern darin Wasserstoffgas. Die Ablassleitungen 22a und 22b sind jeweils mit den Anoden-Auslasskrümmern der FCs 4a und 4b verbunden. Der Gas-Flüssig-Separator 27a und die Zuführleitung 21a sind miteinander durch die Rücklaufleitung 23a verbunden, während der Gas-Flüssig-Separator 27b und die Zuführleitung 21b miteinander durch die Rücklaufleitung 23b verbunden sind.
  • Das Tankventil 24a, das Regulierventil 25a, der INJ 26a, und der Ejektor 29a sind in der Zuführleitung 21a in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite angeordnet. Während das Tankventil 24a geöffnet ist, wird der Öffnungsgrad des Regulierventils 25a eingestellt, und der INJ 26a injiziert bzw. spritzt das Anodengas ein. Deshalb strömt das Anodengas durch den Ejektor 29a und wird dann dem FC 4a zugeführt. Das Fahren des Tankventils 24a, des Regulierventils 25a, und des INJ 26a wird durch die ECU 2 gesteuert. Dasselbe trifft für das Tankventil 24b, das Regulierventil 25b, den INJ 26b, und den Ejektor 29b zu.
  • Hier sind die INJs 26a und 26b Beispiele erster und zweiter Brenngas-Zuführvorrichtungen, welche jeweils den FCs 4a und 4b das Anodengas zuführen. Der Ejektor 29a ist ein Beispiel eines ersten Ejektors, welcher mit der Rücklaufleitung 23a verbunden ist und führt das von dem FC 4a abgeführte Anodengas, zusammen mit dem von der INJ 26a zugeführten Anodengas, zum FC 4a. Der Ejektor 29b ist ein Beispiel eines zweiten Ejektors, welcher mit der Rücklaufleitung 23b verbunden ist, und führt das vom FC 4b abgeführte Anodengas, zusammen mit dem vom INJ 26b zugeführten Anodengas, zum FC 4b.
  • Um das von den FCs 4a und 4b abgegebene Anodengas zu den FCs 4a und 4b zu schicken, ist keine Pumpe in den Rücklaufleitungen 23a und 23b angeordnet. Das Anodengas wird durch die Ejektoren 29a und 29b anstatt einer Pumpe geschickt. Deshalb sind die Vorrichtungskosten des Systems 1 verringert, im Vergleich zu denen in einem Fall, in welchem eine Pumpe bereitgestellt ist.
  • Zusätzlich ist ein Einlass-Drucksensor 21ap, welcher den Druck am Einlass des Anodengas-Strömungspfad im FC 4a (nachstehend als ein Einlassdruck bezeichnet) erfasst, in der Zuführleitung 21a zwischen dem FC 4a und dem Ejektor 29a angeordnet. Andererseits wird ein ähnlicher Einlass-Drucksensor 21bp in der Zufuhrleitung 21b angeordnet.
  • Der Gas-Flüssigkeit-Separator 27a und das Ablassventil 28a sind in der Ablassleitung 22a in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite angeordnet. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 27a trennt Wasser von dem vom FC 4a abgegebenen Anodengas und speichert das Wasser. Das im Gas-Flüssig-Separator 27a gespeicherte Wasser wird nach außen vom System 1 durch die Ablassleitung 22a durch Öffnen des Ablassventils 28a abgegeben. Der Betrieb des Auslassventils 28a wird durch die ECU 2 gesteuert. Dasselbe gilt für den Gas-Flüssig-Separator 27b und das Ablassventil 28b, aber die Ablassleitung 22b ist mit der Mitte der Ablassleitung 22a verbunden. Das heißt, wenn das Ablassventil 28b öffnet, wird das im Gas-Flüssig-Separator 27b gespeicherte Wasser nach außen bzw. an die Außenseite des Systems 1 durch die Ablassleitungen 22b und 22a abgegeben.
  • Die Rücklaufleitung 23a ist eine Leitung für die Rückführung des vom FC 4a abgeführten Anodengases wieder zum FC 4a. Das Stromaufwärtsende der Rücklaufleitung 23a ist mit dem Gas-Flüssig-Separator 27a verbunden, und das Stromabwärtsende der Rücklaufleitung 23a ist mit dem Ejektor 29a verbunden. Der Ejektor 29a verwendet den Strom des vom INJ 26a eingespritzten Anodengases als Antriebsströmung, um das vom FC 4a abgeführte Anodengas von der Rücklaufleitung 23a anzusaugen und führt das vom FC 4a abgeführte Anodengas zum FC 4a wieder zurück. Deshalb sind der Bereich, welcher weiter stromabwärts als der Ejektor 29a der Zufuhrleitung 21a angeordnet ist, der Bereich, welcher weiter stromaufwärts als der Gas-Flüssig-Separator 27a der Ablassleitung 22a angeordnet ist, und die Rücklaufleitung 23a ein Beispiel eines ersten Zirkulationspfades, welcher das vom FC 4a abgegebene Anodengas zum FC 4a im Kreis führt bzw. zirkuliert. In ähnlicher Weise sind der Bereich, welcher weiter stromabwärts als der Ejektor 29b der Zuführleitung 21b angeordnet ist, der Bereich, welcher weiter stromaufwärts als der Gas-Flüssig-Separator 27b der Ablassleitung 22b angeordnet ist, und die Rücklaufleitung 23b ein Beispiel eines zweiten Zirkulationspfades, welcher das vom FC 4b abgegebene Anodengas zum FC 4b im Kreis führt bzw. zirkuliert.
  • Ein erstes Ende 23c1 der Verbindungsleitung 23c ist mit der Rücklaufleitung 23a verbunden, und ein zweites Ende 23c2 der Verbindungsleitung 23c ist mit der Rücklaufleitung 23b verbunden. Das Wähl- bzw. Selektorventil 28c, welches die Verbindungsleitung 23c öffnet und schließt, wird der Verbindungsleitung 23c bereitgestellt. Wenn das Selektorventil 28c geschlossen ist, sind die Rücklaufleitungen 23a und 23b voneinander abgetrennt. Wenn das Selektorventil 28c geöffnet ist, sind die Rücklaufleitungen 23a und 23b miteinander durch die Verbindungsleitung 23c verbunden, d.h., die vorstehend genannten ersten und zweiten Zirkulationspfade sind miteinander verbunden.
  • Nachstehend in der vorliegenden Beschreibung, einfach als ein „Verbindungszustand“ bezeichnet, bedeutet ein Zustand, in welchem die vorstehend genannten ersten und zweiten Zirkulationspfade miteinander durch Öffnen des Selektorventils 28c verbunden sind. Die Verbindungsleitung 23c ist ein Beispiel eines Verbindungspfades, welcher mit den Rücklaufleitungen 23a und 23b verbunden ist. Außerdem ist das Selektorventil 28c ein Beispiel einer Öffnungs-/Schließvorrichtung, welche bewirkt, dass die Rücklaufleitungen 23a und 23b miteinander verbunden werden oder durch Öffnen/Schließen der Verbindungsleitung 23c voneinander getrennt werden.
  • Das Schließventil 23av ist in der Rücklaufleitung 23a auf der Stromabwärtsseite des Bereiches angeordnet, wo die Rücklaufleitung 23a mit dem ersten Ende 23c1 der Verbindungsleitung 23c verbunden ist. Das Schließventil 23av öffnet und schließt die Rücklaufleitung 23a auf der Stromabwärtsseite des Bereiches, wo die Rücklaufleitung 23a mit der Verbindungsleitung 23c gemäß der Steuerung des ECU 2 verbunden ist. Wenn das Schließventil 23av geschlossen ist, ist die Zirkulation des Anodengases durch die Rücklaufleitung 23a angehalten. Andererseits ist das ähnliche Schließventil 23bv in der Rücklaufleitung 23b angeordnet. Die Schließventile 23av und 23bv sind Beispiele von ersten und zweiten Zirkulationsventilen, welche in den Rücklaufleitungen 23a und 23b auf der Stromabwärtsseite der Bereiche angeordnet sind, wo jeweils die Rücklaufleitungen 23a und 23b mit der Verbindungsleitung 23c verbunden sind.
  • Ein Auslass-Drucksensor 23ap, welcher den Druck am Auslass des Anodengas-Strömungspfades im FC 4a (nachstehend als ein Auslassdruck bezeichnet) erfasst, ist in der Rücklaufleitung 23a zwischen dem FC 4a und dem Gas-Flüssig-Separator 27a angeordnet. Andererseits ist ein ähnlicher Auslass-Drucksensor 23bp in der Rücklaufleitung 23b angeordnet.
  • Die Kühlsysteme 40a und 40b kühlen jeweils die durch die Energieerzeugung erwärmten FCs 4a und 4b. Das Kühlsystem 40a umfasst eine Kühlwasser-Zuführleitung 41a, eine Kühlwasser-Ablassleitung 42a, einen Radiator 43a, eine Pumpe 44, und einen Temperatursensor 45a, während das Kühlsystem 40b eine Kühlwasser-Zufuhrleitung 41b, eine Kühlwasser-Ablassleitung 42b, einen Radiator 43b, eine Pumpe 44b, und einen Temperatursensor 45b umfasst. In diesem Beispiel wird das Kühlwasser als Kühlmittel zum Kühlen der FCs 4a und 4b beschrieben, aber dies bedeutet jedoch keine Beschränkung, und andere Kühlmittel können verwendet werden.
  • Die Radiatoren bzw. Kühler 43a und 43b kühlen jeweils durch zum Beispiel Luft-Kühlen das Kühlwasser, welches aufgrund von Wärmeabsorption der FCs 4a und 4b an Temperatur zugenommen hat. Das gekühlte Kühlwasser strömt jeweils durch die Kühlwasser-Zuführleitungen 41a und 41b, um den FCs 4a und 4b zugeführt zu werden. Das Kühlwasser-Zuführleitungen 41a und 41b sind jeweils mit den Einlässen der Kühlwasser-Verteiler bzw. Krümmer der FCs 4a und 4b verbunden.
  • Das Kühlwasser wird an die Kühlwasser-Ablassleitungen 42a und 42b nach dem Kühlen der FCs 4a und 4b abgegeben. Die Kühlwasser-Ablassleitungen 42a und 42b sind jeweils mit den Auslässen der Kühlwasser-Verteiler der FCs 4a und 4b verbunden. Das abgeführte Kühlwasser zirkuliert bzw. wird zu den Radiatoren bzw. Kühlern 43a und 43b im Kreis geführt.
  • Die Pumpe 44a zum Zirkulieren des Kühlwassers zwischen dem Radiator bzw. Kühler 43 und dem FC 4a ist in der Kühlwasser-Zufuhrleitung 41a angeordnet. In ähnlicher Weise ist die Pumpe 44b für das Zirkulieren des Kühlwassers zwischen dem Radiator 43b und dem FC 4b in der Kühlwasser-Zuführleitung 41b angeordnet.
  • Die Temperatursensoren 45a und 45b zum Messen der Temperatur des Kühlwassers sind jeweils an den Kühlwasser-Ablassleitungen 42a und 42b versehen. Die Temperatursensoren 45a und 45b sind jeweils Beispiele von ersten und zweiten Messvorrichtungen, welche die Temperaturen der FCs 4a und 4b messen.
  • Das elektronische Energie-Steuersystem 30a umfasst einen Brennstoffzellen DC/DC Wandler (nachstehend als ein FDC bezeichnet) 32a, einen Batterie DC/DC Wandler (nachstehend als ein BDC bezeichnet) 34a, und ein Hilfsumrichter bzw. Hilfsinverter (nachstehend als ein AINV bezeichnet) 39a, während das elektrische Energie- bzw. Strom-Steuersystem 30b einen FDC 32b, einen BDC 34b, und einen AINV 39b umfasst. Die elektrischen Energie- bzw. Strom-Steuersysteme 30a und 30b teilen einen Motorumrichter bzw. Motorinverter (nachstehend als ein MINV bezeichnet) 38, welcher mit dem Motor 50 verbunden ist. Die FDCs 32a und 32b stellen jeweils den Gleichstrom (DC) von den FCs 4a und 4b ein, um den eingestellten DC-Strom an den MINV 38 auszugeben. Die BDCs 34a und 34b stellen jeweils den DC-Strom von den BATs 8a und 8b ein, um den eingestellten DC-Strom an die MINV 38 auszugeben. Die durch die FCs 4a und 4b erzeugte elektrische Energie kann jeweils in den BATs 8a und 8b gespeichert werden. Die MINV 38 wandelt den eingehenden DC-Strom in Dreiphasenwechselstrom (AC) um, und führt den Dreiphasen-AC-Strom dem Motor 50 zu. Der Motor 50 treibt Räder 5 an, um zu veranlassen, dass sich das Fahrzeug bewegt.
  • Die elektrische Energie der FC 4a und der BAT 8a können einer Lastvorrichtung, außer dem Motor 50, durch die AINV 39a zugeführt werden. In ähnlicher Weise kann die elektrische Energie der FC 4b und der BAT 8b einer Lastvorrichtung durch die AINV 39b zugeführt werden. Hier umfasst die Lastvorrichtung Hilfsmaschinen für die FCs 4a und 4b und Hilfsmaschinen für das Fahrzeug. Die Hilfsmaschinen für die FCs 4a und 4b umfassen die Luftkompressoren 14a und 14b, die Bypassventile 15a und 15b, die Gegendruckventile bzw. Rückschlagventile 17a und 17b, die Schließventile 23av und 23bv, die Behälterventile bzw. Tankventile 24a und 24b, die Regulierventile 25a und 25b, die INJs 26a und 26b, und die Ablassventile 28a und 28b. Die Hilfsmaschinen für das Fahrzeug umfassen, zum Beispiel, eine Klimaanlageneinheit, ein Lichtsystem, Warnleuchten bzw. Warnblinker und ähnliches.
  • Die ECU 2 umfasst einen Hauptprozessor bzw. zentrale Recheneinheit („central processing unit“, CPU), einen Festspeicher („read only memory“, ROM), und einen Arbeitsspeicher („random access memory“ RAM). Mit dem ECU 2 elektrisch verbunden sind ein Klappenöffnungssensor bzw. Gaspedalöffnungssensor („accelerator opening sensor“) 6, die Luftkompressoren 14a und 14b, die Bypassventile 15a und 15b, die Rückschlagventile 17a und 17b, die Schließventile 23av und 23bv, die Tankventile 24a und 24b, die Regulierventile 25a und 25b, die INJs 26a und 26b, die Ablassventile 28a und 28b, die Selektorventile 28c, die FDCs 32a und 32b, die BDCs 34a und 34b, die Temperatursensoren 45a und 45b, die Einlass-Drucksensoren 21ap und 21bp, und die Auslass-Drucksensoren 23ap und 23bp. Die ECU 2 berechnet den von den FCs 4a und 4b benötigten Ausgangsstromwert (nachstehend als benötigte Stromwerte bezeichnet), basierend auf dem Erfassungswert des Klappenöffnungssensors bzw. Gaspedalöffnungssensors 6. Außerdem steuert die ECU 2 die Hilfsmaschinen für die FCs 4a und 4b in Übereinstimmung mit dem benötigten Stromwert, um die durch die FCs 4a und 4b erzeugte gesamte elektrische Energie zu steuern.
  • Ferner bestimmt die ECU 2, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in den FCs 4a und 4b aufgrund der Strom- bzw. Energieerzeugung der FCs 4a und 4b besteht. Wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in den FCs 4a und 4b besteht, unterbricht die ECU 2 die Energieerzeugung von einer der FCs 4a und 4b, während die Zufuhr des Anodengases beibehalten wird, und bewirkt, dass das Selektorventil 28c die Rücklaufleitungen 23a und 23b miteinander verbunden werden. Diese Steuerung bewirkt, dass das Anodengas von der Rücklaufleitung 23a, 23b von einer aus den FCs 4a und 4b in die Rücklaufleitung 23b, 23a zur anderen aus den FCs 4a und 4b durch die Verbindungsleitung 23c strömt. Deshalb entfernt ein Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Flussrate des Anodengases das flüssige Wasser, welches sich in der Rücklaufleitung 23b, 23a der anderen aus den FCs 4a und 4b ansammelt, wodurch das Auftreten einer Flutung in der anderen aus den FCs 4a und 4b gehemmt bzw. verhindert wird. Außerdem wird, da die Energieerzeugung der einen aus den FCs 4a und 4b unterbrochen ist, kein flüssiges Wasser produziert, und dadurch wird das Auftreten einer Flutung gehemmt bzw. verhindert.
  • Außerdem kann, wenn die Rücklaufleitungen 23b und 23a miteinander verbunden sind, die andere aus den FCs 4a und 4b die erzeugte elektrische Energie unter Verwendung des von der Rücklaufleitung 23a, 23b von der einen der FCs 4a und 4b strömenden Anodengases zur Rücklaufleitung 23b, 23a der anderen der FCs 4a und 4b durch die Verbindungsleitung 23c erhöhen, sodass ein Sinken der erzeugten elektrischen Energie aufgrund der Unterbrechung der Strom- bzw. Energieerzeugung der einen der FCs 4a und 4b kompensiert wird. Deshalb wird das Anodengas vor einer Verschwendung bewahrt, ohne für die Energieerzeugung verwendet zu werden. Die ECU 2 ist ein Beispiel einer Steuerung, welche die FCs 4a und 4b, die INJs 26a und 26b, und das Selektorventil 28c steuert. Außerdem kann die ECU 2 getrennt für jede der FCs 4a und 4b bereitgestellt sein, und eine Konfiguration, bei welcher drei oder mehr ECUs 2 verbunden sind, um miteinander zu kommunizieren, verwendet werden.
  • [Beispiel der Energieerzeugungssteuerung]
  • 2A bis 2C stellen einen Fluss des Anodengases dar. In 2A bis 2C werden dieselben Bezugszeichen für Komponenten angegeben, welche mit jenen, welche in 1 dargestellt sind, übereinstimmen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen. Pfeile, welche auf den Rücklaufleitungen 23a und 23b, den Zuführleitungen 21a und 21b, den Anodengas-Strömungspfaden 23ai und 23bi, und der Verbindungsleitung 23c dargestellt sind, geben die Richtung an, in welcher das Anodengas strömt.
  • Das Bezugszeichen Sa gibt den Fluss bzw. die Strömung des Anodengases an, während beide der FCs 4a und 4b elektrische Energie erzeugen. In diesem Fall, da das Selektorventil 28c geschlossen ist, strömt kein Anodengas zwischen den Rücklaufleitungen 23a und 23b. Da die Schließventile 23av und 23bv geöffnet sind, kann das Anodengas jeweils durch die Rücklaufleitungen 23a und 23b strömen, um zu den FCs 4a und 4b zu zirkulieren bzw. im Kreis geführt zu werden.
  • Das von der INJ 26a eingespritzte Anodengas strömt durch den Ejektor 29a und die Zuführleitung 21a, tritt in den Anodengas-Strömungspfad 23ai in der FC 4a ein, und wird anschließend zur Stromerzeugung verwendet. Das verbleibende Anodengas strömt durch die Rücklaufleitung 23a, um zu dem Ejektor 29a zurückzukehren. Das von dem INJ 26b eingespritzte Anodengas strömt durch den Ejektor 29b und die Zuführleitung 21b, tritt in den Anodengas-Strömungspfad 23bi in der FC 4b ein, und wird anschließend zur Energieerzeugung verwendet. Das verbleibende Anodengas strömt durch die Rücklaufleitung 23b zurück zum Ejektor 29b.
  • Deshalb erzeugt die FC 4a elektrische Energie unter Verwendung des Anodengases, welches durch die Rücklaufleitung 23a zirkuliert, und die FC 4b erzeugt elektrische Energie unter Verwendung des Anodengases, welches durch die Rücklaufleitung 23b zirkuliert. Hier ist die durch die FC 4a erzeugte elektrische Energie durch Pa dargestellt, und die durch die FC 4b erzeugte elektrische Energie ist durch Pb dargestellt.
  • Das Bezugszeichen Sb gibt den Fluss des Anodengases an, während die FC 4a elektrische Energie erzeugt und die Energieerzeugung der FC 4b ausgesetzt bzw. unterbrochen ist. Wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit einer Flutung aufgrund der Energieerzeugung von beiden der FCs 4a und 4b besteht, setzt die ECU 2 die Energieerzeugung der FC 4b aus, während die Zufuhr des Anodengases vom Injektor 26b beibehalten wird, und öffnet das Selektorventil 28c. Diese Steuerung bewirkt, dass die Rücklaufleitungen 23a und 23b durch die Verbindungsleitung 23c miteinander verbunden sind. In diesem Fall wird der Druck in dem Anodengas-Strömungspfad 23ai der FC 4a kleiner als der Druck der FC 4b, von welcher die Stromerzeugung unterbrochen ist, da das Anodengas durch die Stromerzeugung der FC 4a verbraucht wird. Deshalb strömt das Anodengas durch die Verbindungsleitung 23c von der Rücklaufleitung 23b der FC 4b zur Rücklaufleitung 23a der FC 4a.
  • Das von dem INJ 26b eingespritzte Anodengas tritt in den Anodengas-Strömungspfad der FC 4b ein, aber wird an die Rücklaufleitung 23b abgeführt, ohne verbraucht zu werden, da die Energieerzeugung der FC 4b unterbrochen ist. Das abgegebene Anodengas strömt von der Rücklaufleitung 23b in die Rücklaufleitung 23a, strömt durch die Zuführleitung 21a und den Ejektor 29a, und tritt anschließend in den Anodengas-Strömungspfad 23ai der FC 4a, um für die Energieerzeugung verwendet zu werden. Außerdem strömt das von dem INJ 26a eingespritzte Anodengas in den Anodengas-Strömungspfad 23ai ein, um für die Stromerzeugung verwendet zu werden. Deshalb wird die Strömungsrate bzw. Flussrate des Anodengases, welches durch die Rücklaufleitung 23a strömt, größer als jener in dem Zustand, bevor die Energieerzeugung der FC 4b unterbrochen wird (der durch das Bezugszeichen Sa angegebene Zustand), und dadurch wird das flüssige Wasser in der Rücklaufleitung 23a leicht abgeführt. Deshalb ist die Möglichkeit, dass der Katalysator-tragende Kohlenstoff durch das flüssige Wasser oxidiert wird und aufgrund des Fehlens des Anodengases an der Anodenelektrode der FC 4a eluiert wird und die Energieerzeugungsleistung dadurch verschlechtert wird, verringert.
  • Hier verbraucht, die FC 4a, welche elektrische Energie erzeugt, das Anodengas, und die FC 4b, deren Stromerzeugung unterbrochen ist, verbraucht kein Anodengas. Deshalb ist der Druck im Anodengas-Strömungspfad 23ai in der FC 4a, welche elektrische Energie erzeugt, kleiner als der Druck im Anodengas-Strömungspfad 23bi in der FC 4b, deren Stromerzeugung unterbrochen ist. Deshalb strömt das Anodengas durch die Verbindungsleitung 23c von der Rücklaufleitung 23b der FC 4b, von welcher die Stromerzeugung unterbrochen ist, und strömt in die Rücklaufleitung 23a der FC 4a, welche elektrische Energie erzeugt.
  • Außerdem wird, wenn das Selektorventil 28c geöffnet wird, damit veranlasst, dass die Rücklaufleitungen 23a und 23b miteinander verbunden werden bzw. sind, schließt die ECU 2 das Schließventil 23bv, welches in der Rücklaufleitung 23b der FC 4b, von welcher die Energieerzeugung unterbrochen ist, angeordnet ist. Deshalb wird die Zirkulation des Anodengases durch die Rücklaufleitung 23b angehalten, und dadurch kann die Flussrate des Anodengases, welches durch die Verbindungsleitung 23c strömt, eingestellt werden, dass sie größer ist als die Flussrate, wenn das Selektorventil 28c geschlossen ist. Deshalb nimmt die Flussrate des Anodengases, welches in die Rücklaufleitung 23a einströmt, zu, und das flüssige Wasser wird effizienter abgegeben.
  • Wie vorstehend beschrieben wird der FC 4a, welche elektrische Energie erzeugt, das Anodengas, welches der FC 4b, deren Energieerzeugung unterbrochen ist, zugeführt wurde, von der Verbindungsleitung 23c zugeführt und erhöht die erzeugte elektrische Energie durch das Verringern bzw. Senken der erzeugten elektrischen Energie aufgrund der Unterbrechung der Energieerzeugung der FC 4b, sodass das Senken der erzeugten elektrischen Energie durch die Energieerzeugung unter Verwendung des zugeführten Anodengases kompensiert wird. Das heißt, die durch die FC 4a erzeugte elektrische Energie wird der Wert (Pa + Pb), welcher die Summe der elektrischen Energie Pa, welche durch die FC 4a erzeugt wird, bevor die Stromerzeugung der FC 4b unterbrochen wird, und die elektrische Energie Pb, welche von der FC 4b erzeugt werden soll, von welcher die Stromerzeugung unterbrochen ist, wenn die Stromerzeugung der FC 4b nicht unterbrochen ist. Die durch die FC 4b erzeugte elektrische Energie ist 0.
  • Deshalb wird sinnlose Zufuhr des Anodengases, welche nicht für die Strom- bzw. Energieerzeugung verwendet wird, effizient gehemmt. Hier behält die ECU 2 die Einspritzmengen (d.h. die Zuführmengen) des Anodengases von den INJ 26a und 26b bei, bevor die Stromerzeugung der FC 4b unterbrochen ist, aber kann die Einspritzmenge des Anodengases einstellen, sodass die FC 4a elektrische Energie gemäß dem benötigten Stromwert erzeugt. Ferner kann die ECU 2 die Zuführmenge des Kathodengases durch Steuern der Ausgabe des Luftkompressors 14a einstellen, um elektrische Energie gemäß dem benötigten Stromwert zu erzeugen.
  • Das Anodengas wird auch der FC 4b, deren Stromerzeugung unterbrochen ist, zugeführt. Deshalb ist die Möglichkeit verringert, dass der Katalysator-tragende Kohlenstoff durch flüssiges Wasser oxidiert und aufgrund des Fehlens des Anodengases an der Anodenelektrode des FC 4b eluiert und die Energieerzeugungsleistung dadurch verschlechtert wird.
  • Das Bezugszeichen Sc gibt den Fluss des Anodengases an, während die FC 4b elektrische Energie erzeugt und die Stromerzeugung der FC 4a unterbrochen ist. Wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung aufgrund der Stromerzeugung beider FCs 4a und 4b besteht, unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FC 4a, während die Zufuhr des Anodengases vom Injektor 26a beibehalten wird, und öffnet das Selektorventil 28c. Außerdem schließt die ECU 2 das Schließventil 23av.
  • Diese Steuerung bewirkt, dass der Betrieb, in welchem die FCs 4a und 4b im vorstehend beschriebenen Betrieb mit Bezug zum Bezugszeichen Sb ausgetauscht sind, ausgeführt wird. Somit wird die durch die FC 4b erzeugte elektrische Energie der Wert (Pa + Pb), welcher die Summe der elektrischen Energie Pa ist, welche durch die FC 4a erzeugt werden soll, deren Stromerzeugung unterbrochen ist, wenn die Stromerzeugung der FC 4a nicht unterbrochen ist und die durch die FC 4b erzeugte elektrische Energie Pb vor der Stromerzeugung der FC 4a unterbrochen ist. Die durch die FC 4a erzeugte elektrische Energie ist 0.
  • Die ECU 2 kann die Stromerzeugung von einer der FCs 4a und 4b aussetzen. Jedoch kann durch das Unterbrechen der Stromerzeugung von zum Beispiel der FC 4a oder 4b, von denen die kumulierte bzw. angehäufte bzw. abgelaufene Stromerzeugungszeit länger ist, die Alterungsverschlechterung der FC 4a oder 4b gehemmt werden. In diesem Fall kann die ECU 2 Informationen, welche die Energieerzeugungszeit der FCs 4a und 4b in einem Speichermedium wie einem Speicher bzw. Datenspeicher angeben, bezugnehmend auf die Information wie die kumulierte bzw. angehäufte bzw. abgelaufene Stromerzeugungszeit, aufzeichnen und die FC 4a oder 4b auswählen, von denen die Stromerzeugung auszusetzen ist.
  • [Betrieb bzw. Operation des Brennstoffzellensystems]
  • 3 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Betriebes des Brennstoffzellensystems 1. Diese Operation wird ausgeführt, wenn die Zündung (nicht dargestellt), um das Fahrzeug zu starten von Aus nach Ein geschalten wird. Jeder Prozess im Fließdiagramm wird durch Funktionen der durch die CPU der ECU 2 ausgeführten Software ausgeführt, aber dies bedeutet jedoch keine Einschränkung. Jeder Prozess kann durch Funktionen einer Hardwarevorrichtung wie einer integrierten Schaltung bzw. einem integrierten Schaltkreis (IC) implementiert werden.
  • Die ECU 2 schließt das Selektorventil 28c, sodass die Rücklaufleitungen 23a und 23b nicht miteinander verbunden sind (Schritt St1). Anschließend öffnet die ECU 2 die Schließventile 23av und 23bv, sodass das Anodengas durch die Rücklaufleitungen 23a und 23b strömt, um jeweils zu den FCs 4a und 4b zu zirkulieren (Schritt St2).
  • Anschließend, berechnet die ECU 2 den benötigten Stromwert Irq eines jeden FCs 4a und 4b, beispielsweise basierend auf dem Erfassungswert des Beschleunigungsöffnungssensors 6 (Schritt St3). In diesem Beispiel stellt die ECU 2 die benötigten Stromwerte Irq der FCs 4a und 4b auf denselben Wert ein, aber sie kann die benötigten Stromwerte Irq der FCs 4a und 4b auf verschiedene Werte einstellen.
  • Anschließend veranlasst die ECU 2, dass die FCs 4a und 4b elektrische Energie gemäß den benötigten Stromwerten Irq erzeugen (Schritt St4). In diesem Fall steuert die ECU 2 die Einspritzmengen der INJs 26a und 26b und die Ausgaben der Luftkompressoren 14a und 14b, sodass die Zufuhrmengen des Anodengases und des Kathodengases die Mengen gemäß den benötigten Stromwerten Irq werden. Diese Steuerung veranlasst das System 1 in dem Zustand zu sein, in welchem die zwei FCs 4a und 4b elektrische Energie erzeugen, wie durch das Bezugszeichen Sa in 2A angegeben.
  • Anschließend bestimmt die ECU 2, ob die Aussetzung des Betriebes der FCs 4a und 4b angewiesen ist (Schritt St5). Zum Beispiel bestimmt die ECU 2, dass die Aussetzung des Betriebes angewiesen ist, wenn die Zündung ausgeschaltet ist.
  • Wenn das Aussetzen des Betriebes bzw. der Operation angewiesen ist (Schritt St5/Ja), unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FCs 4a und 4b (Schritt St6). In diesem Fall stoppt die ECU 2 die Einspritzung der INJs 26a und 26b und die Ausgaben der Luftkompressoren 14a und 14b, sodass die Zufuhr des Anodengases und des Kathodengases gestoppt wird.
  • Wenn die Unterbrechung des Betriebs nicht angewiesen wird (Schritt St5/Nein), bestimmt die ECU 2, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung (nachstehend als eine Möglichkeit einer Flutung bezeichnet) aufgrund der Energieerzeugung der FCs 4a und 4b besteht (Schritt St7). Eine der Verfahren zur Bestimmung, ob eine Möglichkeit einer Flutung besteht, ist das Vergleichen der benötigten Stromwerte Irq mit einem Grenzwert, wie nachstehend beschrieben. Wenn keine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St7/Nein), wird der Betrieb in und nach Schritt St3 nochmals ausgeführt. Wenn eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St7/Ja), führt die ECU 2 einen Einzeleinheit-Stromerzeugungsmodus bzw. Stromerzeugungsmodus einer einzelnen Einheit aus, welcher bewirkt, dass nur die FC 4a oder 4b elektrische Energie erzeugt, wie durch die Bezugszeichen Sb und Sc in 2B und 2C angegeben (Schritt St8). Die Details des Einzeleinheit-Stromerzeugungsmodus werden nachstehend beschrieben.
  • Anschließend, um den Zustand des Systems 1 zum Zustand zurückzuführen, in welchem die zwei FCs 4a und 4b elektrische Energie erzeugen, wie durch das Bezugszeichen Sa in 2A angegeben, führt die ECU 2 der Betrieb in und nach dem Schritt St1 nochmals aus. Die ECU 2 agiert bzw. funktioniert wie vorstehend beschrieben.
  • 4 ist ein Fließdiagramm einer beispielhaften Operation des Einzeleinheit-Energieerzeugungsmodus. Diese Operation wird im vorstehend beschriebenen Schritt St8 ausgeführt.
  • Die ECU 2 vergleicht die akkumulierte bzw. angesammelte bzw. abgelaufene Stromerzeugungszeit Da der FC 4a mit der akkumulierten Stromerzeugungszeit Db der FC 4b (Schritt St11). Die ECU 2 zeichnet Informationen über die akkumulierte Stromerzeugungszeit in einem Speicher, wie vorstehend beschrieben, auf, und wählt die FC 4a oder 4b, deren akkumulierte Stromerzeugungszeit länger ist als die FC, deren Stromerzeugung ausgesetzt werden soll, basierend auf der Information aus. Dies erlaubt der ECU 2 die Alterungsverschlechterung der FC, deren akkumulierte Stromerzeugungszeit länger ist als die der FCs 4a und 4b, zu unterdrücken bzw. zu hemmen.
  • Wenn die akkumulierte Stromerzeugungszeit Da der FC 4a länger ist als die akkumulierte Stromerzeugungszeit Db der FC 4b (Schritt St11/Ja), wählt die ECU 2 die FC 4a als die Brennstoffzelle aus, von welcher die Stromerzeugung unterbrochen werden soll, und führt den Betrieb in den Schritten St12a bis St17a aus.
  • Die ECU 2 berechnet den benötigten Stromwert Irq_b, welcher von der FC 4b benötigt wird, wenn nur die FC 4b elektrische Energie erzeugt, basierend auf, beispielsweise, dem Erfassungswert des Beschleunigungsöffnungssensors 6 (Schritt St12a). Der benötigte Stromwert Irq_b ist der benötigte Stromwert Irq, welcher berechnet wird, wenn der benötigte Stromwert Irq des FC 4a auf 0 eingestellt wird.
  • Anschließend bestimmt die ECU 2, ob eine Möglichkeit einer Flutung in der FC 4b, aufgrund der Stromerzeugung nur durch die FC 4b, besteht, um zu prüfen ob die Unterbrechung der Stromerzeugung der FC 4a effektiv ist (Schritt St13a). Eine der Verfahren zur Bestimmung ob eine Möglichkeit einer Flutung besteht, ist beispielsweise das Vergleichen der benötigten Stromwerte Irq_b mit dem Grenzwert, wie nachstehend beschrieben.
  • Wenn eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St13a/Ja), wird die Möglichkeit einer Flutung nicht durch die Unterbrechung der Stromerzeugung der FC 4a beseitigt bzw. ausgeräumt. Deshalb erhöht die ECU 2 die Zuführmengen des Anodengases der FCs 4a und 4b durch Erhöhen der Ausgaben der INJs 26a und 26b (Schritt St18). Dies erhöht die Flussrate bzw. Strömungsrate des Anodengases, welche durch die Rücklaufleitungen 23a und 23b zirkuliert, wobei die Möglichkeit einer Flutung beseitigt wird. Anschießend wartet die ECU 2 für eine Zeitspanne, welche ausreicht, um eine Möglichkeit einer Flutung zu beseitigen (Schritt St19), und beendet die Operation bzw. den Betrieb des Einzeleinheit-Stromerzeugungsmodus.
  • Wenn keine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St13a/Nein), öffnet die ECU 2 das Selektorventil 28c, sodass die Rücklaufleitungen 23a und 23b miteinander verbunden sind (Schritt St14a). Anschließend schließt die ECU 2 das Schließventil 23av der FC 4a, deren Stromerzeugung ausgesetzt werden soll, sodass sich die Flussrate des Anodengases, welche durch die Verbindungsleitung 23c strömt, erhöht (Schritt St15a).
  • Anschließend unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FC 4a (Schritt Stl6a). In diesem Fall unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FC 4a durch beispielsweise Verringern oder Anhalten der Ausgabe des Luftkompressors 14a. Das heißt, die ECU 2 veranlasst den Luftkompressor 14a die Zufuhr des Kathodengases zu verringern. Dadurch wird die Stromerzeugung des Luftkompressors 14a verringert. Statt der Steuerung des Luftkompressors 14a, kann die ECU 2 das Schaltelement der FDC 32a steuern, sodass die Verbindung zwischen der FC 4a und der elektronischen Last unterbrochen bzw. getrennt wird, um die Stromerzeugung der FC 4a auszusetzen. Außerdem behält die ECU 2 die Zufuhr des Anodengases zur FC 4a bei, sodass der verbleibenden FC 4b ausreichend Anodengas zugeführt werden kann, um elektronische Energie entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_b zu erzeugen.
  • Da das Anodengas von der Rücklaufleitung 23a der FC 4a, von welcher die Stromerzeugung unterbrochen ist, zur Rücklaufleitung 23b der FC 4b, welche elektrische Energie erzeugt, strömt, erhöht sich die Flussrate des Anodengases in der Rücklaufleitung 23b. Dadurch kann, selbst wenn die Pumpe, um das von der FC 4b abgegebene Anodengas zur FC 4b schicken, nicht mit der Rücklaufleitung 23b verbunden ist, das flüssige Wasser, welches in der Rücklaufleitung 23b bleibt, abgegeben bzw. abgelassen werden und dadurch wird das Auftreten einer Flutung gehemmt bzw. unterdrückt.
  • Wie vorstehend beschrieben bestimmt die ECU 2 im Voraus, ob eine Möglichkeit einer Flutung auftritt, wenn die FC 4b veranlasst wird elektrische Energie zu erzeugen, während die Energieerzeugung der FC 4a im Schritt St13a unterbrochen wird. Wenn keine Möglichkeit einer Flutung besteht, unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FC 4a. Deshalb kann die ECU 2 kontrollieren, ob die Unterbrechung der Stromerzeugung der FC 4a effektiv ist, bevor die Stromerzeugung der FC 4a unterbrochen wird.
  • Anschließend erhöht die ECU 2 die durch die FC 4b erzeugte elektrische Energie entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_b (Schritt St17a). In diesem Fall erhöht die ECU 2 die Einspritzmenge des INJ 26b, wenn die Zufuhr des Anodengases unzureichend ist, um elektrische Energie entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_b zu erzeugen. Außerdem erhöht die ECU 2 die Ausgabe des Luftkompressors 14b, d.h., die Zuführmenge des Kathodengases, wenn die Zuführmenge des Kathodengases unzureichend ist, um elektrische Energie entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_b zu erzeugen. Deshalb kann, selbst wenn die Menge des Kathodengases unzureichend ist, die erzeugte elektrische Energie beibehalten werden. Es ist für die ECU 2 nicht erforderlich den INJ 26a und den Luftkompressor 14a zu steuern, wenn sowohl die Zuführmengen des Anodengases als auch des Kathodengases ausreichend sind, um elektrische Energie entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_b zu erzeugen.
  • Anschließend wartet die ECU 2 für eine ausreichende Zeitspanne, um eine Möglichkeit einer Flutung (Schritt St19) zu beseitigen bzw. verhindern, und beendet den Betrieb des Einzeleinheit-Stromerzeugungsmodus.
  • Wenn die akkumulierte Stromerzeugungszeit Da der Fc 4a gleich oder kleiner als die akkumulierte Stromerzeugungszeit Db der FC 4b (Schritt Stil/Nein) ist, wählt die ECU 2 die FC 4b als die Brennstoffzelle, deren Stromerzeugung unterbrochen bzw. ausgesetzt werden soll, und führt den Betrieb in den Schritten St12b bis St17b aus. Der Betrieb in diesem Fall ist der Betrieb, in welchem die FCs 4a und 4b des vorstehend beschriebenen Betriebes, welcher ausgeführt wird, wenn die FC 4a als die Brennstoffzelle ausgewählt wird, deren Stromerzeugung ausgesetzt werden soll, ausgetauscht bzw. vertauscht werden, und die Beschreibung desselben ist vereinfacht.
  • Die ECU 2 berechnet den von der FC 4a benötigten Stromwert Irq_a, wenn nur die FC 4a elektrische Energie erzeugt, basierend auf, zum Beispiel, dem Erfassungswert des Beschleunigungsöffnungssensors 6 (Schritt St12b). Die ECU 2 bestimmt, ob eine Möglichkeit einer Flutung aufgrund der Stromerzeugung von lediglich der FC 4a besteht, um zu kontrollieren, ob die Unterbrechung der Stromerzeugung der FC 4b effektiv ist (Schritt St13b). Eine der Verfahren zur Bestimmung, ob eine Möglichkeit einer Flutung besteht, ist, zum Beispiel das Vergleichen des benötigten Stromwertes Irq_a mit dem Grenzwert, wie nachstehend beschrieben. Wenn eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St13b/Ja), werden die Zuführmengen des Anodengases der FCs 4a und 4b erhöht (Schritt St18). Anschließend wartet die ECU 2 für eine ausreichende Zeitspanne, um eine Möglichkeit einer Flutung (Schritt St19) zu beseitigen bzw. verhindern, und beendet den Betrieb des Einzeleinheit-Stromerzeugungsmodus.
  • Wenn keine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St13b/No), wird das Selektorventil 28c geöffnet (Schritt St14b). Anschließend schließt die ECU 2 das Schließventil 23bv des FC 4b, deren Stromerzeugung unterbrochen werden soll (Schritt St15b).
  • Anschließend unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FC 4b (Schritt St16b). Anschließend erhöht die ECU 2 die durch die FC 4a erzeugte elektrische Energie entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_a (Schritt St17b). Anschließend wartet die ECU 2 für eine ausreichend Zeit, um eine Möglichkeit einer Flutung (Schritt St19) zu beseitigen bzw. zu verhindern, und beendet den Betrieb des Einzeleinheit-Energieerzeugungsmodus.
  • Wie vorstehend beschrieben, wenn eine Möglichkeit einer Flutung besteht, unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung von einer der FCs 4a und 4b, und führt der anderen der FCs 4a und 4b das der FC 4a oder 4b zuzuführende Anodengas, deren Stromerzeugung unterbrochen ist, durch die Verbindungsleitung 23c zu. Die andere der FCs 4a und 4b erhöht die erzeugte elektrische Energie unter Verwendung des durch die Verbindungsleitung 23c zugeführte Anodengases, sodass die Verringerung bzw. der Rückgang des erzeugten elektrischen Stroms aufgrund der Unterbrechung der Stromerzeugung der einen der FCs 4a und 4b kompensiert wird. Der Betrieb der Einzeleinheit-Betriebsmodus wird wie vorstehend beschrieben ausgeführt.
  • In der vorstehenden Anordnung bzw. Konfiguration, da das Anodengas von der Rücklaufleitung 23a, 23b der einen der FCs 4a und 4b in die Rücklaufleitung 23b, 23a der anderen der FCs 4a und 4b durch die Verbindungsleitung 23c strömt, entfernt der Anstieg der Flussrate des Anodengases das flüssige Wasser, welches sich in der Rücklaufleitung 23b, 23a der anderen der FCs 4a und 4b sammelt, wodurch das Auftreten einer Flutung in der anderen der FCs 4a und 4b gehemmt wird. Außerdem wird, da die Stromerzeugung der einen der FCs 4a und 4b unterbrochen ist, kein flüssiges Wasser produziert, und das Auftreten einer Flutung ist dadurch gehemmt. Ferner erhöht die andere der FCs 4a und 4b den erzeugten elektrischen Strom unter Verwendung des Anodengases, welches von der einen der FCs 4a und 4b in die andere der FCs 4a und 4b durch die Verbindungsleitung 23c strömt. Dadurch wird das Anodengas davor bewahrt verschwendet zu werden, ohne für die Stromerzeugung verwendet zu werden.
  • Deshalb verringert das System 1 der vorliegenden Ausführungsform den Verbrauch des Brenngases und verhindert eine Flutung.
  • [Verfahren zur Bestimmung einer Flutungsmöglichkeit]
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Möglichkeit einer Flutung, unter Verwendung von der ECU 2, beschrieben. Nachstehend wird ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung einer Möglichkeit einer Flutung beschrieben, aber das Verfahren ist nicht auf dieses beschränkt, und andere Verfahren zur Bestimmung einer Möglichkeit einer Flutung können verwendet werden.
  • (Erstes Beispiel der Bestimmung)
  • 5A und 5B stellen einen Zusammenhang zwischen dem benötigten Stromwert (A) und der Anodengas-Flussrate (NL/min) dar. Die Anodengas-Flussrate ist die Summe der Zuführmengen des Anodengases von den INJs 26a und 26b entsprechend dem benötigten Stromwert und den Mengen des Anodengases, welches durch die Rücklaufleitungen 23a und 23b zirkuliert, d.h., die Zirkulationsmengen des Anoden-Abgases. Die Anodengas-Strömungsrate ist praktisch proportional zum benötigten Stromwert.
  • Die Bezugszeichen Ga und Gb geben jeweils Zusammenhänge zwischen den benötigten Stromwerten der FCs 4a und 4b und der Anodengas-Strömungsrate an. Der Zusammenhang zwischen dem benötigten Stromwert der FC 4a und der Anodengas-Strömungsrate ist identisch zum Zusammenhang zwischen dem benötigten Stromwert der FC 4b und der Anodengas-Strömungsrate.
  • Die ECU 2 speichert den Grenzwert bzw. Schwellenwert TH zur Bestimmung, ob eine Möglichkeit einer Flutung besteht, in einem Speicher zuvor ab. Der Grenzwert TH wird durch Simulationen oder Experimente, basierend auf den verschiedenen Typen der Ausführung bzw. Leistungsfähigkeit der FCs 4a und 4b bestimmt.
  • Wenn der benötigte Stromwert gleich oder größer als der Grenzwert TH ist, bestimmt die ECU 2, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht. Wenn der benötigte Stromwert kleiner als der Grenzwert TH ist, bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht. Dies liegt daran, weil es schwierig wird, das flüssige Wasser in den Rücklaufleitungen 23a und 23b abzugeben bzw. abzulassen, da sich, wenn sich der benötigte Stromwert verringert, die Anodengas-Strömungsrate verringert. Das heißt, wenn das Anodengas mit einer Strömungsrate bzw. Flussrate gleich oder größer als der Anodengas-Strömungsrate W entsprechend dem Grenzwert TH strömt, wird das flüssige Wasser ausreichend abgelassen, aber der Fluss des Anodengases mit einer kleineren Strömungsrate als der Anodengas-Strömungsrate W ist nicht fähig, das flüssige Wasser ausreichend abzugeben.
  • Zum Beispiel bestimmt im vorstehend beschriebenen Schritt St7, wenn der benötigte Stromwert Irq, während beide der FCs 4a und 4b elektrische Energie erzeugen, geringer als der Grenzwert bzw. Schwellwert TH ist, bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht.
  • 6A und 6B stellen Beispiele der Bestimmung einer Möglichkeit einer Flutung im Einzeleinheit-Stromerzeugungsmodus dar. In den 6A und 6B wird eine Beschreibung der Inhalte, welche mit der der 5A und 5B übereinstimmen, weggelassen.
  • Zum Beispiel wird ein Fall beschrieben, in welchem die Stromerzeugung der FC 4a ausgesetzt bzw. unterbrochen ist und die Stromerzeugung der FC 4b beibehalten wird. In diesem Fall stellt die ECU 2 den benötigten Stromwert Irq_a der FC 4a auf 0 ein. Dadurch wird der benötigte Stromwert Irq_a kleiner als der Grenzwert TH. Jedoch ist, da die Stromerzeugung der FC 4a unterbrochen ist, die Produktion von Wasser ebenfalls gestoppt, und dadurch wird das Fluten gehemmt bzw. verhindert.
  • Außerdem erhöht die ECU 2 den benötigten Stromwert Irq_b der FC 4b, um den Rückgang des erzeugten elektrischen Stromes aufgrund der Unterbrechung der Stromerzeugung der FC 4a zu kompensieren. Wenn diese Steuerung bewirkt, dass der benötigte Stromwert Irq_b gleich oder größer als der Grenzwert TH ist, wird bestimmt, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht. Zum Beispiel wird in dem vorstehend beschriebenen Schritt St13a, wenn der benötigte Stromwert Irq_b größer als der Grenzwert TH wird (der benötigte Stromwert Irq_b > der Grenzwert TH), bestimmt die ECU 2, dass keine Möglichkeit einer Flutung in der FC 4b besteht.
  • 7 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines ersten Beispiels der Bestimmung. Dieser Prozess wird in den vorstehend beschriebenen Schritten St7, Stl3a, und St13b ausgeführt.
  • Die ECU 2 vergleicht den benötigten Stromwert Irq, Irq_a, Irq_b mit dem Grenzwert TH (Schritt St21). Wenn der benötigte Stromwert Irq, Irq_a, Irq_b kleiner als der Grenzwert TH ist (Schritt St21/Ja), bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St22). Außerdem, wenn der benötigte Stromwert Irq, Irq_a, Irq_b gleich oder größer als der Grenzwert TH ist (Schritt St21/Nein), bestimmt die ECU 2, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St23). Der Prozess des ersten Beispiels der Bestimmung wird wie vorstehend beschrieben ausgeführt.
  • Wie vorstehend beschrieben, wenn der benötigte Stromwert Irq, Irq_a, Irq_b kleiner als der Grenzwert TH ist, bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht, und deshalb das Auftreten einer Flutung mit hoher Genauigkeit, basierend auf dem benötigten Stromwert Irq, Irq_a, Irq_b, vorhergesagt werden kann.
  • (Zweites Beispiel der Bestimmung)
  • 8 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines zweiten Beispiels der Bestimmung. Dieser Prozess wird im vorstehend beschriebenen Schritt St7 ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel werden die Temperaturen Ta und Tb der FCs 4a und 4b verwendet, um eine Möglichkeit einer Flutung zu bestimmen. Wenn sich die Temperaturen Ta und Tb verringern, verringert sich die Menge an gesättigtem Dampf. Deshalb erhöht sich das flüssige Wasser in den FCs 4a und 4b, und eine Flutung tritt wahrscheinlich auf.
  • Die ECU 2 bewirkt, dass die Temperatursensoren 45a und 45b jeweils die Temperaturen Ta und Tb der FCs 4a und 4b messen (Schritt St31). Anschließend vergleicht die ECU 2 die Temperatur Ta der FC 4a mit dem Temperatur-Referenzwert Tref (Schritt St32). Wenn die Temperatur Ta gleich oder kleiner als der Temperatur-Referenzwert Tref ist (Schritt St32/Nein), bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St35). Der Temperatur-Referenzwert Tref wird durch Simulationen oder Experimente, basierend auf verschiedenen Typen von Leistungsfähigkeit der FCs 4a und 4b, bestimmt.
  • Wenn die Temperatur Ta höher als der Temperatur-Referenzwert Tref ist (Schritt St32/Ja), vergleicht die ECU 2 die Temperatur Tb der FC 4b mit dem Temperatur-Referenzwert Tref (Schritt St33). Wenn die Temperatur Tb gleich oder kleiner als der Temperatur-Referenzwert Tref ist (Schritt St33/Nein), bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St35).
  • Wenn die Temperatur Tb höher als der Temperatur-Referenzwert Tref ist (Schritt St33/Ja), bestimmt die ECU 2, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St34). Der Prozess des zweiten Beispiels der Bestimmung wird wie vorstehend beschrieben ausgeführt.
  • Wie vorstehend beschrieben, wenn die durch den Temperaursensor 45a gemessene Temperatur Ta oder die durch den Temperatursensor 45b gemessene Temperatur Tb gleich oder kleiner als der Temperatur-Referenzwert Tref ist, bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung aufgrund der Stromerzeugung der FCs 4a und 4b besteht. Dadurch kann das Auftreten einer Flutung mit hoher Genauigkeit, basierend auf den Temperaturen Ta und Tb, vorhergesagt werden.
  • (Drittes Beispiel der Bestimmung)
  • 9 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines dritten Beispiels der Bestimmung. Dieser Prozess wird im vorstehend beschriebenen Schritt St7 ausgeführt. In diesem Beispiel werden die Druckverluste des Anodengases der FCs 4a und 4b verwendet, um eine Möglichkeit einer Flutung zu bestimmen.
  • Der Druckverlust in der FC 4a wird als die Differenz zwischen dem durch den Einlass-Drucksensor 21ap erfassten Druck und dem durch den Auslass-Drucksensor 23ap erfassten Druck berechnet, während der Druckverlust in der FC 4b als die Differenz zwischen dem durch den Einlass-Drucksensor 21bp erfassten Druck und den durch den Auslass-Drucksensor 23bp erfassten Druck berechnet wird. Die Einlass-Drucksensoren 21ap und 21bp und die Auslass-Drucksensoren 23ap und 23bp sind Beispiele der ersten und zweiten Erfassungseinheiten, welche den Druckverlust des Anodengases erfassen.
  • Die ECU 2 bewirkt, dass die Einlass-Drucksensoren 21ap und 21bp und die Auslass-Drucksensoren 23ap und 23bp den Druck messen (Schritt St41). Hier sind die durch die Einlass-Drucksensoren 21ap und 21bp erfassten Drücke jeweils durch Plin und P2in dargestellt, während die durch die Auslass-Drucksensoren 23ap und 23bp erfassten Drücke jeweils durch P1 out und P2out dargestellt werden.
  • Die ECU 2 erhält dann den Druckverlust-Referenzwert Pref entsprechend dem benötigten Stromwert Irq von, zum Beispiel, in einem Speicher gespeicherten Kartendaten (Schritt St42). Das Bezugszeichen Ha gibt einen Zusammenhang zwischen dem benötigten Stromwert Irq und dem Druckverlust-Referenzwert Pref an. Der Druckverlust-Referenzwert Pref ist ein Grenzwert des Druckverlusts zur Bestimmung, ob eine Möglichkeit einer Flutung besteht, und wird höher, wenn der benötigte Stromwert Irq höher wird. Die ECU 2 bestimmt, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht, wenn der Druckverlust höher ist als der Druckverlust-Referenzwert Pref, und bestimmt, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht, wenn der Druckverlust kleiner ist als der Druckverlust-Referenzwert Pref.
  • Anschließend vergleicht die ECU 2 den Druckverlust (P1in - P1out) in der FC 4a mit dem Druckverlust-Referenzwert Pref (Schritt St43). Wenn der Druckverlust höher als der Druckverlust-Referenzwert Pref ist (Schritt St43/Nein), bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St46).
  • Wenn der Druckverlust gleich oder kleiner als der Druckverlust-Referenzwert Pref ist (Schritt St43/Ja), vergleicht die ECU 2 den Druckverlust (P2in - P2out) in der FC 4b mit dem Druckvcrlust-Rcfcrcnzwert Pref (Schritt St44). Wenn der Druckverlust höher als der Druckverlust-Referenzwert Pref ist (Schritt St44/Nein), bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St46).
  • Wenn der Druckverlust gleich oder kleiner als der Druckverlust-Referenzwert Pref ist (Schritt St44/Ja), bestimmt die ECU 2, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht (Schritt St45). Der Prozess eines dritten Beispiels der Bestimmung wird wie vorstehend beschrieben ausgeführt.
  • Wie vorstehend beschrieben, bestimmt die ECU 2 den Druckverlust-Referenzwert Pref entsprechend den benötigten Stromwerten Irq der FCs 4a und 4b. Wenn der Druckverlust, welcher in einer der FCs 4a und 4b erfasst wird, größer als der Druckverlust-Referenzwert Pref ist, bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung aufgrund der Stromerzeugung der FCs 4a und 4b besteht. Deshalb kann die ECU 2 das Auftreten einer Flutung mit hoher Genauigkeit, basierend auf dem benötigten Stromwert Irq und dem Druckverlust, hervorsagen.
  • Der vorstehende Prozess kann auf die vorstehend beschriebenen Schritte St13a und St13b angewendet werden. In diesem Fall wird nur der Schritt entsprechend den FC 4a oder 4b, welcher die Stromerzeugung der Schritte St43 und St44 fortsetzt, ausgeführt. Außerdem wird im Schritt St42 der Druckverlust-Referenzwert Pref entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_a oder Irq_b der FC 4a oder 4b, welcher die Stromerzeugung fortsetzt, erhalten.
  • (Viertes Beispiel der Bestimmung)
  • 10 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines vierten Beispiels der Bestimmung. In 10 werden dieselben Bezugszeichen für die Schritte verwendet, welche mit denen in 8 übereinstimmen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen. Dieser Prozess wird im vorstehend beschriebenen Schritt St7 ausgeführt.
  • In diesem Beispiel werden, wie in dem zweiten Beispiel der Bestimmung, die Temperaturen Ta und Tb der FCs 4a und 4b verwendet, um eine Möglichkeit einer Flutung zu bestimmen, aber der Temperatur-Referenzwert Tref ist nicht ein vorbestimmter Wert, und wird basierend auf dem benötigten Stromwert Irq bestimmt.
  • Die ECU 2 erhält den Temperatur-Referenzwert Tref entsprechend dem benötigten Stromwert Irq von, zum Beispiel, in einem Speicher gespeicherten Kartendaten (Schritt St31a). Das Bezugszeichen Hb gibt einen beispielhaften Zusammenhang zwischen dem benötigten Stromwert Irq und dem Temperatur-Referenzwert Tref an. Der Temperatur-Referenzwert Tref ist ein Grenzwert der Temperaturen Ta und Tb zur Bestimmung, ob eine Möglichkeit einer Flutung besteht, und nimmt zu, wenn der benötigte Stromwert Irq zunimmt. Die ECU 2 bestimmt, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht, wenn die Temperaturen Ta und Tb höher sind als der Temperatur-Referenzwert Tref, und bestimmt, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht, wenn die Temperatur Ta oder Tb kleiner ist als der Temperatur-Referenzwert Tref.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann, da die ECU 2 den Temperatur-Referenzwert Tref gemäß der benötigten Stromwerte Irq der FCs 4a und 4b bestimmt, die ECU 2 das Auftreten einer Flutung mit hoher Genauigkeit vorhersagen, basierend auf dem benötigten Stromwert Irq und der Temperatur.
  • Der vorstehende Prozess kann auf die vorstehend beschriebenen Schritte St13a und St13b angewendet werden. In diesem Fall wird nur der Schritt, welcher den FC 4a oder 4b entspricht, welche die Stromerzeugung der Schritte St32 und St33 beibehält, ausführt. Im Schritt St31a wird der Temperatur-Referenzwert Tref entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_a oder Irq_b der FC 4a oder 4b, welcher die Stromerzeugung weiterführt, erhalten.
  • (Fünftes Beispiel der Bestimmung)
  • 11 ist ein Fließdiagramm eines beispielhaften Prozesses eines fünften Beispiels der Bestimmung. In 11 werden dieselben Bezugszeichen für die Schritte verwendet, welche mit denen in 9 übereinstimmen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen. Dieser Prozess wird im vorstehend beschriebenen Schritt St7 ausgeführt.
  • In diesem Beispiel werden, wie in dem dritten Beispiel der Bestimmung, die Druckverluste des Anodengases der FCs 4a und 4b verwendet, um eine Möglichkeit einer Flutung zu bestimmen, aber der Druckverlust-Referenzwert Pref wird nicht nur basierend auf dem benötigten Stromwert Irq, sondern auch auf den Temperaturen Ta und Tb bestimmt.
  • Nachdem die Drücke erfasst sind (Schritt St41), veranlasst die ECU 2, dass die Temperatursensoren 45a und 45b jeweils die Temperaturen Ta und Tb der FCs 4a und 4b messen (Schritt St41a). Anschließend berechnet die ECU 2 die mittlere Temperatur Tm der Temperaturen Ta und Tb (Schritt St41b).
  • Anschließend erhält die ECU 2 den Druckverlust-Referenzwert Pref entsprechend dem benötigten Stromwert Irq und der mittleren Temperatur Tm von, zum Beispiel, in einem Speicher gespeicherten Kartendaten (Schritt St42a). Das Bezugszeichen Hc gibt beispielhaft die Zusammenhänge zwischen dem benötigten Stromwert Irq und dem Druckverlust-Referenzwert Pref an. Die Kartendaten geben den Zusammenhang zwischen dem benötigten Stromwert Irq und dem Druckverlust-Referenzwert Pref bezogen, beispielsweise auf jede mittlere Temperatur Tm = T1, T2, ..., Tn (n: positive ganze Zahl) an.
  • Der Druckverlust-Referenzwert Pref erhöht sich, wenn der benötigte Stromwert Irq zunimmt. Die ECU 2 bestimmt, dass eine Möglichkeit einer Flutung besteht, wenn der Druckverlust höher ist als der Druckverlust-Referenzwert Pref, und bestimmt, dass keine Möglichkeit einer Flutung besteht, wenn der Druckverlust geringer als der Druckverlust-Referenzwert Pref ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, bestimmt die ECU 2 den Druckverlust-Referenzwert Pref entsprechend dem benötigten Stromwerten Irq, den Druckverlusten, und den Temperaturen Ta und Tb der FCs 4a und 4b. Wenn der in einer der FCs 4a und 4b erfasste Druckverlust größer als der Druckverlust-Referenzwert Pref ist, bestimmt die ECU 2, dass eine Möglichkeit einer Flutung aufgrund der Stromerzeugung der FCs 4a und 4b besteht. Deshalb kann die ECU 2 das Auftreten einer Flutung mit hoher Genauigkeit, basierend auf dem benötigten Stromwert Irq, dem Druckverlust, und den Temperaturen Ta und Tb, vorhersagen. In diesem Beispiel bestimmt die ECU 2 den Druckverlust-Referenzwert Pref, basierend auf der mittleren Temperatur Tm, aber dies bedeutet jedoch keine Einschränkung. Die ECU 2 kann den Druckverlust-Referenzwert Pref durch die Bezugnahme auf eine der Temperaturen Ta und Tb bestimmen.
  • Der vorstehende Prozess kann auf die vorstehend beschriebenen Schritte St13a und St13b angewendet werden. In diesem Fall wird nur der Schritt, entsprechend den FC 4a oder 4b, welcher die Stromerzeugung der Schritte St43 und 44 weiterführt, ausgeführt. Außerdem wird in Schritt St42a der Druckverlust-Referenzwert Pref entsprechend dem benötigten Stromwert Irq_a oder Irq_b und die Temperatur Ta oder Tb der FC 4a oder 4b erhalten, welche die Stromerzeugung weiterführen. Schritt St41b wird nicht ausgeführt.
  • [Andere Beispiele des Brennstoffzellensystems]
  • Das Vorstehende beschreibt ein System, welches zwei FCs 4a und 4b umfasst, aber die Anzahl an Brennstoffzellen in dem System ist nicht auf zwei beschränkt. Als ein Beispiel wird das Nachstehende ein System, welches drei Brennstoffzellen umfasst, beschreiben.
  • 12 stellt eine beispielhafte Anordnung bzw. Konfiguration eines Brennstoffzellensystems, welches drei FCs 4a, 4b, und 4x umfasst, dar. In 12 werden dieselben Bezugszeichen für die Bestandteile bzw. Komponenten verwendet, welche mit denen in 2A bis 2C übereinstimmen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen.
  • Die FC 4x wird als ein Beispiel einer dritten Brennstoffzelle zum System 1 dieses Beispiels hinzugefügt. Eine Zuführleitung 21x und eine Rücklaufleitung 23x des Anodengases sind mit der FC 4x verbunden, wie mit anderen FCs 4a und 4b. Ein INJ 26x zum Einspritzen des Anodengases und ein Ejektor 29x zum Zirkulieren des Anodengases, welches von der FC 4x zur Rücklaufleitung 23x abgelassen wurde, zur FC 4x sind in der Zuführleitung 21x angeordnet. Ein Schließventil 23xv, ein Gas-Flüssig-Separator 27x, und ein Ablassventil 28x sind mit der Rücklaufleitung 23x verbunden. Der INJ 26x ist ein Beispiel einer dritten Brenngas-Zuführvorrichtung, welche das Anodengas zur FC 4x zuführt, und die Rücklaufleitung 23x ist ein Beispiel eines dritten Zirkulationspfades, welcher das abgegebene Anodengas von der FC 4x zur FC 4x zirkuliert.
  • Einen Anodengas-Strömungspfad 23xi, durch welchen das Anodengas strömt, wird im FC 4x angeordnet. Die Darstellung ist weggelassen, aber die FC 4x umfasst ein Kathodengas-Zufuhrsystem und eine Kühlungssystem, wie bei den FCs 4a und 4b. Die Strom-Steuerungssysteme 30a und 30b und der Motor 50 sind mit jeder der FCs 4a, 4b, und 4x verbunden.
  • Die jeweiligen Rücklaufleitungen 23a, 23b, und 23x der FCs 4a, 4b, und 4x sind miteinander durch eine Verbindungsleitung 52 verbunden. Die Verbindungsleitung 52 ist ein Beispiel eines Verbindungspfades, und ist mit den Rücklaufleitungen 23a, 23b, und 23x verbunden. Die Verbindungsleitung 52 divergiert in drei Leitungen, und die divergierenden bzw. auseinanderstrebenden Leitungen sind mit der Rücklaufleitung 23a zwischen dem Schließventil 23av und dem Gas-Flüssig-Separator 27a, mit der Rücklaufleitung 23b zwischen dem Schließventil 23bv und dem Gas-Flüssig-Separator 27b, und mit der Rücklaufleitung 23x zwischen dem Schließventil 23xv und dem Gas-Flüssig-Separator 27x verbunden.
  • Außerdem sind die Selektorventile 51a, 51b, und 51x jeweils in den divergierenden Leitungen der Verbindungsleitung 52 der FCs 4a, 4b, und 4x angeordnet. Zum Beispiel werden, wenn die Selektorventile 51a und 51b geöffnet werden, die Rücklaufleitungen 23a und 23b der FCs 4a und 4b miteinander durch die Verbindungsleitung 52 verbunden, und wenn die Selektorventile 51b und 51x geöffnet werden, werden die Rücklaufleitungen 23b und 23x der FCs 4b und 4x miteinander durch die Verbindungsleitung 52 verbunden. Die Selektorventile 51a, 51b, und 51x sind Beispiele einer Öffnungs-/Schließvorrichtung, und bewirken, dass die Rücklaufleitungen 23a, 23b, und 23x miteinander verbunden sind, oder voneinander getrennt sind. Außerdem steuert die ECU 2 die Selektorventile 51a, 51b, und 51x, den INJ 26x, das Schließventil 23xv, und das Ablassventil 28x.
  • In diesem Beispiel erzeugen die FCs 4a, 4b, und 4x elektrischen Strom, und die Pfeile zeigen die Richtung an, in welche das Anodengas strömt. In diesem Fall sind die Schließventile 23av, 23bv, und 23xv geöffnet, und die Selektorventile 51a, 51b, und 51x sind geschlossen. Dadurch zirkuliert das Anodengas durch die Zuführleitung 21a, den Anodengas-Strömungspfad 23ai, und die Rücklaufleitung 23a, zirkuliert durch die Zuführleitung 21b, den Anodengas-Strömungspfad 23bi, und die Rücklaufleitung 23b, und zirkuliert durch die Zuführleitung 21x, den Anodengas-Strömungspfad 23xi, und die Rücklaufleitung 23x.
  • 13 stellt einen Fluss des Anodengases dar, wenn die Stromerzeugung von einer der FCs 4a, 4b, und 4x unterbrochen ist. Die ECU 2 bestimmt, ob eine Möglichkeit einer Flutung in den FCs 4a, 4b, und 4x aufgrund der Stromerzeugung der FCs 4a, 4b, und 4x besteht. Wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit einer Flutung in den FCs 4a, 4b, und 4x besteht, unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FC 4a als ein Beispiel, während die Zufuhr des Anodengases beibehalten wird. In diesem Fall unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung durch, zum Beispiel, Anhalten der Zufuhr des Kathodengases zur FC 4a. Die ECU 2 behält die Zufuhr des Kathodengases und des Anodengases zu den verbleibenden FCs 4b und 4x bei.
  • Außerdem veranlasst bzw. bewirkt die ECU 2, dass die Rücklaufleitungen 23a, 23b, und 23x durch die Verbindungsleitung 52 durch Öffnen der Selektorventile 51a, 51b, und 51x miteinander verbunden sind bzw. werden, und stoppt die Zirkulation des Anodengases durch die Rücklaufleitung 23a und die Zuführleitung 21a durch Schließen des Schließventils 23av. Diese Steuerung bewirkt, dass das Anodengas durch die Rücklaufleitung 23a strömt, um in die Rücklaufleitungen 23b und 23x der FCs 4b und 4x durch die Verbindungsleitung 52 zu strömen.
  • Die FCs 4b und 4x erhöhen den erzeugten elektrischen Strom unter Verwendung des Anodengases, welches jeweils in die Rücklaufleitungen 23b und 23x strömt. Dies kompensiert den Rückgang des erzeugten elektrischen Stroms aufgrund der Unterbrechung der Stromerzeugung der FC 4a. In diesem Fall kann die ECU 2 die Zuführmengen des Kathodengases zu den FCs 4b und 4x erhöhen.
  • Die vorstehende Operation bzw. der vorstehende Betrieb bewirkt, dass das flüssige Wasser in den Rücklaufleitungen 23b und 23x der FCs 4b und 4x leicht abgelassen wird, aufgrund der Erhöhung der Strömungsrate des Anodengases, wodurch das Auftreten einer Flutung in den FCs 4b und 4x gehemmt wird. Außerdem wird, da die Stromerzeugung der FC 4a unterbrochen wird, flüssiges Wasser nicht produziert. Deshalb wird das Auftreten einer Flutung in der FC 4a ebenfalls gehemmt.
  • Dementsprechend werden dieselben Vorteile wie die vorstehenden ebenfalls im System 1, welches drei FCs 4a, 4b, und 4x, wie in diesem Beispiel, einschließt, erreicht. Das vorliegende Beispiel beschreibt einen Fall, in welchem die Stromerzeugung des FC 4a unterbrochen wird, aber das Auftreten einer Flutung ebenfalls durch Ausführen des ähnlichen Betriebes zum vorstehenden Betrieb gehemmt ist, selbst wenn die Stromerzeugung der FC 4b oder der FC 4x unterbrochen ist bzw. wird.
  • In diesem Beispiel unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung von einer der FCs 4a, 4b, und 4x, aber es kann die Stromerzeugung von zweien gemäß des Betriebszustandes des Systems lunterbrochen werden.
  • 14 stellt einen Fluss des Anodengases dar, wenn die Stromerzeugung von zwei von drei FCs 4a, 4b, und 4x unterbrochen wird. Wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit einer Flutung in den FCs 4a, 4b, und 4x besteht, unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung der FCs 4a und 4x als ein Beispiel, während die Zufuhr des Anodengases beibehalten wird. In diesem Fall unterbricht die ECU 2 die Stromerzeugung durch Anhalten, zum Beispiel, der Zufuhr des Kathodengases zu den FCs 4a und 4x. Die ECU 2 behält die Zufuhr des Kathodengases und des Anodengases zur verbleibenden FC 4b bei.
  • Außerdem bewirkt die ECU 2, dass die Rücklaufleitungen 23a, 23b, und 23x durch die Verbindungsleitung 52 durch Öffnen der Selektorventile 51a, 51b, und 51x miteinander verbunden sind, und beendet die Zirkulation des Anodengases durch die Rücklaufleitungen 23a und 23x und die Zuführleitungen 21a und 21x durch Schließen der Schließventile 23av und 23xv. Diese Steuerung bewirkt, dass das Anodengas, welches durch die Rücklaufleitungen 23a und 23x strömt, in die Rücklaufleitung 23b des FC 4b durch die Verbindungsleitung 52 strömt.
  • Der FC 4b erhöht die erzeugte elektrische Energie unter Verwendung des Anodengases, welches in die Rücklaufleitung 23b strömt. Dies gleicht das Sinken der erzeugten elektrischen Energie aufgrund der Aussetzung bzw. Unterbrechung der Stromerzeugung der FCs 4a und Fc 4x aus. In diesem Fall kann die ECU 2 die Zuführmenge des Kathodengases zur FC 4b erhöhen.
  • Der vorstehende Betrieb bewirkt, dass das flüssige Wasser in der Rücklaufleitung 23b des FC 4b aufgrund der Erhöhung bzw. des Anstiegs der Flussrate bzw. Strömungsrate des Anodengases leicht abgelassen werden kann, wodurch das Auftreten einer Flutung in dem FC 4b gehemmt bzw. unterdrückt werden kann. Hier ist die Flussrate des Anodengases in der Rücklaufleitung 23b größer als im Beispiel von 13, da das Anodengas von den Rücklaufleitungen 23a und 23x der zwei FCs 4a und 4x strömt, und flüssiges Wasser effizienter abgegeben bzw. entlassen wird. Außerdem wird, da die FCs 4a und 4x die Stromerzeugung unterbrechen, kein flüssiges Wasser produziert. Deshalb ist das Auftreten einer Flutung in der FC 4a und der FC 4x ebenfalls unterdrückt bzw. gehemmt.
  • Deshalb werden dieselben Vorteile, wie den vorstehenden, auch in diesem Beispiel erreicht. Das vorliegende Beispiel beschreibt einen Fall, wobei die Stromerzeugung der FC 4a und der FC 4x ausgesetzt bzw. unterbrochen ist, aber selbst wenn die Stromerzeugung zweier anderer FCs 4a, 4b, und 4x ausgesetzt bzw. unterbrochen ist, wird das Auftreten einer Flutung durch Ausführen desselben Betriebs, wie dem vorstehenden, gehindert bzw. verhindert.
  • Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, abgeändert bzw. variiert oder verändert werden.
  • 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 2018147727 A [0002]

Claims (17)

  1. Brennstoffzellensystem (1), umfassend: eine erste Brennstoffzelle (4a) und eine zweite Brennstoffzelle (4b), wobei jede elektrische Energie unter Verwendung von Brenngas und Oxidansgas erzeugt; eine erste Brenngas-Zufulirvorrichtung (26a), welche der ersten Brennstoffzelle Brenngas zuführt; eine zweite Brenngas-Zuführvorrichtung (26b), welche der zweiten Brennstoffzelle Brenngas zuführt; einen ersten Zirkulationspfad (23a), welcher das von der ersten Brennstoffzelle abgegebene Brenngas zur ersten Brennstoffzelle im Kreis führt; einen zweiten Zirkulationspfad (23b), welcher das von der zweiten Brennstoffzelle abgegebene Brenngas zur zweiten Brennstoffzelle im Kreis führt; einen Verbindungspfad (23c), welcher mit dem ersten Zirkulationspfad und dem zweiten Zirkulationspfad verbunden ist; eine Öffnungs-/Schließvorrichtung (28c), welche durch Öffnen/Schließen des Verbindungspfades bewirkt, dass der erste Zirkulationspfad und der zweite Zirkulationspfad miteinander verbunden sind, oder voneinander getrennt sind; und eine Steuerung (2), welche konfiguriert ist, um die erste Brennstoffzelle und die zweite Brennstoffzelle, die erste Brenngas-Zuführvorrichtung und die zweite Brenngas-Zuführvorrichtung, und die Öffnungs-/Schließvorrichtung zu steuern, wobei die Steuerung konfiguriert ist um: zu bestimmen, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle aufgrund von Stromerzeugung der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, und wenn bestimmt wird, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, die Stromerzeugung von einer der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle unterbrochen wird, während die Zufuhr von Brenngas beibehalten wird, und bewirkt wird, dass die Öffnungs-/Schließvorrichtung den ersten Zirkulationspfad und den zweiten Zirkulationspfad miteinander verbindet.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei, wenn die Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) unterbrochen ist, erhöht die andere der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle die erzeugte elektrische Energie durch eine Abnahme an erzeugter elektrischer Energie aufgrund der Unterbrechung der Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine erste Oxidansgas-Zuführvorrichtung (14a), welche der ersten Brennstoffzelle (4a) Oxidansgas zuführt; und eine zweite Oxidansgas-Zuführvorrichtung (14b), welche der zweiten Brennstoffzelle (4b) Oxidansgas zuführt, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, zu bewirken, dass eine Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche der anderen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle das Oxidansgas zuführt, der ersten Oxidansgas-Zuführvorrichtung und der zweiten Oxidansgas-Zuführvorrichtung eine Zuführmenge des Oxidansgases erhöht.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) besteht, zu bewirken, dass eine andere Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche der einen aus der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle das Oxidansgas zuführt, von der ersten Oxidansgas-Zuführvorrichtung und der zweiten Oxidansgas-Zuführvorrichtung die Zufuhr des Oxidansgases verringert, um die Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle auszusetzen.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine erste Oxidansgas-Zuführvorrichtung (14a), welche der ersten Brennstoffzelle Oxidansgas zuführt; und eine zweite Oxidansgas-Zuführvorrichtung (14b), welche der zweiten Brennstoffzelle das Oxidansgas zuführt, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) besteht, zu bewirken, dass eine Oxidansgas-Zuführvorrichtung, welche der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle das Oxidansgas zuführt, von der ersten Oxidansgas-Zuführvorrichtung und der zweiten Oxidansgas-Zuführvorrichtung, die Zufuhr des Oxidansgas verringert, um die Stromerzeugung der einen aus der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle auszusetzen.
  6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: ein erstes Zirkulationsventil (23av), welches im ersten Zirkulationspfad (23a) auf einer Stromabwärtsseite eines Teils angeordnet ist, an welchem der erste Zirkulationspfad und der Verbindungspfad (23c) miteinander verbunden sind; und ein zweites Zirkulationsventil (23bv), welches im zweiten Zirkulationspfad (23b) auf einer Stromabwärtsseite eines Teils angeordnet ist, an welchem der zweite Zirkulationspfad und der Verbindungspfad (23c) miteinander verbunden sind, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um ein Zirkulationsventil, welches in einem Zirkulationspfad der einen der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) angeordnet ist, von dem ersten Zirkulationsventil und dem zweiten Zirkulationsventil zu schließen, wenn bewirkt wird, dass die Öffnungs-/Schließvorrichtung (28c) den ersten Zirkulationspfad und den zweiten Zirkulationspfad miteinander verbindet.
  7. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) besteht, wenn ein Ausgangsstrom, welcher von der ersten Brennstoffzelle benötigt wird, und ein Ausgangsstrom, welcher von der zweiten Brennstoffzelle benötigt wird, geringer sind als ein Grenzwert.
  8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine erste Messvorrichtung (45a), welche eine Temperatur der ersten Brennstoffzelle (4a) misst; und eine zweite Messvorrichtung (45b), welche eine Temperatur der zweiten Brennstoffzelle (4b) misst, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, wenn die durch die erste Messvorrichtung gemessene Temperatur oder die durch die zweite Messvorrichtung gemessene Temperatur gleich oder geringer als ein Temperatur-Referenzwert ist.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um den Temperatur-Referenzwert gemäß einem von der ersten Brennstoffzelle (4a) benötigten Ausgangsstrom und einem von der zweiten Brennstoffzelle (4b) benötigten Ausgangsstrom zu bestimmen.
  10. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine erste Erfassungsvorrichtung (21ap, 23ap), welche einen Druckverlust des Brenngases, welches durch die erste Brennstoffzelle (4a) strömt, erfasst; und eine zweite Erfassungsvorrichtung (21bp, 23bp), welche einen Druckverlust des Brenngases, welches durch die zweite Brennstoffzelle (4b) strömt, erfasst, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um einen Druck-Referenzwert gemäß einem von der ersten Brennstoffzelle benötigten Ausgangsstrom und einem von der zweiten Brennstoffzelle benötigten Ausgangsstrom zu bestimmen, und wenn der von der ersten Erfassungsvorrichtung erfasste Druckverlust oder der von der zweiten Erfassungsvorrichtung erfasste Druckverlust größer als der Druck-Referenzwert ist, dass eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht.
  11. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine erste Messvorrichtung (45a), welche eine Temperatur der ersten Brennstoffzelle (4a) misst; und eine zweite Messvorrichtung (45b), welche eine Temperatur der ersten Brennstoffzelle (4b) misst, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um den Druck-Referenzwert gemäß der durch die erste Messvorrichtung gemessenen Temperatur oder der durch die zweite Messvorrichtung gemessenen Temperatur und den Ausgangsstrom zu bestimmen.
  12. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um die Stromerzeugung einer Brennstoffzelle, von welcher eine Zeit der angesammelten Stromerzeugung der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) länger ist, auszusetzen, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht.
  13. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um: zu bestimmen, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der anderen der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) besteht, wenn die andere der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, während die Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle ausgesetzt ist, und wenn keine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der anderen aus der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle besteht, wird die Stromerzeugung der einen aus der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle ausgesetzt.
  14. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei, wenn eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der anderen der ersten Brennstoffzelle (4a) und der zweiten Brennstoffzelle (4b) besteht, bewirkt wird, dass die erste Brenngas-Zuführvorrichtung (26a) und die zweite Brenngas-Zuführvorrichtung (26b) veranlasst werden, eine Zuführmenge des Brenngases erhöhen.
  15. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend: einen ersten Ejektor (29a), welcher mit dem ersten Zirkulationspfad (23a) verbunden ist und das von der ersten Brennstoffzelle (4a) abgeführte Brenngas zur ersten Brennstoffzelle, zusammen mit dem von der ersten Brenngas-Zuführvorrichtung (26a) zugeführten Brenngas führt; und einen zweiten Ejektor (29b), welcher mit dem zweiten Zirkulationspfad (23b) verbunden ist und das von der zweiten Brennstoffzelle (4b) abgeführte Brenngas zur zweiten Brennstoffzelle, zusammen mit dem von der zweiten Brenngas-Zuführvorrichtung (26b) zugeführten Brenngas führt.
  16. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend: eine dritte Brennstoffzelle (4x), welche elektrische Energie unter Verwendung des Brenngases und des Oxidansgases erzeugt; eine dritte Brenngas-Zuführvorrichtung (26x), welche der dritten Brennstoffzelle das Brenngas zuführt; und ein dritter Zirkulationspfad (23x), welcher das von der dritten Brennstoffzelle abgeführte Brenngas zur dritten Brennstoffzelle im Kreis führt, wobei der Verbindungspfad (50) mit dem ersten Zirkulationspfad, dem zweiten Zirkulationspfad, und dem dritten Zirkulationspfad verbunden ist, wobei die Öffnungs-/Schließvorrichtung (51a, 51b, 51x) bewirkt, dass der ersten Zirkulationspfad (23a), der zweite Zirkulationspfad (23b), und der dritte Zirkulationspfad miteinander verbunden sind, oder voneinander getrennt sind, und wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um: zu bestimmen, ob eine Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle (4a), der zweiten Brennstoffzelle (4b), und der dritten Brennstoffzelle aufgrund von Stromerzeugung der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle, und der dritten Brennstoffzelle besteht, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle, und der dritten Brennstoffzelle besteht, die Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle unter der ersten Brennstoffzelle, der zweiten Brennstoffzelle, und der dritten Brennstoffzelle auszusetzen, während die Zufuhr des Brenngases beibehalten wird, und bewirkt wird, dass der erste Zirkulationspfad, der zweite Zirkulationspfad, und der dritte Zirkulationspfad miteinander verbunden sind.
  17. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 16, wobei die Steuerung (2) konfiguriert ist, um, wenn bestimmt wird, dass die Möglichkeit des Auftretens einer Flutung in der ersten Brennstoffzelle (4a), der zweiten Brennstoffzelle (4b), und der dritten Brennstoffzelle (4x) besteht, die Stromerzeugung der einen der ersten Brennstoffzelle und der zweiten Brennstoffzelle und die Stromerzeugung der dritten Brennstoffzelle auszusetzen, während die Zufuhr des Brenngases beibehalten wird, und bewirkt wird, dass der erste Zirkulationspfad (23a), der zweite Zirkulationspfad (23b), und der dritte Zirkulationspfad (23x) miteinander verbunden sind.
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