DE102022104836A1

DE102022104836A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102022104836A1
Application number: DE102022104836.5A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Matsusue
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2022-09-08
Also published as: JP7435504B2; JP2022134847A; CN115020752A; US20220285703A1; US11742499B2

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das so konfiguriert ist, dass eine falsche Beurteilung von Querleckagen reduziert wird. Ein Brennstoffzellensystem, bei dem der Controller den Antrieb des Oxidationsgaslieferanten steuert und einen Öffnungsgrad des Bypassventils steuert; wobei der Controller aus der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases, die von dem Wasserstoffkonzentrationssensor gemessen wird, bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht; wobei der Controller, wenn die von dem Wasserstoffkonzentrationssensor gemessene Wasserstoffkonzentration des Oxidationsabgases gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bestimmt, dass eine Querleckage aufgetreten ist; wobei der Controller vorab eine erste Datengruppe speichert, die eine Beziehung zwischen der Durchflussmenge des Oxidationsgases, dem Öffnungsgrad des Bypassventils und der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases anzeigt; und wobei der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, variiert, indem er die Durchflussmenge des Oxidationsgases, die von dem Oxidationsgasdurchflussmengensensor gemessen wird, und den Öffnungsgrad des Bypassventils mit der ersten Datengruppe vergleicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
HINTERGRUND
Eine Brennstoffzelle (BZ) ist eine Leistungs- bzw. Stromerzeugungsvorrichtung, die elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Brenngas (z. B. Wasserstoff) und Oxidationsgas (z. B. Sauerstoff) in einer einzelnen Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstapel (im Folgenden als „Stapel“ bezeichnet) erzeugt, der aus gestapelten Brennstoffzelleneinheiten (im Folgenden als „Zelle“ bezeichnet) besteht. In vielen Fällen sind das Brenngas und das Oxidationsgas, die der Brennstoffzelle zugeführt werden, Gemische mit Gasen, die nicht zur Oxidation und Reduktion beitragen. Insbesondere ist das Oxidationsgas oft sauerstoffhaltige Luft.
Im Folgenden werden Brenngas und Oxidationsgas zusammenfassend und einfach als „Reaktionsgas“ oder „Gas“ bezeichnet. Auch können eine einzelne Brennstoffzelleneinheit und ein Brennstoffzellenstapel, der aus gestapelten Zelleneinheiten besteht, als „Brennstoffzelle“ bezeichnet werden.
Im Allgemeinen umfasst die Brennstoffzelleneinheit eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA).
Die Membran-Elektroden-Anordnung ist so aufgebaut, dass eine Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht (oder GDL, im Folgenden einfach als „Diffusionsschicht“ bezeichnet) nacheinander auf beiden Oberflächen einer Festpolymerelektrolytmembran (im Folgenden einfach als „Elektrolytmembran“ bezeichnet) ausgebildet sind.
Dementsprechend kann die Membran-Elektroden-Anordnung als „Membran-Elektroden-Gasdiffusionsschicht-Anordnung“ (MEGA) bezeichnet werden.
Je nach Bedarf umfasst die Brennstoffzelleneinheit zwei Separatoren, die beide Seiten der Membran-Elektroden-Gasdiffusionsschicht-Anordnung sandwichartig umfassen. Im Allgemeinen sind die Separatoren so aufgebaut, dass auf einer Oberfläche, die in Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht steht, eine Nut als Reaktionsgasströmungsweg gebildet ist. Die Separatoren sind elektrisch leitfähig und fungieren als Kollektor für die erzeugte Elektrizität.
In der Brennstoffelektrode (Anode) der Brennstoffzelle wird Wasserstoff (H₂) als Brenngas, das aus dem Gasströmungsweg und der Gasdiffusionsschicht zugeführt wird, durch die katalytische Wirkung der Katalysatorschicht protoniert, und der protonierte Wasserstoff gelangt durch die Elektrolytmembran zur Oxidationselektrode (Kathode). Gleichzeitig wird ein Elektron erzeugt, das durch einen externen Stromkreis fließt, Arbeit verrichtet und dann zur Kathode geht. Der Sauerstoff (O₂), der der Kathode als Oxidationsgas zugeführt wird, reagiert mit Protonen und Elektronen in der Katalysatorschicht der Kathode und erzeugt dabei Wasser. Das erzeugte Wasser gibt eine angemessene Feuchtigkeit an die Elektrolytmembran ab, und überschüssiges Wasser dringt in die Gasdiffusionsschicht ein und wird dann nach außen abgeleitet.
Es wurden verschiedene Studien zu Brennstoffzellensystemen durchgeführt, die für den Einbau und die Verwendung in Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (im Folgenden als „Fahrzeug“ bezeichnet) konfiguriert sind.
In der Patentliteratur 1 wird beispielsweise ein Brennstoffzellensystem beschrieben, das einen Wasserstoffsensor, der in einem Kathodenabgaskanal installiert ist, vor einer Vergiftung durch Silizium oder dergleichen schützt.
Patentliteratur 2 offenbart ein Gasdetektionsverfahren, das die Verschlechterung eines Gassensors, wie z. B. eine Verringerung der Empfindlichkeit, unterdrückt und gleichzeitig die gewünschte Detektionsgenauigkeit eines zu detektierenden Gases beibehält.
In der Patentliteratur 3 wird eine Vorrichtung zur Erkennung von Anomalien in einer Brennstoffzelle offenbart, die das Auftreten von Querleckagen präzise erkennen kann.

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung JP 2013 - 196 905 A
Patentliteratur 2: Japanische Patentanmeldung JP 2004 - 020 330 A
Patentliteratur 3: Japanische Patentanmeldung JP 2006 - 253 096 A

Es ist erwünscht, eine Technik für ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, die eine sogenannte Querleckage, bei der ein wasserstoffhaltiges Brenngas in eine Elektrolytmembran eindringt, korrekt erfasst.
In der Patentliteratur 1 kann das Anhaften von Verunreinigungen an dem Wasserstoffkonzentrationssensor durch Verdünnen des Kathodenabgases mit Frischluft, die die Brennstoffzelle umgangen hat, reduziert werden. Wenn jedoch die der Brennstoffzelle zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der für die Brennstoffzelle erforderlichen Leistung variiert, variiert auch die Menge der Frischluft zur Verdünnung des Kathodenabgases. Dementsprechend schwankt die Konzentration des Sauerstoffs, der in dem mit der Luft verdünnten Kathodenabgas enthalten ist, und kann zu einer Schwankung bei der Erkennung der Wasserstoffkonzentration und zu einem Fehler bei der Bestimmung führen, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht. Wird festgestellt, dass eine Querleckage vorliegt, wird das Fahrzeug angehalten, da die Möglichkeit eines Wasserstoffaustritts besteht. Selbst wenn tatsächlich keine Querleckage vorhanden ist, kann es, wenn fälschlicherweise festgestellt wird, dass eine Querleckage vorhanden ist, zu Unannehmlichkeiten für den Benutzer kommen, z. B. durch unnötiges Anhalten des Fahrzeugs.
KURZFASSUNG
Die offenbarten Ausführungsformen wurden unter Berücksichtigung der oben genannten Umstände entwickelt. Eine Aufgabe der offenbarten Ausführungsformen ist es, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, das so konfiguriert ist, dass es eine falsche Beurteilung von Querleckagen reduziert.
In einer ersten Ausführungsform wird ein Brennstoffzellensystem bereitgestellt, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist:

eine Brennstoffzelle,
einen Oxidationsgaslieferanten zur Versorgung der Brennstoffzelle mit Oxidationsgas,
einen Oxidationsgaszufuhrströmungsweg, der den Oxidationsgaslieferanten und einen Oxidationsgaseinlass der Brennstoffzelle verbindet,
einen Oxidationsgasdurchflussmengensensor, der in dem Oxidationsgaszufuhrströmungsweg angeordnet ist,
einen Oxidationsgasabgasablassströmungsweg, der es ermöglicht, dass Oxidationsgasabgas von einem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle nach außen abgeleitet wird,
einen Oxidationsgasbypassströmungsweg, der von dem Oxidationsgaszufuhrströmungsweg abzweigt, die Brennstoffzelle umgeht und einen Zweig des Oxidationsgaszufuhrströmungswegs mit einer ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs verbindet,
ein Bypassventil, das in dem Oxidationsgasbypassströmungsweg angeordnet ist,
einen Wasserstoffkonzentrationssensor, der stromabwärts von der ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet ist, und
einen Controller,
wobei der Controller den Antrieb des Oxidationsgaslieferanten steuert und einen Öffnungsgrad des Bypassventils steuert;
wobei der Controller aus der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases, die von dem Wasserstoffkonzentrationssensor gemessen wird, bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht;
wobei der Controller, wenn die von dem Wasserstoffkonzentrationssensor gemessene Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bestimmt, dass eine Querleckage aufgetreten ist;
wobei der Controller vorab eine erste Datengruppe speichert, die eine Beziehung zwischen der Durchflussmenge des Oxidationsgases, dem Öffnungsgrad des Bypassventils und der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases anzeigt; und
wobei der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, variiert, indem er die Durchflussmenge des Oxidationsgases, die von dem Oxidationsgasdurchflussmengensensor gemessen wird, und den Öffnungsgrad des Bypassventils mit der ersten Datengruppe vergleicht.

Das Brennstoffzellensystem kann ferner einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Brennstoffzelle aufweisen;

der Oxidationsgaslieferant kann ein Luftkompressor sein;
der Controller kann vorab eine zweite Datengruppe speichern, die eine Beziehung zwischen einer Drehzahl des Luftkompressors, der Temperatur der Brennstoffzelle und der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases anzeigt; und
der Controller kann, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, variieren, indem er die Drehzahl des Luftkompressors und die Temperatur der Brennstoffzelle, die vom Temperatursensor gemessen wird, mit der zweiten Datengruppe vergleicht.

Das Brennstoffzellensystem kann ferner aufweisen:

einen Brenngaslieferanten zur Versorgung der Brennstoffzelle mit Brenngas einen Brenngaszufuhrströmungsweg, der einen Brenngaseinlass der Brennstoffzelle und den Brenngaslieferanten verbindet.
einen Ejektor, der in dem Brenngaszufuhrströmungsweg angeordnet ist,
einen Brenngasabgasablassströmungsweg zum Abführen des von einem Brenngasauslass der Brennstoffzelle abgegebenen Brenngasabgases aus dem Brennstoffzellensystem nach außen,
einen Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der in dem Brenngasabgasablassströmungsweg angeordnet ist,
ein Entlüftungs- und Ablassventil, das stromabwärts von dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider des Brenngasabgasablassströmungswegs angeordnet ist, und
einen Zirkulationsströmungsweg, der den Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider und den Ejektor verbindet;
der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg kann stromabwärts von der ersten Verzweigung eine zweite Verzweigung enthalten, an der der Brenngasabgasablassströmungsweg in den Oxidationsgasabgasablassströmungsweg mündet; und
der Wasserstoffkonzentrationssensor kann in einem Bereich zwischen der ersten und der zweiten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet sein.

Das Brennstoffzellensystem kann ferner aufweisen:

einen Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der stromaufwärts von der ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet ist, und
einen Wasserablassströmungsweg, der es ermöglicht, flüssiges Wasser aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abzulassen.

Bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, kann der Controller bestimmen, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht;

wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf einen zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellen, der größer ist als ein erster Konzentrationsschwellenwert C1; und
wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.

bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, kann der Controller bestimmen, ob die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als ein optimaler vorbestimmter Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist oder nicht;
wenn der Controller bestimmt, dass die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle den optimalen vorbestimmten Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle überschreitet, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen;
wenn der Controller bestimmt, dass die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der optimale vorbestimmte Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist, kann der Controller bestimmen, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht;
wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellen; und
wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.

Das Brennstoffzellensystem kann ferner einen Stromsensor zur Erfassung eines Stromwertes der Brennstoffzelle aufweisen;

bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, kann der Controller bestimmen, ob der von dem Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Stromschwellenwert ist oder nicht;
wenn der Controller bestimmt, dass der vom Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle den vorbestimmten Stromschwellenwert überschreitet, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen;
wenn der Controller bestimmt, dass der von dem Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der vorbestimmte Stromschwellenwert ist, kann der Controller bestimmen, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht;
wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellen; und
wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.

Gemäß dem Brennstoffzellensystem der offenbarten Ausführungsformen wird eine falsche Beurteilung von Querleckagen reduziert.
Figurenliste
In den beigefügten Zeichnungen zeigt:

1 ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Beispiels des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen;
2 ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines anderen Beispiels des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen;
3 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Steuerung des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht; und
4 ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für die Steuerung des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Brennstoffzellensystem der offenbarten Ausführungsformen ist ein Brennstoffzellensystem, das aufweist:

Das Brennstoffzellensystem der offenbarten Ausführungsformen variiert die Empfindlichkeit des Wasserstoffkonzentrationssensors, d. h. den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert zur Bestimmung einer Querleckage, in Abhängigkeit von der Menge an Frischluft, die die Brennstoffzelle umgangen hat. Genauer gesagt wird die Empfindlichkeit des Wasserstoffkonzentrationssensors verringert und der Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert für die Bestimmung einer Querleckage erhöht, wenn die Frischluftmenge zunimmt und die Möglichkeit besteht, dass der Fehler bei der Erkennung der Wasserstoffkonzentration zunimmt.
In den offenbarten Ausführungsformen ist der Wasserstoffkonzentrationssensor zum Erfassen der Perforation der Elektrolytmembran, die eine Ursache für eine Querleckage ist, unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung einer falschen Querleckagebeurteilung nach dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Separator des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs, nach der Verbindung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs mit dem Oxidationsgasbypassströmungsweg und vor der Verbindung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs mit dem Brenngasabgasablassströmungsweg angeordnet. Die Erkennungsschwelle wird entsprechend der Größe der Durchflussmenge des Oxidationsgasbypassströmungswegs geändert.
In den offenbarten Ausführungsformen werden das Brenngas und das Oxidationsgas zusammen als „Reaktionsgas“ bezeichnet. Das der Anode zugeführte Reaktionsgas ist das Brenngas, und das der Kathode zugeführte Reaktionsgas ist das Oxidationsgas. Das Brenngas ist ein Gas, das hauptsächlich Wasserstoff enthält, und kann Wasserstoff sein. Das Oxidationsgas kann Sauerstoff, Luft, trockene Luft oder ähnliches sein.
Im Allgemeinen wird das Brennstoffzellensystem der offenbarten Ausführungsformen in einem Fahrzeug installiert und verwendet, das einen Motor als Antriebsquelle enthält.
Das Brennstoffzellensystem der offenbarten Ausführungsformen kann in ein Fahrzeug eingebaut und verwendet werden, das mit der Leistung einer Sekundärzelle betrieben werden kann.
Der Motor ist nicht besonders beschränkt und kann ein herkömmlicher Antriebsmotor sein.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug handeln.
Das Fahrzeug kann das Brennstoffzellensystem der offenbarten Ausführungsformen umfassen.
Das Brennstoffzellensystem der offenbarten Ausführungsformen umfasst die Brennstoffzelle.
Die Brennstoffzelle kann eine Brennstoffzelle sein, die aus nur einer Brennstoffzelleneinheit besteht, oder sie kann ein Brennstoffzellenstapel sein, der aus gestapelten Brennstoffzelleneinheiten besteht.
Die Anzahl der gestapelten Brennstoffzelleneinheiten ist nicht besonders begrenzt. Beispielsweise können 2 bis mehrere hundert Brennstoffzelleneinheiten gestapelt werden, oder 2 bis 200 Brennstoffzelleneinheiten können gestapelt werden.
Der Brennstoffzellenstapel kann eine Endplatte an beiden in Stapelrichtung liegenden Enden jeder Brennstoffzelleneinheit aufweisen.
Jede Brennstoffzelleneinheit umfasst mindestens eine Membran-Elektroden-Gasdiffusionsschicht-Anordnung.
Die Membran-Elektroden-Gasdiffusionsschicht-Anordnung umfasst eine anodenseitige Gasdiffusionsschicht, eine Anodenkatalysatorschicht, eine Elektrolytmembran, eine Kathodenkatalysatorschicht und eine kathodenseitige Gasdiffusionsschicht in dieser Reihenfolge.
Die Kathode (Oxidationselektrode) umfasst die Kathodenkatalysatorschicht und die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht.
Die Anode (Brennstoffelektrode) umfasst die Anodenkatalysatorschicht und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht.
Die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht werden zusammen als „Katalysatorschicht“ bezeichnet. Als Anodenkatalysator und Kathodenkatalysator kommen beispielsweise Platin (Pt) und Ruthenium (Ru) in Frage, sind aber hierauf nicht beschränkt. Als Katalysatorträgermaterial und leitfähiges Material wird beispielsweise ein kohlenstoffhaltiges Material wie Kohlenstoff verwendet, ist aber hierauf nicht beschränkt.
Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht werden zusammen als „Gasdiffusionsschicht“ bezeichnet.
Die Gasdiffusionsschicht kann ein gasdurchlässiges, elektrisch leitendes Element oder ähnliches sein.
Als elektrisch leitendes Element wird beispielsweise ein poröses Kohlenstoffmaterial wie Kohlenstoffgewebe und Kohlenstoffpapier und ein poröses Metallmaterial wie Metallgewebe und Metallschaum verwendet, ist aber hierauf nicht beschränkt.
Die Elektrolytmembran kann eine Festpolymerelektrolytmembran sein. Als Festpolymerelektrolytmembranen wird beispielsweise eine Kohlenwasserstoff-Elektrolytmembran und eine Fluorelektrolytmembran wie eine dünne, feuchtigkeitshaltige Perfluorsulfonsäuremembran verwendet, ist aber hierauf nicht beschränkt. Die Elektrolytmembran kann z. B. eine Nafion-Membran (hergestellt von DuPont Co., Ltd.) sein.
Je nach Bedarf kann jede Brennstoffzelleneinheit zwei Separatoren enthalten, die beide Seiten der Membran-Elektroden-Gasdiffusionsschicht-Anordnung sandwichartig umgeben. Einer der beiden Separatoren ist ein anodenseitiger Separator, der andere ein kathodenseitiger Separator. In den dargestellten Ausführungsformen werden der anodenseitige Separator und der kathodenseitige Separator zusammen als „Separator“ bezeichnet.
Der Separator kann Zufuhr- und Ablassöffnungen aufweisen, durch die das Reaktionsgas und Kältemittel in Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheit strömen können. Als Kältemittel kann z. B. eine gemischte Lösung aus Ethylenglykol und Wasser verwendet werden, um ein Gefrieren bei niedrigen Temperaturen zu verhindern.
Als Zufuhröffnung können beispielsweise eine Brenngaszufuhröffnung, eine Oxidationsgaszufuhröffnung und eine Kältemittelzufuhröffnung verwendet werden, sind aber hierauf nicht beschränkt.
Als Ablassöffnung können beispielsweise eine Brenngasablassöffnung, eine Oxidationsgasablassöffnung und eine Kältemittelablassöffnung verwendet werden, sind aber hierauf nicht beschränkt.
Der Separator kann eine oder mehrere Brenngaszufuhröffnungen, eine oder mehrere Oxidationsgaszufuhröffnungen, eine oder mehrere Kältemittelzufuhröffnungen, eine oder mehrere Brenngasablassöffnungen, eine oder mehrere Oxidationsgasablassöffnungen und eine oder mehrere Kältemittelablassöffnungen aufweisen.
Der Separator kann einen Reaktionsgasströmungsweg auf einer mit der Gasdiffusionsschicht in Kontakt stehenden Oberfläche aufweisen. Außerdem kann der Separator auf der Oberfläche, die der mit der Gasdiffusionsschicht in Kontakt stehenden Oberfläche gegenüberliegt, einen Kältemittelströmungsweg aufweisen, um die Temperatur der Brennstoffzelle konstant zu halten.
Wenn es sich bei dem Separator um den anodenseitigen Separator handelt, kann er eine oder mehrere Brenngaszufuhröffnungen, eine oder mehrere Oxidationsgaszufuhröffnungen, eine oder mehrere Kältemittelzufuhröffnungen, eine oder mehrere Brenngasablassöffnungen, eine oder mehrere Oxidationsgasablassöffnungen und eine oder mehrere Kältemittelablassöffnungen umfassen. Der anodenseitige Separator kann auf der Oberfläche, die mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht in Kontakt steht, einen Brenngasströmungsweg aufweisen, der es dem Brenngas ermöglicht, von der Brenngaszufuhröffnung zur Brenngasablassöffnung zu strömen. Der anodenseitige Separator kann auf der Oberfläche, die mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht in Kontakt steht, einen Kältemittelströmungsweg aufweisen, der es dem Kältemittel ermöglicht, von der Kältemittelzufuhröffnung zur Kältemittelablassöffnung zu strömen.
Wenn es sich bei dem Separator um den kathodenseitigen Separator handelt, kann er eine oder mehrere Brenngaszufuhröffnungen, eine oder mehrere Oxidationsgaszufuhröffnungen, eine oder mehrere Kältemittelzufuhröffnungen, eine oder mehrere Brenngasablassöffnungen, eine oder mehrere Oxidationsgasablassöffnungen und eine oder mehrere Kältemittelablassöffnungen umfassen. Der kathodenseitige Separator kann auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht steht, einen Oxidationsgasströmungsweg aufweisen, der es dem Oxidationsgas ermöglicht, von der Oxidationsgaszufuhröffnung zur Oxidationsgasablassöffnung zu strömen. Der kathodenseitige Separator kann auf der Oberfläche, die mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht in Kontakt steht, einen Kältemittelströmungsweg aufweisen, der es dem Kältemittel ermöglicht, von der Kältemittelzufuhröffnung zur Kältemittelablassöffnung zu strömen.
Der Separator kann ein gasundurchlässiges, elektrisch leitendes Element oder ähnliches sein. Zu den nicht beschränkenden Beispielen für das elektrisch leitende Element gehören gasundurchlässiger, dichter Kohlenstoff, der durch Kohlenstoffverdichtung gewonnen wird, und eine Metallplatte (wie eine Eisenplatte, eine Aluminiumplatte und eine Edelstahlplatte), die durch Pressformen gewonnen wird. Der Separator kann als Sammler fungieren.
Der Brennstoffzellenstapel kann einen Verteiler umfassen, z. B. einen Einlassverteiler, der zwischen den Zufuhröffnungen kommuniziert, und einen Auslassverteiler, der zwischen den Ablassöffnungen kommuniziert.
Nicht beschränkende Beispiele für den Einlassverteiler sind ein Anodeneinlassverteiler, ein Kathodeneinlassverteiler und ein Kältemitteleinlassverteiler.
Nicht beschränkende Beispiele für den Auslassverteiler sind ein Anodenauslassverteiler, ein Kathodenauslassverteiler und ein Kältemittelauslassverteiler.
Als Oxidationsgassystem der Brennstoffzelle kann das Brennstoffzellensystem einen Oxidationsgaslieferanten, einen Oxidationsgaszufuhrströmungsweg, einen Oxidationsgasdurchflussmengensensor, einen Oxidationsgasabgasablassströmungsweg, einen Oxidationsgasbypassströmungsweg, ein Bypassventil, einen Wasserstoffkonzentrationssensor und einen Controller umfassen.
Der Oxidationsgaslieferant liefert das Oxidationsgas an die Brennstoffzelle. Genauer gesagt, liefert der Oxidationsgaslieferant das Oxidationsgas an die Kathode der Brennstoffzelle.
Als Oxidationsgaslieferant kann z. B. ein Luftkompressor verwendet werden.
Der Oxidationsgaslieferant ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Der Oxidationsgaslieferant wird entsprechend einem Steuersignal vom Controller gesteuert. Mindestens einer der Parameter, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus der Durchflussmenge und dem Druck des von dem Oxidationsgaslieferant zur Kathode gelieferten Oxidationsgases besteht, kann von dem Controller gesteuert werden.
Der Oxidationsgaszufuhrströmungsweg verbindet den Oxidationsgaslieferanten und den Oxidationsgaseinlass der Brennstoffzelle. Der Oxidationsgaszufuhrströmungsweg ermöglicht die Zufuhr des Oxidationsgases vom Oxidationsgaslieferanten zur Kathode der Brennstoffzelle. Der Oxidationsgaseinlass kann die Oxidationsgaszufuhröffnung, der Kathodeneinlassverteiler oder ähnliches sein.
Der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg ist mit dem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle verbunden. Über den Oxidationsgasabgasablassströmungsweg kann das Oxidationsgasabgas, das aus dem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle abgeleitet wird, nach außen abgeleitet werden. Bei dem Oxidationsgasauslass kann es sich um die Oxidationsgasablassöffnung, den Kathodenauslassverteiler oder ähnliches handeln.
Der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg kann die erste Verzweigung umfassen, an der der Oxidationsgasbypassströmungsweg in den Oxidationsgasabgasablassströmungsweg mündet.
Der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg kann stromabwärts der ersten Verzweigung die zweite Verzweigung enthalten, an der der Brenngasabgasablassströmungsweg in den Oxidationsgasabgasablassströmungsweg mündet.
Der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg kann mit einem Oxidationsgasdruckregelventil versehen sein.
Das Oxidationsgasdruckregelventil ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Durch Öffnen des Oxidationsgasdruckregelventils durch den Controller wird das Oxidationsgasabgas, das das umgesetzte Oxidationsgas ist, aus dem Oxidationsgasabgasablassströmungsweg nach außen abgeleitet. Der Druck des der Kathode zugeführten Oxidationsgases (Kathodendruck) kann durch Steuern des Öffnungsgrads des Oxidationsgasdruckregelventils geregelt werden.
Der Oxidationsgasbypassströmungsweg zweigt vom Oxidationsgaszufuhrströmungsweg ab, umgeht die Brennstoffzelle und verbindet den Zweig des Oxidationsgaszufuhrströmungswegs mit der ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs.
Das Bypassventil ist im Oxidationsgasbypassströmungsweg angeordnet.
Das Bypassventil ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Durch Öffnen des Bypassventils durch den Controller kann das Oxidationsgas, wenn die Zufuhr des Oxidationsgases zur Brennstoffzelle nicht erforderlich ist, die Brennstoffzelle umgehen und aus dem Oxidationsgasabgasablassströmungsweg nach außen abgeleitet werden.
Der Oxidationsgasdurchflussmengensensor ist im Oxidationsgaszufuhrströmungsweg angeordnet.
Der Oxidationsgasdurchflussmengensensor erfasst die Durchflussmenge des Oxidationsgases im Oxidationsgassystem. Der Oxidationsgasdurchflussmengensensor ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Der Controller kann die Drehzahl des Luftkompressors anhand der vom Oxidationsgasdurchflussmengensensor erfassten Gasmenge schätzen. Der Oxidationsgasdurchflussmengensensor kann stromaufwärts vom Oxidationsgaslieferanten des Oxidationsgaszufuhrströmungswegs angeordnet sein.
Als Oxidationsgasdurchflussmengensensor kann ein herkömmlicher Durchflussmengenmesser oder ähnliches verwendet werden.
Der Wasserstoffkonzentrationssensor ist stromabwärts von der ersten Abzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet.
Der Wasserstoffkonzentrationssensor erfasst die Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases. Der Wasserstoffkonzentrationssensor ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Der Controller bestimmt anhand der vom Wasserstoffkonzentrationssensor erfassten Wasserstoffkonzentration, ob eine Querleckage vorliegt oder nicht.
Wenn der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg stromabwärts von der ersten Verzweigung die zweite Verzweigung enthält, an der der Brenngasabgasablassströmungsweg in den Oxidationsgasabgasablassströmungsweg mündet, kann der Wasserstoffkonzentrationssensor in einem Bereich angeordnet sein, der stromabwärts von der ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs und stromaufwärts von der zweiten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs liegt.
Als Wasserstoffkonzentrationssensor kann ein herkömmlich bekannter Konzentrationsmesser oder ähnliches verwendet werden.
Wenn der Wasserstoffkonzentrationssensor angeordnet ist, nachdem der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg in den Brenngasabgasablassströmungsweg mündet, steigt die Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases zum Zeitpunkt des Öffnens des Entlüftungs- und Ablassventils der Anode.
Wenn beispielsweise die Luftumleitung zunimmt, um den aus dem Entlüftungs- und Auslassventil ausgestoßenen Wasserstoff zu verdünnen, und wenn die Luftumleitung zunimmt, um den Anlaufbereich des Luftkompressors (ACP) zu vermeiden, nimmt die Sauerstoffkonzentration zu; die Schwankungen bei der Messung der Wasserstoffkonzentration nehmen zu; und es besteht die Möglichkeit, dass die Messung im schlimmsten Fall unmöglich wird.
Dementsprechend können durch die Anordnung des Wasserstoffkonzentrationssensors vor der Einmündung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs in den Brenngasabgasablassströmungsweg Störungen unterdrückt werden, und eine Querleckage kann konstant mit hoher Genauigkeit erkannt werden.
Das Brennstoffzellensystem kann ferner den Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider und den Wasserablassströmungsweg umfassen.
Der Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider ist stromaufwärts von der ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet. Der Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider kann das Anhaften von Wasser an Komponenten unterdrücken, die sich im Oxidationsgasabgasablassströmungsweg befinden, wie z. B. der Wasserstoffkonzentrationssensor und das Oxidationsgasdruckregelventil.
Der Wasserablassströmungsweg verzweigt sich vom Oxidationsgasabgasablassströmungsweg durch den Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, damit flüssiges Wasser aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt werden kann. Ein Wasserablassventil kann im Wasserablassströmungsweg angeordnet sein. Das Wasserablassventil ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Durch Öffnen des Wasserablassventils durch den Controller wird das flüssige Wasser aus dem Wasserablassströmungsweg nach außen abgeleitet. Der Wasserablassströmungsweg kann sich stromabwärts des Wasserstoffkonzentrationssensors des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs mit dem Oxidationsgasabgasablassströmungsweg verbinden.
Wenn der Wasserstoffkonzentrationssensor im Oxidationsgasabgasablassströmungsweg verwendet wird, um die Perforation der Elektrolytmembran zu erkennen, die eine Ursache für Querleckagen ist, und wenn der Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider nicht im Oxidationsgasabgasablassströmungsweg angeordnet ist, schwanken die Ergebnisse der Wasserstoffkonzentrationsmessung aufgrund von überschüssigem Wasser im Oxidationsgasabgas stark, und es besteht die Möglichkeit, dass die Messung im schlimmsten Fall unmöglich wird.
Dementsprechend kann durch die Anordnung des Wasserstoffkonzentrationssensors nach dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider der Einfluss von Wasser eliminiert und die Messgenauigkeit erhöht werden.
Das Brennstoffzellensystem kann einen Befeuchter enthalten.
Der Befeuchter verbindet einen Bereich des Oxidationsgaszufuhrströmungswegs, der ein Bereich stromabwärts des Oxidationsgaslieferanten ist, und einen Bereich des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs, der ein Bereich stromabwärts des Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders ist. Der Befeuchter gewinnt den aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeleiteten Wasserdampf zurück, leitet den Wasserdampf in den Oxidationsgaszufuhrströmungsweg und regelt die Feuchtigkeit des Oxidationsgases.
Das Brennstoffzellensystem kann einen Stromsensor enthalten.
Der Stromsensor erfasst den Strom der Brennstoffzelle. Der Stromsensor ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Der Controller kann den Öffnungsgrad des Bypassventils anhand des vom Stromsensor erfassten Stroms schätzen. Die Position des Stromsensors ist nicht besonders begrenzt, solange er den Strom der Brennstoffzelle erfassen kann.
Als Stromsensor kann ein herkömmlich bekanntes Amperemeter oder ähnliches verwendet werden.
Das Brennstoffzellensystem kann einen Temperatursensor enthalten.
Der Temperatursensor erfasst die Temperatur der Brennstoffzelle. Die Temperatur der Brennstoffzelle kann die Temperatur des Kältemittels sein, das durch die Brennstoffzelle fließt. Der Temperatursensor ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Die Position des Temperatursensors ist nicht besonders begrenzt, solange er die Temperatur der Brennstoffzelle erfassen kann.
Als Temperatursensor kann ein handelsübliches Thermometer oder ähnliches verwendet werden.
Das Brennstoffzellensystem kann als Brenngassystem der Brennstoffzelle den Brenngaslieferanten, den Brenngaszufuhrströmungsweg, den Ejektor, den Brenngasabgasablassströmungsweg, den Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, das Entlüftungs- und Ablassventil und den Zirkulationsströmungsweg umfassen.
Der Brenngaslieferant liefert das Brenngas an die Brennstoffzelle. Genauer gesagt, liefert der Brenngaslieferant das Brenngas an die Anode der Brennstoffzelle.
Als Brenngaslieferant kann z. B. ein Brennstofftank, wie ein Flüssigwasserstofftank oder ein Druckwasserstofftank, verwendet werden.
Der Brenngaslieferant ist elektrisch mit dem Controller verbunden. im Brenngaslieferant kann das EIN/AUS der Brenngaszufuhr zur Brennstoffzelle durch Steuerung des Öffnens und Schließens des Hauptabsperrventils des Brenngaslieferanten entsprechend einem Steuersignal des Controllers gesteuert werden.
Der Brenngaszufuhrströmungsweg verbindet den Brenngaseinlass der Brennstoffzelle und den Brenngaslieferanten. Über den Brenngaszufuhrströmungsweg kann das Brenngas der Anode der Brennstoffzelle zugeführt werden. Bei dem Brenngaseinlass kann es sich um die Brenngaszufuhröffnung, den Anodeneinlassverteiler oder ähnliches handeln.
Im Brenngaszufuhrströmungsweg kann der Ejektor angeordnet sein.
Beispielsweise kann der Ejektor an einer Kreuzung mit dem Zirkulationsströmungsweg auf dem Brenngaszufuhrströmungsweg angeordnet sein. Der Ejektor führt der Anode der Brennstoffzelle ein Mischgas zu, das das Brenngas und das Zirkulationsgas enthält. Als Ejektor kann ein herkömmlich bekannter Ejektor verwendet werden.
Über den Brenngasabgasablassströmungsweg wird das aus dem Brenngasauslass der Brennstoffzelle abfließende Brenngasabgas nach außen abgeführt. Bei dem Brenngasauslass kann es sich um die Brenngasablassöffnung, den Anodenauslassverteiler oder ähnliches handeln.
Der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider kann im Brenngasabgasablassströmungsweg angeordnet sein.
Der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider kann am Verzweigungspunkt des Brenngasabgasablassströmungswegs und des Zirkulationsströmungswegs angeordnet sein.
Der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider ist stromaufwärts des Entlüftungs- und Ablassventils des Brenngasabgasablassströmungswegs angeordnet.
Der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider trennt das im Brenngasabgas enthaltene Wasser und Brenngas, das aus dem Brenngasauslass abgeleitet wird. Dementsprechend kann das Brenngas als Zirkulationsgas in den Zirkulationsströmungsweg zurückgeführt werden, oder überflüssiges Gas, Wasser und ähnliches kann durch Öffnen des Entlüftungs- und Ablassventils des Brenngasablassströmungswegs nach außen abgeleitet werden. Darüber hinaus kann der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider die Strömung von überschüssigem Wasser in den Zirkulationsströmungsweg unterdrücken. Dementsprechend kann das Einfrieren der Umwälzpumpe oder ähnliches aufgrund des Wassers unterdrückt werden.
Das Entlüftungs- und Ablassventil (das Brenngasabgasablassventil) kann im Brenngasablassströmungsweg angeordnet sein. Das Entlüftungs- und Ablassventil ist stromabwärts des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders im Brenngasablassströmungsweg angeordnet.
Das Entlüftungs- und Ablassventil ermöglicht das Abführen von Abgas, Wasser und dergleichen nach außen (aus dem System). Dabei kann es sich um die Außenseite des Brennstoffzellensystems oder um die Außenseite des Fahrzeugs handeln.
Das Entlüftungs- und Ablassventil kann elektrisch mit dem Controller verbunden sein, und die Durchflussmenge des nach außen abgegebenen Brenngasabgases kann durch Steuern des Öffnens und Schließens des Entlüftungs- und Ablassventils durch den Controller gesteuert werden. Durch die Steuerung des Öffnungsgrads des Entlüftungs- und Ablassventils kann der Druck des der Anode der Brennstoffzelle zugeführten Brenngases (Anodendruck) geregelt werden.
Das Brenngasabgas kann das Brenngas enthalten, das die Anode ohne Reaktion passiert hat, sowie das an der Kathode erzeugte und der Anode zugeführte Wasser. In einigen Fällen enthält das Brenngasabgas korrodierte Substanzen, die in der Katalysatorschicht, der Elektrolytmembran oder ähnlichem entstanden sind, sowie das Oxidationsgas oder ähnliches, das der Anode während einer Spülung zugeführt werden kann.
Der Zirkulationsströmungsweg verbindet den Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider und den Ejektor.
Der Zirkulationsströmungsweg ermöglicht die Rückgewinnung des Brenngasabgases, d. h. des aus dem Brenngasauslass der Brennstoffzelle abgegebenen Brenngases, das der Brennstoffzelle als Zirkulationsgas zugeführt wird.
Der Zirkulationsströmungsweg kann von dem Brenngasablassströmungsweg durch den Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abzweigen und sich mit dem Ejektor verbinden, der in dem Brenngaszufuhrströmungsweg angeordnet ist, wodurch er sich mit dem Brenngaszufuhrströmungsweg vereinigt.
Die Umwälzpumpe kann im Zirkulationsströmungsweg angeordnet sein.
Die Umwälzpumpe zirkuliert das Brenngas als Zirkulationsgas. Die Umwälzpumpe kann elektrisch mit dem Controller verbunden sein, und die Durchflussmenge des Zirkulationsgases kann durch Steuerung des Ein- und Ausschaltens, der Drehzahl usw. der Umwälzpumpe durch den Controller gesteuert werden.
Das Brennstoffzellensystem kann einen Kältemittellieferanten und einen Kältemittelkreislauf als Kühlsystem der Brennstoffzelle umfassen.
Der Kältemittelkreislauf verbindet die in der Brennstoffzelle vorgesehenen Kältemittelzufuhr- und -ablassöffnungen und ermöglicht die Zirkulation des vom Kältemittellieferanten gelieferten Kältemittels in die und aus der der Brennstoffzelle.
Der Kältemittellieferant ist elektrisch mit dem Controller verbunden. Der Kältemittellieferant wird entsprechend einem Steuersignal des Controllers gesteuert. Die Durchflussmenge des vom Kältemittellieferanten zur Brennstoffzelle gelieferten Kältemittels wird vom Controller geregelt. Dadurch kann die Temperatur der Brennstoffzelle geregelt werden.
Als Kältemittellieferant kann beispielsweise eine Kühlwasserpumpe verwendet werden.
Der Kältemittelkreislauf kann mit einem Kühler zur Wärmeabfuhr aus dem Kühlwasser versehen sein.
Der Kältemittelkreislauf kann mit einem Reservetank zur Speicherung des Kältemittels ausgestattet sein.
Das Brennstoffzellensystem kann eine Sekundärzelle enthalten.
Bei der Sekundärzelle (Batterie) kann es sich um eine beliebige aufladbare und entladbare Zelle handeln. Beispielsweise kann die Sekundärzelle eine herkömmlich bekannte Sekundärzelle sein, wie eine Nickel-Wasserstoff-Sekundärzelle und eine Lithium-Ionen-Sekundärzelle. Die Sekundärzelle kann ein Leistungsspeicherelement wie z. B. einen elektrischen Doppelschichtkondensator enthalten. Die Sekundärzelle kann so aufgebaut sein, dass eine Vielzahl von Sekundärzellen in Reihe geschaltet ist. Die Sekundärzelle versorgt den Motor, den Oxidationsgaslieferanten und dergleichen mit Leistung bzw. Strom. Die Sekundärzelle kann durch eine Stromquelle außerhalb des Fahrzeugs, z. B. eine Haushaltsstromversorgung, wiederaufladbar sein. Die Sekundärzelle kann durch die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle aufgeladen werden. Das Laden und Entladen der Sekundärzelle kann durch den Controller gesteuert werden.
Der Controller umfasst eine Verarbeitungseinheit, wie z. B. eine Zentraleinheit (CPU), eine Speichervorrichtung, wie z. B. einen Festwertspeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM), und eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle. Das ROM wird zum Speichern eines Steuerprogramms, von Steuerdaten usw. verwendet, die von der CPU verarbeitet werden sollen, und das RAM wird hauptsächlich als verschiedene Arbeitsbereiche für die Steuerungsverarbeitung verwendet. Der Controller kann ein Controller wie eine elektronische Steuereinheit (ECU) sein.
Der Controller kann elektrisch mit einem Zündschalter verbunden sein, der in das Fahrzeug eingebaut sein kann. Der Controller kann durch eine externe Stromquelle betrieben werden, auch wenn der Zündschalter ausgeschaltet ist.
Der Controller steuert den Antrieb des Oxidationsgaslieferanten und regelt den Öffnungsgrad des Bypassventils.
Der Controller bestimmt anhand der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases, die vom Wasserstoffkonzentrationssensor gemessen wird, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht.
Wenn die vom Wasserstoffkonzentrationssensor gemessene Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, stellt der Controller fest, dass eine Querleckage aufgetreten ist.
Der Controller speichert vorab die erste Datengruppe, die die Beziehung zwischen der Durchflussmenge des Oxidationsgases, dem Öffnungsgrad des Bypassventils und der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases angibt.
Bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, variiert der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, indem er die Durchflussmenge des Oxidationsgases, die von dem Oxidationsgasdurchflussmengensensor gemessen wird, und den Öffnungsgrad des Bypassventils mit der ersten Datengruppe vergleicht.
Wenn das Brennstoffzellensystem außerdem den Temperatursensor enthält und wenn der Oxidationsgaslieferant der Luftkompressor ist, kann der Controller vorab die zweite Datengruppe speichern, die die Beziehung zwischen der Drehzahl des Luftkompressors, der Temperatur der Brennstoffzelle und der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases angibt.
Bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert variieren, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, indem er die Drehzahl des Luftkompressors und die vom Temperatursensor gemessene Temperatur der Brennstoffzelle mit der zweiten Datengruppe vergleicht.
Bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, kann der Controller bestimmen, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellen, der größer ist als der erste Konzentrationsschwellenwert C1.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.
Wenn das Bypassventil geöffnet ist, steigt die Sauerstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases im Vergleich zu dem Fall, in dem das Bypassventil geschlossen ist, und es kommt zu einer großen Schwankung bei der Messung der Wasserstoffkonzentration. Dementsprechend wird die Empfindlichkeit des Wasserstoffkonzentrationssensors verringert, wenn das Bypassventil geöffnet ist, und der Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert zur Bestimmung einer Querleckage wird auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 erhöht, der größer ist als der erste Konzentrationsschwellenwert C1.
Andererseits wird bei geschlossenem Bypassventil die Empfindlichkeit des Wasserstoffkonzentrationssensors erhöht und der Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert zur Bestimmung einer Querleckage wird auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 herabgesetzt, da die Messung der Wasserstoffkonzentration eine geringe Schwankung aufweist.
Der erste Konzentrationsschwellenwert C1 und der zweite Konzentrationsschwellenwert C2 können auf der Grundlage der ersten Datengruppe bzw. der zweiten Datengruppe in geeigneter Weise eingestellt werden.
Wenn das Brennstoffzellensystem außerdem den Temperatursensor enthält, kann der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, bestimmen, ob die vom Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder niedriger als der optimale vorbestimmte Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass die vom Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle den optimalen vorbestimmten Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle überschreitet, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.
Wenn der Controller bestimmt, dass die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der optimale vorbestimmte Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist, kann der Controller bestimmen, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, kann er den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellen.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, kann er den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.
Die optimale vorbestimmte Temperatur für den Betrieb der Brennstoffzelle kann z. B. zwischen 60°C und 70°C liegen. Wenn die Temperatur der Brennstoffzelle die optimale vorbestimmte Temperatur für den Betrieb der Brennstoffzelle überschreitet, kann der Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert auf einen kleinen Wert gesetzt werden, da die Elektrolytmembran getrocknet wird und die Menge des Wasserstoffs, die in die Elektrolytmembran eindringt, verringert wird. Beispielsweise kann der Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 eingestellt werden.
Wenn das Brennstoffzellensystem außerdem den Stromsensor enthält, kann der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, bestimmen, ob der vom Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der vorbestimmte Stromschwellenwert ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass der vom Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle den vorbestimmten Stromschwellenwert überschreitet, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.
Wenn der Controller bestimmt, dass der vom Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der vorbestimmte Stromschwellenwert ist, kann der Controller bestimmen, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, kann er den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellen.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, kann der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellen.
Der vorbestimmte Stromschwellenwert der Brennstoffzelle kann z. B. der Stromwert in einem optimalen Zustand für den Betrieb der Brennstoffzelle sein. Wenn der Stromwert der Brennstoffzelle den Stromwert im optimalen Zustand für den Betrieb der Brennstoffzelle übersteigt, wird die Menge des Wasserstoffs, der in die Elektrolytmembran eindringt, ebenfalls verringert, da sich die Brennstoffzelle in einem Zustand hoher Belastung befindet. Dementsprechend kann der Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert auf einen kleinen Wert eingestellt werden, und kann auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 eingestellt werden.
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Beispiels des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen.
Ein in 1 dargestelltes Brennstoffzellensystem 100 umfasst eine Brennstoffzelle 10, einen Oxidationsgaslieferanten 20, einen Oxidationsgaszufuhrströmungsweg 21, einen Oxidationsgasabgasablassströmungsweg 22, ein Oxidationsgasdruckregelventil 23, einen Oxidationsgasbypassströmungsweg 24, ein Bypassventil 25, einen Controller 50, einen Wasserstoffkonzentrationssensor 60 und einen Oxidationsgasdurchflussmengensensor 70 als Oxidationssystem der Brennstoffzelle.
In 1 ist nur das Oxidationsgassystem dargestellt, andere Systeme wie das Brenngassystem und das Kühlsystem sind nicht abgebildet.
Der Oxidationsgasbypassströmungsweg 24 verbindet den Zweig 40 des Oxidationsgaszufuhrströmungswegs 21 und eine erste Verzweigung 41 des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs 22.
Wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet, ist der Controller 50 elektrisch mit dem Oxidationsgaslieferanten 20, dem Oxidationsgasdruckregelventil 23, dem Bypassventil 25, dem Wasserstoffkonzentrationssensor 60 und dem Oxidationsgasdurchflussmengensensor 70 verbunden.
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines weiteren Beispiels des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen.
Das in 2 gezeigte Brennstoffzellensystem 200 umfasst eine Brennstoffzelle 10, einen Oxidationsgaslieferanten 20, einen Oxidationsgaszufuhrströmungsweg 21, einen Oxidationsgasabgasablassströmungsweg 22, ein Oxidationsgasdruckregelventil 23, einen Oxidationsgasbypassströmungsweg 24, ein Bypassventil 25, einen Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 26, einen Wasserablassströmungsweg 27, einen Befeuchter 28, einen Brenngaslieferanten 30, einen Brenngaszufuhrströmungsweg 31, einen Brenngasabgasablassströmungsweg 32, ein Entlüftungs- und Ablassventil 33, einen Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 34, einen Zirkulationsströmungsweg 35, einen Ejektor 36, einen Controller 50, einen Wasserstoffkonzentrationssensor 60, einen Oxidationsgasdurchflussmengensensor 70, einen Temperatursensor 80 und einen Stromsensor 90. In 2 wird auf die Darstellung des Kühlsystems und dergleichen verzichtet.
Der Oxidationsgasbypassströmungsweg 24 verbindet den Zweig 40 des Oxidationsgaszufuhrströmungswegs 21 und eine erste Verzweigung 41 des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs 22.
Der Brenngasabgasablassströmungsweg 32 mündet an einer zweiten Verzweigung 42 in den Oxidationsgasabgasablassströmungsweg 22, die stromabwärts vom Wasserstoffkonzentrationssensor 60 des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs 22 angeordnet ist.
Der Wasserstoffkonzentrationssensor 60 ist in einem Bereich zwischen der ersten Verzweigung 41 und der zweiten Verzweigung 42 angeordnet.
Wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet, ist der Controller 50 elektrisch mit dem Oxidationsgaslieferanten 20, dem Oxidationsgasdruckregelventil 23, dem Bypassventil 25, dem Brenngaslieferanten 30, dem Entlüftungs- und Ablassventil 33, dem Wasserstoffkonzentrationssensor 60, dem Oxidationsgasdurchflussmengensensor 70, dem Temperatursensor 80 und dem Stromsensor 90 verbunden.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Steuerung des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen zeigt.
Bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, stellt der Controller fest, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, setzt der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2, der größer ist als der erste Konzentrationsschwellenwert C1. Dann beendet der Controller die Regelung.
Stellt der Controller hingegen fest, dass das Bypassventil geschlossen ist, setzt der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1. Dann beendet der Controller die Regelung.
Nachdem der Controller die Regelung beendet hat, kann der Wasserstoffkonzentrationssensor die Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases messen, und der Controller kann anhand der vom Wasserstoffkonzentrationssensor gemessenen Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases bestimmen, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht.
Der Zeitpunkt für den Beginn der zweiten und der nachfolgenden Steuerungen nach dem Ende der ersten Regelung bzw. Steuerung ist nicht besonders begrenzt. Sie können unmittelbar nach dem Ende der ersten Steuerung durchgeführt werden; sie können in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden; oder sie können durchgeführt werden, nachdem der Controller festgestellt hat, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht. Die zweite und die nachfolgenden Steuerungen können durchgeführt werden, nachdem der Controller festgestellt hat, dass keine Querleckage aufgetreten ist.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für die Steuerung des Brennstoffzellensystems der offenbarten Ausführungsformen zeigt.
Der Temperatursensor erfasst die Temperatur der Brennstoffzelle. Der Stromsensor erfasst den Stromwert der Brennstoffzelle. Es kann mindestens eine von der Temperaturerfassung und der Stromwerterfassung durchgeführt werden, oder es können beide durchgeführt werden.
Bevor der Controller bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, stellt der Controller fest, ob die vom Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der optimale vorbestimmte Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist oder nicht, oder der Controller stellt fest, ob der vom Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der vorbestimmte Stromschwellenwert ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass die vom Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle den optimalen vorbestimmten Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle überschreitet, oder wenn der Controller bestimmt, dass der vom Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle den vorbestimmten Stromschwellenwert überschreitet, setzt der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1.
Wenn der Controller dagegen bestimmt, dass die vom Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der optimale vorbestimmte Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist, oder wenn der Controller bestimmt, dass der vom Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der vorbestimmte Stromschwellenwert ist, bestimmt der Controller, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, setzt der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2. Dann beendet der Controller die Regelung.
Wenn der Controller bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, setzt der Controller den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1. Dann beendet der Controller die Regelung.
Nachdem der Controller die Steuerung beendet hat, kann der Wasserstoffkonzentrationssensor die Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases messen, und der Controller kann anhand der vom Wasserstoffkonzentrationssensor gemessenen Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases bestimmen, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht.
Der Zeitpunkt für den Beginn der zweiten und der nachfolgenden Steuerungen nach dem Ende der ersten Regelung bzw. Steuerung ist nicht besonders begrenzt. Sie können unmittelbar nach dem Ende der ersten Steuerung durchgeführt werden; sie können in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden; oder sie können durchgeführt werden, nachdem der Controller festgestellt hat, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht. Die zweite und die nachfolgenden Steuerungen können durchgeführt werden, nachdem der Controller festgestellt hat, dass keine Querleckage aufgetreten ist.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzelle
20: Oxidationsgaslieferant
21: Oxidationsgaszufuhrströmungsweg
22: Oxidationsgasabgasablassströmungsweg
23: Oxidationsgasdruckregelventil
24: Oxidationsgasbypassströmungsweg
25: Bypassventil
26: Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider
27: Wasserablassströmungsweg
28: Befeuchter
30: Brenngaslieferant
31: Brenngaszufuhrströmungsweg
32: Brenngasabgasablassströmungsweg
33: Entlüftungs- und Ablassventil
34: Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider
35: Zirkulationsströmungsweg
36: Ejektor
40: Zweig
41: Erste Verzweigung
42: Zweite Abzweigung
50: Controller
60: Wasserstoffkonzentrationssensor
70: Oxidationsgasdurchflussmengensensor
80: Temperatursensor
90: Stromsensor
100: Brennstoffzellensystem
200: Brennstoffzellensystem

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 2013 [0012]
JP 196905 A [0012]
JP 2004 [0012]
JP 020330 A [0012]
JP 2006 [0012]
JP 253096 A [0012]

Claims

Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: eine Brennstoffzelle, einen Oxidationsgaslieferanten zur Versorgung der Brennstoffzelle mit Oxidationsgas, einen Oxidationsgaszufuhrströmungsweg, der den Oxidationsgaslieferanten und einen Oxidationsgaseinlass der Brennstoffzelle verbindet, einen Oxidationsgasdurchflussmengensensor, der in dem Oxidationsgaszufuhrströmungsweg angeordnet ist, einen Oxidationsgasabgasablassströmungsweg, der es ermöglicht, dass Oxidationsgasabgas von einem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle nach außen abgeleitet wird, einen Oxidationsgasbypassströmungsweg, der von dem Oxidationsgaszufuhrströmungsweg abzweigt, die Brennstoffzelle umgeht und einen Zweig des Oxidationsgaszufuhrströmungswegs mit einer ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs verbindet, ein Bypassventil, das in dem Oxidationsgasbypassströmungsweg angeordnet ist, einen Wasserstoffkonzentrationssensor, der stromabwärts von der ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet ist, und einen Controller, wobei der Controller den Antrieb des Oxidationsgaslieferanten steuert und einen Öffnungsgrad des Bypassventils steuert; wobei der Controller aus der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases, die von dem Wasserstoffkonzentrationssensor gemessen wird, bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht; wobei der Controller, wenn die von dem Wasserstoffkonzentrationssensor gemessene Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bestimmt, dass eine Querleckage aufgetreten ist; wobei der Controller vorab eine erste Datengruppe speichert, die eine Beziehung zwischen der Durchflussmenge des Oxidationsgases, dem Öffnungsgrad des Bypassventils und der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases anzeigt; und wobei der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, variiert, indem er die Durchflussmenge des Oxidationsgases, die von dem Oxidationsgasdurchflussmengensensor gemessen wird, und den Öffnungsgrad des Bypassventils mit der ersten Datengruppe vergleicht.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffzellensystem ferner einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Brennstoffzelle aufweist; wobei der Oxidationsgaslieferant ein Luftkompressor ist; wobei der Controller vorab eine zweite Datengruppe speichert, die eine Beziehung zwischen einer Drehzahl des Luftkompressors, der Temperatur der Brennstoffzelle und der Wasserstoffkonzentration des Oxidationsgasabgases anzeigt; und wobei der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der für die Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, variiert, indem er die Drehzahl des Luftkompressors und die Temperatur der Brennstoffzelle, die vom Temperatursensor gemessen wird, mit der zweiten Datengruppe vergleicht.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Brennstoffzellensystem ferner aufweist: einen Brenngaslieferanten zur Versorgung der Brennstoffzelle mit Brenngas, einen Brenngaszufuhrströmungsweg, der einen Brenngaseinlass der Brennstoffzelle und den Brenngaslieferanten verbindet, einen Ejektor, der in dem Brenngaszufuhrströmungsweg angeordnet ist, einen Brenngasabgasablassströmungsweg zum Abführen des von einem Brenngasauslass der Brennstoffzelle abgegebenen Brenngasabgases aus dem Brennstoffzellensystem nach außen, einen Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der in dem Brenngasabgasablassströmungsweg angeordnet ist, ein Entlüftungs- und Ablassventil, das stromabwärts von dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider des Brenngasabgasablassströmungswegs angeordnet ist, und einen Zirkulationsströmungsweg, der den Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider und den Ejektor verbindet; wobei der Oxidationsgasabgasablassströmungsweg stromabwärts von der ersten Verzweigung eine zweite Verzweigung enthält, an der der Brenngasabgasablassströmungsweg in den Oxidationsgasabgasablassströmungsweg mündet; und wobei der Wasserstoffkonzentrationssensor in einem Bereich zwischen der ersten und der zweiten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Brennstoffzellensystem ferner aufweist: einen Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der stromaufwärts von der ersten Verzweigung des Oxidationsgasabgasablassströmungswegs angeordnet ist, und einen Wasserablassströmungsweg, der es ermöglicht, flüssiges Wasser aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abzulassen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, bestimmt, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht; wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf einen zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellt, der größer ist als ein erster Konzentrationsschwellenwert C1; und wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei das Brennstoffzellensystem ferner einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Brennstoffzelle aufweist; wobei der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, bestimmt, ob die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als ein optimaler vorbestimmter Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist oder nicht; wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle den optimalen vorbestimmten Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle überschreitet, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellt; wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der optimale vorbestimmte Temperaturschwellenwert für den Betrieb der Brennstoffzelle ist, bestimmt, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht; wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellt; und wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei das Brennstoffzellensystem ferner einen Stromsensor zur Erfassung eines Stromwertes der Brennstoffzelle aufweist; wobei der Controller, bevor er bestimmt, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, bestimmt, ob der von dem Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Stromschwellenwert ist oder nicht; wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass der von dem Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle den vorbestimmten Stromschwellenwert überschreitet, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellt; wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass der von dem Stromsensor erfasste Stromwert der Brennstoffzelle gleich oder kleiner als der vorbestimmte Stromschwellenwert ist, bestimmt, ob das Bypassventil geöffnet ist oder nicht; wobei, der Controller wenn er bestimmt, dass das Bypassventil geöffnet ist, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den zweiten Konzentrationsschwellenwert C2 einstellt; und wobei der Controller, wenn er bestimmt, dass das Bypassventil geschlossen ist, den Wasserstoffkonzentrationsschwellenwert, der zur Bestimmung, ob eine Querleckage aufgetreten ist oder nicht, verwendet wird, auf den ersten Konzentrationsschwellenwert C1 einstellt.