DE102021102853A1 - Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren davon - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren davon Download PDF

Info

Publication number
DE102021102853A1
DE102021102853A1 DE102021102853.1A DE102021102853A DE102021102853A1 DE 102021102853 A1 DE102021102853 A1 DE 102021102853A1 DE 102021102853 A DE102021102853 A DE 102021102853A DE 102021102853 A1 DE102021102853 A1 DE 102021102853A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
value
fuel
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021102853.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryouichi NAMBA
Masahiro Ito
Hiroyuki Tsunekawa
Tomotaka Ishikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE102021102853A1 publication Critical patent/DE102021102853A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04253—Means for solving freezing problems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, ein Oxidationsgaszufuhrsystem, ein Brenngaszufuhrsystem, einen Stromsteuerungskreis, der dazu eingerichtet ist, um einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels zu steuern, eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um eine Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels und den Ausgangsstrom des Stromsteuerungskreises zu steuern, wobei die Steuerungseinheit den Stromsteuerungskreis steuert, um den Ausgangsstrom anzupassen, wodurch ein Heizwert des Brennstoffzellenstapels angepasst wird; und eine Überwachungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um eine anormale Brenngaserzeugung zu überwachen, wobei die anormale Brenngaserzeugung einem Zustand entspricht, in dem das Brenngas oberhalb einer vorbestimmten zulässigen Menge in der Kathode existiert. Wenn die Überwachungseinheit die anormale Brenngaserzeugung während einem Ausführen eines Aufwärmbetriebs erfasst, um es dem Brennstoffzellenstapel zu erlauben Wärme mit einem vorbestimmten Zielheizwert zu erzeugen, verringert die Steuerungseinheit den Ausgangsstrom durch Verringern des Zielheizwerts.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerungsverfahren davon.
  • FÜR DEN SACHVERHALT RELEVANTE TECHNIK
  • Einige Brennstoffzellensysteme führen Aufwärmbetriebe zum schnellen Erhöhen der Temperaturen von Brennstoffzellenstapeln durch, wenn die Brennstoffzellenstapel in einer Umgebung mit einer niedrigen Temperatur gestartet werden, wie beispielsweise unter dem Gefrierpunkt. Solche Aufwärmbetriebe erlauben es, einen Fehler aufgrund von gefrorener Feuchtigkeit in dem Brennstoffzellenstapel oder in dem Strömungspfad des Reaktionsgases zu unterdrücken. Wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2010-61960 offenbart ist, kann der Aufwärmbetrieb in manchen Fällen die Zuführungsmenge von Oxidationsgas verringern und die Effizienz, beziehungsweise den Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels verschlechtern, wodurch der Heizwert des Brennstoffzellenstapels erhöht wird.
  • Bei Aufwärmbetrieben, bei denen die Zuführungsmenge des Oxidationsgases in Relation zu einer Kathode wie oben beschrieben beschränkt ist, ist das der Kathode zugeführte Oxidationsgas wahrscheinlich nicht ausreichend. Somit wird Brenngas in der Kathode erzeugt und die Brenngaskonzentration in dem Abgas steigt wahrscheinlich an. In Fällen, bei denen Wasserstoff als Brenngas verwendet wird, wird die Brenngaserzeugung in der Kathode ebenfalls als ein „Pumpen von Wasserstoff‟, beziehungsweise „Wasserstoffpumpen“ bezeichnet. Bei dem oben beschriebenen Patentdokument 1 wird in Fällen, in denen erfasst wird, dass das Wasserstoffpumpen während der Ausführung des Aufwärmbetriebs anormal erzeugt wurde, die Menge an dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Oxidationsgas erhöht, wodurch der Mangel an Oxidationsgas in der Kathode beseitigt wird, und eine Erhöhung der Wasserstoffkonzentration in dem Abgas unterdrückt wird.
  • In Fällen jedoch, in denen die Menge an während des Aufwärmbetriebs zugeführtem Oxidationsgas in dieser Art und Weise erhöht wird, kann die Temperaturerhöhungsrate davon, selbst wenn eine Erhöhung der Brenngaskonzentration in dem Abgas unterdrückt werden kann, aufgrund der höheren Effizienz bei der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels verringert werden, mit dem Ergebnis, dass der Aufwärmbetrieb verlängert wird. In Fällen, in denen die zugeführte Menge des Oxidationsgases während des Aufwärmbetriebs stark fluktuiert, kann die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels instabil werden, und die Stromerzeugungssteuerung des Brennstoffzellensystems kann schwierig auszuführen sein. Wie oben beschrieben, gibt es Spielraum für Verbesserungen in Anbetracht von Lösungen für Zeiten, in denen Brenngas in der Kathode während Aufwärmbetrieben anormal erzeugt wird. Es gilt zu beachten, dass das Brenngas nicht nur während Aufwärmbetrieben in der Kathode anormal erzeugt werden kann, bei denen die Zuführung des Oxidationsgases zu der Kathode beschränkt ist, sondern ebenfalls während anderen Verfahren eines Aufwärmbetriebs; beispielsweise in Fällen, in denen eine Zuführung des Oxidationsgases zu der Kathode aufgrund von gefrorener Feuchtigkeit in dem Strömungspfad des Oxidationsgases stagniert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • (1) Die vorliegende Offenbarung stellt in einem Aspekt ein Brennstoffzellensystem bereit. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der eine Anode und eine Kathode umfasst; ein Oxidationsgaszuführungssystem, das dazu eingerichtet ist, um der Kathode Oxidationsgas zuzuführen; ein Brenngaszuführungssystem, das dazu eingerichtet ist, um der Anode Brenngas zuzuführen; einen Stromsteuerungskreis, der dazu eingerichtet ist, um einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels zu steuern; eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um eine Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels und den Ausgangsstrom des Stromsteuerungskreises zu steuern, wobei die Steuerungseinheit den Stromsteuerungskreis steuert, um den Ausgangsstrom anzupassen, wobei ein Heizwert des Brennstoffzellenstapels angepasst wird; und eine Überwachungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um eine anormale Brenngaserzeugung zu überwachen, wobei die anormale Brenngaserzeugung einem Zustand entspricht, in dem das Brenngas in der Kathode höher als in einer vorbestimmten zulässigen Menge vorliegt. Wenn die Überwachungseinheit die anormale Brenngaserzeugung während einem Ausführen eines Aufwärmbetriebs erfasst, um es dem Brennstoffzellenstapel zu erlauben Wärme mit einem vorbestimmten Zielheizwert zu erzeugen, verringert die Steuerungseinheit den Ausgangsstrom durch Verringern des Zielheizwerts.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem in dem vorgestellten Aspekt wird der Zielheizwert verringert, wenn während des Ausführens des Aufwärmbetriebs in der Kathode eine anormale Brenngaserzeugung erfasst wird, und der Strom des Brennstoffzellenstapels wird dadurch verringert. Das unterdrückt eine Ionenleitung des Brenngases zu der Kathode und ermöglicht die Verringerung des in der Kathode vorliegenden Brenngases. Aufgrund des in der Kathode vorliegenden Brenngases wird somit die Stromerzeugungsmenge des Brennstoffzellenstapels verringert, und der tatsächliche Heizwert des Brennstoffzellenstapels wird somit davon abgehalten signifikant auf einen Wert unterhalb des Zielheizwerts verringert zu werden, und das Brennstoffzellensystem ist in der Lage, die Verringerung der Temperaturanstiegsrate des Brennstoffzellensystems während Aufwärmbetrieben zu unterdrücken.
  • (2) Bei dem Brennstoffzellensystem in dem oben beschriebenen Aspekt kann, beim Verringern des Ausgangsstroms durch Verringern des Zielheizwerts während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs, die Steuerungseinheit den Zielheizwert nicht derart einstellen, um höher als der verringerte Zielheizwert zu sein, bis der Aufwärmbetrieb abgeschlossen ist.
  • Das Brennstoffzellensystem in dem vorliegenden Aspekt ist in der Lage, die instabile Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels zu unterdrücken, die durch häufige Änderungen bei den Stromerzeugungsbedingungen des Brennstoffzellenstapels aufgrund von vertikalen Fluktuationen des Zielheizwerts während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs verursacht werden kann.
  • (3) Bei dem Brennstoffzellensystem in dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuerungseinheit während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs ein Verhältnis zwischen dem Ausgangsstrom, der notwendig ist, um es dem Brennstoffzellenstapel zu erlauben Wärme mit dem Zielheizwert zu erzeugen, und einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels, wodurch der Ausgangsstrom angepasst wird, verwenden, sodass eine Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels eine vorbestimmte konstante Leistung ist. Wenn die Überwachungseinheit die anormale Brenngaserzeugung während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs erfasst, kann die Steuerungseinheit den Ausgangsstrom auf einen post-Änderungs-Zielstromwert verringern, der unter Verwendung des Verhältnisses von der konstanten Leistung und einem post-Änderungs-Heizwert bestimmt wird, um den Zielheizwert zu verringern.
  • Das Brennstoffzellensystem in dem vorliegenden Aspekt ist in der Lage, den Zustand der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels soweit erforderlich auf Grundlage des Zielheizwerts zu steuern, beziehungsweise zu regeln, und ist ferner in der Lage die Leistung zu stabilisieren, die von dem Brennstoffzellenstapel während des Aufwärmvorgangs erhalten wird.
  • (4) Das Brennstoffzellensystem in dem oben beschriebenen Aspekt kann ferner einen Spannungssensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, um die Ausgangsspannung zu messen. Während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs kann die Steuerungseinheit eine Transientensteuerung ausführen, wobei die Transientensteuerung den Ausgangsstrom auf einen Bypass-Stromwert verringert, der niedriger als der post-Änderungs-Zielstromwert ist, und den Ausgangsstrom dann auf den post-Änderungs-Zielstromwert erhöht. Wenn ein durch den Spannungssensor gemessener Messwert niedriger als ein vorbestimmter Grenzwert ist, während der Ausgangsstrom von dem Bypass-Stromwert auf den post-Änderungs-Zielstromwert erhöht wird, führt die Steuerungseinheit bei der Transientensteuerung eine Standby-Steuerung aus, um einen Strombefehlswert konstant zu halten, der in den Stromsteuerungskreis eingegeben wird.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem in dem vorliegenden Aspekt wird der Strom des Brennstoffzellenstapels vorübergehend signifikant auf den Bypass-Stromwert verringert, wodurch eine schnellere Unterdrückung der Erzeugung des Brenngases in der Kathode ermöglicht wird. Die Standby-Steuerung hält die Spannung des Brennstoffzellenstapels davon ab signifikant verringert zu werden, wenn der Strom des Brennstoffzellenstapels von dem Bypass-Stromwert auf den post-Änderungs-Zielstromwert erhöht wird. Das erlaubt eine gleichmäßigere Änderung des Stroms des Brennstoffzellenstapels.
  • (5) Bei dem Brennstoffzellensystem in dem oben beschriebenen Aspekt kann die Steuerungseinheit ein stöchiometrisches Verhältnis des Oxidationsgases in dem Aufwärmbetrieb verringern, um geringer als jenes zu sein, wenn der Brennstoffzellenstapel in einem normalen Betrieb ist.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem in dem vorliegenden Aspekt ist der Heizwert des Brennstoffzellenstapels in der Lage, stärker erhöht zu werden, wodurch ein effizientes Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels ermöglicht wird.
  • Die vorliegende Offenbarung ist in unterschiedlichen Aspekten realisierbar: Nicht nur ein Brennstoffzellensystem, sondern beispielsweise ebenfalls ein Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems, ein Computerprogramm um einen Computer zu veranlassen, das Steuerungsverfahren auszuführen, und ein nichtflüchtiges Speichermedium, das ein Computerprogramm speichert.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Brennstoffzellensystems darstellt.
    • 2 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine detailliertere Konfiguration des Brennstoffzellensystems darstellt.
    • 3 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine elektrische Konfiguration des Brennstoffzellensystems darstellt.
    • 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, das ein Inneres einer Steuerungsvorrichtung darstellt.
    • 5 zeigt einen erklärenden Graphen, der Temperatureigenschaften einer Sekundärbatterie darstellt.
    • 6 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Flussdiagramm darstellt, das einen Start einer Verarbeitung in dem Brennstoffzellensystem zeigt.
    • 7 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel eines Betriebspunktkennfelds darstellt.
    • 8 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Flussdiagramm darstellt, das eine Betriebspunktänderungsverarbeitung zeigt.
    • 9 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen Übergang eines Betriebspunkts eines Brennstoffzellenstapels bei einer Transientensteuerung darstellt.
    • 10 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel der zeitlichen Veränderung der Spannung und des Stroms des Brennstoffzellenstapels aufgrund der Standby-Steuerung darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsbeispiele:
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellt. Das Brennstoffzellensystem 10 ist beispielsweise auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert und gibt die Leistung, die von einer (später beschriebenen) Last benötigt wird, und die Leistung, die zum Einspeisen der Leistung nach außen benötigt wird, aus. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 20, ein Oxidationsgaszufuhr/-abfuhrsystem 30, ein Brenngaszufuhr/-abfuhrsystem 50, und ein Kühlmittelkreislaufsystem 70.
  • Der Brennstoffzellenstapel 20 umfasst eine Vielzahl von Brennstoffzellen 21 und ein Paar von Endklemmen 22, 23. Die Vielzahl von Brennstoffzellen 21, die jeweils eine plattenartige Form aufweisen, sind in einer Stapelrichtung SD gestapelt, die deren Dickenrichtung entspricht. Selbst als einzelne Einheiten fungieren die Brennstoffzellen 21 als Stromerzeugungselemente, die in der Lage sind Strom zu erzeugen. Die Brennstoffzelle 21 wird mit Oxidationsgas und Brenngas als Reaktionsgas versorgt, und erzeugt durch eine elektrochemische Reaktion davon Strom. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzelle 21 als eine Brennstoffzelle vom festen Polymertyp konfiguriert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient in der Luft enthaltener Sauerstoff als Oxidationsgas und dient Wasserstoff als Brenngas.
  • Die Brennstoffzelle 21 umfasst eine Membranelektrodenanordnung, die eine Elektrolytmembran aufweist, die mit einem ionenleitenden Polymerharzfilm konfiguriert ist und eine Anode und eine Kathode aufweist, die Elektroden entsprechen, die Katalysatoren auf den Oberflächen der Elektrolytmembran tragen. Die Brennstoffzelle 21 umfasst ferner zwei Separatoren, die dazwischen die Membranelektrodenanordnung halten. Weder die Membranelektrodenanordnung noch die Separatoren sind in 1 gezeigt. Jede der Brennstoffzellen 21 weist an ihrem äußeren peripheren Ende (nicht gezeigte) Öffnungen auf, die Verteiler Mfa, Mfb ausbilden, zum Zirkulieren von Reaktionsgas und dem Reaktionsabgas nach dem Durchlaufen durch einen Stromerzeugungsabschnitt der Membranelektrodenanordnung. Die Verteiler Mfa, Mfb sind verzweigt und an den Stromerzeugungsabschnitt der Membranelektrodenanordnung angeschlossen. Der Verteiler Mfa ist an die Kathode angeschlossen und der Verteilung Mfb ist an die Anode angeschlossen. Jede der Brennstoffzellen 21 weist an ihrem äußeren peripheren Ende eine (nicht gezeigte) Öffnung auf, die einen Verteiler Mfc zum Zirkulieren eines Kühlmittels ausbildet. Der Verteiler Mfc ist an einen Kühlmittelströmungspfad angeschlossen, der zwischen benachbarten Separatoren ausgebildet ist.
  • Die paarweisen Endklemmen 22, 23 sind an beiden Enden in der Stapelrichtung SD der Vielzahl von Brennstoffzellen 21 angeordnet. Insbesondere ist die erste Endklemme 22 an einem Ende des Brennstoffzellenstapels 20 angeordnet und ist die zweite Endklemme 23 an dem anderen Ende des Brennstoffzellenstapels 20 angeordnet, gegenüberliegend dem einen Ende. Die erste Endklemme 22 weist Öffnungen 25 auf, die den Durchlöchern entsprechen, die die Verteiler Mfa, Mfb, Mfc ausbilden. Andererseits weist die zweite Endklemme 23 keine der Öffnungen 25 auf, die den Durchlöchern entsprechen, die die Verteiler Mfa, Mfb, Mfc ausbilden. Somit werden das Brenngas, das Oxidationsgas und das Kühlmittel von nur einer Seite der Stapelrichtung SD des Brennstoffzellenstapels 20 zugeführt und abgeführt.
  • Das Oxidationsgaszufuhr/-abfuhrsystem 30 weist eine Oxidationsgaszufuhrfunktion, eine Oxidationsgasabfuhrfunktion, und eine Oxidationsgasbypassfunktion auf. Die Oxidationsgaszufuhrfunktion wird ausgeführt, um das Oxidationsgas zu der Kathode der Brennstoffzelle 21 zuzuführen, beziehungsweise der Kathode das Oxidationsgas zuzuführen. Die Oxidationsgasabfuhrfunktion wird ausgeführt, um das Abgas (ebenfalls als „Oxidationsabgas“ bezeichnet) nach außen abzuführen, das das Oxidationsgas und das Edelgas umfasst, die von der Kathode der Brennstoffzelle 21 abgeführt werden. Die Oxidationsgasbypassfunktion wird ausgeführt, um das zugeführte Oxidationsgas nach außen abzuführen, ohne die Brennstoffzelle 21 zu durchlaufen.
  • Das Brenngaszufuhr/-abfuhrsystem 50 weist eine Brenngaszufuhrfunktion, eine Brenngasabfuhrfunktion, und eine Brenngaskreislauffunktion auf. Die Brenngaszufuhrfunktion wird ausgeführt, um Brenngas zu der Anode der Brennstoffzelle 21 zuzuführen, beziehungsweise der Anode das Brenngas zuzuführen. Die Brenngasabfuhrfunktion wird ausgeführt, um das Abgas (ebenfalls als „Brennabgas“ bezeichnet) nach außen abzuführen, das das Brenngas und das Edelgas umfasst, die von der Anode der Brennstoffzelle 21 abgeführt werden. Die Brenngaskreislauffunktion wird ausgeführt, um das Brenngas in dem Brennstoffzellensystem 10 zu zirkulieren.
  • Das Kühlmittelkreislaufsystem 70 weist eine Funktion des Anpassens der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 durch Zirkulieren des Kühlmittels in dem Brennstoffzellenstapel 20 auf. Beispiele des Kühlmittels umfassen Gefrierschutzmittel wie beispielsweise Ethylenglykol und Flüssigkeiten wie beispielsweise Wasser.
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm, das die detaillierte Konfiguration des Brennstoffzellensystems 10 darstellt. Das Brennstoffzellensystem 10 weist nicht nur die oben beschriebenen Komponenten auf, die den Brennstoffzellenstapel 20, das Oxidationsgaszufuhr/-abfuhrsystem 30, das Brenngaszufuhr/-abfuhrsystem 50, und das Kühlmittelkreislaufsystem 70 umfassen, sondern ebenfalls eine Steuerungsvorrichtung 60. Die Steuerungsvorrichtung 60 steuert den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10. Die Steuerungsvorrichtung 60 ist später im Detail beschrieben.
  • Das Oxidationsgaszufuhr/-abfuhrsystem 30 umfasst ein Oxidationsgaszufuhrsystem 30A und ein Oxidationsgasabfuhrsystem 30B. Das Oxidationsgaszufuhrsystem 30A führt Luft, die das Oxidationsgas enthält, der Kathode des Brennstoffzellenstapels 20 zu. Das Oxidationsgaszufuhrsystem 30A umfasst einen Oxidationsgaszufuhrpfad 302, einen Außenlufttemperatursensor 38, eine Luftreinigungseinrichtung 31, einen Kompressor 33, einen Motor 34, einen Zwischenkühler 35 und ein Einlassventil 36.
  • Der Oxidationsgaszufuhrpfad 302, der an der Stromaufwärtsseite des Brennstoffzellenstapels 20 angeordnet ist, ist eine Leitung, die die Außenseite und die Kathode des Brennstoffzellenstapels 20 verbindet. Der Außenlufttemperatursensor 38 misst die Temperatur der Luft, die in die Luftreinigungseinrichtung 31 aufgenommen wird, als die Außenlufttemperatur. Das Messergebnis des Außenlufttemperatursensors 38 wird an die Steuerungsvorrichtung 60 übertragen. Die Luftreinigungseinrichtung 31, die weiter in Richtung der Stromaufwärtsseite als der Kompressor 33 in dem Oxidationsgaszufuhrpfad 302 angeordnet ist, entfernt fremde Substanzen von der dem Brennstoffzellenstapel 20 zugeführten Luft. Der Kompressor 33, der weiter in Richtung des Oxidationsgaszufuhrpfades 302 auf der Stromaufwärtsseite als der Brennstoffzellenstapel 20 angeordnet ist, sendet komprimierte Luft in Richtung der Kathode, sobald der Befehl von der Steuerungsvorrichtung 60 gegeben wird. Der Kompressor 33 wird durch den Motor 34 angetrieben, der durch den von der Steuerungsvorrichtung 60 gegebenen Befehl betrieben wird. Der Zwischenkühler 35 ist auf der Stromabwärtsseite des Kompressors 33 in dem Oxidationsgaszufuhrpfad 302 angeordnet. Der Zwischenkühler 35 kühlt die Luft, die durch die Kompression durch den Kompressor 33 erwärmt wurde. Das Einlassventil 36 steuert den Druck der Luft auf der Kathodeneinlassseite des Brennstoffzellenstapels 20. Das Einlassventil 36 ist mit einem Magnetventil oder einem motorbetriebenen Ventil konfiguriert, das bei seinem Öffnen durch die Steuerungsvorrichtung 60 gesteuert wird. Das Einlassventil 36 kann mit einem Öffnungs-Schließventil konfiguriert sein, das sich mechanisch öffnet, wenn die auf ein vorbestimmtes Level komprimierte Luft einströmt.
  • Das Oxidationsgasabfuhrsystem 30B führt das Oxidationsabgas, das durch die Kathode zirkuliert ist, nach außen ab. Das Oxidationsgasabfuhrsystem 30B weist einen Oxidationsgasabfuhrpfad 306 und einen Bypass-Pfad 308 auf. Der Oxidationsgasabfuhrpfad 306 ist eine Leitung zum Abführen des Oxidationsgases und der Feuchtigkeit nach außen, die von der Kathode des Brennstoffzellenstapels 20 abgeführt werden, und der Luft, die durch den Bypass-Pfad 308 zirkuliert ist. Wie später beschrieben ist, erlaubt es der Oxidationsgasabfuhrpfad 306 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner das Brennabgas und das Abwasser nach außen abzuführen, die von einem Gas/- Wasserabfuhrpfad 504 abgeführt werden. Ein Auspuff 310 ist an der Stromabwärtsseite des Oxidationsgasabfuhrpfades 306 angeordnet. Ein Auslassventil 37 ist in dem Oxidationsgasabfuhrpfad 306 angeordnet. Das Auslassventil 37 ist weiter in Richtung der Stromaufwärtsseite angeordnet, als der Punkt, an dem der Bypass-Pfad 308 mit dem Oxidationsgasabfuhrpfad 306 verbunden ist. Das Auslassventil 37 ist mit einem Magnetventil oder einem motorbetriebenen Ventil konfiguriert. Die Steuerungsvorrichtung 60 reguliert die Apertur des Auslassventils 37, wodurch der Gegendruck auf dem kathodenseitigen Strömungspfad des Brennstoffzellenstapels 20 reguliert wird.
  • Der Bypass-Pfad 308 ist eine Leitung, die den Oxidationsgaszufuhrpfad 302 und den Oxidationsgasabfuhrpfad 306 verbindet, ohne den Brennstoffzellenstapel 20 zu durchlaufen. Ein Bypass-Ventil 39 ist in dem Bypass-Pfad 308 angeordnet.
  • Das Bypass-Ventil 39 ist mit einem Magnetventil oder einem motorbetriebenen Ventil konfiguriert. Die Steuerungsvorrichtung 60 reguliert die Apertur des Bypass-Ventils 39, wodurch die Flussrate der durch den Bypass-Pfad 308 zirkulierenden Luft reguliert wird.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Brenngassensor 311 weiter in Richtung der Stromaufwärtsseite als der Zusammenführungspunkt des Oxidationsgasabfuhrpfads 306 mit dem Gas/-Wasserabfuhrpfad 504 angeordnet. Der Brenngassensor 311 erfasst eine Brenngaskonzentration in dem Abgas, das durch den Oxidationsgasabfuhrpfad 306 strömt, und überträgt das erfasste Ergebnis an die Steuerungsvorrichtung 60. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Brenngassensor 311 mit einem Wasserstoffkonzentrationssensor konfiguriert. Wie später beschrieben ist, wird der Brenngassensor 311 zum Erfassen der anormalen Erzeugung von Brenngas in der Kathode verwendet.
  • Das Brenngaszufuhr/-abfuhrsystem 50 umfasst ein Brenngaszufuhrsystem 50A, ein Brenngaskreislaufsystem 50B und ein Brenngasabfuhrsystem 50C.
  • Das Brenngaszufuhrsystem 50A führt das Brenngas der Anode des Brennstoffzellenstapels 20 zu. Das Brenngaszufuhrsystem 50A umfasst einen Brenngaszufuhrpfad 501, einen Brenngastank 51, ein Öffnungs/-Schließventil 52, einen Regulator 53, einen Injektor 54 und ein Drucksensor 59. Der Brenngaszufuhrpfad 501 ist eine Leitung, die mit dem Brenngastank 51 und dem Brennstoffzellenstapel 20 verbunden ist, um es somit dem Brenngas zu erlauben, von dem Brenngastank 51 in Richtung des Brennstoffzellenstapels 20 zu strömen. Der Brenngastank 51 speichert beispielsweise Hochdruckwasserstoffgas. Das Öffnungs/-Schließventil 52 ist vor dem Brenngastank 51 in dem Brenngaszufuhrpfad 501 angeordnet. Das Öffnungs/- Schließventil 52 erlaubt in einem geöffneten Zustand, dass das Brenngas in dem Brenngastank 51 zu einer stromabwärts gerichteten Seite strömt. Der Regulator 53 ist in der stromabwärts gerichteten Seite des Öffnungs/-Schließventils 52 in dem Brenngaszufuhrpfad 501 angeordnet. Die Steuerungsvorrichtung 60 steuert den Regulator 53, um den Druck des Brenngases in der stromaufwärts gerichteten Seite des Injektors 54 zu regulieren. Der Injektor 54 ist in der stromabwärts gerichteten Seite des Regulators 53 in dem Brenngaszufuhrpfad 501 angeordnet. Der Injektor 54 ist weiter in Richtung der stromaufwärts gerichteten Seite als der Zusammenführungspunkt des Brenngaskreislaufpfads 502 in dem Brenngaszufuhrpfad 501 (später beschrieben) angeordnet. Der Injektor 54 ist ein Öffnungs/-Schließventil, das zu dem Fahrzyklus oder der Öffnungszeit, die durch die Steuerungsvorrichtung 60 eingestellt werden, elektromagnetisch angetrieben wird. Die Steuerungsvorrichtung 60 steuert den Injektor 54, um die Brenngaszufuhrmenge, die dem Brennstoffzellenstapel 20 zugeführt werden soll, zu regulieren. Der Drucksensor 59 misst den internen Druck auf der stromabwärts gerichteten Seite des Injektors 54 in dem Brenngaszufuhrpfad 501, d.h., dem Zufuhrdruck, beziehungsweise Versorgungsdruck des Brenngases. Das Messergebnis wird an die Steuerungsvorrichtung 60 übertragen.
  • Das Brenngaskreislaufsystem 50B zirkuliert das Brennabgas, das von dem Brennstoffzellenstapel 20 zu dem Brenngaszufuhrpfad 501 abgeführt wird. Das Brenngaskreislaufsystem 50B weist einen Brenngaskreislaufpfad 502, einen Gas/-Flüssigkeitsabscheider 57, eine Kreislaufpumpe 55 und einen Motor 56 auf. Der Brenngaskreislaufpfad 502 ist eine Leitung, die mit dem Brennstoffzellenstapel 20 und dem Brenngaszufuhrpfad 501 derart verbunden ist, um es dem Brennabgas zu erlauben in Richtung des Brenngaszufuhrpfads 501 zu strömen. Der Gas/-Flüssigkeitsabscheider 57, der in dem Brenngaskreislaufpfad 502 angeordnet ist, scheidet die flüssige Komponente, die Wasserdampf enthält, von dem Brennabgas, und speichert sie in einen flüssigen Zustand. Die Kreislaufpumpe 55 ist auf der stromabwärts gerichteten Seite des Gas/-Flüssigkeitsabscheiders 57 in dem Brenngaskreislaufpfad 502 angeordnet. Die Kreislaufpumpe 55 zirkuliert das Brennabgas in dem Brenngaskreislaufpfad 502 in Richtung des Brenngaszufuhrpfads 501 durch Antreiben des Motors 56.
  • Das Brenngasabfuhrsystem 50C führt das Brennabgas und das flüssige Wasser, die durch die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 20 erzeugt wurden, zur Außenseite des Brenngaszufuhr/-abfuhrsystems 50 ab. Das Brenngasabfuhrsystem 50C weist den Gas/-Wasserabfuhrpfad 504 und ein Gas/- Wasserabfuhrventil 58 auf. Der Gas/-Wasserabfuhrpfad 504 ist eine Leitung, die an den Auslass des Gas/-Flüssigkeitsabscheiders 57, der dazu eingerichtet ist flüssiges Wasser abzuführen, und den Oxidationsgasabfuhrpfad 306 angeschlossen ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt der Gas/- Wasserabfuhrpfad 504 das Brennabgas und das Abwasser durch den Oxidationsgasabfuhrpfad 306 an die Umgebung ab. Das Gas/-Wasserabfuhrventil 58 ist in dem Gas/-Wasserabfuhrpfad 504 angeordnet, um den Gas/- Wasserabfuhrpfad 504 zu öffnen und zu schließen. Das Gas/-Wasserabfuhrventil 58 ist beispielsweise ein Diaphragmaventil. Die Steuerungsvorrichtung 60 gibt zu einem vorbestimmten Timing zur Zeit einer Stromerzeugung durch das Brennstoffzellensystem 10 einen Befehl zum Öffnen des Ventils an das Gas/- Wasserabfuhrventil 58.
  • Das Kühlmittelkreislaufsystem 70 umfasst einen Kühlmittelkreislaufpfad 79, eine Kühlmittelkreislaufpumpe 74, einen Motor 75, einen Kühler 71, einen Kühlerlüfter 72 und einen Stapeltemperatursensor 73.
  • Der Kühlmittelkreislaufpfad 79 weist einen Kühlmittelzufuhrpfad 79A und einen Kühlmittelabfuhrpfad 79B auf. Der Kühlmittelzufuhrpfad 79A ist eine Leitung zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Brennstoffzellenstapel 20. Der Kühlmittelabfuhrpfad 79B ist eine Leitung zum Abführen des Kühlmittels von dem Brennstoffzellenstapel 20. Durch Antreiben des Motors 75 sendet die Kühlmittelkreislaufpumpe 74 den Kühlmittelfluss durch den Kühlmittelzufuhrpfad 79A zu dem Brennstoffzellenstapel 20. Der Kühler 71 setzt unter Verwendung des Windes Wärme frei, der durch den Kühlerlüfter 72 geliefert wird, um das im Inneren zirkulierende Kühlmittel zu kühlen. Der Stapeltemperatursensor 73 misst die Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelabfuhrpfad 79B. Das Messergebnis der Temperatur des Kühlmittels wird an die Steuerungsvorrichtung 60 übertragen. Die Steuerungsvorrichtung 60 erfasst die Temperatur, die durch den Stapeltemperatursensor 73 gemessen wurde, als die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 und benutzt sie beim Steuern des Brennstoffzellensystems 10.
  • 3 zeigt ein konzeptionelles Diagramm, das die elektrische Konfiguration des Brennstoffzellensystems 10 darstellt. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen Stromsteuerungskreis 95, beziehungsweise Stromregelkreis 95, einen DC-AC-Wandler 98, einen Spannungssensor 91 und einen Stromsensor 92.
  • Der Spannungssensor 91 wird verwendet, um die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 zu messen. Der Spannungssensor 91 ist jeweils an die Brennstoffzelle 21 des Brennstoffzellenstapels 20 angeschlossen, um jeweils die Spannung von all den Brennstoffzellen 21 zu messen. Der Spannungssensor 91 überträgt die Messergebnisse an die Steuerungsvorrichtung 60. Alle gemessenen Spannungen der Brennstoffzellen 21, die durch den Spannungssensor 91 gemessen wurden, werden aufaddiert, um die Gesamtspannung des Brennstoffzellenstapels 20 zu messen. Es gilt zu beachten, dass das Brennstoffzellensystem 10 anstelle des Spannungssensors 91 einen Spannungssensor aufweisen kann, der dazu eingerichtet ist, um die Spannung von beiden Enden des Brennstoffzellenstapels 20 zu messen. In diesem Fall entspricht die gemessene Spannung von den beiden Enden der Gesamtspannung des Brennstoffzellenstapels 20. Der Stromsensor 92 misst den Stromwert, der durch den Brennstoffzellenstapel 20 ausgegeben wird und überträgt das Messergebnis an die Steuerungsvorrichtung 60.
  • Der Stromsteuerungskreis 95 ist mit beispielsweise einem DC-DC-Wandler konfiguriert. Der Stromsteuerungskreis 95 steuert, beziehungsweise regelt den Strom, der durch den Brennstoffzellenstapel 20 ausgegeben wird, auf Grundlage des Strombefehlswerts, der von der Steuerungsvorrichtung 60 übertragen wird. Der Strombefehlswert repräsentiert den Zielwert des Stroms, der durch den Brennstoffzellenstapel 20 ausgegeben wird, und wird durch die Steuerungsvorrichtung 60 eingestellt.
  • Der DC-AC-Wandler 98 ist an den Brennstoffzellenstapel 20 und eine Last 200 angeschlossen. Beispiele für die Last 200 umfassen einen Antriebsmotor, der einer Antriebsenergiequelle entspricht, und andere Hilfsmaschinen und elektrische Komponenten in dem Brennstoffzellenfahrzeug. Der DC-AC-Wandler 98 wandelt die DC-Leistung, die von dem Brennstoffzellenstapel 20 ausgegeben wird, in eine AC-Leistung um und führt die AC-Leistung der Last 200 zu. In Fällen, in denen regenerative Leistung in dem in der Last 200 umfassten Antriebsmotor erzeugt wird, wandelt der DC-AC-Wandler 98 die regenerative Leistung in DC-Leistung um. Die regenerative Leistung, die durch den DC-AC-Wandler 98 in DC-Leistung umgewandelt wird, wird in einer Sekundärbatterie 96 über einen BDC 97 gespeichert.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst ferner die Sekundärbatterie 96 und den BDC 97. Die Sekundärbatterie 96 fungiert als eine Energiequelle für das Brennstoffzellensystem 10 und den Brennstoffzellenstapel 20. Die Sekundärbatterie 96 wird mit der Energie aufgeladen, die von dem Brennstoffzellenstapel 20 und der oben beschriebenen regenerativen Leistung erzeugt wird. Es gilt zu beachten, dass die Sekundärbatterie 96, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Lithium-Ionen-Batterie konfiguriert ist, Temperatureigenschaften aufweist, wobei der zulässige Bereich für Lade/- Entlademengen unterhalb des Gefrierpunkts signifikant schmäler wird. Die Temperatureigenschaften der Sekundärbatterie 96 sind später beschrieben.
  • Der BDC 97, der mit einem DC-DC-Wandler konfiguriert ist, steuert das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 96 nach den von der Steuerungsvorrichtung 60 gegebenen Befehlen. Der BDC 97 misst den SOC (Ladezustand: Restkapazität) der Sekundärbatterie 96 und überträgt das Messergebnis zu der Steuerungsvorrichtung 60.
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm, das das Innere der Steuerungsvorrichtung 60 darstellt. Die Steuerungsvorrichtung 60, die auch ECU genannt wird, umfasst eine Steuerungseinheit 62 und eine Speichereinheit 68, die mit einer externen Speichervorrichtung wie beispielsweise einem ROM oder einer Festplatte konfiguriert ist. Die Steuerungseinheit 62 umfasst mindestens einen Prozessor und einen Arbeitsspeicher, beziehungsweise Hauptspeicher, und weist unterschiedliche Arten von Funktionen zum Steuern der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 20 auf, wenn der Prozessor das Programm oder den Befehl, das/der von der Speichereinheit 68 gelesen wird, an den Hauptspeicher ausführt. Es gilt zu beachten, dass mindestens einige der Funktionen der Steuerungseinheit 62 mit einer Hardwareschaltung konfiguriert sein können.
  • Die Speichereinheit 68 speichert unterschiedliche Arten von Programmen, die durch die Steuerungseinheit 62 auszuführen sind, Parameter zum Verwenden beim Steuern des Brennstoffzellensystems 10, und unterschiedliche Arten von Kennfeldern, die ein später beschriebenes Betriebspunktkennfeld OPM umfassen, in einer nichtflüchtigen Art und Weise. „Nichtflüchtige Art und Weise“ bedeutet, dass die Speichervorrichtung Informationen aufbewahrt, ohne dass sie verschwinden, selbst wenn die Energie der Energieversorgung abgeschaltet worden ist. Die Steuerungseinheit 62 dient durch Ausführen von unterschiedlichen Arten von in der Speichereinheit 68 gespeicherten Programmen als eine Betriebssteuerungseinheit 64 und eine Überwachungseinheit 66. Die Betriebssteuerungseinheit 64 steuert den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10. Die Betriebssteuerungseinheit 64 führt einen normalen Betrieb, beziehungsweise Normalbetrieb durch, wobei es den Brennstoffzellenstapel 20 bei einer Ausgabeanforderung von der Last 200 an das Brennstoffzellensystem 10 dazu bringt Strom zu erzeugen.
  • Die Betriebssteuerungseinheit 64 führt einen Aufwärmbetrieb zum schnellen Erhöhen der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 durch. Der Aufwärmbetrieb wird in Fällen ausgeführt, in denen vorbestimmte Aufwärmbedingungen bei der Startverarbeitung (die später beschrieben ist) erfüllt sind, die von der Betriebssteuerungseinheit 64 beim Starten des Brennstoffzellensystems 10 ausgeführt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Aufwärmbedingungen erfüllt, wenn der durch den Außenlufttemperatursensor 38 gemessene Messwert gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Aufwärmbedingungen beispielsweise erfüllt sein, wenn das Brennstoffzellensystem 10 im Winter für eine vorbestimmte Zeit oder länger in einem gestoppten, beziehungsweise ausgeschalteten Zustand belassen wird. Bei dem Aufwärmbetrieb, ungleich zu dem Normalbetrieb, stellt die Betriebssteuerungseinheit 64 einen Zielheizwert für den Brennstoffzellenstapel 20 ein und steuert den Brennstoffzellenstapel 20 derart, dass er Strom ungeachtet der Ausgabeanforderung von der Last 200 bei dem Zielheizwert erzeugt.
  • Bei dem Aufwärmbetrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels steuert die Betriebssteuerungseinheit 64 das Oxidationsgaszufuhr/-abfuhrsystem 30 und das Brenngaszufuhr/-abfuhrsystem 50, sodass das stöchiometrische Verhältnis des Oxidationsgases, das dem Brennstoffzellenstapel 20 zugeführt werden soll, kleiner als das stöchiometrische Verhältnis beim Normalbetrieb wird. „Stöchiometrisches Verhältnis des Oxidationsgases“ bedeutet das Verhältnis der Menge des Oxidationsgases, das tatsächlich relativ zu der Menge des Oxidationsgases zugeführt werden soll, das theoretisch erforderlich ist, um den notwendigen Strom zu erzeugen. Die vorliegende Steuerung erhöht eine Konzentrationsüberspannung bei der Kathode und erniedrigt die Effizienz, beziehungsweise den Wirkungsgrad bei einer Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 20, wodurch der Heizwert des Brennstoffzellenstapels 20 erhöht wird, um über dem im Normalbetrieb zu liegen, und die Temperaturanstiegsrate des Brennstoffzellenstapels 20 erhöht wird. Das stöchiometrische Verhältnis des Oxidationsgases kann bei dem Aufwärmbetrieb beispielsweise auf etwa 1,0 eingestellt sein. Bei dem Aufwärmbetrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels behält die Betriebssteuerungseinheit 64 vorbestimmte Zuführwerte des Oxidationsgases und des Brenngases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 bei.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Betriebssteuerungseinheit 64 eine Steuerung derart durch, dass der Brennstoffzellenstapel 20 eine vorbestimmte konstante Leistung erzeugt, während der Aufwärmbetrieb ausgeführt wird. Die konstante Leistung wird wünschenswerter Weise auf einen Wert eingestellt, der gleich oder höher als die Leistung ist, die erwartender Weise während des Aufwärmbetriebs durch die Last 200 konsumiert wird. Die konstante Leistung kann beispielsweise etwa 5-15 kW betragen.
  • Die Überwachungseinheit 66 überwacht eine anormale Erzeugung des Brenngases in der Kathode des Brennstoffzellenstapels 20. Die folgende Beschreibung betriff eine anormale Erzeugung des Brenngases in der Kathode.
  • Wenn das bei der Anode ionisierte Brenngas sich bei dem Brennstoffzellenstapel 20 über die Elektrolytmembran zu der Kathode bewegt und mit einem Elektron rekombiniert wird, wird Brenngas in der Kathode erzeugt. Eine solche Erzeugung von Brenngas in der Kathode tritt wahrscheinlich auf, wenn die Menge des Oxidationsgases, das der Kathode zugeführt wird, nicht ausreichend ist. In Fällen, in denen das Brenngas Wasserstoff ist, wird das in der Kathode erzeugte Brenngas ebenfalls als „Wasserstoffpumpen“ bezeichnet. Das „in der Kathode erzeugte Brenngas“, in der folgenden Beschreibung, kann mit „Wasserstoffpumpen“ ersetzt werden. Die Überwachungseinheit 66 erfasst die über einen zugelassenen Wert hinausgehende Erzeugung des Brenngases in der Kathode als das anormale Erzeugen von Brenngas in der Kathode.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfasst die Überwachungseinheit 66 die anormale Erzeugung des Brenngases in der Kathode, wenn die Brenngaskonzentration in dem Abgas, das durch den Brenngassensor 311 gemessen wird, einen vorbestimmten zulässigen Wert übersteigt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Überwachungseinheit 66 ein anormales Erzeugen des Brenngases in der Kathode durch ein Verfahren erfassen, das sich von dem Überwachen der Brenngaskonzentration in dem Abgas unterscheidet. In einem Beispiel kann die Überwachungseinheit 66 die anormale Erzeugung des Brenngases in der Kathode auf Grundlage der Variation der Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 erfassen, die als Ergebnis der anormalen Erzeugung des Brenngases in der Kathode berücksichtigt wird.
  • In Fällen, in denen die Überwachungseinheit 66 das anormale Erzeugen des Brenngases in der Kathode während des Ausführens des Aufwärmbetriebs erfasst, führt die Betriebssteuerungseinheit 64 eine Verarbeitung zum Verringern des Zielheizwerts des Brennstoffzellenstapels 20 durch. Das ist später im Detail beschrieben.
  • 5 zeigt einen Graphen, der die Temperatureigenschaften der Sekundärbatterie 96 darstellt. Unter dem Gefrierpunkt, insbesondere bei -20 °C (20 Grad Celsius) oder weniger kann sich der Energieausgabebereich einer Sekundärbatterie, wie beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie, die schnell geladen oder entladen werden kann, verringern. In Fällen, in denen die Stromerzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 20 eine erforderliche Leistung unterhalb des Gefrierpunkts über- oder unterschreitet, kann es für die Sekundärbatterie 96 somit schwierig sein, die Ausgabe von überschüssiger Leistung zu speichern oder eine Knappheit zu beseitigen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird während des Aufwärmbetriebs der von dem Brennstoffzellenstapel 20 erzeugte Strom derart gesteuert, um an dem oben beschriebenen konstanten Level gehalten zu werden, sodass die Lade/- Entlademengen der Sekundärbatterie 96 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fallen. Das unterdrückt die Variation der Leistung des Brennstoffzellenstapels 20 während dem Ausführen des Aufwärmbetriebs und unterdrückt somit eine Lastanwendung an der Sekundärbatterie 96, die einen schmalen zulässigen Bereich von Lade/-Entlademengen aufgrund einer niedrigen Temperatur aufweist. Als Ergebnis wird eine Verschlechterung in der Sekundärbatterie 96 unterdrückt, beispielsweise mit einer Eluierung von Lithium von der Sekundärbatterie 96 aufgrund einer übermäßigen Last.
  • 6 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Flussdiagramm darstellt, das die Startverarbeitung zeigt, die durch die Betriebssteuerungseinheit 64 der Steuerungseinheit 62 ausgeführt werden soll. Die Startverarbeitung wird durch die Betriebssteuerungseinheit 64 ausgeführt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird und die Anweisung, beziehungsweise der Befehl zum Starten des Betriebs des Brennstoffzellensystems 10 gegeben wird. In Schritt S10 bringt die Betriebssteuerungseinheit 64 den Brennstoffzellenstapel 20 dazu mit der Stromerzeugung zu beginnen. Insbesondere bringt die Betriebssteuerungseinheit 64 das Oxidationsgaszufuhr/-abfuhrsystem 30 dazu, mit einem Zuführen von Oxidationsgas enthaltender Luft zu der Kathode des Brennstoffzellenstapels 20 zu starten, und bringt das Brenngaszufuhr/-abfuhrsystem 50 dazu, mit einem zuführen von Brenngas zu der Anode des Brennstoffzellenstapels 20 zu starten.
  • In Schritt S15 bestimmt die Betriebssteuerungseinheit 64, ob die Aufwärmbedingungen des Aufwärmbetriebs erfüllt sind oder nicht. Wie oben beschrieben, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in den Fällen, in denen der durch den Außenlufttemperatursensor 38 gemessene Messwert gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, die Betriebssteuerungseinheit 64 bestimmen, dass die Aufwärmbedingungen erfüllt wurden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Grenzwerttemperatur bei den Aufwärmbedingungen der Gefrierpunkt. Die Grenzwerttemperatur der Aufwärmbedingungen kann eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts sein oder kann eine Temperatur oberhalb, aber in der Nähe von dem Gefrierpunkt sein. In den Fällen, in denen die Aufwärmbedingungen nicht erfüllt sind, beendet die Betriebssteuerungseinheit 64 die Startverarbeitung ohne den Aufwärmbetrieb auszuführen und startet den Normalbetrieb. In Fällen, in denen die Aufwärmbedingungen erfüllt sind, startet die Betriebssteuerungseinheit 64 den Aufwärmbetrieb, der unten beschrieben ist, der die Schritte von Schritt S20 bis S70 umfasst.
  • In Schritt S20 stellt die Betriebssteuerungseinheit 64 den Zielheizwert ein, der der Zielwert des Heizwerts des Brennstoffzellenstapels 20 in dem Aufwärmbetrieb ist. Je niedriger die aktuelle Außenlufttemperatur der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 ist, desto höher ist der durch die Betriebssteuerungseinheit eingestellte Zielheizwert. Die Betriebssteuerungseinheit 64 kann den Zielheizwert auf Grundlage des Kennfelds einstellen, das im Vorfeld vorbereitet wurde und in der Speichereinheit 68 gespeichert ist.
  • In Schritt S30 bestimmt die Betriebssteuerungseinheit 64 den Zielbetriebspunkt derart, dass der Brennstoffzellenstapel 20 dazu gebracht wird, Wärme an dem Zielheizwert zu erzeugen. Der Zielbetriebspunkt bezeichnet hierbei den Zielstromerzeugungszustand des Brennstoffzellenstapels 20, der in Abhängigkeit der Kombination eines Zielstromwerts und eines Zielspannungswerts des Brennstoffzellenstapels 20 bestimmt wird. Die Betriebssteuerungseinheit 64 erhält auf Grundlage des Betriebspunktkennfelds OPM (später beschrieben) einen Zielbetriebspunkt TP relativ zu einem Zielheizwert Qt, der in Schritt S20 eingestellt wurde, und bestimmt, dass der Brennstoffzellenstapel 20 Strom an dem Zielbetriebspunkt TP erzeugt.
  • 7 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel des Betriebspunktkennfelds OPM darstellt. Das Betriebspunktkennfeld OPM repräsentiert das Verhältnis, bei dem ein Zielstromwert und ein Zielspannungswert des Brennstoffzellenstapels 20 relativ zu einem Zielheizwert Qt bestimmt werden. Das vorliegende Verhältnis ist in der Lage experimentell durch Messen des Stroms und der Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 erfasst zu werden, wenn der Brennstoffzellenstapel 20 Strom bei unterschiedlichen Heizwerten erzeugt. Das Verhältnis, das in 7 gezeigt ist und in dem Betriebspunktkennfeld OPM definiert ist, ist als ein Graph dargestellt, der eine Eins-zu-Eins-Korrelation zwischen einem Zielstromwert und einem Zielspannungswert des Brennstoffzellenstapels 20 zeigt, wenn der Brennstoffzellenstapel 20 dazu gebracht wird, Strom an den Zielheizwerten Qa, Qb, Qc (Qa > Qb > Qc) zu erzeugen. Je größer der Zielheizwert Qt in dem Betriebspunktkennfeld OPM ist, desto mehr verschiebt sich der Bereich des Zielstromwerts, der relativ zu dem Zielheizwert Qt bestimmt ist, in eine davon positive Richtung der Stromachse.
  • Die in 7 gezeigte Einzelpunkt-Kettenlinie repräsentiert eine Gleichleistungslinie PL, die eine konstante Leistung angibt, die die Betriebssteuerungseinheit 64 veranlasst von dem Brennstoffzellenstapel 20 zur Zeit des Aufwärmbetriebs erzeugt zu werden. Die Zielbetriebspunkte TP des Brennstoffzellenstapels 20 entsprechen den Schnittpunkten des Graphen zwischen den Zielheizwerten Qt und der Gleichleistungslinie PL. Es gilt zu beachten, dass, weil die I-V-Kennlinie des Brennstoffzellenstapels 20 in Abhängigkeit von der Temperatur variiert, die Gleichleistungslinie PL in Abhängigkeit von der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 variiert. Daher variiert der Zielbetriebspunkt TP für den Zielheizwert Qt in Abhängigkeit von der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20. Um den Zielbetriebspunkt TP zu bestimmen, erlangt die Betriebssteuerungseinheit 64 die Gleichleistungslinie PL entsprechend der vorliegenden Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 und erlangt den Zielbetriebspunkt TP, der auf der Gleichleistungslinie PL vorhanden ist.
  • In Schritt S40 betreibt die Betriebssteuerungseinheit 64 den Brennstoffzellenstapel 20 an dem Zielbetriebspunkt TP, der in Schritt S30 bestimmt wurde und dem Zielheizwert Qt entspricht. Insbesondere stellt die Betriebssteuerungseinheit 64 den Zielstromwert als den Strombefehlswert für den Stromsteuerungskreis 95 ein, sodass der Strom des Brennstoffzellenstapels 20 der Zielstromwert an dem Zielbetriebspunkt TP wird, der in Schritt S30 bestimmt wurde. Das erlaubt ein Anpassen des Stroms des Brennstoffzellenstapels 20 an den Zielstromwert und erlaubt ferner ein Einstellen der Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 an den Zielspannungswert.
  • In Schritt S50 bestimmt die Betriebssteuerungseinheit 64, ob die Überwachungseinheit 66 eine anormale Brenngaserzeugung des Brenngases in der Kathode erfasst hat oder nicht. In Fällen, in denen eine anormale Erzeugung des Brenngases in der Kathode erfasst wird, beginnt die Betriebssteuerungseinheit 64, um eine Betriebspunktänderungsverarbeitung in Schritt S60 auszuführen, um den Zielbetriebspunkt durch Verringern des Zielheizwerts Qt zu ändern. Die Betriebspunktänderungsverarbeitung ist später beschrieben.
  • In Fällen, in denen eine anormale Erzeugung des Brenngases in der Kathode in Schritt S50 nicht erfasst wird oder nachdem die Betriebspunktänderungsverarbeitung in Schritt S60 ausgeführt wurde, bestimmt die Betriebssteuerungseinheit 64, ob der Aufwärmbetrieb in Schritt S70 abzuschließen ist. Die Betriebssteuerungseinheit 64 bestimmt, ob vorbestimmte Aufwärmabschlussbedingungen erfüllt sind oder nicht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Aufwärmabschlussbedingungen erfüllt, wenn die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 gleich oder höher als eine vorbestimmte Grenzwerttemperatur ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Aufwärmabschlussbedingungen erfüllt sein, wenn beispielsweise die Temperatur von System-Hilfsmaschinen, die sich von dem Brennstoffzellenstapel 20 unterscheiden, gleich oder höher als ein Temperaturgrenzwert ist. Alternativ können die Aufwärmabschlussbedingungen erfüllt sein, wenn die Aufwärmabschlusszeit verstreicht, die von dem Zielheizwert abhängig ist.
  • In Fällen, in denen die Aufwärmabschlussbedingungen erfüllt sind, schließt die Betriebssteuerungseinheit 64 den Aufwärmbetrieb ab und beendet die Startverarbeitung. Nachdem die Startverarbeitung abgeschlossen ist, startet die Betriebssteuerungseinheit 64 den Normalbetrieb des Brennstoffzellenstapels 20. In Fällen, in denen die Aufwärmabschlussbedingungen nicht erfüllt sind, kehrt die Verarbeitung andererseits zu Schritt S40 zurück und die Betriebssteuerungseinheit 64 bringt den Brennstoffzellenstapel 20 dazu, kontinuierlich Strom an dem Zielbetriebspunkt TP relativ zu dem vorliegenden Zielheizwert Qt zu erzeugen. Die Betriebssteuerungseinheit 64 wiederholt die Bestimmung aus Schritt S50, ob Brenngas anormal in der Kathode erzeugt wurde oder nicht, in einem vorbestimmten Steuerungszyklus, beziehungsweise Regelzyklus, bis die Aufwärmabschlussbedingungen in Schritt S70 erfüllt sind. Es gilt zu beachten, dass während der Aufwärmbetrieb kontinuierlich ausgeführt wird, der Zielstromwert und der Zielspannungswert an dem Zielbetriebspunkt TP relativ zu dem Zielheizwert Qt in Abhängigkeit von der vorliegenden Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 geändert werden, um der Variation der I-V-Kennlinie zu entsprechen, die durch den Anstieg der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 20 verursacht wird.
  • 8 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Flussdiagramm des Betriebspunktänderungsvorgangs darstellt. Der Betriebspunktänderungsvorgang wird ausgeführt, um den Zielbetriebspunkt TP des Brennstoffzellenstapels 20 zu ändern, wodurch die Erzeugung von Brenngas in der Kathode verringert wird und der Abstieg, beziehungsweise die Verringerung einer Heizeffizienz des Brennstoffzellenstapels 20 unterdrückt wird. In Schritt S100 ändert die Betriebssteuerungseinheit 64 den Wert des Zielheizwerts Qt auf einen Wert unterhalb des Zielheizwerts Qt, der gegenwärtig eingestellt ist. In einem Beispiel stellt die Betriebssteuerungseinheit 64 als einen neuen Zielheizwert Qt den Wert ein, der durch Subtrahieren eines vorbestimmten Verringerungswerts, beziehungsweise Reduktionswerts ΔQ von dem vorliegenden Zielheizwert Qt erhalten wird.
  • In Schritt S110, wie in Schritt S30 aus 6, bestimmt die Betriebssteuerungseinheit 64 einen neuen Zielbetriebspunkt TP in Relation zu dem Zielheizwert Qt nach der Verringerung, auf Grundlage des in 7 gezeigten Betriebspunktkennfelds OPM. In den nachfolgenden Schritten von Schritt S120 bis Schritt S170 wird eine Transientensteuerung, beziehungsweise Übergangssteuerung derart ausgeführt, dass der Brennstoffzellenstapel 20 in der Lage ist, problemlos in den Stromerzeugungszustand an dem Zielbetriebspunkt TP zu wechseln, der in Schritt S110 bestimmt wurde.
  • Die Transientensteuerung in den Schritten von Schritt S120 bis Schritt 170 ist mit Bezug zu 9 beschrieben. 9 zeigt schematisch ein Beispiel, bei dem der Betriebspunkt des Brennstoffzellenstapels 20 während dem Ausführen der Transientensteuerung in den Schritten von Schritt S120 bis Schritt S170 auf den Graphen übertragen wird, der das in 7 beschriebene Betriebspunktkennfeld OPM repräsentiert. In dem in 9 gezeigten Beispiel wird der Zielheizwert Qt, wenn das anormale Erzeugen des Brenngases in der Kathode erfasst wird, als ein Wert Qo dargestellt, und der Zielbetriebspunkt TP, der relativ zu dem Wert Qo eingestellt ist, wird durch einen Punkt TPo dargestellt. Der Zielheizwert Qt wird nach der Verringerung in Schritt S100 als ein Wert Qn dargestellt und der Zielbetriebspunkt TP, der relativ zu dem Wert Qn eingestellt wird, wird als ein Punkt TPn dargestellt. Hier im Folgenden wird der Wert Qo als ein „vor-Änderungs-Heizwert Qo“ bezeichnet; der Punkt TPo als ein „vor-Änderungs-Betriebspunkt TPo“ bezeichnet; der Wert Qn als ein „post-Änderungs-Heizwert Qn“ bezeichnet; und der Punkt TPn als ein „post-Änderungs-Betriebspunkt TPn“ bezeichnet.
  • In Schritt S120 stellt die Betriebssteuerungseinheit 64 einen Bypass-Stromwert Ip ein. Der Bypass-Stromwert Ip ist kleiner als ein post-Änderungs-Stromwert It, der der Zielstromwert an dem post-Änderungs-Betriebspunkt TPn ist. Die Betriebssteuerungseinheit 64 stellt den Wert als den Bypass-Stromwert Ip ein, der durch Subtrahieren einer vorbestimmten Verringerungsmenge ΔI von dem post-Änderungs-Zielstromwert It erhalten wird.
  • In Schritt S130 stellt die Betriebssteuerungseinheit 64 den Bypass-Stromwert Ip als den Strombefehlswert relativ zu dem Stromsteuerungskreis 95 ein und bringt den Stromsteuerungskreis 95 dazu, den Strom des Brennstoffzellenstapels 20 von einem Zielstromwert Ic an dem vor-Änderungs-Betriebspunkt TPo auf den Bypass-Stromwert Ip zu verringern. Das verschiebt den Betriebspunkt des Brennstoffzellenstapels 20 auf der Gleichleistungslinie PL auf einen Bypass-Betriebspunkt TPp, bei dem der Zielstromwert der Bypass-Stromwert Ip ist. Eine solche schnelle und signifikante Verringerung des Stroms des Brennstoffzellenstapels 20 auf einen Bypass-Stromwert Ip erlaubt eine schnelle Verringerung des Leitwerts der Brenngasionen (Protonen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) zu der Kathode. Das erlaubt eine schnelle Unterdrückung der Erzeugung des Brenngases in der Kathode und eine Erleichterung des Abführens des Brenngases von der Kathode.
  • In Schritt S140 führt die Betriebssteuerungseinheit 64 die Steuerung aus, um den Betriebspunkt des Brennstoffzellenstapels 20 von dem Bypass-Betriebspunkt TPp auf den post-Änderungs-Betriebspunkt TPn zu verschieben. Die Betriebssteuerungseinheit 64 führt eine Stromsteuerung durch, um den Strom des Brennstoffzellenstapels 20 schrittweise, beziehungsweise allmählich von dem Bypass-Stromwert Ip auf den post-Änderungs-Zielstromwert It zu erhöhen, während eine konstante Leistungsausgabe des Brennstoffzellenstapels 20 beibehalten wird. Bei der vorliegenden Stromsteuerung erhöht die Betriebssteuerungseinheit 64 den Strombefehlswert relativ zu dem Stromsteuerungskreis 95 bis zu dem post-Änderungs-Zielstromwert It mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die geringer als die Reaktionsgeschwindigkeit des Brennstoffzellenstapels 20 ist.
  • Die Betriebssteuerungseinheit 64 führt die Bestimmungsverarbeitung aus Schritt S150 periodisch aus, während sie den Strom des Brennstoffzellenstapels 20 von dem Bypass-Stromwert Ip auf den post-Änderungs-Stromzielwert It erhöht. In Schritt S150 bestimmt die Betriebssteuerungseinheit 64, ob die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 unter seinen zulässigen Bereich fällt oder nicht. Der zulässige Bereich ist hierbei der Bereich, in dem der Brennstoffzellenstapel 20 von einer instabilen Stromerzeugung abgehalten wird und der im Vorfeld durch Experimente bestimmt ist. In Fällen, in denen der durch den Spannungssensor 91 gemessene Messwert gleich oder geringer als ein vorbestimmter erster Grenzwert Va ist, befindet die Betriebssteuerungseinheit 64, dass die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 unter seinen zulässigen Bereich fällt und führt die Standby-Steuerung aus Schritt S160 (später beschrieben) aus. In Fällen, in denen der durch den Spannungssensor 91 gemessene Messwert größer als der erste Grenzwert Va ist, setzt die Betriebssteuerungseinheit 64 die Steuerung zum Erhöhen des Stroms des Brennstoffzellenstapels 20 fort.
  • In Schritt S170, in Fällen, in denen der Strombefehlswert des Brennstoffzellenstapels 20 auf den post-Änderungs-Stromzielwert It eingestellt ist, und in denen der Betriebspunkt des Brennstoffzellenstapels 20 den post-Änderungs-Betriebspunkt TPn erreicht, beendet die Betriebssteuerungseinheit 64 die Betriebspunktänderungsverarbeitung und die Verarbeitung kehrt zu der Startverarbeitung, die in 6 gezeigt ist, zurück. Die Betriebssteuerungseinheit 64 fährt sodann mit dem Aufwärmbetrieb mit dem post-Änderungs-Betriebspunkt TPn als dem Zielbetriebspunkt TP fort, bis die Aufwärmabschlussbedingungen in Schritt S70 aus 6 erfüllt sind.
  • In diesem Fall, nachdem der Zielheizwert Qt des Brennstoffzellenstapels 20 in der Betriebspunktänderungsverarbeitung verringert wurde, wird der Zielheizwert Qt nicht auf ein hohes Level, beziehungsweise ein hohes Niveau eingestellt, bis der Aufwärmbetrieb abgeschlossen ist. Somit wird der Brennstoffzellenstapel 20 davon abgehalten in einem Zustand der instabilen Stromerzeugung gebracht zu werden, der durch häufige Änderungen bei den Stromerzeugungsbedingungen des Brennstoffzellenstapels 20 aufgrund von vertikalen Fluktuationen des Zielheizwerts Qt verursacht werden kann. Eine Anwendung einer Last an der Sekundärbatterie 96, die einen schmalen zulässigen Bereich von Lade/- Entlademengen unter Niedrigtemperaturumgebungen aufgrund der Variation in der Stromerzeugungsmenge des Brennstoffzellenstapels 20 aufweist, ist unterdrückt. Nachdem der Zielheizwert Qt des Brennstoffzellenstapels 20 in der Betriebspunktänderungsverarbeitung verringert wurde und der Zielheizwert Qt abermals auf ein hohes Level zurück eingestellt wird, tritt die anormale Erzeugung von Brenngas mit höherer Wahrscheinlichkeit in der Kathode auf. Nachdem der Zielheizwert Qt des Brennstoffzellenstapels 20 in der Betriebspunktänderungsverarbeitung verringert wurde, sollte der Zielheizwert Qt somit nicht auf ein hohes Level eingestellt werden. Das erlaubt es eine wiederholte anormale Erzeugung von Brenngas in der Kathode zu unterdrücken.
  • Die Standby-Steuerung aus Schritt S160 ist mit Bezug zu 10 beschrieben. 10 zeigt ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel der zeitlichen Variation der Spannung und des Stroms des Brennstoffzellenstapels 20 zeigt, während eine Standby-Steuerung wiederholt ausgeführt wird.
  • Wie oben beschrieben, in Fällen, in denen der durch den Spannungssensor 91 gemessene Messwert gleich oder niedriger als der erste Grenzwert Va wird, während der Strom des Brennstoffzellenstapels 20 auf den post-Änderungs-Zielstromwert It erhöht wird, wird die Standby-Steuerung aus Schritt S160 ausgeführt (Zeit t1). Der Grund, warum der durch den Spannungssensor 91 gemessene Messwert gleich oder niedriger als ein erster Grenzwert Va wird, ist, weil das Oxidationsgas in der Kathode nicht ausreichend ist. Die Betriebssteuerungseinheit 64 führt eine Standby-Steuerung durch, um den Standby-Zustand beizubehalten, in dem der Strombefehlswert des Stromsteuerungskreises 95 konstant gehalten wird und wartet auf das Oxidationsgas, dass es die Kathode erreicht, und auf die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20, dass sie ansteigt.
  • In Fällen, in denen die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 ansteigt und einen zweiten Grenzwert Vb oder höher erreicht, beendet die Betriebssteuerungseinheit 64 die Standby-Steuerung und führt eine Steuerung zum Erhöhen des Stroms des Brennstoffzellenstapels 20 erneut aus (Zeit t2). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zweite Grenzwert Vb auf einen Wert größer als der erste Grenzwert Va eingestellt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der zweite Grenzwert Vb gleich dem ersten Grenzwert Va sein. Alternativ kann in Fällen, in denen nach dem Start der Standby-Steuerung die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 geändert wird um zu steigen und die erfasste Spannung größer als der zweite Grenzwert Vb ist, der geringer als der erste Grenzwert Vk ist, die Standby-Steuerung beendet werden.
  • Eine Standby-Steuerung wird wiederholt ausgeführt, bis der Strom des Brennstoffzellenstapels 20 den post-Änderungs-Zielstromwert It erreicht, um die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 davon abzuhalten signifikant verringert zu werden. Bei dem Beispiel aus 10 wird nach der ersten Standby-Steuerung, die in der Periode von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 ausgeführt wurde, eine Standby-Steuerung in der Periode von einem Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4 und der Periode von einem Zeitpunkt t5 bis zu einem Zeitpunkt t6 wiederholt ausgeführt, und der Strom des Brennstoffzellenstapels 20 erreicht danach den post-Änderungs-Zielstromwert It zu einem Zeitpunkt t7.
  • Wie oben beschrieben, erlaubt es die Standby-Steuerung, die in der Transientensteuerung der Betriebspunktänderungsverarbeitung ausgeführt wird, die Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 davon abzuhalten übermäßig verringert zu werden und erlaubt es den Brennstoffzellenstapel 20 davon abzuhalten, instabil Strom zu erzeugen. Demnach erlaubt die Standby-Steuerung ein problemloseres, beziehungsweise reibungsloseres Verschieben des Betriebspunkts des Brennstoffzellenstapels 20 auf den post-Änderungs-Betriebspunkt TPn als in Fällen, in denen eine Standby-Steuerung nicht ausgeführt wird.
  • Die folgende Beschreibung mit Bezug zu 9 geht um den Grund den Zielheizwert des Brennstoffzellenstapels 20 in der Betriebspunktänderungsverarbeitung zu verringern. In 9 ist ein Graph GC durch eine gestrichelte Linie dargestellt, die aktuelle Messwerte des Stroms und der Spannung des Brennstoffzellenstapels 20 zu einer Zeit verbindet, wenn ein Brenngas in der Kathode anormal erzeugt wird und der Brennstoffzellenstapel 20 somit Wärme bei einem aktuellen Heizwert QM erzeugt. Der aktuelle Heizwert QM ist niedriger als der vor-Änderungs-Heizwert Qo und der post-Änderungs-Heizwert Qn, die in 9 gezeigt sind.
  • Wenn Brenngas in der Kathode anormal erzeugt wird, befindet sich der Brennstoffzellenstapel 20 in einem verschlechterten Stromerzeugungszustand. Somit weicht der Graph GC stark von der Strom-Spannungs-Kurve zum Bestimmen des Zielheizwerts Qt ab, die in dem Betriebspunktkennfeld OPM definiert ist. Wenn Brenngas anormal in der Kathode erzeugt wird, ist ferner der Heizwert des Brennstoffzellestapels 20 geringer, als wenn in einem Normalzustand. In Fällen, in denen Brenngas in der Kathode anormal erzeugt wird, selbst wenn der Brennstoffzellenstapel 20 dazu gebracht wird Strom an dem Zielbetriebspunkt TP zu erzeugen, der relativ zu dem Zielheizwert Qt eingestellt ist, fällt somit der Heizwert des Brennstoffzellenstapels 20 auf weniger als der Zielheizwert Qt. Bei dem Beispiel aus 9 erzeugt der Brennstoffzellenstapel 20 zu der Zeit der Stromerzeugung an dem vor-Änderungs-Betriebspunkt TPo Wärme an dem aktuellen Heizwert QM, der geringer als der vor-Änderungs-Heizwert Qo ist.
  • Zu dieser Zeit, in Fällen, in denen eine anormale Erzeugung von Brenngas in der Kathode erfasst wird, und in denen eine Betriebspunktänderungsverarbeitung ausgeführt wird, wird der Zielerzeugungswert Qt verringert. Das verringert den Strom des Brennstoffzellenstapels 20 und verringert die Brenngasionen, die sich zu der Kathode bewegen. Das unterdrückt die Erzeugung von Brenngas in der Kathode weiter und erleichtert die Verringerung des Brenngases, das in der Kathode vorhanden ist. Das Brenngas, das in der Kathode vorhanden ist, verringert die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 20 und der Heizwert des Brennstoffzellenstapels 20 wird somit davon abgehalten auf einen Wert herabzufallen, der signifikant unterhalb des Zielheizwerts Qt liegt. Als Ergebnis kann der aktuelle Heizwert des Brennstoffzellenstapels 20 auf mehr erhöht werden, als wenn der Aufwärmbetrieb mit dem Zielheizwert Qt fortgeführt wird, der an dem vor-Änderungs-Heizwert Qo gehalten wird, wodurch eine Unterdrückung des Abfalls, beziehungsweise des Rückgangs bei der Heizeffizienz des Brennstoffzellenstapels 20 bei dem Aufwärmbetrieb ermöglicht wird.
  • Wie oben beschrieben wird bei dem Brennstoffzellensystem 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels in Fällen, in denen eine anormale Erzeugung von Brenngas in der Kathode während des Ausführens des Aufwärmbetriebs erfasst wird, der Zielheizwert Qt verringert und der Betriebspunkt wird somit geändert, sodass der Strom des Brennstoffzellenstapels 20 verringert wird. Das erleichtert die Verringerung des Brenngases, das in der Kathode vorhanden ist, und unterdrückt den Rückgang beziehungsweise den Abfall in einer Heizeffizienz des Brennstoffzellenstapels in dem Aufwärmbetrieb.
  • Andere Ausführungsbeispiele:
  • Die unterschiedlichen in dem oberen Ausführungsbeispiel beschriebenen Konfigurationen können wie in den folgenden Beispielen modifiziert werden. Die anderen unten beschriebenen Ausführungsbeispiele sind alle lediglich als Beispiele zum Verkörpern der Technik in der vorliegenden Offenbarung angesehen, wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Anderes Ausführungsbeispiel 1:
  • In Fällen, in denen die Betriebssteuerungseinheit 64 die anormale Erzeugung von Brenngas in der Kathode erfasst und den Zielheizwert Qt verringert und danach erfasst, dass das anormale Erzeugen von Brenngas in der Kathode behoben wurde, kann die Betriebssteuerungseinheit 64 den Zielheizwert Qt erhöhen und ihn zurück auf den ursprünglichen Wert vor der Änderung setzen, sogar bevor der Aufwärmvorgang abgeschlossen ist.
  • Anderes Ausführungsbeispiel 2:
  • Die Betriebssteuerungseinheit kann den Strom des Brennstoffzellenstapels 20 ohne das Betriebspunktkennfeld OPM gemäß dem Zielheizwert Qt in dem Aufwärmbetrieb steuern. In einem Beispiel kann die Betriebssteuerungseinheit 64 den Strom des Brennstoffzellenstapels 20 gemäß dem Zielstromwert steuern, der relativ zu dem Zielheizwert Qt eindeutig definiert ist. Die Betriebssteuerungseinheit 64 kann den Strom des Brennstoffzellenstapels 20 ohne Ausführung der Transientensteuerung oder der Standby-Steuerung, die in 8 beschrieben sind, ausführen.
  • Anderes Ausführungsbeispiel 3:
  • Die Betriebssteuerungseinheit 64 kann wählen, das stöchiometrische Verhältnis beim Aufwärmbetrieb nicht auf einen Wert niedriger als in einem Normalbetrieb des Brennstoffzellestapels 20 zu verringern. Die Betriebssteuerungseinheit 64 kann das stöchiometrische Verhältnis des Oxidationsgases bei dem Aufwärmbetrieb auf ein Verhältnis gleich oder größer als dem stöchiometrischen Verhältnis in dem Normalbetrieb des Brennstoffzellenstapels 20 steuern, beziehungsweise regeln.
  • Anderes:
  • In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können einige oder alle der Funktionen und Verarbeitungen, die durch Software realisiert sind, durch Hardware realisiert werden. Ferner können einige oder alle der Funktionen und Verarbeitungen, die durch Hardware realisiert sind, durch Software realisiert werden. Die Hardware kann mit unterschiedlichen Arten von Schaltkreisen konfiguriert sein, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis, einem diskreten Schaltkreis, oder einem Schaltkreismodul mit diesen Schaltkreisen in Kombination.
  • Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und ist in unterschiedlichen Konfigurationsarten realisierbar, ohne von ihrem Zweck abzuweichen. In einem Beispiel können die technischen Merkmale der Ausführungsbeispiele, die den technischen Merkmalen der jeweiligen Aspekte entsprechen, die in dem Abschnitt „Zusammenfassung“ beschrieben sind, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einige oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einige oder alle der oben beschriebenen Vorteile zu erlangen. Darüber hinaus können technische Merkmale auf geeignete Art und Weise entfernt werden, außer sie sind in den vorliegenden Spezifikationen als notwendig ausgeführt.
  • Ein Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, ein Oxidationsgaszufuhrsystem, ein Brenngaszufuhrsystem, einen Stromsteuerungskreis, der dazu eingerichtet ist, um einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels zu steuern, eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um eine Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels und den Ausgangsstrom des Stromsteuerungskreises zu steuern, wobei die Steuerungseinheit den Stromsteuerungskreis steuert, um den Ausgangsstrom anzupassen, wodurch ein Heizwert des Brennstoffzellenstapels angepasst wird; und eine Überwachungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um eine anormale Brenngaserzeugung zu überwachen, wobei die anormale Brenngaserzeugung einem Zustand entspricht, in dem das Brenngas oberhalb einer vorbestimmten zulässigen Menge in der Kathode existiert. Wenn die Überwachungseinheit die anormale Brenngaserzeugung während einem Ausführen eines Aufwärmbetriebs erfasst, um es dem Brennstoffzellenstapel zu erlauben Wärme mit einem vorbestimmten Zielheizwert zu erzeugen, verringert die Steuerungseinheit den Ausgangsstrom durch Verringern des Zielheizwerts.
  • 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
    • US 201061960 [0002]

Claims (6)

  1. Brennstoffzellensystem (10), mit: einem Brennstoffzellenstapel (20), der eine Anode und eine Kathode umfasst; einem Oxidationsgaszufuhrsystem (30A), das dazu eingerichtet ist, um der Kathode Oxidationsgas zuzuführen; einem Brenngaszufuhrsystem (50A), das dazu eingerichtet ist, um der Anode Brenngas zuzuführen; einem Stromsteuerungskreis (95), der dazu eingerichtet ist, um einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels (10) zu steuern; einer Steuerungseinheit (62), die dazu eingerichtet ist, um eine Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels (20) und den Ausgangsstrom des Stromsteuerungskreises (95) zu steuern, wobei die Steuerungseinheit den Stromsteuerungskreis steuert, um den Ausgangsstrom anzupassen, wobei ein Heizwert des Brennstoffzellenstapels (20) angepasst wird; und einer Überwachungseinheit (66), die dazu eingerichtet ist, um eine anormale Brenngaserzeugung zu überwachen, wobei die anormale Brenngaserzeugung einem Zustand entspricht, in dem das Brenngas in der Kathode höher als in einer vorbestimmten zulässigen Menge vorhanden ist, wobei, wenn die Überwachungseinheit (66) die anormale Brenngaserzeugung während einem Ausführen eines Aufwärmbetriebs erfasst, um es dem Brennstoffzellenstapel (20) zu erlauben Wärme mit einem vorbestimmten Zielheizwert (Qt) zu erzeugen, die Steuerungseinheit (62) den Ausgangsstrom durch Verringern des Zielheizwerts (Qt) verringert.
  2. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, wobei, beim Verringern des Ausgangsstroms durch Verringern des Zielheizwerts (Qt) während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs, die Steuerungseinheit (62) den Zielheizwert (Qt) nicht derart einstellen, um höher als der verringerte Zielheizwert (Qt) zu sein, bis der Aufwärmbetrieb abgeschlossen ist.
  3. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs, die Steuerungseinheit (62) ein Verhältnis (OMP) zwischen dem Ausgangsstrom, der notwendig ist, um es dem Brennstoffzellenstapel (20) zu erlauben Wärme mit dem Zielheizwert (Qt) zu erzeugen, und einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (20) verwendet, wodurch der Ausgangsstrom angepasst wird, sodass eine Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels (20) eine vorbestimmte konstante Leistung (PL) ist, und, wenn die Überwachungseinheit (66) die anormale Brenngaserzeugung während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs erfasst, die Steuerungseinheit (62) den Ausgangsstrom auf einen post-Änderungs-Zielstromwert (It) verringern, der unter Verwendung des Verhältnisses (OPM) von der konstanten Leistung (PL) und einem post-Änderungs-Heizwert bestimmt wird, um den Zielheizwert (Qt) zu verringern.
  4. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 3, das Brennstoffzellensystem (10) ferner mit: einem Spannungssensor (91), der dazu eingerichtet ist, um die Ausgangsspannung zu messen, wobei, während einem Ausführen des Aufwärmbetriebs, die Steuerungseinheit (62) ferner eine Transientensteuerung ausführt, wobei die Transientensteuerung den Ausgangsstrom auf einen Bypass-Stromwert (Ip) verringert, der niedriger als der post-Änderungs-Zielstromwert (It) ist, und den Ausgangsstrom dann auf den post-Änderungs-Zielstromwert (It) erhöht, und bei der Transientensteuerung, wenn ein durch den Spannungssensor (91) gemessener Messwert niedriger als ein vorbestimmter Grenzwert (Va) ist, während der Ausgangsstrom von dem Bypass-Stromwert (Ip) auf den post-Änderungs-Zielstromwert erhöht wird, die Steuerungseinheit (62) eine Standby-Steuerung ausführt, um einen Strombefehlswert, der in den Stromsteuerungskreis (95) eingegeben wird, konstant zu halten.
  5. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerungseinheit (62) ein stöchiometrisches Verhältnis des Oxidationsgases in dem Aufwärmbetrieb verringert, um geringer als jenes zu sein, wenn der Brennstoffzellenstapel (20) in einem Normalbetrieb ist.
  6. Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems (10) mit einem Brennstoffzellenstapel (20), wobei das Steuerungsverfahren die Schritte umfasst: den Brennstoffzellenstapel (20) dazu zu bringen, mit der Stromerzeugung zu starten, indem Oxidationsgas zu einer Kathode des Brennstoffzellenstapels (20) geführt wird und Brenngas zu einer Anode des Brennstoffzellenstapels (20) geführt wird; Starten eines Aufwärmbetriebs, um es dem Brennstoffzellenstapel (20) zu erlauben, Wärme mit einem vorbestimmten Zielheizwert (Qt) des Brennstoffzellenstapels (20) zu erzeugen; und während einem Ausführen eines Aufwärmbetriebs, wenn das Brenngas in der Kathode höher als in einer vorbestimmten zulässigen Menge vorhanden ist, Verringern des Zielheizwerts (Qt) um den Ausgangsstrom zu verringern.
DE102021102853.1A 2020-02-19 2021-02-08 Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren davon Pending DE102021102853A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-026103 2020-02-19
JP2020026103A JP7298503B2 (ja) 2020-02-19 2020-02-19 燃料電池システムおよびその制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021102853A1 true DE102021102853A1 (de) 2021-08-19

Family

ID=77060999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021102853.1A Pending DE102021102853A1 (de) 2020-02-19 2021-02-08 Brennstoffzellensystem und Steuerungsverfahren davon

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11424463B2 (de)
JP (1) JP7298503B2 (de)
CN (1) CN113285105B (de)
DE (1) DE102021102853A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116908240A (zh) * 2023-07-06 2023-10-20 浙江省计量科学研究院 一种基于燃料电池的热值测量装置及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100061960A1 (en) 2008-07-18 2010-03-11 Franz Ulrich Schmitz Amido Anti-Viral Compounds, Compositions, And Methods Of Use

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000036313A (ja) * 1998-07-21 2000-02-02 Mitsubishi Electric Corp りん酸型燃料電池発電装置
JP2004030979A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Equos Research Co Ltd 燃料電池システム
JP2010061960A (ja) 2008-09-03 2010-03-18 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池制御方法
CN102473938B (zh) * 2009-07-30 2014-12-17 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
JP5576902B2 (ja) * 2012-06-27 2014-08-20 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
JP6187774B2 (ja) * 2014-11-14 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転制御方法
JP6547730B2 (ja) * 2016-12-09 2019-07-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR20180130685A (ko) * 2017-05-30 2018-12-10 현대자동차주식회사 연료전지 운전 제어 방법
JP2019145433A (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100061960A1 (en) 2008-07-18 2010-03-11 Franz Ulrich Schmitz Amido Anti-Viral Compounds, Compositions, And Methods Of Use

Also Published As

Publication number Publication date
CN113285105B (zh) 2024-02-02
CN113285105A (zh) 2021-08-20
JP7298503B2 (ja) 2023-06-27
JP2021131965A (ja) 2021-09-09
US11424463B2 (en) 2022-08-23
US20210257635A1 (en) 2021-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005002320B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Beurteilung eines Fehlers eines Brennstoffzellensystems
DE112006002715B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge und Verfahren zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge
DE60316596T2 (de) Brennstoffzellensystem
DE102015119005B4 (de) Leistungsversorgungssystem mit einer Brennstoffzelle
DE102015119442B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für Brennstoffzellensystem
DE112008001357T9 (de) Brennstoffzellensystem
DE102011083327A1 (de) Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems
DE112009004990B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren beim Starten des Brennstoffzellensystems
DE102016110620A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102016110932A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008001877B4 (de) Brennstoffzellensystem und dessen Verwendung
DE112007002344B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102015117526A1 (de) Strömungsverfahren für Kühlmittel in einem Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem
DE112008000334T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102016111219B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112004002279T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben
DE112007002394T5 (de) Brennstoffzellensystem und sein Betriebsverfahren
DE112006002855T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Einstellung seiner Temperatur
DE102015119012A1 (de) Brennstoffzellensystem und Betriebssteuerverfahren hierfür
DE112005000767T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102013211913A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102018100942A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE102016106795A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102019119970A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102019131079A1 (de) Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed