DE112004000827T5

DE112004000827T5 - Betriebssteuerung eines Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE112004000827T5
Application number: DE112004000827T
Authority: DE
Inventors: Osamu Toyota Yumita; Keizou Toyota Mizuno
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-04-17
Also published as: CN1791995A; DE112004000827B4; JP4806886B2; US20060029847A1; US7943264B2; CN100382372C; JP2004342473A; WO2004102718A1

Abstract

Brennstoffzellensystem, aufweisend:
eine Brennstoffzelle, die zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und einem Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, gestaltet ist;
einen Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen von einem Auslassgasdruck der Sauerstoffelektrode gestaltet ist;
eine Drucksteuereinheit, die zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus derart gestaltet ist, dass der Auslassgasdruck periodisch von einem Standarddruck verringert wird, der während eines Normalbetriebs derart gebildet ist, dass dieser aufrechterhalten wird;
einen Flussrateneinstellmechanismus, der zum Einstellen einer Flussrate des Oxidationsgases gestaltet ist, das der Sauerstoffelektrode zugeführt wird; und
eine Flussratensteuereinheit, die zum Steuern des Flussrateneinstellmechanismus gestaltet ist, so dass die Flussrate unter einer bestimmten Bedingung erhöht wird, wenn der Auslassgasdruck verringert wird.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Betriebssteuerung eines Brennstoffzellensystems zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren hat man sich als eine Energiequelle auf die Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff konzentriert. Die Brennstoffzelle ist mit einer Wasserstoffelektrode und einer Sauerstoffelektrode aufgebaut, zwischen denen ein Elektrolyt zwischengelegt ist. Wenn ein wasserstoffreiches Brennstoffgas zu der Wasserstoffelektrode zugeführt wird und Oxidationsgas, solches wie Luft, zu der Sauerstoffelektrode zugeführt wird, reagieren Wasserstoff und Sauerstoff in diesen Gasen zum Ausbilden von Wasser, während Elektrizität erzeugt wird. Diese Reaktion tritt hauptsächlich bei der Sauerstoffelektrode auf. Wenn eine große Menge von Wasser durch die Reaktion ausgebildet wird, besteht der Fall, bei dem es unmöglich ist, das ausgebildete Wasser auszulassen, wobei das ausgebildete Wasser ein Verstopfen von einer Oxidationsgasrohrleitung verursacht, das von dem Brennstoffzellenbetriebszustand abhängt. Dieses Phänomen, das Flutung genannt wird, verursacht eine Störung der Oxidationsgaszufuhr zu der Sauerstoffelektrode. Durch die Störung wird das Leistungsvermögen der Elektrizitätserzeugung geringer, wobei eine nachteilige Auswirkung, solch eine wie das Verkürzen der Brennstoffzellenlebenszeit, auftreten kann. Die Flutung tritt leicht auf, wenn der Betriebszustand, für welchen die Oxidationsgasflussrate relativ klein ist, solch ein Zustand wie das Erzeugen von Elektrizität bei einer niedrigen Stromdichte.
JP63-110558A offenbart eine Technik zum Unterdrücken der Flutung durch periodisches Erhöhen der Flussrate des Oxidationsgases.
Zum Erhöhen der Flussrate des Oxidationsgases ist es notwendig, die Pumpenleistung einer Pumpe zum Zuführen des Oxidationsgases zu erhöhen. Das Erhöhen der Pumpenleistung kann eine Verringerung der Energieeffizienz von Brennstoffzellen verursachen. Ebenso die Erhöhung der Flussrate kann verzögert werden, nach der Erhöhung der Pumpenleistung, so dass das Problem besteht, dass das Ansprechverhalten ungenügend für das Unterdrücken der Flutung durch Erhöhen der Flussrate des Oxidationsgases ist. Wegen dieser Art von niedrigem Ansprechvermögen ist es bei dem Stand der Technik notwendig, das Oxidationsgas zu erhöhen, bevor die Flutung auftritt, wobei deshalb das Problem des Verringerns der Energieeffizienz besteht. Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Probleme geschaffen, wobei es deren Zweck ist, eine Technologie bereitzustellen, die dazu im Stande ist, das Fluten zu vermeiden, während diese eine Verringerung der Energieeffizienz unterdrückt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung hat als dessen Fachgebiet Brennstoffzellen zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist bei verschiedenen Arten von Brennstoffzellen anwendbar. Von den verschiedenen Arten von Brennstoffzellen ist die der Polymerelektrolytbauart, welche ein Festkörperpolymer verwendet, solches wie Nafion (registrierte Marke), für das Elektrolyt zu bevorzugen. Das Brennstoffzellensystem weist einen Auslassgasdruckeinstellmechanismus zum Einstellen des Auslassgasdrucks der Sauerstoffelektrode und eine Drucksteuereinheit zum Steuern des Einstellmechanismus auf. Die Drucksteuereinheit steuert den Auslassgasdruckeinstellmechanismus derart, dass der Auslassgasdruck periodisch von dem Standarddruck reduziert wird, der während eines normalen Betriebs aufrechterhalten wird. Als der Auslassgasdruckeinstellmechanismus haben beispielsweise Äquivalente ein Druckeinstellventil, das an der Auslassseite der Sauerstoffelektrode vorgesehen ist, eine Druckbeaufschlagungspumpe zum Zuführen von Oxidationsgas.
Durch Verringern des Auslassgasdrucks wird Wasser innerhalb der Sauerstoffelektrode ausgelassen, da der Auslassgasdruck der Sauerstoffelektrode übermäßig niedriger wird als der Einlassgasdruck. Mit der vorliegenden Erfindung ist es durch periodisches Ausführen des Wasserauslassens, das dieses Verfahren verwendet, möglich, eine Flutung zu unterdrücken, während der Feuchtigkeitsgehalt, der für die elektrolytische Membran notwendig ist, aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen ist die Antriebsleistung, die erforderlich ist, den Auslassgasdruck zu verringern, niedriger als die Leistung, die erforderlich ist, die Flussrate des Oxidationsgases zu erhöhen, so dass mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, den Energieverlust, der den Wasserauslass begleitet, zu unterdrücken. Es besteht ebenso der Vorteil, dass diese das Ansprechverhalten des Wasserauslassprozesses mit der vorliegenden Erfindung verbessert, da die Druckänderungsgeschwindigkeit relativ schnell ist.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es ebenso möglich, eine Flussratensteuerung des Oxidationsgases zusammen mit der Steuerung des Auslassgasdrucks auszuführen. Zum Beispiel kann das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung ebenso einen Flussrateneinstellmechanismus zum Einstellen der Flussrate des Oxidationsgases, das der Sauerstoffelektrode zugeführt wird, aufweisen, wobei unter bestimmten Bedingungen, wenn der Druck verringert wird, der Flussrateneinstellmechanismus eine Steuerung ausführen kann, die die Flussrate erhöht. Der Flussrateneinstellmechanismus kann beispielsweise das Äquivalent einer Druckbeaufschlagungspumpe zum Zuführen von Oxidationsgas sein, solch einer wie ein Flussrateneinstellventil, das bei dem Oxidationsgaszuführsystem bereitgestellt ist.
Durch Erhöhen der Flussrate auf diese Weise ist es möglich, den Wasserauslass selbst noch effektiver zu realisieren. Die „bestimmten Bedingungen" zum Erhöhen der Flussrate können auf verschiedene Weisen festgelegt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Flussrate jedes Mal dann zu erhöhen, wenn der Druck verringert wird, oder die Flussrate einmal jede verschiedene Verringerungen des Drucks zu erhöhen. Ebenso ist es beispielsweise möglich, die Flussrate zu erhöhen, wenn der Differenzdruck des Einlassgasdrucks und des Auslassgasdrucks der Brennstoffzelle ein bestimmter Wert oder geringer ist, wenn entschieden wird, dass ein hinreichender Wasserauslass nicht lediglich mit einer Verringerung des Drucks bereitgestellt wird. Im Allgemeinen ist eine relativ große Antriebsleistung erforderlich, um die Flussrate zu erhöhen, so dass es von der Perspektive der Energieeffizienz gesehen bevorzugt wird, die Verringerung des Drucks mit einer höheren Priorität auszuführen als das Erhöhen der Flussrate für den Wasserauslass.
Mit der vorliegenden Erfindung kann die Zeit zum Ausführen der Wasserauslasssteuerung, solch eine wie eine Verringerung des Drucks, auf verschiedene Weisen ausgeführt werden. Es ist möglich, die Wasserauslasssteuerung bei vorbestimmten Zyklen wiederholt auszuführen, oder zu bestimmen, ob die Wasserauslasssteuerung notwendig ist oder nicht, nämlich aus dem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems. Mit dem letzteren Aspekt ist es möglich, die Wasserakkumulation in der Sauerstoffelektrode oder Abweichungen davon abzuschätzen, wobei es möglich ist, zu bestimmen, ob die Wasserauslasssteuerung notwendig ist oder nicht basierend auf jenen Ergebnissen. Wenn das Brennstoffzellensystem bestimmt, dass die Wasserakkumulation oder die Abweichung davon basierend auf dieser Schätzung den bestimmten zulässigen Wert überschritten hat, ist es möglich, die Wasserauslasssteuerung auszuführen. Auf diese Weise ist es möglich, eine nutzlose Ausführung der Wasserauslasssteuerung zu unterdrücken und die Energieeffizienz zu verbessern.
Das Ändern der Wasserakkumulation kann beispielsweise durch die Differenz zwischen dem erzeugten Wasserbetrag und dem Wasserbetrag erhalten werden, der ausgelassen werden kann. Ebenso ist es möglich, die Wasserakkumulation zu schätzen, wenn die Abweichung, die auf diese Weise erhalten wird, über die Zeit integriert wird. Der erzeugte Betrag, der mit dieser Schätzung verwendet wird, ist eine Funktion der Elektrizitätserzeugung und der Dauer der Elektrizitätserzeugung. Der Betrag von Wasser, der ausgelassen werden kann, ist eine Funktion der Oxidationsgasflussrate und des Oxidationsgasdrucks oder der Oxidationsgastemperatur. Der Druck und die Temperatur sind Parameter zum Definieren des Betrags von Wasserdampf, der als gesättigter Dampf in dem Gas enthalten ist, das von der Sauerstoffelektrode ausgelassen wird. Die erzeugte Menge und die Menge von Wasser, das ausgelassen werden kann, kann durch vorheriges Speichern der Abbildung und numerische Formeln zum Ausgeben des Wassererzeugungsbetrags und des Betrags von Wasser, das für diese Parameter ausgelassen wird, erhalten werden.
Der zulässige Wert zum Bestimmen, ob die Wasserauslasssteuerung notwendig ist oder nicht, kann auf verschiedene Weisen festgelegt werden. Für die Wasserakkumulation kann der zulässige Wert auf einen Bereich festgelegt werden, der niedriger als die Wasserakkumulation ist, die zum Erzeugen der Flutung bestimmt wird. Beispielsweise ist es durch Verwendung von 0 als den zulässigen Wert möglich, zu bestimmen, dass die Wasserauslasssteuerung notwendig ist, wenn der Wert der Wasserakkumulation ansteigt. Die zulässigen Werte können feste Werte sein, oder können gemäß der angeforderten Elektrizitätserzeugung usw. variiert werden.
Mit der vorliegenden Erfindung kann für den Auslassgasdruck lediglich von dem Standarddruck verringert werden. Aber es ist wünschenswert, die Abfolge des Erhöhens des Auslassgasdrucks und dann des Reduzierens des Auslassgasdrucks von dem Standarddruck zu verwenden. Durch Erhöhen des Auslassgasdrucks, der höher als der Standarddruck ist, ist es möglich, den Differenzdruck zwischen dem Einlassgasdruck und dem Auslassgasdruck zu vergrößern, wenn der Druck verringert wird, und einen effizienten Wasserauslass zu realisieren.
Wenn der Auslassgasdruck ohne Grenze verringert wird, führt dies eine Verringerung des Einlassgasdrucks zusammen mit der Zeit herbei, wobei daher die Möglichkeit besteht, eine unzureichende Zufuhr von Oxidationsgas herbeizuführen. Um diesen Nachteil zu unterbinden, ist es möglich, eine Grenze des Ausführens der Verringerung des Auslassgasdrucks bei der vorliegenden Erfindung zu platzieren, unter der Einschränkung, dass der Einlassgasdruck der Sauerstoffelektrode bei einem bestimmten Wert oder höher aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird der Einlassgasdruck bei einem bestimmten Wert aufrechterhalten, für welchen es möglich ist, eine geeignete Zufuhr von Oxidationsgas zu realisieren, so dass es ermöglicht wird, die Brennstoffzelle mit Stabilität zu betreiben. Diese Steuerung kann beispielsweise durch Verhindern einer Verringerung des Auslassgasdrucks bei einem Zeitpunkt realisiert werden, bei welchem bestimmt wird, dass der Einlassgasdruck niedriger als der bestimmte Wert ist.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Auslassgasdruckeinstellmechanismus zu verschiedenen Lagen bereitzustellen. Als der Auslassgasdruckeinstellmechanismus ist es möglich, ein Druckeinstellventil bereitzustellen, das an der Auslassrohrleitung zum Ausführen des Auslassens von der Sauerstoffelektrode der Brennstoffzelle beispielsweise vorgesehen ist. Bei diesem Aspekt kann das Druckeinstellventil zusammen zur Auslassströmungsratensteuerung und Wasserauslasssteuerung verwendet werden, so dass es möglich ist, die Geräteanordnung zu vereinfachen. Als Auslassgasdruckeinstellmechanismus ist es möglich, eine Wasserauslassrohrleitung zum Ausführen von Wasserauslass aus dieser Sauerstoffelektrode bereitzustellen, die von der Auslassrohrleitung getrennt ist, und einen Öffnungs- und Schließmechanismus bereitzustellen, der bei einem geschlossenen Zustand während eines normalen Betriebs gehalten wird, solch einen wie ein Sperrventil mittendrin in der Wasserauslassrohrleitung. Mit diesem Mechanismus kann die Wasserauslassrohrleitung noch freier gestaltet werden, so dass es möglich ist, einen Wasserauslass effizient zu realisieren.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, passend die oben beschriebenen Merkmale zu kombinieren und teilweise wegzulassen. Ebenso ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Brennstoffzellensystem beschränkt, sondern kann ebenso verschiedene Aspekte darstellen, solche wie ein Brennstoffzellensystem-Betriebssteuerverfahren usw. Wenn diese als ein Betriebssteuerverfahren ebenso dargestellt ist, ist es möglich, passend die verschiedenen oben beschriebenen Eigenschaften anzuwenden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Gesamtanordnung des Brennstoffzellensystems als ein Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm des Betriebssteuerprozesses.
3 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel der Wasserauslasssteuerung zeigt.
BEVORZUGTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Reihenfolge beschrieben.

A. Geräteanordnung:
B. Betriebssteuerprozess:
C. Wasserauslasssteuerung:
D. Abweichungsbeispiel:

A. Geräteanordnung:
1 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Gesamtanordnung des Brennstoffzellensystems als ein Ausführungsbeispiel zeigt. Das Brennstoffzellensystem in diesem Ausführungsbeispiel ist in ein elektrisches Fahrzeug, das durch einen Motor als eine Leistungsquelle angetrieben wird, eingebaut. Wenn der Fahrer den Beschleuniger niederdrückt, wird eine Leistungserzeugung gemäß dem Niederdrückbetrag ausgeführt, der durch den Beschleunigeröffnungssensor 101 erfasst wird, wobei es möglich ist, das Fahrzeug unter Verwendung dieser Leistung zu betreiben. Das Brennstoffzellensystem muss nicht innerhalb des Fahrzeugs wie bei diesem Ausführungsbeispiel platziert sein. Die vorliegende Erfindung ist ebenso bei Brennstoffzellensystemen mit verschiedenen Anordnungen anwendbar, solche wie ein Brennstoffzellensystem der stationären Bauart.
Der Brennstoffzellenstapel 10 ist ein Stapel von Zellen zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff. Jede Zelle ist mit einer Wasserstoffelektrode (nachstehend eine Anode genannt) und einer Sauerstoffelektrode (nachstehend eine Kathode genannt) ausgeführt, zwischen denen eine elektrolytische Membran zwischengelegt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle mit einer Festkörperpolymermembran, solch eine wie Nafion (registrierte Marke), als die elektrolytische Membran verwendet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Bauart von Brennstoffzelle begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist ebenso für verschiedene Arten von Brennstoffzellen anwendbar.
Als das Gas, das Sauerstoff enthält, wird komprimierte Luft zu der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt. Die Ansaugluft von dem Filter 40 wird durch den Kompressor 41 komprimiert. Nach der Kompression wird die Luft durch die Befeuchtungseinrichtung 42 befeuchtet und dem Brennstoffzellenstapel 10 durch die Rohrleitung 35 zugeführt. Der Luftzuführdruck, der durch den Drucksensor 54 erfasst wird, wird auf einen bestimmten Standarddruck, solch einen wie 170 kPa, eingestellt. Der Temperatursensor 102 zum Erfassen der Ansauglufttemperatur ist in der Rohrleitung 35 vorgesehen. Der Auslass von der Kathode (nachstehend das Kathodenabgas genannt) wird zu der Außenseite durch die Rohrleitung 36 und den Auspufftopf 43 ausgelassen. Der Luftzufuhrdruck, der durch den Drucksensor 53 erfasst wird, der in der Rohrleitung 36 vorgesehen ist, wird auf einen bestimmten Standarddruck von 150 kPa durch Steuern der Öffnung des Regulierungsventils 27 eingestellt.
Wenn die Öffnung des Regulierungsventils 27 rasch vergrößert wird, verringert sich der Auslassgasdruck und eine übermäßige Druckdifferenz zwischen dem Einlassgasdruck und dem Auslassgasdruck der Kathode tritt auf. Diese Druckdifferenz bringt die Auswirkung des Auslassens des Wassers mit sich, das innerhalb der Kathode während der Elektrizitätserzeugung ausgebildet wird. In dieser Hinsicht wird das Regulierungsventil 27 nicht lediglich für eine Drucksteuerung während eines normalen Betriebs verwendet; es möglich ist, dass das Regulierungsventil 27 ebenso als ein Ventil zur Wasserauslasssteuerung des erzeugten Wassers verwendet wird.
Wasserstoff von dem Hochdruckwasserstoff, der in dem Wasserstoffbehälter 20 gespeichert ist, wird über die Rohrleitung 32 zu der Anode des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt. Anstelle des Wasserstoffbehälters 20 ist es ebenso möglich, Wasserstoff durch eine Umbildungsreaktion unter Verwendung von Rohstoffen herzustellen, solchen wie Alkohol, Kohlenwasserstoffe, Aldehyd, und dies zu der Anode zuzuführen.
Der Wasserstoff, der bei hohem Druck in dem Wasserstoffbehälter 20 gespeichert ist, wird in dessen Druck und die Zufuhr davon durch das Schließventil 21, die Reguliereinrichtung 22, das Hochdruckventil 23 und das Niederdruckventil 24 eingestellt und wird dann der Anode zugeführt. Der Auslass von der Anode (nachstehend das Anodenabgas genannt) wird aus der Rohrleitung 33 ausgelassen. Der Drucksensor 51 und das Ventil 25 sind bei dem Anodenauslass vorgesehen, wobei diese zum Steuern der Druckzufuhr und Quantität zu der Anode verwendet werden.
Die Rohrleitung 33 verzweigt mittendrin in zwei Rohrleitungen. Eine ist mit dem Auslassrohr 34 zum Auslassen des Anodenabgases zu der Außenseite verbunden, wobei das Andere mit der Rohrleitung 32 über das Rückschlagventil 28 verbunden ist. Als Folge des durch die elektrische Erzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 10 verbrauchten Wasserstoffs wird der Anodenabgasdruck relativ niedrig, so dass die Pumpe 45 zum Druckbeaufschlagen des Anodenabgases in der Rohrleitung 33 vorgesehen ist.
Während das Auslassventil 26, das in dem Auslassrohr 34 vorgesehen ist, geschlossen ist, zirkuliert das Anodenabgas in dem Bennstoffzellenstapel 10 wieder über die Rohrleitung 32. Wasserstoff, der nicht mit der elektrischen Energieerzeugung verbraucht wird, verbleibt in dem Anodenabgas, so dass es möglich ist, den Wasserstoff durch Zirkulieren auf diese Weise effektiv zu nutzen.
Während der Zirkulation des Anodenabgases wird der Wasserstoff für die Elektrizitätserzeugung verbraucht. Andererseits werden Unreinheiten, andere als Wasserstoff, solche wie Stickstoff aus der Kathode, die durch die elektrolytische Membran durchdringen, nicht verbraucht und verbleiben. Dies rührt daher, dass die Konzentration der Unreinheiten schrittweise ansteigt. Bei diesem Zustand, wird zum Verringern der Konzentration der zirkulierenden Unreinheiten das Auslassventil 26 geöffnet. Wenn das Auslassventil 26 öffnet, geht Anodenabgas durch das Auslassrohr 34 und wird zu der Außenseite ausgelassen, nachdem dieses durch Luft bei dem Verdünner 44 verdünnt wird. Jedoch wird zur selben Zeit ebenso Wasserstoff ausgelassen. Daher wird das Öffnen des Auslassventils 26 vorzugsweise so oft wie möglich aus der Perspektive der Brennstoffverbrauchsverbesserung unterbunden.
Zusätzlich zu dem Wasserstoff und Sauerstoff wird Kühlwasser zu dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Das Kühlwasser strömt in die Rohrleitung 37 durch die Pumpe 46 ein. Das Kühlwasser wird durch den Strahlerkörper 38 gekühlt und wird dem Brennstoffzellensystem 10 zugeführt. Ein Temperatursensor 103 zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers ist bei dem Auslass des Brennstoffzellenstapels 10 vorgesehen.
Der Betrieb des Brennstoffzellensystems wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert. Die Steuereinheit 100 ist als ein Mikrocomputer ausgeführt, der intern eine CPU, ein RAM und ein ROM aufweist, wobei der Systembetrieb gemäß dem Programm gesteuert wird, das in dem ROM gespeichert ist. In der Figur ist ein Beispiel von Signalen, die von der Steuereinheit 100 ausgegeben werden und in die Steuereinheit 100 eingegeben werden zum Realisieren dieser Steuerung gezeigt. Als Eingabe bestehen zum Beispiel Erfassungssignale von dem Temperatursensor 102, dem Temperatursensor 103 und dem Beschleunigeröffnungssensor 101. Ebenso werden die Erfassungssignale von dem Drucksensor 54 zum Erfassen des Einlassgasdrucks der Kathode und von dem Drucksensor 53 zum Erfassen des Auslassgasdrucks der Steuereinheit 100 eingegeben. Als Ausgabe sind Beispiele das Niederdruckventil 24, das Auslassventil 26, das Regulierungsventil 27 und der Kompressor 41.
Wie durch die gestrichelte Linie in der Zeichnung gezeigt ist, ist es möglich, die Rohrleitung 36a oder die Rohrleitung 36b für den Wasserauslass an dem Kathodenauslass der Brennstoffzelle 10 vorzusehen. Die Rohrleitung 36a ist von der Rohrleitung 36 des Kathodenabgases separat vorgesehen, wobei diese ein Beispiel ist, das mit dem Gasströmungsweg innerhalb der Kathode im Inneren der Brennstoffzelle 10 verbunden ist. Die Rohrleitung 36b ist ein Beispiel, das als eine Verzweigung von der Kathodenabgasrohrleitung 36 vorgesehen ist. Die Ventile 27a und 27b für den Wasserauslass sind in jeder Rohrleitung 36a und 36b vorgesehen. Diese Ventile 27a und 27b sind während des normalen Betriebs geschlossen und werden während des Wasserauslasses durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 100 geöffnet. Wenn diese Ventile 27a und 27b öffnen, verringert sich der Kathodenauslassgasdruck rasch und ein Druckunterschied mit dem Einlassgasdruck tritt auf. Der Druckunterschied bewirkt, dass Wasser, das innerhalb der Kathode ausgebildet wird, ausgelassen wird. Von der Perspektive der Wirksamkeit des Wasserauslasses ist es vorzuziehen, die Rohrleitung 36a und das Ventil 27a bereitzustellen.
B. Betriebssteuerprozess:
2 ist ein Flussdiagramm des Betriebssteuerprozesses. Dies ist ein Prozess, der wiederholt durch die Steuereinheit 100 zu einer bestimmten Zeitgebung ausgeführt wird.
Wenn der Prozess beginnt, führt die Steuereinheit 100 die Eingabe der Elektrizitätserzeugungsforderung und die Erfassung des Betriebszustands aus (Schritt S10). Ebenso führt die Steuereinheit 100 die Elektrizitätserzeugungssteuerung, im Speziellen die Steuerung der Brennstoffgas- und Luftzufuhr basierend auf dieser Elektrizitätserzeugungsforderung, aus (Schritt S11).
Als Nächstes führt die Steuereinheit 100 die Wasserauslasssteuerung für das Wasser aus, das während der Elektrizitätserzeugung ausgebildet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Wasser durch den Druckunterschied zwischen dem Einlassgasdruck und dem Auslassgasdruck ausgelassen, welcher durch Öffnen des Regulierungsventils 27 bei dem Kathodenauslass erzeugt wird.
Zuerst bestimmt die Steuereinheit 100 zum Ausführen dieser Wasserauslasssteuerung, ob der Kathodeneinlassgasdruck unter dem bestimmten Schwellwert Pin ist oder nicht (Schritt S12). Der Schwellwert Pin ist ein Wert, der ein Kriterium zum Bestimmen ist, ob die Wasserauslasssteuerung auszuführen ist oder nicht. Wenn das Regulierungsventil 27 geöffnet ist, verringert sich der Einlassgasdruck so wie die Zeit verstreicht, wobei es möglich ist, dass die Luftzufuhr unzureichend wird. Der Schwellwert Pin ist ein Wert, der zum Vermeiden dieser Art von Situation festgelegt wird, und kann basierend auf dem Zufuhrdruck festgelegt werden, durch welchen es möglich ist, eine Luftströmungsrate zu gewährleisten, die für das Fortsetzen des Betriebs mit Stabilität für die Brennstoffzelle 10 erforderlich ist.
Wenn der Einlassgasdruck unter dem Schwellwert Pin ist, bestimmt die Steuereinheit 100, dass die Wasserauslasssteuerung nicht ausgeführt werden sollte und beendet den Betriebssteuerprozess ohne das Ausführen der Wasserauslasssteuerung. Es ist möglich, die Bestimmung hinsichtlich des Einlassgasdrucks (Schritt S12) wegzulassen, wobei es ebenso möglich ist, einen Ablauf zum Ausführen des Prozesses nach Schritt S13 bedingungslos zu verwenden.
Wenn der Einlassgasdruck größer als der Schwellwert Pin ist, schätzt die Steuereinheit 10 die Änderungsrate der Wasserakkumulation innerhalb der Brennstoffzelle 10 (Schritt S13). Die Änderungsrate wird durch die Differenz zwischen dem ausgebildeten Wasserbetrag und dem ausgelassener Wasserbetrag pro Zeiteinheit erhalten. Der ausgebildete Wasserbetrag kann als eine Funktion der erzeugten Elektrizität geschätzt werden. Die Beziehung zwischen der erzeugten Elektrizität und dem ausgebildeten Wasserbetrag kann in der Steuereinheit 100 im Voraus als eine Abbildung oder eine Funktion gespeichert sein. Im Allgemeinen wird der Wert des ausgebildeten Wasserbetrags mit einem Anstieg der erzeugten Elektrizität größer.
Der ausgelassene Wasserbetrag kann als eine Funktion der Luftströmungsrate und der Temperatur geschätzt werden. Im Allgemeinen ist das ausgebildete Wasser als Wasserdampf in dem Kathodenabgas enthalten und wird abgelassen. Die Temperatur ist ein Parameter zum Definieren einer gesättigten Dampfkonzentration in dem Kathodenabgas. Als ein Parameter zum Festlegen des Betrags von Wasserdampf, der in einer Volumeneinheit von Kathodenabgas enthalten sein kann, ist es ebenso möglich, weiter den Auslasswasserbetrag zu erhalten, nämlich im Hinblick auf den Gesamtdruck des Kathodenabgases. Die Beziehung zwischen dem ausgelassenen Wasserbetrag und diesen Parametern kann in der Steuereinheit 100 im Voraus als eine Abbildung oder eine Funktion gespeichert sein. Im Allgemeinen wird der ausgelassene Wasserbetrag mit der Verringerung der Luftströmungsrate niedriger.
Wenn die Änderungsrate, die auf diese Weise erhalten wird, niedriger oder gleich dem bestimmten Schwellwert Tr (Schritt S14) ist, bestimmt die Steuereinheit 100, dass die Möglichkeit des Flutungsauftretens gering ist, und beendet den Betriebssteuerprozess ohne die Wasserauslasssteuerung auszuführen. Der Schwellwert Tr ist ein Wert, der ein Kriterium zum Bestimmen ist, ob Flutung auftritt oder nicht, wobei jegliche Festlegung basierend auf Experimenten oder einer Analyse möglich ist. Wenn der Schwellwert Tr hoch festgelegt ist, ist die Frequenz der Wasserauslasssteuerung niedrig, so dass Flutung noch leichter auftritt. Wenn der Schwellwert Tr niedrig festgelegt ist, wird die Wasserauslasssteuerung häufig ausgeführt, wobei der Luftzufuhrdruck sich verringert, so dass dies die Verringerung der Elektrizitätserzeugungseffizienz herbeiführen kann. Der Schwellwert Tr ist vorzugsweise in Anbetracht dieser beiden Aspekte festgelegt. Zum Beispiel wird die Wasserauslasssteuerung ausgeführt, wenn der Schwellwert Tr zu 0 festgelegt wird, wenn die Änderungsrate positiv ist, in anderen Worten, wenn die Wasserakkumulation in der Brennstoffzelle 10 in einem Anstiegszustand ist.
Wenn die Änderungsrate den bestimmten Schwellwert Tr überschreitet, ist der Betrag von ausgebildetem Wasser groß, so dass die Wasserauslasssteuerung ausgeführt wird (Schritte S14 und S15). Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Wasserauslasssteuerung durch Kombinieren der beiden Verfahren ausgeführt. Eines der Verfahren ist es, den Kathodenauslassgasdruck zu verringern, und das Andere ist es, die Luftströmungsrate zu erhöhen.
C. Wasserauslasssteuerung:
3 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel der Wasserauslasssteuerung zeigt. Diese zeigt die Änderungen über die Zeit der kathodenseitigen Luftströmungsrate und des Auslassgasdrucks, nachdem die Wasserauslasssteuerung gestartet wurde.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, wird durch die Wasserauslasssteuerung der Auslassgasdruck periodisch durch periodisches Lösen des Regulierungsventils 27 verringert. Die Zeitspannen D1 bis D4 in der Zeichnung geben Zeitspannen an, bei welchen der Druck verringert wird. Wenn der Auslassgasdruck verringert wird, tritt eine übermäßige Druckdifferenz zwischen dem Kathodeneinlassgasdruck und dem Auslassgasdruck auf, die den Wasserauslass vorantreibt. Die Druckverringerungszeitspannen D1 bis D4 und das Intervall B können im Voraus festgelegt sein oder können gemäß der Änderungsrate der Wasserakkumulation geändert werden.
An der unteren Hälfte der Zeichnung ist ein Beispiel einer Wellenform gezeigt, wenn sich der Druck verringert, nämlich durch die vergrößerte Zeichnung der Änderung des Auslassgasdrucks in der Zeitspanne D1. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Auslassgasdruck als die Wellenform gesteuert, die in der Zeichnung gezeigt ist. Der Auslassgasdruck wird zu einem höheren Druck als der Standarddruck während des normalen Betriebs erhöht (Zeitpanne T1). Dann wird der Druck zu einem niedrigeren Druck als der Standarddruck verringert (Zeitspanne T2), wobei der Druck zu dem Standarddruck umgekehrt wird (Zeitspanne T3). Der Anstieg des Drucks kann zum Beispiel durch einen Anstieg der Drehung des Kompressors 41 oder eine Verringerung der Öffnung des Regulierungsventils 27 erreicht werden. Die Verringerung des Drucks wird durch einen Anstieg der Öffnung des Regulierungsventils 27 realisiert.
Die Dauer von jeder Periode T1 bis T3 kann frei festgelegt werden. Es ist zu bevorzugen, die Dauer der Zeitspannen T1 und T2 derart festzulegen, dass die Verringerungsrate des Drucks bei der Zeitspanne T2 höher ist als die Erhöhungsrate bei der Zeitspanne T1. Durch Erhöhen des Drucks auf diese Weise kann die Druckdifferenz zwischen dem Einlassgasdruck und dem Auslassgasdruck während der Druckverringerung erweitert werden, wobei die Wasserauslasseffizienz verbessert wird. Die Wellenform während der Druckverringerung kann auf verschiedene Weisen festgelegt werden, ohne diese auf das Beispiel, das in der Zeichnung gezeigt ist, zu begrenzen. Es ist ebenso möglich, die Zeitspanne T1 zum Erhöhen des Drucks wegzulassen und eine Wellenform zu verwenden, die sich einfach von dem Standarddruck verringert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Luftströmungsrate ebenso zur weiteren Verbesserung der Wasserauslasseffizienz zusammen mit einer Verringerung des Auslassgasdrucks erhöht, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Die Erhöhung der Flussrate kann durch eine Erhöhung der Drehung des Kompressors 41 erreicht werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Frequenz der Erhöhung der Flussrate niedriger als die der Verringerung des Auslassgasdrucks, mit anderen Worten, die Erhöhung der Flussrate wird einmal alle drei Druckverringerungen ausgeführt. Die Flussratenerhöhungsfrequenz kann frei festgelegt werden, aber es ist ebenso möglich, die gleiche Frequenz wie die Druckverringerung festzulegen. Jedoch ist es zum Erhöhen der Luftströmungsrate notwendig, die Antriebsleistung des Kompressors 41 zu erhöhen, so dass aus der Perspektive der Brennstoffzellensystemenergieeffizienz gesehen zu bevorzugen ist, dass die Erhöhung der Flussrate weniger häufig ist.
Die Erhöhung der Luftströmungsrate muss nicht notwendigerweise zyklisch vollbracht werden. Beispielsweise ist es ebenso möglich, die Luftströmungsrate lediglich dann zu erhöhen, wenn die Änderungsrate der Wasserakkumulation groß ist und bestimmt wird, dass das Unterdrücken von einer Flutung nicht durch den Wasserauslass, der eben die Verringerung des Drucks ausführt, möglich ist. Es ist ebenso möglich, die Frequenz und die Zeitspanne der Erhöhung der Flussrate gemäß der Änderungsrate der Wasserakkumulation zu ändern. Es ist ebenso möglich, den Wasserauslass lediglich mit einer Verringerung des Drucks auszuführen, ohne einen Anstieg der Luftströmungsrate auszuführen.
Bei dem Brennstoffzellensystem von diesem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es durch Ausführen einer Wasserauslasssteuerung, die den Auslassgasdruck periodisch verringert, möglich, eine Flutung zu unterdrücken, während eine extreme Verringerung der Energieeffizienz vermieden wird. Ebenso ist es durch periodisches Ausführen der Wasserauslasssteuerung möglich, den notwendigen Feuchtigkeitsgehalt für den Betrieb der Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten.
D. Abweichende Beispiele:
Die Verringerung des Auslassgasdrucks für das Ausführungsbeispiel kann durch Lösen der Ventile 27a und 27b realisiert werden, die durch das Beispiel in 1 gezeigt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel einer Bestimmung, ob die Wasserauslasssteuerung notwendig ist oder nicht, basierend auf der Änderungsrate der Wasserakkumulation gezeigt. Die Bestimmung, ob die Wasserauslasssteuerung notwendig ist oder nicht, kann ebenso auf verschiedenen Parametern basieren. Zum Beispiel ist es ebenso möglich, als den Parameter den akkumulierten Betrag von ausgebildeten Wasser zu verwenden, der durch Ausführen einer Zeitintegration der Änderungsrate erhalten wird, die in dem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Ebenso ist als ein unterschiedlicher Parameter möglich, die erforderliche Elektrizitätserzeugung zu verwenden. Im Allgemeinen ist es dann möglich, wenn wir die Tatsache betrachten, dass die Flutung leicht auftritt, wenn die erforderliche Elektrizitätserzeugung gering ist, ein Verfahren zum Bestimmen zu verwenden, ob die Wasserauslasssteuerung notwendig ist oder nicht, nämlich basierend auf einem Vergleich der erzeugten Elektrizität und einem bestimmten Wert.
Obige verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, wobei klar ist, dass es möglich ist, verschiedene Anordnungen in einem Bereich zu verwenden, der nicht von den Schlüsselpunkten abweicht.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist für verschiedene Arten von Brennstoffzellensystemen anwendbar, solche wie ein Brennstoffzellensystem der Bauart in einem Fahrzeug, dem Brennstoffzellensystem der stationären Bauart usw.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einem Brennstoffzellensystem werden die Flussrate und der Druck des Luftstroms, der zu der Kathodenseite zugeführt wird, mit der folgenden Prozedur gesteuert. Zuerst wird Luft der Kathode bei der Flussrate und der Zufuhr von Druck, die notwendig zum Erzeugen von Elektrizität ist, zugeführt. In diesem Zustand wird die Änderungsrate des Betrags von ausgebildetem Wasser, das in der Kathode akkumuliert ist, basierend auf der erforderlichen Elektrizitätserzeugung und der Luftströmungsrate geschätzt. Wenn der akkumulierte Betrag von ausgebildetem Wasser mit einer hohen Rate ansteigt, wird zum Vermeiden einer Flutung das Kathodenauslassregulierungsventil zum Verringern des Auslassgasdrucks periodisch geöffnet. Ebenso wird bei einer Frequenz, die kleiner ist als die der Druckverringerung, die Flussrate erhöht. Durch Ausführen dieses Betriebs, dem der erhöhten Luftströmungsrate und des Druckunterschieds zwischen dem Kathodeneinlass und Kathodenauslass, ist es möglich, den Auslass des ausgebildeten Wassers mit einem geringen Energieverlust zu unterstützen.

Claims

Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und einem Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, gestaltet ist; einen Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen von einem Auslassgasdruck der Sauerstoffelektrode gestaltet ist; eine Drucksteuereinheit, die zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus derart gestaltet ist, dass der Auslassgasdruck periodisch von einem Standarddruck verringert wird, der während eines Normalbetriebs derart gebildet ist, dass dieser aufrechterhalten wird; einen Flussrateneinstellmechanismus, der zum Einstellen einer Flussrate des Oxidationsgases gestaltet ist, das der Sauerstoffelektrode zugeführt wird; und eine Flussratensteuereinheit, die zum Steuern des Flussrateneinstellmechanismus gestaltet ist, so dass die Flussrate unter einer bestimmten Bedingung erhöht wird, wenn der Auslassgasdruck verringert wird.
Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und einem Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, gestaltet ist; einen Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen von einem Auslassgasdruck der Sauerstoffelektrode gestaltet ist; eine Drucksteuereinheit, die zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus derart gestaltet ist, dass der Auslassgasdruck periodisch von einem Standarddruck verringert wird, der während eines Normalbetriebs derart gebildet ist, dass dieser aufrechterhalten wird; und eine Schätzeinheit, die zum Schätzen einer Wasserakkumulation oder einer Abweichung davon innerhalb der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, wobei die Drucksteuereinheit die Steuerung des Auslassgasdrucks ausführt, wenn die Wasserakkumulation oder die Abweichung davon, die durch die Schätzeinrichtung geschätzt wird, einen bestimmten zulässigen Wert überschreitet.
Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und einem Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, gestaltet ist; einen Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen von einem Auslassgasdruck der Sauerstoffelektrode gestaltet ist; und eine Drucksteuereinheit, die zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus derart gestaltet ist, dass der Auslassgasdruck periodisch von einem Standarddruck verringert wird, der während eines Normalbetriebs derart gebildet ist, dass dieser aufrechterhalten wird, wobei die Drucksteuereinheit den Auslassgasdruck auf einen höheren Druck als den Standarddruck anhebt und dann den Auslassgasdruck auf einen niedrigeren Druck als den Standarddruck verringert.
Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und einem Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, gestaltet ist; einen Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen von einem Auslassgasdruck der Sauerstoffelektrode gestaltet ist; eine Drucksteuereinheit, die zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus derart gestaltet ist, dass der Auslassgasdruck periodisch von einem Standarddruck verringert wird, der während eines Normalbetriebs derart gebildet ist, dass dieser aufrechterhalten wird; und eine Einlassgasdruckerfassungseinheit, die zum Erfassen eines Einlassgasdrucks der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, wobei die Drucksteuereinheit die Steuerung des Auslassgasdrucks unter der Einschränkung des Aufrechterhaltens des Einlassgasdrucks auf einen bestimmten Wert oder höher ausführt.
Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und einem Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, gestaltet ist; einen Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen von einem Auslassgasdruck der Sauerstoffelektrode gestaltet ist; eine Drucksteuereinheit, die zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus derart gestaltet ist, dass der Auslassgasdruck periodisch von einem Standarddruck verringert wird, der während eines Normalbetriebs derart gebildet ist, dass dieser aufrechterhalten wird, wobei die Brennstoffzelle hat: ein Wasserauslassrohr, das zum Auslassen von Wasser aus der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, wobei das Wasserauslassrohr separat von einem Auslassrohr vorgesehen ist, das einen Gasauslass von der Sauerstoffelektrode durchführt und wobei der Auslassdruckeinstellmechanismus hat einen Öffnungs- und Schließmechanismus, der mittendrin in dem Wasserauslassrohr vorgesehen ist, wobei der Öffnungs- und Schließmechanismus in einem geschlossenen Zustand während des Normalbetriebs aufrechterhalten wird, und wobei die Drucksteuereinheit den Öffnungs- und Schließmechanismus steuert, der zum Steuern des Auslassgasdrucks wirkt.
Betriebssteuerverfahren einer Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: einen Normalbetriebsschritt zum Steuern eines Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen eines Auslassgasdrucks der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, so dass der Auslassgasdruck bei einem bestimmten Standarddruck aufrechterhalten wird; einen Wasserauslassschritt zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus, so dass der Auslassgasdruck periodisch von dem Standarddruck zum Auslass von Wasser aus der Sauerstoffelektrode verringert wird; und einen Flussratensteuerschritt zum Steuern eines Flussrateneinstellmechanismus, wodurch die Flussrate des Oxidationsgases, das der Sauerstoffelektrode zugeführt wird, eingestellt wird, wobei der Flussratensteuerschritt einen Schritt zum Steuern des Flussrateneinstellmechanismus hat, so dass die Flussrate unter bestimmten Bedingungen erhöht wird, wenn der Druck verringert wird.
Betriebssteuerverfahren einer Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: einen Normalbetriebsschritt zum Steuern eines Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen eines Auslassgasdrucks der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, so dass der Auslassgasdruck bei einem bestimmten Standarddruck aufrechterhalten wird; einen Wasserauslassschritt zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus, so dass der Auslassgasdruck periodisch von dem Standarddruck zum Auslass von Wasser aus der Sauerstoffelektrode verringert wird; und einen Schritt zum Schätzen einer Wasserakkumulation oder einer Abweichung davon innerhalb der Sauerstoffelektrode, wobei der Wasserauslassschritt ausgeführt wird, wenn die Wasserakkumulation oder die Abweichung davon einen bestimmten zulässigen Wert überschreitet.
Betriebssteuerverfahren einer Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: einen Normalbetriebsschritt zum Steuern eines Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen eines Auslassgasdrucks der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, so dass der Auslassgasdruck bei einem bestimmten Standarddruck aufrechterhalten wird; einen Wasserauslassschritt zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus, so dass der Auslassgasdruck periodisch von dem Standarddruck zum Auslass von Wasser aus der Sauerstoffelektrode verringert wird, wobei der Wasserauslassschritt einen Schritt zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus hat, so dass der Auslassgasdruck auf einen höheren Druck als den Standarddruck angehoben wird, und dann auf einen niedrigeren Druck als den Standarddruck verringert wird.
Betriebssteuerverfahren einer Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: einen Normalbetriebsschritt zum Steuern eines Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen eines Auslassgasdrucks der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, so dass der Auslassgasdruck bei einem bestimmten Standarddruck aufrechterhalten wird; einen Wasserauslassschritt zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus, so dass der Auslassgasdruck periodisch von dem Standarddruck zum Auslass von Wasser aus der Sauerstoffelektrode verringert wird; und einen Schritt zum Erfassen eines Einlassgasdrucks der Sauerstoffelektrode, wobei der Wasserauslassschritt einen Schritt zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus hat, so dass der Einlassgasdruck bei einem bestimmten Wert oder höher aufrechterhalten wird.
Betriebssteuerverfahren einer Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, der einer Wasserstoffelektrode zugeführt wird, und Oxidationsgas, das einer Sauerstoffelektrode zugeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: einen Normalbetriebsschritt zum Steuern eines Auslassgasdruckeinstellmechanismus, der zum Einstellen eines Auslassgasdrucks der Sauerstoffelektrode gestaltet ist, so dass der Auslassgasdruck bei einem bestimmten Standarddruck aufrechterhalten wird; einen Wasserauslassschritt zum Steuern des Auslassgasdruckeinstellmechanismus, so dass der Auslassgasdruck periodisch von dem Standarddruck zum Auslass von Wasser aus der Sauerstoffelektrode verringert wird, wobei die Brennstoffzelle aufweist: ein Wasserauslassrohr, das zum Auslassen von Wasser aus der Sauerstoffelektrode angeordnet ist, wobei das Wasserauslassrohr separat von einem Auslassrohr vorgesehen ist, das einen Gasauslass aus der Sauerstoffelektrode durchführt; und einen Öffnungs- und Schließmechanismus, der mittendrin in dem Wasserauslassrohr vorgesehen ist, wobei der Normalbetriebsschritt einen Schritt zum Aufrechterhalten des Öffnungs- und Schließmechanismus in einem geschlossenen Zustand hat, und wobei der Wasserauslassschritt einen Schritt zum Steuern des Zustands des Öffnungs- und Schließmechanismus hat.