DE112004000606T5

DE112004000606T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112004000606T5
Application number: DE112004000606T
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Toyota Kanno
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-04-10
Also published as: JP4626126B2; CN1771623A; WO2004091022A3; US20060088745A1; DE112004000606B4; US7838157B2; CN100446318C; JP2004311288A; WO2004091022A2

Abstract

Brennstoffzellensystem mit
einer Brennstoffzelle,
einer Gaszufuhr-/-abführeinrichtung zur Zufuhr und zum Abführen von Gas, das bei einer Elektrizitätserzeugung verwendet wird, zu und von der Brennstoffzelle, wobei die Gaszufuhr-/-abführeinrichtung mit zumindest einem Ventil versehen ist,
einer Vereisungsbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung, ob es eine Vereisungswahrscheinlichkeit an einer vorbestimmten Stelle einschließlich des zumindest einen Ventils gibt oder nicht, und
einer Steuerungseinrichtung zur Unterbindung, dass ein Öffnungsgrad des zumindest einen Ventils niedriger als ein vorbestimmter Öffnungsgrad wird, wenn die Vereisungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt.

Description

Querverweis zu einer verwandten Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht Priorität unter 35 USC 119 aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-105204, deren Offenbarung unter Bezugnahme einbezogen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerung eines Brennstoffzellensystems, das Energie durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt.
Verwandter Stand der Technik
In den letzten Jahren sind als Energiequellen Kraftstoffzellen, die elektrochemische Reaktionen von Wasserstoff mit Sauerstoff zur Erzeugung von Energie verwenden, in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit geraten.
Beispielsweise weist eine Bauart einer Kraftstoffzelle, eine Festpolymerelektrolyt-Kraftstoffzelle, eine Struktur auf, die mit einem Stapel vielfach geschichteter Zellen versehen ist, die durch sandwichartiges Einschließen einer Festpolymerelektrolytschicht von beiden Seiten mit einer Wasserstoffelektrode (die nachstehend als Anode bezeichnet werden kann) und einer Sauerstoffelektrode durch (die nachstehend als Kathode bezeichnet sein kann) gebildet sind.
In der Brennstoffzelle wird Wasserstoffgas der Anode zugeführt, um als Brennstoff zu agieren, und wird Luft der Kathode zugeführt, um als Oxidationsmittel zu agieren. Der der Anode der Brennstoffzelle zugeführte Wasserstoff reagiert mit einem Katalysator der Anode, wodurch Wasserstoffionen erzeugt werden. Diese Wasserstoffionen gelangen durch die Festpolymerelektrolytschicht, initiieren eine elektrochemische Reaktion mit dem Sauerstoff an der Kathode und erzeugen Energie.
Die Zufuhrmengen von Wasserstoffgas und Luft, die für die elektrochemische Reaktionen der Brennstoffzelle erforderlich sind (die nachstehend als "Reaktionsgase" bezeichnet sind), variieren in der Abhängigkeit von einer der Brennstoffzellen beaufschlagten Last. Dementsprechend wurde ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, bei dem durch Steuerung von Öffnungsgraden von Druckregelventilen (Druckregulatoren) oder dergleichen entsprechend der Größe der Last Strömungsverteilungen jedes Gases gleichförmig gemacht wurden und der Elektrizitätserzeugungswirkungsgrad der Brennstoffzelle erhöht wurde (vgl. beispielsweise japanische Offenlegungsschrift (JP-A-) Nr. 7-302603).
Jedoch wird während des Betriebs einer Brennstoffzelle die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff von der Erzeugung von Wasser begleitet. Das erzeugte Wasser wird zum Kühlen in dem Brennstoffzellensystem verwendet, und zur Vermeidung von dessen Eintritt in einen Druckregelventilantriebsabschnitt oder dergleichen wird eine Auslassvorrichtung betätigt und wird das Wasser nach außerhalb der Brennstoffzelle ausgelassen (vgl. beispielsweise JP-A-2000-305017).
Falls das Brennstoffzellensystem sich unterhalb des Gefrierpunktes oder dergleichen befindet, wird der Antrieb für eine gewisse Zeitdauer gestoppt, da die Gefahr besteht, dass Wasser, das in dem System verbleibt, an Stellen wie Ventilen, Pumpen und dergleichen vereist. Insbesondere besteht in einem Brennstoffzellensystem, das ein Druckregelventil wie vorstehend beschrieben antreibt, bei Steuerung des Systems entsprechend der Größe der Last bei sehr niedriger Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes oder dergleichen das Risiko, das das Druckregelventil in einem geschlossenen Zustand gefroren wird, so dass das Ventil in Eis hinein greift bzw. beißt (darin gefangen wird), wenn das Ventil geschlossen wird oder dergleichen, wobei der Ventilmechanismus des Druckregelventils den korrekten Antrieb nicht mehr ausführen kann und/oder beschädigt wird.
Weiterhin ist es selbst in einem Fall, in dem Wasser nach außerhalb des Systems durch eine Auslassvorrichtung wie vorstehend beschrieben herausgelassen wird, nicht möglich, ein Anhaften von Wasser an das Druckregelventil selbst zu vermeiden. Daher können dieselben Probleme auftreten.
Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme wird erfindungsgemäß ein Brennstoffzellensystem angegeben, das in der Lage ist, selbst bei sehr niedrigen Temperaturen, unterhalb des Gefrierpunktes und dergleichen, einen korrekten Antrieb durchzuführen.
Ein Brennstoffzellensystem gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einer Gaszufuhr-/-abführeinrichtung zur Zufuhr und zum Abführen von Gas, das bei einer Elektrizitätserzeugung verwendet wird, zu und von der Brennstoffzelle, wobei die Gaszufuhr-/-abführeinrichtung mit zumindest einem Ventil versehen ist, einer Vereisungsbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung, ob es eine Vereisungswahrscheinlichkeit an einer vorbestimmten Stelle einschließlich des zumindest einen Ventils gibt oder nicht, und einer Steuerungseinrichtung zur Unterbindung, dass ein Öffnungsgrad des zumindest einen Ventils niedriger als ein vorbestimmter Öffnungsgrad wird, wenn die Vereisungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt.
Ein Brennstoffzellensystem gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einer Gaszufuhr-/-abführeinrichtung zur Zufuhr und Abfuhr von Gas, das bei einer Elektrizitätserzeugung verwendet wird, zu und von der Brennstoffzelle, einem Druckregelventil, das an der Gaszufuhr-/-abführeinrichtung vorgesehen ist und das den Druck des Gases, das der Brennstoffzelle zugeführt wird und von der Brennstoffzelle abgeführt wird, entsprechend der Lastgröße regelt, einer Vereisungsbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung, ob es eine Vereisungswahrscheinlichkeit eines bestimmten Ortes einschließlich des Druckregelventils gibt oder nicht, einer Steuerungseinrichtung zur Unterbindung, das der Öffnungsgrad des Druckregelventils niedriger als ein vorbestimmter Öffnungsgrad wird, wenn die Vereisungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt.
Ein Brennstoffzellensystem gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die Elektrizität durch eine Reaktion von Gasen erzeugt, einer Gaseinheit zur Zufuhr und zum Abführen der Gase zu und von der Brennstoffzelle, wobei die Gaseinheit mit zumindest einem Ventil versehen ist, und einer Steuerungseinheit zur Steuerung des Öffnungsgrades des zumindest einen Ventils, wobei die Steuerungseinheit derart steuert, dass unterbunden wird, dass der Öffnungsgrad des zumindest einen Ventils niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, wenn es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass das zumindest eine Ventil der Gaseinheit vereisen wird.
Ein Brennstoffzellensystem gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die Elektrizität durch eine Reaktion von Gasen erzeugt, einer Gaseinheit zur Zufuhr und zum Abführen der Gase zu und von der Brennstoffzelle, einem Druckregelventil, der an der Gaseinheit zum Regeln des Drucks von zumindest einem der zu und von der Brennstoffzelle zugeführten und abgeführten Gase vorgesehen ist, und einer Steuerungseinheit zur Steuerung des Öffnungsgrades des Druckregelventils, wobei die Steuerungseinheit derart steuert, dass verhindert wird, dass der Öffnungsgrad des Druckregelventils niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, wenn es eine Wahrscheinlichkeit dafür gibt, dass das Druckregelventil der Gaseinheit vereisen wird.
Die Steuerungseinrichtung kann programmierbar sein, wobei deren Programm die Schritte aufweist: Beurteilen, ob es eine Wahrscheinlichkeit dafür gibt oder nicht, dass das Druckregelventil der Gaseinheit vereist, und wenn beurteilt wird, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, Steuern des Druckregelventils derart, dass der Öffnungsgrad des Druckregelventils niedriger als der vorbestimmte Wert wird.
Bei einem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter den Umständen, bei denen es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass das Brennstoffzellensystem (insbesondere das Druckregelventil) vereisen kann, wie bei sehr niedrigen Temperaturbedingungen oder dergleichen, verhindert werden, dass das Druckregelventil unterhalb eines bestimmten Öffnungsgrades abfällt. Somit ist es möglich, eine Behinderung des Druckregelventils zu verhindern oder ein Hineingreifen (Hineinbeißen, Einfangen) des Druckregelventils in Eis aufgrund von Vereisung zu verhindern. Dementsprechend kann eine Situation verhindert werden, in der das Druckregelventil in einem geschlossenen Zustand vereist und ein Öffnen nicht möglich ist, und/oder das Druckregelventil beschädigt wird, wobei eine Beschädigung der Brennstoffzelle verhindert werden kann.
Ein betreffender Ort, für den beurteilt wird, ob eine Vereisung möglich ist oder nicht, ist ein vorbestimmter Ort einschließlich des Druckregelventils, kann das Druckregelventil selbst sein, kann ein Antriebssystem davon sein und kann das Brennstoffzellensystem insgesamt sein.
Wenn das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Temperaturerfassungseinrichtung (Temperaturdetektor) zur Erfassung von Temperatur ausgerüstet ist, kann beurteilt werden, dass eine Vereisung wahrscheinlich ist, wenn die erfasste Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt. Dementsprechend kann das Risiko von Vereisung unter Bezugnahme auf die erfasste Temperatur beurteilt werden, und können Vereisungsgefahren genauer beurteilt werden. Die Temperaturerfassungseinrichtung kann die Temperatur irgendeines beliebigen Ortes erfassen, solang wie diese Temperatur das Potential zur Vereisung bestimmen kann, wie die externe Lufttemperatur, d.h. die Temperatur außerhalb der Brennstoffzelle (die in dem Fall, dass das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug angebracht ist, eine Temperatur außerhalb des Fahrzeugs sein kann), eine Temperatur eines Druckregelventils oder in der Nähe davon, die Temperatur der Brennstoffzelle selbst, die Temperatur von Rohren oder dergleichen.
Es sei bemerkt, dass eine Referenz zur Beurteilung der Wahrscheinlichkeit von Vereisung in dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Temperatur wie vorstehend beschrieben begrenzt ist, sondern dass diese Druck an einer Antriebskomponente, Spannung an einer elektrischen Komponente oder dergleichen sein kann.
In dem Fall, dass beurteilt wird, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, kann eine Steuerungseinheit (Steuerungseinrichtung) des Druckregelventils den Öffnungsgrad des Druckregelventils auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad oder größer fest einstellen. Somit wird ein Hineingreifen in Eis und dergleichen zuverlässiger verhindert. Weiterhin kann ein Schaden beim Druckregelventil aufgrund des Antriebs während der Vereisung verhindert werden.
Weiterhin kann mit dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung das Druckregelventil auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad oder größer durch die Steuerungseinheit fest eingestellt werden, wenn die Brennstoffzelle gestoppt ist. Dementsprechend kann das Auftreten von nachteiligen Wirkungen wie beispielsweise diejenige, dass das Druckregelventil vereist und nicht geöffnet werden kann, während die Brennstoffzelle gestoppt ist, dass Reaktionsgasdrücke übermäßig hoch werden und dass das Brennstoffzellensystem beschädigt wird, oder dergleichen verhindert werden, da der Regler notwendigerweise sich in einem geöffneten Zustand befindet, wenn die Brennstoffzelle startet. Es sei bemerkt, dass die Steuerung zum Festeinstellen des Druckregelventils auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad oder größer, wenn die Brennstoffzelle gestoppt ist, nicht auf die vorbestimmten Beurteilungen der Vereisung bezogen sein muss, sondern eine davon unabhängige Betriebsart sein kann.
Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann ohne Begrenzung auf eine Brennstoffzellenbauart angewandt werden, ist jedoch insbesondere hervorragend verwendbar für Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzellen. Weiterhin ist eine Betriebsart vorzuziehen, bei dem das Druckregelventil an einem Auslasssystem (Abgassystem) von der Sauerstoffelektrode vorgesehen ist, die die Elektrolytschicht (die nachstehend als Kathodenabgassystem bezeichnet wird) sandwichartig umgibt. Dies liegt daran, da es notwendig ist, in einer Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle eine Befeuchtungsvorrichtung zum Mischen von Wasser mit den Reaktionsgasen anzuwenden, um eine Ionenleitfähigkeit der Festpolymerelektrolytschicht beizubehalten, und da Wasser in dem Kathodenabgassystem durch die elektrochemische Reaktion erzeugt wird.
Es ist möglich, die vorliegende Erfindung durch geeignete Kombination der verschiedenen vorstehend beschriebenen Merkmale und/oder Weglassen von einem oder mehreren davon umzusetzen. Weiterhin ist das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Struktur beschränkt und kann durch verschiedene Bauarten umgesetzt werden, wie eine Vorrichtung zur Steuerung des Startens eines Brennstoffzellensystems, einem Steuerungsprozess und so weiter.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erläuternde Darstellung des Gesamtaufbaus eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerungsablaufs für ein Druckregelventil durch eine Steuerungseinheit.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verarbeitungsablaufes zur Beurteilung der Wahrscheinlichkeit einer Vereisung des Druckregelventils.
4 zeigt eine erläuternde Darstellung eines Verhältnisses zwischen der Temperatur des Druckregelventils und eine Temperatur α sowie eine Temperatur β.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Zunächst ist ein Aufbau eines Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von 1 beschrieben. 1 zeigt eine erläuternde Darstellung des Gesamtaufbaus eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Es sei bemerkt, dass ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel nicht notwendigerweise an einem Fahrzeug angebracht ist, sondern in verschiedenen Aufbauten von stationären Bauarten und dergleichen verwendet werden kann, die in normalen Haushalten und dergleichen verwendet werden. Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Fahrpedalbetätigungen durch einen Fahrer zur Erzeugung von Elektrizität angetrieben werden.
Gemäß 1 ist das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Brennstoffzellenstapel 10, einen Kompressor 12, einem Wasserstofftank 14 und einer Steuerungseinheit 16 aufgebaut. Der Brennstoffzellenstapel 10 ist durch gestapelte Zellen aufgebaut, die Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen. Jede Zelle weist einen Aufbau auf, bei dem eine Wasserstoffelektrode (eine Anode) und eine Sauerstoffelektrode (eine Kathode) derart angeordnet sind, dass sie eine elektrolytische Schicht sandwichartig umgeben, und erzeugt Elektrizität durch Bewegungen von Wasserstoffionen und Elektroden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Festpolymerzelle, die eine Festpolymerschicht aus NAFION^® oder dergleichen verwendet, als die elektrolytische Schicht angewandt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Luft, die durch den Kompressor 12 komprimiert wird, wird dem Kathoden des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt, um als Gas zu dienen, das Sauerstoff enthält. Die Luft wird über einen Filter 18 aufgenommen und durch den Kompressor 12 komprimiert. Die komprimierte Luft wird an einem Befeuchter 20 befeuchtet und wird dann dem Brennstoffzellenstapel 10 über eine Rohrleitung 22 zugeführt.
Ausströmungen aus den Kathoden (Kathodenabgas) werden durch eine Rohrleitung 24 und einem an der Rohrleitung 24 vorgesehenen Dämpfer 26 nach außerhalb des Brennstoffzellensystems ausströmen gelassen. Ein Drucksensor 28 und ein Druckregelventil (Druckregelventil) 30 sind an der Rohrleitung 24 vorgesehen. Weiterhin ist ein Temperatursensor 32 in der Nähe des Druckregelventils 30 vorgesehen. Der Drucksensor 28 und der Temperatursensor 32 sind elektrisch mit der Steuerungseinheit 16 verbunden (verknüpft). Der Drucksensor 28 und das Druckregelventil 30 sind derart aufgebaut, dass sie den Zufuhrdruck der zugeführten Luft und die Temperatur des Druckregelventils 30 erfassen und Ausgänge zu der Steuerungseinheit 16 senden.
Das Druckregelventil 30 ist zum Regeln des Zufuhrdrucks der Luft ausgestattet, und ein Öffnungsgrad des Druckregelventils 30 wird durch die Steuerungseinheit 16 gesteuert. Da Strukturen mit Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzellen insbesondere dazu neigen, Wasser an der Kathodenabgasseite zu behalten, ist die Steuerung des Druckregelventils 30 durch die Steuerungseinheit 16 während der Vereisung sehr wichtig.
Die Anoden des Brennstoffzellenstapels 10 sind durch eine Rohrleitung 34 mit dem Wasserstofftank 14 verbunden, in dem Hochdruckwasserstoff gespeichert ist. Der Wasserstoff wird den Anoden des Brennstoffzellenstapels 10 aus dem Wasserstoff 14 zugeführt. Es sei bemerkt, dass gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Wasserstofftank 14 vorgesehen ist, jedoch ist diese Ausführung nicht einschränkend. Es sind ebenfalls Ausführungen möglich, bei denen anstelle des Wasserstofftanks 14 Wasserstoff durch eine Reformreaktion mit einem Alkohol, einem Kohlenwasserstoff, einem Aldehyd oder dergleichen als Rohmaterial erzeugt wird und dieses Wasserstoff der Anode zugeführt wird.
Ein Schließventil 36 ist an einem Auslassanschluss des Wasserstofftanks 14 vorgesehen, und ein Regler 38 ist an der Rohrleitung 34 vorgesehen. Wenn der in dem Wasserstofftank 14 gespeicherte Wasserstoff den Anoden zugeführt wird, werden Druck und Zufuhrmengen durch das Schließventil 36 und den Regler 38 geregelt. Weiterhin wird Abgas von den Anoden (was nachstehend als Anodenabgas bezeichnet werden kann) durch eine Rohrleitung 44 ausströmen gelassen. Ein Drucksensor 46 und ein Druckregelventil (Druckregulator) 48, die elektrisch mit der Steuerungseinheit 16 verbunden sind, sind an einem Ausgangsanschluss der Anoden vorgesehen. Der Öffnungsgrad des Druckregelventils 48 wird entsprechend einem Wasserstoffzufuhrdruck gesteuert, der durch den Drucksensor 46 erfasst wird, und das Druckregelventil 48 ist derart aufgebaut, dass er Zufuhrdrücke und Zuführmengen für die Anoden regelt. Ein Temperatursensor 49 ist in der Nähe des Druckregelventils 48 vorgesehen. Der Temperatursensor 49 erfasst die Temperatur des Druckregelventils 48 und sendet Ausgänge zu der Steuerungseinheit 16, mit der der Temperatursensor 49 elektrisch verbunden ist. Weiterhin wird zur Verringerung der Wasserstoffmengen, die über das Druckregelventil 48 zu der Rohrleitung 44 ausströmen, das Druckregelventil 48 entsprechend einer Druckregelung an dem Regler 38 gesteuert. Das heißt, dass, wenn das Druckregelventil 48 auf einen größeren Öffnungsgrad fest eingestellt ist, das Regelventil 48 derart gesteuert wird, dass es dichter ist. Somit können die Wasserstoffmengen, die zu der Rohrleitung 44 ausgelassen werden, verringert werden. Ein Ende der Rohrleitung 44 ist mit der Rohrleitung 24 verbunden, und ist derart aufgebaut, dass Anodengas durch den Dämpfer 26 ausgelassen (ausströmen gelassen, abgeführt) wird.
Wie das Wasserstoff und Sauerstoff wird Kühlwasser zur Temperatursteuerung dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Das Kühlwasser wird durch eine Pumpe 60 dazu gebracht, durch eine Rohrleitung 62 zur Kühlung zu strömen, wird an einem Radiator 64 gekühlt, wird dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt und wird zur Steuerung der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 auf einem bestimmten Pegel verwendet.
Die Steuerungseinheit 16 ist mit dem Drucksensor 28, dem Druckregelventil 30, dem Temperatursensor 32, dem Drucksensor 46, dem Druckregelventil 48 und dem Temperatursensor 49 elektrisch verbunden. Drücke und Temperaturen, die jeweils durch den Drucksensor 28, den Temperatursensor 32, den Drucksensor 46 und den Temperatursensor 49 erfasst werden, werden der Steuerungseinheit 16 als Messsignale zugeführt. Auf der Grundlage davon werden Steuerungssignale zu dem Druckregelventil 30 und dem Druckregelventil 48 zur Steuerung der Öffnungsgrade der Regler zugeführt. Weiterhin ist, obwohl nicht dargestellt, die Steuerungseinheit 16 zur Ausgabe von Steuerungssignalen zu dem Kompressor 12, dem Schließventil 36 und dergleichen aufgebaut, um in der Lage zu sein, dieselben zu steuern.
Nachstehend ist die Steuerung das Druckregelventil durch die Steuerungseinheit 16 beschrieben. Während des normalen Antriebs beurteilt die Steuerungseinheit 16 die Größe einer Last, die dem Brennstoffzellenstapel 10 beaufschlagt wird, auf der Grundlage der durch die Drucksensoren zugeführten Messsignale, steuert die Öffnungsgrade der Regler in einem Bereich von 0 bis 100% entsprechend derartigen Beurteilungen und regelt Zufuhrdrücke und Zufuhrmengen der zugeführten Gase. Weiterhin beurteilt, zusätzlich zu der Steuerung von Drücken wie den Zufuhrdrücken und dergleichen, die Steuerungseinheit 16 auf der Grundlage der durch den Temperatursensor 32 und dem Temperatursensor 49 erfassten Temperaturen, ob eine Möglichkeit besteht, dass die Druckregelventile 30 und 48 vereisen werden.
Wenn die von den Temperatursensoren 32 und 49 erfassten Temperaturen unterhalb vorbestimmten Temperaturen abfallen, beurteilt die Steuerungseinheit 16, dass es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass die Druckregelventile 30 und 48 vereisen werden, und unterbindet, dass die Öffnungsgrade das Druckregelventil 30 und 48 unterhalb vorbestimmter Öffnungsgrade abfallen. Die vorbestimmten Temperaturen sind Temperaturen, die vorab als Temperaturen bestimmt worden sind, bei denen es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, und sind üblicherweise in der Umgebung von 0°C eingestellt.
Die vorbestimmten Öffnungsgrade werden in ähnlicher Weise vorab bestimmt. In einem Fall, in dem die vorbestimmten Öffnungsgrade auf beispielsweise 50% eingestellt sind, führt die Steuerungseinheit 16 eine derartige Steuerung durch, dass die Öffnungsgrade das Druckregelventil 30 und 48 innerhalb eines Bereichs von 50 bis 100% während des Antriebs angetrieben werden. Nachstehend sei angenommen, dass das vorliegende Ausführungsbeispiel sich in einer Betriebsart befindet, in der die vorbestimmten Öffnungsgrade auf 50% eingestellt sind und eine Steuerung zum Antrieb innerhalb eines Bereichs von 50 bis 100% während des Antriebs durchgeführt wird, wenn es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt. Jedoch ist ebenfalls ein Aufbau möglich, in dem die Öffnungsgrade das Druckregelventil 30 und 48 auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad oder größer während des Antriebs fest eingestellt sind, wenn beurteilt worden ist, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt. Somit wird eine Steuerung zum Regeln der Öffnungsgrade das Druckregelventil 30 und 48 während der Vereisung überhaupt nicht durchgeführt, wobei ein Greifen der Druckregelventile 30 und 48 in Eis (Eingefangen werden in Eis) zuverlässiger verhindert werden kann.
Währenddessen, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist und dem Fahrzeug keine elektrische Leistung zugeführt wird, zum Beispiel wenn ein Zündschalter ausgeschaltet ist oder das Fahrzeug für eine bestimmte Zeitdauer stoppt und dergleichen, stellt die Steuerungseinheit 16 die Öffnungsgrade der Druckregelventile 30 und 48 auf zumindest die vorbestimmten Öffnungsgrade (beispielsweise auf 100%) ein. Als Ergebnis kann verhindert werden, dass die Druckregelventile 30 und 48 vereisen und unantreibbar werden, während das Brennstoffzellensystem stoppt, und dass Zuführdrücke der Reaktionsgase übermäßig hoch werden und Schäden oder dergleichen verursachen, wenn das System darauffolgend erneut gestartet wird. Als feststehender Öffnungsgrad während einer derartigen Zeit ist ein vorbestimmter Wert innerhalb des Bereichs von 50 bis 100% vorzuziehen. Weiterhin ist ebenfalls ein Aufbau möglich, bei dem, wenn die Druckregelventile 30 und 48 innerhalb eines Bereichs von beispielsweise 50 bis 100% gesteuert werden, der Öffnungsgrad beibehalten wird und auf den Wert fest eingestellt wird, der zu einem Moment unmittelbar vor Stoppen des Antriebs gilt.
Es sei bemerkt, dass ebenfalls ein Aufbau möglich ist, bei dem die Druckregelventile 30 und 48 durch Schrittzahlen gesteuert werden, und jede Schrittzahl einen gewissen dazu zugeordneten Öffnungsgrad aufweist.
Nachstehend ist eine Routine zur Steuerung das Druckregelventil 30 und 48 durch die Steuerungseinheit 16 unter Verwendung der 2 bis 4 beschrieben. Der Aufbau der Steuerungseinheit 16 mit einer programmierbaren CPU (Zentralverarbeitungseinheit) ist allgemein. Zunächst ist für eine Hauptroutine das Druckregelventilsteuerung durch die Steuerungseinheit 16 eine Steuerung des Druckregelventils 30 durch die Steuerungseinheit 16 als Beispiel beschrieben. 2 zeigt ein Flussdiagramm, dass eine Steuerungssequenz eines Druckregelventils durch die Steuerungseinheit 16 zeigt.
Wenn das Brennstoffzellensystem durch Einschalten des Zündschalters durch einen Fahrer oder dergleichen gestartet wird, wird der Zustand eines Temperaturbeurteilungsflags von "EIN" oder "AUS" entsprechend einer in 3 gezeigten Interruptroutine, die nachstehend beschrieben ist, durch die Steuerungseinheit 16 bestimmt (Schritt S100). Falls die Steuerungseinheit 16 bestimmt, dass das Temperaturbeurteilungsflag aus (zurückgesetzt) ist (positives Ergebnis in Schritt S100), d.h., wenn es keine Wahrscheinlichkeit für eine Vereisung des Druckregelventils gibt, wird der Antrieb des Reglers wie üblich ausgeführt, und das Druckregelventil wird auf einen Öffnungsgrad innerhalb eines Bereichs von 0 bis 100% entsprechend den Lastgrößen gesteuert (Schritt S101). Danach geht die Routine zu Schritt S103 über. Falls demgegenüber die Steuerungseinheit 16 bestimmt, dass das Temperaturbeurteilungsflag ein ist (gesetzt ist) (negatives Ergebnis in Schritt S100), d.h., dass es eine Wahrscheinlichkeit für eine Vereisung des Druckregelventils gibt, wird die Steuerung des Druckregelventils 30 auf eine Steuerung während der Vereisung (Vereisungssteuerung) umgeschaltet. Insbesondere wird bei der Steuerung des Druckregelventils 30 durch die Steuerungseinheit 16 während der Vereisung ein Einstellen des Öffnungsgrads des Druckregelventils auf weniger als 50% unterbunden, und wird das Druckregelventil durch den Antrieb des Druckregelventils innerhalb eines Öffnungsgradbereichs von 50 bis 100% entsprechend den Lastgrößen gesteuert. Dann geht die Routine zu Schritt S103 über. Es sei bemerkt, dass ein Aufbau möglich ist, bei dem in Schritt S102 das Druckregelventil auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad von 50 bis 100% (vorzugsweise 100% (vollständig geöffnet)) fest eingestellt wird, und dass ein Antrieb des Druckregelventils während der Vereisung überhaupt nicht durchgeführt wird.
Danach wird bestimmt, ob der Zustand eines Systemspausenanforderungsflags "EIN" oder "AUS" ist. Falls bestimmt wird, dass das Systempausenanforderungsflag aus (zurückgesetzt) ist (auf negatives Ergebnis in Schritt S5103), kehrt die Routine zu Schritt S100 zurück, und wird dieselbe Verarbeitung wiederholt.
Das Systempausenanforderungsflag ist ein Flag, das während Systempausenanforderungen (während Stop-Anforderungen) eingeschaltet ist, und wird beispielsweise eingeschaltet, wenn ein Zündschalter von dem ausgeschalteten Zustand heraus eingeschaltet wird, das Fahrzeug für länger als eine vorbestimmte Zeitdauer stoppt und dergleichen, oder wenn eine angeforderte elektrische Leistungszufuhr gering ist. Ein Ein-/Ausschalten des Systempausenanforderungsflags kann durch Beurteilung ausgeführt werden, ob eine angeforderte Antriebsleistung, die beispielsweise darauf beruht, ob ein Fahrpedal ein oder aus ist oder dergleichen, kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert Xpw ist oder nicht. In einem derartigen Fall wird, falls beurteilt wird, dass die angeforderte Antriebsleistung kleiner als der Schwellwert Xpw ist, das Systempausenanforderungsflag eingeschaltet (gesetzt), um eine Pause (Unterbrechung) des Brennstoffzellensystems anzufordern.
Falls die Steuerungseinheit 16 bestimmt, dass das Systempausenanforderungsflag ein ist (gesetzt ist) (positives Ergebnis in Schritt S103), stellt die Steuerungseinheit 16 das Druckregelventil 30 auf den vollständig geöffneten Zustand (einen Öffnungsgrad von 100%) ein (Schritt S104), führt daraufhin die übliche Verarbeitung während des Stoppens aus und unterbricht (stoppt) das Brennstoffzellensystem, woraufhin die Routine beendet wird.
Nachstehend ist eine Verarbeitung zur Beurteilung der Vereisungswahrscheinlichkeit des Druckregelventils 30 durch eine Interruptroutine, die zu vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird, unter Verwendung von 3 beschrieben.
Wenn diese Interruptroutine ausgeführt wird, beschafft die Steuerungseinheit 16 eine Temperatur T₀ des Druckregelventils 30 aus dem Temperatursensor 32 (Schritt S200) und vergleicht die Temperatur T₀ mit einer vorab spezifizierten Temperatur α (Schritt S201). Falls die Temperatur T₀ größer ist als die Temperatur α ist (positives Ergebnis in Schritt S201), beurteilt die Steuerungseinheit 16, dass es keine Wahrscheinlichkeit gibt, dass das Druckregelventil 30 vereisen könnte, setzt ein Vereisungsbeurteilungsflag auf "aus" (zurückgesetzt) (Schritt S202) und geht zu Schritt S203 über.
Wenn demgegenüber die Temperatur T₀ gleich oder kleiner als α ist (negatives Ergebnis in Schritt S201), vergleicht die Steuerungseinheit 16 die Temperatur T0 mit einer vorab spezifizierten Temperatur β (Schritt S203). Falls beurteilt wird, dass die Temperatur T0 größer oder gleich der Temperatur β ist (negatives Ergebnis in Schritt S203), behält die Steuerungseinheit 16 das Vereisungsbeurteilungsflag wie vorhergehend beurteilt ohne Schalten des Flags auf ein oder aus bei, und dieselbe Verarbeitung wird erneut nach einem bestimmten Zeitintervall wiederholt.
Falls die Temperatur T₀ kleiner als die Temperatur β ist (positives Ergebnis in Schritt S203), beurteilt die Steuerungseinheit 16, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit des Druckregelventils 30 gibt, und schaltet das Vereisungsbeurteilungsflag ein (Schritt S204). Danach wird dieselbe Verarbeitung erneut nach einem gewissen Zeitintervall wiederholt.
Somit wird eine Hysteresecharakteristik eingerichtet, bei der das Flag (auf "AUS") zurückgesetzt wird, wenn die Temperatur T₀ von einer niedrigeren Temperatur als die Temperatur α auf eine Temperatur sich ändert, die größer als die Temperatur α ist, und das Flag (auf "EIN") gesetzt wird, wenn die Temperatur T₀ sich von einer Temperatur, die höher als die Temperatur β ist, auf eine Temperatur ändert, die niedriger ist als die Temperatur β ist, und dieser Aufbau verhindert ein "Schwanken" (hunting).
Nachstehend sind die Temperatur α und die Temperatur β, die Kriterien zum Ein-/Ausschalten des Vereisungsbeurteilungsflags sind, unter Verwendung von 4 beschrieben. 4 zeigt eine erläuternde Darstellung eines Verhältnisses zwischen der Temperatur eines Druckregelventils und den Temperaturen α und β.
Die Temperatur β, die ein Kriterium zum Einschalten (Setzen) des Vereisungsbeurteilungsflags ist, ist ein Wert, der als eine Temperatur spezifiziert ist, zu dem es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass das Druckregelventil vereisen wird, wenn die Temperatur abfällt, und wird üblicherweise in der Nähe von 0°C eingestellt. Wenn das Vereisungsbeurteilungsflag ausgeschaltet ist (zurückgesetzt ist), schaltet, falls die durch den Temperatursensor 32 erfasste Temperatur T₀ niedriger als die Temperatur β ist, die Steuerungseinheit 16 das Vereisungsbeurteilungsflag auf ein.
Die Temperatur α, die das Kriterium zum Ausschalten (Zurücksetzen) des Vereisungsbeurteilungsflags ist, ist auf eine Temperatur eingestellt, die groß genug ist, um einen korrekten Antrieb zu ermöglichen, wenn nach Vereisen des Druckregelventils die Temperatur ansteigt und der gefrorene Zustand aufgehoben wird (beispielsweise auf 5 bis 10°C). Wenn das Vereisungsbeurteilungsflag ein (gesetzt) ist, schaltet, falls die durch den Temperatursensor 32 erfasste Temperatur T₀ größer als die Temperatur α ist, die Steuerungseinheit 16 das Vereisungsbeurteilungsflag auf aus.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, wenn es eine Wahrscheinlichkeit dafür gibt, dass das Druckregelventil 30 und das Druckregelventil 48 vereisen werden, eine Einstellung von Öffnungsgraden das Druckregelventil 30 und 48 auf weniger als vorbestimmte Öffnungsgrade zu unterbinden. Daher können ein Greifen in Eis, Beschädigungen an Antriebsabschnitten und dergleichen verhindert werden, selbst wenn die Druckregelventile bei sehr niedrigen Temperaturen vereisen. Weiterhin können Fälle verhindert werden, in denen das Druckregelventil derart vereist, dass es schließt, und Zufuhrdrücke in dem Brennstoffzellensystem ansteigen und Schäden verursachen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist eine Ausführung, bei der lediglich Möglichkeiten der Vereisung von Druckregelventilen beurteilt werden, die an einem Anodenabgassystem und einem Kathodenabgassystem des Brennstoffzellensystems 10 vorgesehen sind, und werden dementsprechend lediglich Öffnungsgrade davon gesteuert. Jedoch ist ebenfalls ein Aufbau möglich, der in ähnlicher Weise eine Steuerung für in einer Gaseinheit (Zufuhr-/Ablasseinrichtungen) vorgesehen sind, die zur Zufuhr und zum Abführen der Reaktionsgase verantwortlich sind, beispielsweise ein Strömungssteuerungsventil oder dergleichen, wobei Mechanismen, die der Vereisung von Ventilen in Kombination mit Heizungen und dergleichen entgegenwirken, ebenfalls vorgesehen werden können.
Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung sind die folgenden Merkmale vorgesehen: Eine Brennstoffzelle, eine Gaseinheit (Gaszufuhr-/-abführeinrichtung), die Gas, das bei der Elektrizitätserzeugung verwendet wird, zu der Brennstoffzelle zuführt und von der Brennstoffzelle abführt, ein Druckregelventil, der an der Gaseinheit (Gaszufuhr-/-abführeinrichtung) vorgesehen ist und den Druck des zugeführten und abgeführten Gases an der Brennstoffzelle entsprechend der Lastgröße regelt, einen Vereisungsbeurteilungsabschnitt (-einrichtung), der (die) beurteilt, ob es eine Vereisungswahrscheinlichkeit eines vorbestimmten Bereichs einschließlich des Druckregelventils gibt oder nicht, und eine Druckregelventilsteuerungseinheit, die ein Einstellen des Öffnungsgrades des Druckregelventils auf unterhalb eines vorbestimmten Öffnungsgrades unterbindet, wenn durch den Vereisungsbeurteilungsabschnitt (-einrichtung) beurteilt wird, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt (eine Steuerungseinrichtung). Somit ist es möglich, ein Absinken des Öffnungsgrades des Druckregelventils auf unterhalb des vorbestimmten Öffnungsgrades zu unterbinden, wenn die Möglichkeit besteht, dass das Brennstoffzellensystem (insbesondere das Druckregelventil) bei sehr niedrigen Temperaturbedingungen oder dergleichen vereisen wird.
Als Ergebnis können Probleme wie dasjenige, dass das Druckregelventil durch Vereisen in einen geschlossenen Zustand fest eingestellt wird, ein Ventil davon nicht mehr geöffnet werden kann und ein korrekter Antrieb davon unmöglich wird, und dass folglich der Druck innerhalb des Brennstoffzellensystems übermäßig hoch wird und das Brennstoffzellensystem beschädigt wird oder dergleichen, vermieden werden.
Weiterhin kann durch Bereitstellen einer Temperaturerfassungseinrichtung (eines Temperaturdetektors), die die Temperatur erfasst, an dem Vereisungsbeurteilungsabschnitt (-einrichtung), eine externe Temperatur, die Temperatur des Druckregelventils oder dergleichen erfasst werden. Dementsprechend ist es möglich, unter Bezugnahme auf die erfasste Temperatur zu beurteilen, ob eine Vereisung wahrscheinlich ist oder nicht. Folglich kann die Wahrscheinlichkeit einer Vereisung zuverlässiger erfasst werden.
Weiterhin sind ebenfalls Ausführungen möglich, bei denen, wenn durch den Vereisungsbeurteilungsabschnitt (Vereisungsbeurteilungseinrichtung) beurteilt wird, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, der Öffnungsgrad des Druckregelventils auf den vorbestimmten Öffnungsgrad oder größer fest eingestellt wird, und eine Steuerung des Druckregelventils während der Vereisung nicht ausgeführt wird.
Als Ergebnis kann zuverlässiger verhindert werden, dass das Druckregelventil in Eis greift. Weiterhin können Beschädigungen an dem Druckregelventil aufgrund dessen, dass das Druckregelventil während der Vereisung angetrieben wird, verhindert werden.
Falls das Druckregelventil auf den vorbestimmten Öffnungsgrad oder größer durch die Druckregelventilsteuerungseinheit (Steuerungseinrichtung) fest eingestellt wird, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird, ist es möglich, zu gewährleisten, dass das Druckregelventil stets in einem Zustand sein wird, der zumindest zu dem vorbestimmten Öffnungsgrad geöffnet ist, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird.
Somit kann eine Situation, in der das Druckregelventil während einer Zeitdauer vereist, während der die Brennstoffzelle gestoppt ist und somit der Antrieb des Druckregelventils unmöglich wird, und Probleme wie dasjenige, dass der Reaktionsgasdruck übermäßig hoch wird, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, und dass das Brennstoffzellensystem beschädigt wird oder dergleichen, können vermieden werden.
Wenn Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzellen für die Brennstoffzelle verwendet werden und das Druckregelventil, der durch die Druckregelventilsteuerungseinheit (Steuerbaustein oder Steuerungseinrichtung) gesteuert wird, an dem Kathodenabgassystem vorgesehen ist, kann eine Beschädigung aufgrund von Vereisung von Wasser das in dem Kathodenabgassystem verbleibt, zuverlässiger verhindert werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Brennstoffzellensystemen angewandt werden, die mit Gaszufuhr- und -abführsystemen versehen sind, wie Brennstoffzellen zur Befestigung an Fahrzeugen, und kann präventiv eine Beschädigung an Gasdruckregelventilen verhindern, die an den Gaszufuhr- und -abführsystemen vorgesehen sind, aufgrund von Vereisung von zurückgebliebenem Wasser bei kalten Temperaturen verhindern.
Zusammenfassung
Ein Brennstoffzellensystem, das zum korrekten Antrieb selbst bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes oder dergleichen in der Lage ist. Das Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel (10), Rohrleitungen (24, 44), ein Druckregelventil (30, 48) und eine Steuerungseinheit (16) auf. Die Rohrleitung (24, 44) stößt Wasserstoff oder Luft, die bei der Elektrizitätserzeugung verwendet wird, aus dem Brennstoffzellenstapel (10) aus. Das Druckregelventil (30, 48) regelt den Druck von Gasen, die dem Brennstoffzellenstapel zugeführt oder aus dem Brennstoffzellenstapel ausgestoßen werden, entsprechend der Lastgröße. Die Steuerungseinheit (16) beurteilt, ob es eine Wahrscheinlichkeit dafür gibt, dass das Druckregelventil (30, 48) vereist, und wenn beurteilt wird, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, unterbindet sie, dass ein Öffnungsgrad des Druckregelventils (30, 48) unterhalb eines vorbestimmten Öffnungsgrades abfällt.

Claims

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einer Gaszufuhr-/-abführeinrichtung zur Zufuhr und zum Abführen von Gas, das bei einer Elektrizitätserzeugung verwendet wird, zu und von der Brennstoffzelle, wobei die Gaszufuhr-/-abführeinrichtung mit zumindest einem Ventil versehen ist, einer Vereisungsbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung, ob es eine Vereisungswahrscheinlichkeit an einer vorbestimmten Stelle einschließlich des zumindest einen Ventils gibt oder nicht, und einer Steuerungseinrichtung zur Unterbindung, dass ein Öffnungsgrad des zumindest einen Ventils niedriger als ein vorbestimmter Öffnungsgrad wird, wenn die Vereisungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt.
Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einer Gaszufuhr-/-abführeinrichtung zur Zufuhr und Abfuhr von Gas, das bei einer Elektrizitätserzeugung verwendet wird, zu und von der Brennstoffzelle, einem Druckregelventil, das an der Gaszufuhr-/-abführeinrichtung vorgesehen ist und das den Druck des Gases, das der Brennstoffzelle zugeführt wird und von der Brennstoffzelle abgeführt wird, entsprechend der Lastgröße regelt, einer Vereisungsbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung, ob es eine Vereisungswahrscheinlichkeit eines bestimmten Ortes einschließlich des Druckregelventils gibt oder nicht, einer Steuerungseinrichtung zur Unterbindung, das der Öffnungsgrad des Druckregelventils niedriger als ein vorbestimmter Öffnungsgrad wird, wenn die Vereisungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vereisungsbeurteilungseinrichtung eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Erfassung der Temperatur eines vorbestimmten Ortes des Brennstoffzellensystems aufweist, und beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, wenn die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasste Temperatur niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vereisungsbeurteilungseinrichtung eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Erfassung einer externen Lufttemperatur aufweist und beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, wenn die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasste Temperatur niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei, wenn die Vereisungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, die Steuerungseinrichtung das Druckregelventil auf zumindest den vorbestimmten Öffnungsgrad fest einstellt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Steuerungseinrichtung das Druckregelventil auf zumindest den vorbestimmten Öffnungsgrad fest einstellt, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Brennstoffzelle eine Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle aufweist, die Gaszufuhr-/-abführeinrichtung ein Kathodenabgassystem aufweist und das Druckregelventil an dem Kathodenabgassystem vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die Elektrizität durch eine Reaktion von Gasen erzeugt, einer Gaseinheit zur Zufuhr und zum Abführen der Gase zu und von der Brennstoffzelle, wobei die Gaseinheit mit zumindest einem Ventil versehen ist, und einer Steuerungseinheit zur Steuerung des Öffnungsgrades des zumindest einen Ventils, wobei die Steuerungseinheit derart steuert, dass unterbunden wird, dass der Öffnungsgrad des zumindest einen Ventils niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, wenn es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass das zumindest eine Ventil der Gaseinheit vereisen wird.
Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die Elektrizität durch eine Reaktion von Gasen erzeugt, einer Gaseinheit zur Zufuhr und zum Abführen der Gase zu und von der Brennstoffzelle, einem Druckregelventil, der an der Gaseinheit zum Regeln des Drucks von zumindest einem der zu und von der Brennstoffzelle zugeführten und abgeführten Gase vorgesehen ist, und einer Steuerungseinheit zur Steuerung des Öffnungsgrades des Druckregelventils, wobei die Steuerungseinheit derart steuert, dass verhindert wird, dass der Öffnungsgrad des Druckregelventils niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, wenn es eine Wahrscheinlichkeit dafür gibt, dass das Druckregelventil der Gaseinheit vereisen wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, wobei das Druckregelventil den Druck des zumindest einen Gases, das zu und von der Brennstoffzelle zugeführt und abgeführt wird, entsprechend der Größe der mit der Brennstoffzelle verbundenen Last regelt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuerungseinheit beurteilt, ob es eine Wahrscheinlichkeit dafür gibt, dass das Druckregelventil der Gaseinheit vereist oder nicht, und, wenn die Steuerungseinheit beurteilt, dass es eine Vereisungswahrscheinlichkeit gibt, unterbindet, dass der Öffnungsgrad des Druckregelventils niedriger als der vorbestimmte Wert wird.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, weiterhin mit einem Sensor zur Erfassung der Temperatur eines vorbestimmten Ortes der Gaseinheit, wobei die Steuerungseinheit die Vereisungswahrscheinlichkeit auf der Grundlage der Temperaturmesswerte von dem Sensor beurteilt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, weiterhin mit einem Sensor zur Erfassung einer externen Lufttemperatur, wobei die Steuerungseinheit die Vereisungswahrscheinlichkeit auf der Grundlage von Temperaturmesswerten aus dem Sensor beurteilt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei, wenn es eine Vereisungswahrscheinlichkeit des Druckregelventils gibt, die Steuerungseinheit den Öffnungsgrad des Druckregelventils auf einen bestimmten Wert einstellt, der gleich oder größer wie der vorbestimmte Wert ist und den Öffnungsgrad darauf beibehält.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei, wenn der Betrieb der Brennstoffzellen gestoppt wird, die Steuerungseinheit den Öffnungsgrad des Druckregelventils auf einen bestimmten Wert einstellt, der gleich oder größer als dem vorbestimmten Wert ist, und den Öffnungsgrad darauf beibehält.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Brennstoffzelle eine Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle aufweist und das Druckregelventil an einer Kathodenabgasseite der Gaseinheit vorgesehen ist.