DE112004002248T5 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der durch Aufeinanderstapeln mehrerer Brennstoffzellen gebildet wird, zur Erzeugung von Energie über eine elektrochemische Reaktion unter Einsatz eines Gasreaktionspartners, wobei eine Betriebsart des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage eines Spannungsanstiegszustands des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird, der erfasst wird, nachdem mit der Zufuhr des Gasreaktionspartners begonnen wurde.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, und spezieller eine Vorgehensweise zum Minimieren der Beeinträchtigung von Brennstoffzellen, die durch ständige Energieerzeugung unter ungeeigneten Bedingungen hervorgerufen wird.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Von Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen, von denen momentan erwartet wird, dass sie als Energiequelle für Fahrzeuge dienen, ist bislang bekannt, dass sie ihre eigenen Nachteile aufweisen, nämlich dass in einer Niedertemperaturumgebung unterhalb des Gefrierpunktes Feuchtigkeit um Elektroden herum gefroren wird, was die Diffusion eines Gasreaktionspartners behindert, und wiederum das elektrische Leitvermögen von Elektrolytenmembranen verringert. Weiterhin besteht ein weiterer Nachteil in der Hinsicht, dass nach Aktivieren einer Brennstoffzelle in einer derartigen Niedertemperaturumgebung eine Verstopfung in Gasreaktionspartner-Flusskanälen infolge des Einfrierens von Feuchtigkeit auftritt, und der Gasreaktionspartner dadurch gehindert wird, zu den Elektrolytmembranen vorzustoßen und diese zu erreichen, wodurch manchmal eine elektrisch chemische Reaktion des Gasreaktionspartners behindert wird, obwohl er zugeführt wird, und daher zu einem Ausfall des Einschaltens der Brennstoffzelle führt. Weiterhin kann gefrorener Tau, der in den Gasreaktionspartner-Flusskanälen entsteht, Gasflusswege sperren.
  • Angesichts der voranstehend geschilderten Umstände wurde, wie in dem japanischen offen gelegten Patent Nr. 2003-36874 vorgeschlagen, ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, das einen Detektor zur Erfassung der Innentemperatur einer Brennstoffzelle aufweist, um eine Kühlwasserpumpe abzuschalten, wenn die Innentemperatur der Brennstoffzelle unterhalb des Gefrierpunktes liegt, und die Fördermenge der Kühlwasserpumpe in Abhängigkeit von einem Anstieg der Innentemperatur der Brennstoffzelle zu erhöhen, wenn deren Temperatur im Inneren oberhalb des Gefrierpunktes liegt, um zu verhindern, dass erzeugtes Wasser in der Brennstoffzelle einfriert.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Bei herkömmlichen Brennstoffzellensystemen wie jenen, die voranstehend geschildert wurden, können diese einen Zustand einer Brennstoffzelle während der Energieerzeugung bestimmen, und Betriebsbedingungen entsprechend dem momentanen Zustand der Brennstoffzelle optimieren, jedoch können sie nicht einen Zustand der Brennstoffzelle vor Beginn der Energieerzeugung bestimmen. Daher trat bei den herkömmlichen Brennstoffzellensystemen eine Beeinträchtigung der Brennstoffzelle auf, die dadurch hervorgerufen wurde, dass ständig Energie unter ungeeigneten Bedingungen erzeugt wurde.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des voranstehenden Problems entwickelt, und weist daher den Vorteil auf, ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung zu stellen, welches die Beeinträchtigung der Brennstoffzellen minimieren kann, die durch ständige Energieerzeugung unter ungeeigneten Bedingungen hervorgerufen wird.
  • Zur Erzielung des voranstehend geschilderten Vorteils bestimmt ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Betriebsart eines Brennstoffzellenstapels in Abhängigkeit von dessen Spannungsanstiegszustand, der erfasst wird, nachdem die Zufuhr eines Gasreaktionspartners begonnen wurde, und betreibt den Brennstoffzellenstapel in der ermittelten Betriebsart.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konstruktion einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 ist eine Darstellung, die einen Spannungsanstieg des Brennstoffzellenstapels in 2 zeigt;
  • 4 ist ein Flussdiagramm, in welchem ein Aktivierungsprozess des Brennstoffzellensystems von 2 gezeigt ist;
  • 5 ist eine Darstellung, die einen Betrieb eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konstruktion eines Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
  • 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einem Prozess einsetzbar, bei welchem Energie durch Zufuhr eines Gasreaktionspartners zu einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (nachstehend einfach als Brennstoffzelle bezeichnet) erhalten wird, wie sie in 1 gezeigt ist. Eine in 1 gezeigte Brennstoffzelle 1 weist eine Elektrolytmembran 2 auf, die als Protonenleitungsmembran aus einem Polymerfeststoffmaterial wie beispielsweise Fluorkunststoff hergestellt ist, eine Brennstoffelektrode 3a, und eine Oxidationsmittelelektrode 3b, die so angeordnet ist, dass dazwischen die Elektrolytmembran 2 gehaltert wird, und Gasflusskanäle 4a und 4b. Die Brennstoffelektrode 3a und die Oxidationsmittelelektrode 3b weisen eine jeweilige Katalysatorschicht 5a bzw. 5b auf, die an der Seite der Elektrolytmembran 2 vorgesehen sind, und nur aus Platin oder aus einer Kombination von Platin und anderen Metallen bestehen, sowie Diffusionsschichten 6a und 6b, die an der Seite der Gasflusskanäle 4a und 4b vorgesehen sind. Die Gasflusskanäle 4a und 4b bestehen aus einer Anzahl an Rippen, die an einer Seite oder beiden Seiten eines gasundurchlässigen, kompakten Kohlenstoffmaterials angeordnet sind. Ein Brenngas und ein Oxidationsmittelgas als Gasreaktionspartner fließen durch die Gasflusskanäle 4a und 4b, werden von Gaseinlässen zugeführt, und von Gasauslässen der Gasflusskanäle 4a und 4b abgegeben. Bei der wie geschildert aufgebauten Brennstoffzelle 1 erfolgt, wenn Wasserstoffgas der Brennstoffelektrode 3a zugeführt wird, die nachstehend geschilderte, elektrochemische Reaktion in der Brennstoffelektrode 3a, wodurch ein Wasserstoffion erzeugt wird. 2H2 → 4H+4e–
  • Das Wasserstoffion, das durch diese elektrochemische Reaktion erzeugt wird, durchdringt die Elektrolytmembran 2 (diffundiert durch diese) in einem Hydratisierungszustand, und erreicht die Oxidationsmittelelektrode 3b, wodurch die nachstehend geschilderte, elektrochemische Reaktion in der Oxidationsmittelelektrode 3b abläuft, wenn dieser ein sauerstoffhaltiges Gas wie beispielsweise Luft zugeführt wird. Daher erzeugt die Brennstoffzelle 1 eine Quellenspannung. 4H+4e– + O2 → H2O
  • Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und des Betriebsablaufs von Brennstoffzellensystemen gemäß einer ersten bis siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Ausbildung des Brennstoffzellensystems
  • Die Ausbildung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform wird zuerst nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist im Wesentlichen auf, wie in 2 gezeigt, einen Brennstoffzellenstapel 10, der durch Aufeinanderstapeln mehrerer der voranstehend geschilderten Brennstoffzellen 1 gebildet wird, einen Spannungsantiegsdetektor 11 zur Erfassung eines Anstiegszustands der Spannung des Brennstoffzellenstapels 10, einen Verbraucher 12, der Energie verbraucht, die von dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird, sowie eine Steuereinheit 13 zum Steuern des Brennstoffzellenstapels 10. Die Steuereinheit 13 dient als Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Hierbei wird darauf hingewiesen, dass im Allgemeinen bei Brennstoffzellen nicht die gesamte Energie eines Gasreaktionspartners in eine Quellenspannung umgewandelt wird, sondern jene Energie, die nicht als die Quellenspannung eingesetzt wurde, als Wärme abgegeben wird. Bei einem Brennstoffzellenstapel, bei welchem derartige Brennstoffzellen aufeinander gestapelt vorgesehen sind, insbesondere unmittelbar nachdem ein Brennstoffzellensystem in Betrieb genommen wurde, oder wenn die Außenatmosphäre eine niedrige Temperatur aufweist, wird der Hauptanteil der Wärme von den beiden Enden des Brennstoffzellenstapels in die Außenatmosphäre abgegeben, wogegen weniger Wärme von dem Zentrumsabschnitt des Brennstoffzellenstapels abgegeben wird. Daher weist die Temperaturverteilung in einer Zellenstapelrichtung des Brennstoffzellenstapels niedrige Temperaturen an den beiden Enden und hohe Temperaturen im Zentrumsabschnitt auf. In nachteiliger Weise kann daher bei diesem Brennstoffzellenstapel relativ leicht ein Einfrieren von Brennstoffzellen an den Enden oder in deren Nähe des Brennstoffzellenstapels auftreten. Zur Überwindung dieses Problems ist es wünschenswert, dass der voranstehend geschilderte Spannungsanstiegsdetektor 11 einen Spannungsanstieg des Brennstoffzellenstapels 10 erfasst, durch Messung von Spannungen oder von deren Mittelwert, bei zumindest einer Gruppe von Brennstoffzellen 1, die in der Nähe der Enden des Brennstoffzellenstapels 10 angeordnet sind.
  • Betriebsablauf des Brennstoffzellensystems
  • Bei dem wie voranstehend geschildert ausgebildeten Brennstoffzellensystem legt die Steuereinheit 13 eine Betriebsart des Brennstoffzellenstapels 10 beispielsweise in Abhängigkeit von einem Spannungsanstiegszustand fest, wie in 3 gezeigt, der von dem Spannungsanstiegsdetektor 11 erfasst wird, um so eine Beeinträchtigung der Brennstoffzelle zu minimieren, die dadurch hervorgerufen wird, dass ständig Energie in einem ungeeigneten Zustand nach dem Ingangsetzen des Systems in einer Niedertemperaturumgebung unterhalb des Gefrierpunktes erzeugt wird.
  • Spezieller ausgedrückt steigt in jenem Fall, in welchem die Zufuhr eines Gasreaktionspartners zur Brennstoffelektrode 3a und der Oxidationsmittelelektrode 3b nicht behindert wird, die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 an, wenn die Zufuhr des Gasreaktionspartners zu einem Zeitpunkt T0 begonnen wird, der in 3 gezeigt ist. Dann beginnt die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 abzusinken, wenn das Reaktionsgas durch die Elektrolytmembran 2 hindurchgeht, um so direkt eine Reaktion an der entgegengesetzten Elektrode hervorzurufen. In diesem Fall wird daher ein Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit für den Brennstoffzellenstapel 10 negativ, wie dies in einem Bereich A1 von 3 dargestellt ist.
  • Andererseits steigt in jenem Fall, in welchem die Zufuhr eines Gasreaktionspartners zur Brennstoffelektrode 3a und zur Oxidationsmittelelektrode 3b beeinträchtigt ist, die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 allmählich an, da der Gasreaktionspartner unvermeidlich eine gefrorene Schicht durchdringt, so dass er die Brennstoffelektrode 3a und die Oxidationsmittelelektrode 3b erreicht. In diesem Fall wird der zeitliche Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit für den Brennstoffzellenstapel 10 positiv, wie dies in einem Bereich B1 in 3 gezeigt ist. Bevor ein Strom durch Anlegen eines Verbrauchers an den Brennstoffzellenstapel 10 erhalten wird, stellt daher die Steuereinheit 13 den internen Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 in Bezug auf den Differentialkoeffizienten der Spannung bezüglich der Zeit für den Brennstoffzellenstapel 10 fest, und legt dann den Pegel des Verbraucherstroms fest, der von dem Brennstoffzellenstapel 10 erhalten werden soll, auf Grundlage des erfassten, internen Zustands.
  • Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 4 wird der Betriebsablauf der Steuereinheit 13, der durchgeführt wird, wenn der Ingangsetzungsprozess aktiviert ist, nachstehend beschrieben.
  • Das Flussdiagramm in 4 beginnt, wenn ein Ingangsetzungsbefehl für den Brennstoffzellenstapel 10 in die Steuereinheit 13 eingegeben wird, und dann geht der Ingangsetzungsprozess zum Schritt S1 über.
  • Im Schritt S1 stellt die Steuereinheit 13 fest, ob die Außentemperatur unterhalb des Gefrierpunktes liegt oder nicht, und wenn sie nicht unterhalb des Gefrierpunktes liegt, setzt die Steuereinheit 13 diesen Ingangsetzungsprozess vom Schritt S1 aus mit dem Schritt S5 weiter fort. Wenn andererseits die Außentemperatur unterhalb des Gefrierpunktes liegt, setzt die Steuereinheit 13 diesen Ingangsetzungsprozess vom Schritt S1 aus mit dem Schritt S2 weiter fort.
  • Im Schritt S2 steuert die Steuereinheit 13 den Spannungsanstiegsdetektor so, dass er einen Spannungsanstiegszustand des Brennstoffzellenstapels 10 misst, wie in 3 gezeigt ist. Hiermit ist die Verarbeitung im Schritt S2 fertig gestellt, worauf der Ingangsetzungsprozess vom Schritt S2 zum Schritt S3 übergeht.
  • Im Schritt S3 stellt die Steuereinheit 13 fest, ob ein Differentialkoeffizient der gemessenen Spannung in Bezug auf die Zeit positiv oder negativ ist. Wenn der Differentialkoeffizient der gemessenen Spannung in Bezug auf die Zeit nicht positiv ist, sondern negativ, geht die Steuereinheit 13 bei dem Ingangsetzungsprozess vom Schritt S3 zum Schritt S5 über. Andererseits geht, wenn der Differentialkoeffizient der gemessenen Spannung in Bezug auf die Zeit positiv ist, die Steuereinheit 13 mit dem Ingangsetzungsprozess vom Schritt S3 zum Schritt S4 über.
  • Im Schritt S4 stellt die Steuereinheit 13 fest, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Zustand befindet, der unzureichend ist, um eine normale Energieerzeugung durchzuführen, und steuert dann den Brennstoffzellenstapel 10 so, dass der Pegel des Verbraucherstroms, der von ihm erhalten wird, begrenzt (abgesenkt) wird. Eine Gruppe von Schritten für den Ingangsetzungsprozess ist nunmehr fertig gestellt.
  • Im Schritt S5 stellt die Steuereinheit 13 fest, dass der Brennstoffzellenstapel 10 ausreichend mit dem Reaktionsgas versorgt wird, und sich daher in einem Zustand befindet, adäquat die normale Energieerzeugung durchzuführen. Daher steuert die Steuereinheit 13 den Brennstoffzellenstapel 10 so, dass von diesem ein normaler Pegel des Stromverbrauchs erhalten wird. Eine Gruppe von Schritten für den Ingangsetzungsprozess ist nunmehr fertig gestellt.
  • Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, bestimmt bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit 13 den internen Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 auf Grundlage des Spannungsanstiegszustands des Brennstoffzellenstapels 10, der erfasst wird, nachdem die Zufuhr des Gasreaktionspartners begonnen wurde, und legt dann eine nachfolgende Betriebsart des Brennstoffzellenstapels 10 auf Grundlage der Ermittlung fest, wodurch ermöglicht wird, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 zu minimieren, die durch ständige Energieerzeugung unter ungeeigneten Bedingungen hervorgerufen wird.
  • Weiterhin legt bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit 13 den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 in Abhängigkeit davon fest, ob der Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit positiv oder negativ ist, wodurch eine exakte Bestimmung des internen Zustands des Brennstoffzellenstapels 10 ermöglicht wird.
  • Weiterhin stellt bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn der Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit positiv ist, die Steuereinheit 13 fest, dass die Zufuhr des Reaktionsgases zum Brennstoffzellenstapel 10 behindert wird, und senkt daher den Pegel des Verbraucherstroms ab, der von dem Brennstoffzellenstapel 10 erhalten wird, was zu einer geringeren Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 führt.
  • Weiterhin wird bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung infolge der Tatsache, dass der Spannungsanstiegsdetektor 11 die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 durch Messung der Spannungen der Brennstoffzellen 1 an den Enden des Brennstoffzellenstapels 10 oder in deren Nähe misst, ermöglicht, eine Beeinträchtigung der Brennstoffzellen 1 zu minimieren, die sich an Orten befinden, die besonders empfindlich auf eine Beeinträchtigung reagieren.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter Bezugnahme auf 5 wird der Betriebsablauf eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass der Aufbau des Brennstoffzellensystems gemäß der zweiten Ausführungsform ebenso ist wie bei der ersten Ausführungsform, so dass insoweit auf eine Beschreibung verzichtet wird.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert die Steuereinheit 13 den Spannungsanstiegsdetektor 11 zur Erfassung eines Spannungswertes des Brennstoffzellenstapels 10 zu einem Zeitpunkt T1, wenn ein vorbestimmter Zeitraum gegenüber dem Zeitraum T0 abgelaufen ist, an welchem mit der Zufuhr des Gasreaktionspartners begonnen wurde, wie in 5 gezeigt, und legt dann einen nachfolgenden Betriebsablauf in Abhängigkeit davon fest, ob der erfasste Spannungswert einen Schwellenwert V1 überschreitet. Im Einzelnen legt, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, den Schwellenwert V1 überschreitet (der in 5 gezeigte Bereich B2), die Steuereinheit 13 fest, dass das Reaktionsgas ordnungsgemäß der Brennstoffelektrode 3a und der Oxidationsmittelelektrode 3b zugeführt wird, und steuert den Brennstoffzellenstapel 10 so, dass von diesem ein normaler Pegel eines Verbraucherstroms abgezogen wird. Andererseits, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, nicht den Schwellenwert V1 überschreitet (der in 5 gezeigte Bereich A2), stellt die Steuereinheit 13 fest, dass die Zufuhr des Gasreaktionspartners gestört wird, und steuert daher den Brennstoffzellenstapel 10 so, dass der Pegel des Verbraucherstroms begrenzt wird, der von ihm abgezogen wird.
  • Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, erfasst bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit 13 den Spannungswert des Brennstoffzellenstapels 10, nachdem der vorbestimmte Zeitraum seit Beginn der Zuführung des Gasreaktionspartners abgelaufen ist, und legt den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 in Abhängigkeit davon fest, ob der erfasste Spannungswert den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Mit einer derartigen Ausbildung wird ermöglicht, dass eine exakte Bestimmung des Zustands des Brennstoffzellenstapels 10 erfolgen kann, da die Spannung des Brennstoffzellenstapels typischerweise einmal ansteigt, und dann absinkt, während er ordnungsgemäß mit dem Gasreaktionspartner versorgt wird. Weiterhin legt die Steuereinheit 13 einen nachfolgenden Betriebsvorgang des Brennstoffzellenstapels 10 auf Grundlage des ermittelten Zustands fest, was es ermöglicht, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 zu minimieren, die infolge einer ständigen Energieerzeugung unter ungeeigneten Bedingungen auftritt.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt dann, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums seit dem Ingangsetzen der Zufuhr von einem Gasreaktionspartner nicht den Schwellenwert überschreitet, die Steuereinheit 13 fest, dass die Zufuhr des Gasreaktionspartners zum Brennstoffzellenstapel 10 gestört wird, und senkt daher den Verbraucherstrom ab, der von dem Brennstoffzellenstapel 10 erhalten werden soll, was zu einer verringerten Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 führt.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 6 der Aufbau der Betriebsablauf eines Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 6 gezeigt, weist das Brennstoffzellensystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Ausbildung des Brennstoffzellensystems gemäß der voranstehend geschilderten, ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf, und weist darüber hinaus eine Heizeinheit 14 auf, beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung oder eine Verbrennungseinrichtung, die ein Brenngas verwendet, um den Brennstoffzellenstapel 10 zu erwärmen. Die Heizeinheit 14 dient als Stapelheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Wenn bei dem wie geschildert ausgebildeten Brennstoffzellensystem die Steuereinheit 13 feststellt, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Zustand befindet, der zur normalen Energieerzeugung geeignet ist, aktiviert die Steuereinheit 13 die Heizeinheit 14 nicht, oder verringert die in der Heizeinheit 14 verbrauchte Leistung, durch Absenken eines Heizwertes der Heizeinheit 14, so dass der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems verbessert wird.
  • Wenn die Steuereinheit 13 feststellt, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Zustand befindet, der nicht zur normalen Energieerzeugung geeignet ist, aktiviert die Steuereinheit 13 die Heizeinheit 14, oder erhöht die Heizleistung der Heizeinheit 14, so dass die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 schnell ansteigt, um eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 zu verhindern.
  • Wie voranstehend verdeutlicht, weist das Brennstoffzellensystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Heizeinheit 14 zur Erhöhung der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 auf, wobei die Steuereinheit 13 die Heizleistung der Heizeinheit 14 in Abhängigkeit von dem internen Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 steuert. Dies ermöglicht es, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 infolge einer durchgehenden Energieerzeugung in einem ungeeigneten Zustand zu minimieren.
  • Wenn bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festgestellt wird, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in dem Zustand befindet, der nicht ausreichend für die normale Energieerzeugung ist, da der Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit positiv ist, oder da die nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums seit dem Ingangsetzen der Zufuhr des Gasreaktionspartners erfasste Spannung nicht den Schwellenwert überschreitet, dient darüber hinaus die Steuereinheit 13 dazu, dass sie schnell die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 durch Einsatz der Heizeinheit 14 erhöht, oder durch Erhöhung von deren Heizleistung, was zu einer verringerten Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 führt.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nunmehr erfolgt unter Bezugnahme auf 7 eine Beschreibung der Ausbildung und des Betriebsablaufs eines Brennstoffzellensystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 7 gezeigt, weist das Brennstoffzellensystem gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Aufbau des Brennstoffzellensystems bei den voranstehend geschilderten ersten oder zweiten Ausführungsformen auf, und weist darüber hinaus eine Gasreaktionspartner-Flussratensteuerung 15 zum Steuern der Flussrate des Gasreaktionspartners auf, welcher dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass der Gasreaktionspartner, der durch die Gasreaktionspartner-Flussratensteuerung 15 gesteuert wird, entweder ein Brenngas oder ein oxidierendes Gas sein kann, oder aus beiden bestehen kann.
  • Wenn bei dem wie geschildert ausgebildeten Brennstoffzellensystem die Steuereinheit 13 feststellt, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Zustand befindet, der zur normalen Energieerzeugung ausreicht, steuert die Steuereinheit 13 die Gasreaktionspartner-Flussratensteuerung 15 so, dass der Brennstoffzellenstapel 10 mit dem Gasreaktionspartner bei einer Flussrate versorgt wird, die mit einem normalen Ingangsetzungsprozess verträglich ist. Wenn die Steuereinheit 13 feststellt, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in dem zur normalen Energieerzeugung nicht ausreichenden Zustand befindet, steuert die Steuereinheit 13 die Gasreaktionspartner-Flussratensteuerung 15 so, dass der Brennstoffzellenstapel 10 mit dem Gasreaktionspartner mit einer Flussrate versorgt wird, die höher ist als bei dem normalen Ingangsetzungsprozess.
  • Wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich wird, weist das Brennstoffzellenstapel gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gasreaktionspartner-Flussratensteuerung 15 zum Steuern der Flussrate des Gasreaktionspartners auf, welcher dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, wobei die Steuereinheit 13 die Flussrate des Gasreaktionspartners, der dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, entsprechend dem Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 steuert, wodurch ermöglicht wird, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 zu minimieren, die dadurch hervorgerufen wird, dass ständig Energie in einem ungeeigneten Zustand erzeugt wird.
  • Wenn bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festgestellt wird, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in dem Zustand befindet, der für eine normale Energieerzeugung nicht ausreicht, da der Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit positiv ist, oder da die nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums seit dem Ingangsetzen der Zufuhr des Gasreaktionspartners erfasste Spannung nicht den Schwellenwert überschreitet, dient die Steuereinheit 13 dazu, den Brennstoffzellenstapel 10 mit einem Gasreaktionspartner bei einer Flussrate zu versorgen, die höher ist als in dem normalen Ingangsetzungsprozess. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10.
  • FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 8 die Ausbildung und der Betriebsablauf eines Brennstoffzellensystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 8 gezeigt, weist das Brennstoffzellensystem gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Konstruktion des Brennstoffzellensystems bei den voranstehend geschilderten ersten und zweiten Ausführungsformen auf, und weist darüber hinaus ein LLC-Umwälzsystem (Umwälzsystem für ein langlebiges Kühlmittel) 16 zum Steuern der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 auf, durch Umwälzen eines LLC als Heizmedium, über den Brennstoffzellenstapel 10, und weist eine LLC-Heizeinheit 17 auf, beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung, zum Erwärmen des LLC. Die LLC-Heizeinheit 17 dient als Mediumerwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Bei dem wie geschildert ausgebildeten Brennstoffzellensystem steuert dann, wenn die Steuereinheit 13 feststellt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 sich in einem Zustand befindet, der zur normalen Energieerzeugung ungeeignet ist, die Steuereinheit 13 das LLC-Umwälzsystem 16 so, dass die LLC-Flussrate erhöht wird, so dass die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 sofort erhöht wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, obwohl die Flussrate des LLC als Erwärmungsmedium erhöht wird, um den Brennstoffzellenstapel 10 zu erwärmen, das LLC als Kühlmedium einzusetzen, durch Verringerung der Flussrate des LLC. In diesem Fall kann das Ingangsetzen des Brennstoffzellenstapels 10 unter unbehinderten Betriebsbedingungen erzielt werden.
  • Wie aus der voranstehend geschilderten Beschreibung deutlich wird, weist das Brennstoffzellensystem gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das LLC-Umwälzsystem 16 auf, um ein Heizmedium durch den Brennstoffzellenstapel 10 umzuwälzen, wobei die Steuereinheit 13 die Flussrate des Heizmediums in Abhängigkeit von dem Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 steuert, was es ermöglicht, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 zu minimieren, die durch durchgehende Energieerzeugung in einem ungeeigneten Zustand hervorgerufen wird.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung dient dann, wenn festgestellt wird, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Zustand befindet, der unzureichend für eine normale Energieerzeugung ist, da der Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit positiv ist, oder da die Spannung, die nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums seit dem Ingangsetzen der Zufuhr des Gasreaktionspartners nicht den Schwellenwert überschreitet, die Steuereinheit 13 zum Umwälzen des LLC mit einer Flussrate, die höher ist als bei dem normalen Ingangsetzungsprozess, durch den Brennstoffzellenstapel 10, was zu einer geringeren Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 führt.
  • SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter Bezugnahme auf 9 erfolgt nunmehr eine Beschreibung des Betriebsablaufs eines Brennstoffzellensystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausbildung des Brennstoffzellensystems bei der sechsten Ausführungsform ist ebenso wie bei der fünften Ausführungsform, so dass insoweit auf eine Beschreibung verzichtet wird.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert dann, wenn die Steuereinheit 13 feststellt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 sich in einem nicht zureichenden Zustand für eine normale Energieerzeugung befindet, die Steuereinheit 13 die LLC-Heizeinheit 17 so, dass das LLC so erwärmt wird, so dass die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 schnell ansteigt.
  • Wie voranstehend erläutert, weist das Brennstoffzellensystem bei der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die LLC-Heizeinheit 17 zur Erhöhung der Temperatur eines Heizmediums auf, das durch den Brennstoffzellenstapel 10 umgewälzt wird, wobei die Steuereinheit 13 die Temperatur des Heizmediums, das durch den Brennstoffzellenstapel umgewälzt wird, in Abhängigkeit von deren Zustand gesteuert, wodurch ermöglicht wird, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 zu minimieren, die durch ständige Energieerzeugung in einem ungeeigneten Zustand hervorgerufen wird.
  • Wenn bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festgestellt wird, dass der Brennstoffzellenstapel 10 sich in einem Zustand befindet, der für eine normale Energieerzeugung ungeeignet ist, da der Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit positiv ist, oder da die Spannung, die nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, seitdem die Zufuhr des Gasreaktionspartners eingeleitet wurde, nicht den Schwellenwert überschreitet, dient die Steuereinheit 13 zum Umwälzen des LLC auf eine Temperatur, die höher ist als bei dem normalen Ingangsetzungsprozess, um hierdurch eine geringere Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels hervorzurufen.
  • SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 10 der Aufbau der Betriebsablauf eines Brennstoffzellensystems gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend erläutert.
  • Wie in 10 gezeigt, weist das Brennstoffzellensystem gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Ausbildung des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform auf, und weist zusätzlich eine Gasreaktionspartner-Drucksteuerung 18 zum Steuern des Drucks des Gasreaktionspartners auf, der dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird.
  • Bei dem so ausgebildeten Brennstoffzellensystem steuert, wenn die Steuereinheit 13 feststellt, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in dem Zustand befindet, der für eine normale Energieerzeugung ungeeignet ist, die Steuereinheit 13 die Gasreaktionspartner-Drucksteuerung 18 so, dass der Brennstoffzellenstapel 10 mit dem Gasreaktionspartner auf einem Druck versorgt wird, der höher ist als in dem normalen Anlaufprozess.
  • Wie voranstehend erläutert, weist das Brennstoffzellensystem gemäß der siebten Ausführungsform die Gasreaktionspartner-Drucksteuerung 18 zum Steuern des Drucks des Gasreaktionspartners auf, der dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, wobei die Steuereinheit 13 den Druck des Gasreaktionspartners, der dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, in Abhängigkeit von dessen Zustand steuert, was es ermöglicht, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels zu minimieren, die durch Erzeugung von Energie durchgehend im ungeeigneten Zustand hervorgerufen wird.
  • Wenn bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festgestellt wird, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 in dem Zustand befindet, der zur normalen Energieerzeugung ungeeignet ist, da der Differentialkoeffizient der Spannung in Bezug auf die Zeit positiv ist, oder da die Spannung, die nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums seit Beginn der Zufuhr des Gasreaktionspartners abgelaufen ist, nicht den Schwellenwert überschreitet, dient darüber hinaus die Steuereinheit 13 zum Versorgen des Brennstoffzellenstapels 10 mit dem Gasreaktionspartner auf einem Druck, der höher ist als beim normalen Ingangsetzungsprozess, was zu einer geringeren Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels 10 führt.
  • Obwohl die Erfindung voranstehend unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Abänderungen und Variationen dieser Ausführungsformen, die voranstehend beschrieben wurden, werden Fachleuten auf diesem Gebiet auffallen, angesichts der Lehre. Der Umfang der Erfindung ist in Bezug auf die folgenden Patentansprüche festgelegt.
  • Der gesamte Umfang einer Patentanmeldung Nr. TOKUGAN 2003-389286 mit einem Anmeldetag vom 19. November 2003 wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung ist bei einem Prozess zur Erzeugung von Energie durch Zufuhr eines Brenngases und eines Oxidationsmittelgases zu einem Brennstoffzellenstapel einsetzbar, um hierdurch einen Fahrzeugantriebsmotor zu betreiben.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Spannungsanstiegs-Detektoreinheit erfasst einen Spannungsanstiegszustand eines Brennstoffzellenstapels nach Beginn der Zufuhr eines Gasreaktionspartners zum Brennstoffzellenstapel. Eine Steuereinheit bestimmt einen internen Zustand des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage des erfassten Spannungsanstiegszustands des Brennstoffzellenstapels, und legt dann den nachfolgenden Betrieb des Brennstoffzellenstapels entsprechend der Ermittlung fest. Dies ermöglicht es, eine Beeinträchtigung des Brennstoffzellenstapels zu minimieren, die dadurch hervorgerufen wird, dass ständig Energie in einem ungeeigneten Zustand erzeugt wird.

Claims (25)

  1. Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der durch Aufeinanderstapeln mehrerer Brennstoffzellen gebildet wird, zur Erzeugung von Energie über eine elektrochemische Reaktion unter Einsatz eines Gasreaktionspartners, wobei eine Betriebsart des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage eines Spannungsanstiegszustands des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird, der erfasst wird, nachdem mit der Zufuhr des Gasreaktionspartners begonnen wurde.
  2. Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der durch Aufeinanderstapeln mehrerer Brennstoffzellen gebildet wird, zur Erzeugung von Energie über eine elektrochemische Reaktion unter Verwendung eines Gasreaktionspartners, wobei vorgesehen sind: eine Spannungsanstiegs-Detektorvorrichtung zur Erfassung eines Spannungsanstiegszustands des Brennstoffzellenstapels nach Beginn der Zufuhr des Gasreaktionspartners; und eine Steuervorrichtung zur Bestimmung einer Betriebsart entsprechend dem Spannungsanstiegszustand, der von der Spannungsanstiegs-Detektorvorrichtung erfasst wird, und zum Betreiben des Brennstoffzellenstapels in der ermittelten Betriebsart.
  3. Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der durch Aufeinanderstapeln mehrerer Brennstoffzellen gebildet wird, zur Erzeugung von Energie über eine elektrochemische Reaktion unter Verwendung eines Gasreaktionspartners; wobei vorgesehen sind: ein Spannungsanstiegsdetektor zur Erfassung eines Spannungsanstiegszustands des Brennstoffzellenstapels nach Beginn der Zufuhr des Gasreaktionspartners; und eine Steuereinheit zur Bestimmung einer Betriebsart entsprechend dem Spannungsanstiegszustand, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird, und zum Betreiben des Brennstoffzellenstapels in der ermittelten Betriebsart.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei welchem der Spannungsanstiegsdetektor den Spannungsanstiegszustand dadurch bestimmt, dass bestimmt wird, ob ein Differentialkoeffizient eines Spannungswertes des Brennstoffzellenstapels in Bezug auf die Zeit positiv oder negativ ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei welchem der Spannungsanstiegsdetektor den Spannungsanstiegszustand dadurch bestimmt, dass festgestellt wird, ob ein Spannungswert, der nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums seit Beginn der Zufuhr des Gasreaktionspartners erfasst wird, einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht.
  6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem die Steuereinheit einen Wert eines Verbraucherstroms variiert, der von dem Brennstoffzellenstapel erhalten wird, in Abhängigkeit von dem Spannungsanstiegszustand, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, bei welchem die Steuereinheit den Wert des Verbraucherstroms verringert, der von dem Brennstoffzellenstapel erhalten wird, auf einen niedrigeren Wert als jenen für den Normalbetrieb, wenn der Differentialkoeffizient positiv ist.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, bei welchem die Steuereinheit den Wert des Verbraucherstroms, der von dem Brennstoffzellenstapel erhalten wird, auf einen niedrigeren Wert als jenen für den Normalbetrieb verringert, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, nicht den Schwellenwert überschreitet.
  9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, welches weiterhin aufweist: eine Stapelheizeinheit zum Erwärmen des Brennstoffzellenstapels, wobei die Steuereinheit einen Heizwert der Stapelheizeinheit in Abhängigkeit von dem Spannungsanstiegszustand variiert, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, bei welchem die Steuereinheit den Heizwert der Stapelheizeinheit auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Differentialkoeffizient positiv ist.
  11. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, bei welchem die Steuereinheit den Heizwert der Stapelheizeinheit auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, nicht den Schwellenwert überschreitet.
  12. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, welches weiterhin aufweist: eine Gasreaktionspartner-Flussratensteuereinheit zum Steuern einer Flussrate des Gasreaktionspartners, der dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, wobei die Steuereinheit die Flussrate des Gasreaktionspartners variiert, der dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, durch Steuern der Gasreaktionspartner-Flussratensteuereinheit, in Abhängigkeit von dem Spannungsanstiegszustand, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird.
  13. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, bei welchem die Steuereinheit die Flussrate des Gasreaktionspartners auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Differentialkoeffizient positiv ist.
  14. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, bei welchem die Steuereinheit die Flussrate des Gasreaktionspartners auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, nicht den Schwellenwert überschreitet.
  15. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, welches weiterhin aufweist: eine Umwälzeinheit zum Umwälzen eines Heizmediums durch den Brennstoffzellenstapel, wobei die Steuereinheit eine Flussrate des Heizmediums in Abhängigkeit von dem Spannungsanstiegszustand variiert, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird.
  16. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 15, bei welchem die Steuereinheit die Flussrate des Heizmediums auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Differentialkoeffizient positiv ist.
  17. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 15, bei welchem die Steuereinheit die Flussrate des Heizmediums auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, nicht den Schwellenwert überschreitet.
  18. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, welches weiterhin aufweist: eine Umwälzeinheit zum Umwälzen eines Heizmediums durch den Brennstoffzellenstapel; und eine Mediumheizeinheit zum Erwärmen des Heizmediums, wobei die Steuereinheit die Temperatur des Heizmediums in Abhängigkeit von dem Spannungsanstiegszustand variiert, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird.
  19. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 18, bei welchem die Steuereinheit die Temperatur des Heizmediums auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Differentialkoeffizient positiv ist.
  20. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 18, bei welchem die Steuereinheit die Temperatur des Heizmediums auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, nicht den Schwellenwert überschreitet.
  21. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, welches weiterhin aufweist: eine Gasreaktionspartner-Drucksteuereinheit zum Steuern des Drucks des Gasreaktionspartners, der dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, wobei die Steuereinheit den Druck des Gasreaktionspartners variiert, der dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, durch Steuern der Gasreaktionspartner-Drucksteuereinheit, in Abhängigkeit von dem Spannungsanstiegszustand, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird.
  22. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 21, bei welchem die Steuereinheit den Druck des Gasreaktionspartners auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Differentialkoeffizient positiv ist.
  23. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 21, bei welchem die Steuereinheit den Druck des Gasreaktionspartners auf einen höheren Wert als jenen für den Normalbetrieb erhöht, wenn der Spannungswert, der nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums erfasst wird, nicht den Schwellenwert überschreitet.
  24. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 23, bei welchem der Spannungsanstiegsdetektor den Spannungsanstiegszustand durch Messung von Spannungen oder eines Mittelwertes von Spannungen erfasst, bei zumindest einer Gruppe von Brennstoffzellen, die nahe an den Enden des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind.
  25. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 24, bei welchem nach Ingangsetzen des Brennstoffzellenstapels unterhalb des Gefrierpunktes die Steuereinheit die Betriebsart des Brennstoffzellenstapels in Abhängigkeit von dem Spannungsanstiegszustand bestimmt, der von dem Spannungsanstiegsdetektor erfasst wird, und den Brennstoffzellenstapel in der ermittelten Betriebsart betreibt.
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