DE112005003074T5 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Hironori Toyota Noto
Takashi Toyota Yamamoto
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Abstract

Brennstoffzellensystem, das folgendes aufweist:
ein Kühlmittel-Umwälzsystem zum Umwälzen eines Kühlmittels von einer Brennstoffzelle zu der Brennstoffzelle, wobei das Kühlmittel-Umwälzsystem ein Stromsteuermittel zum Hindern des Kühlmittels, das einen vorgegebenen Temperaturunterschied zur Brennstoffzelle aufweist, an einer Strömung in die Brennstoffzelle aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das ein Kühlmittel umwälzt, um eine Brennstoffzelle zu kühlen.
  • Technischer Hintergrund
  • Eine elektrochemische Reaktion einer Brennstoffzelle ist eine exothermische Reaktion. Um die Temperatur der Brennstoffzelle auf konstanter Höhe zu halten, wenn elektrische Leistung erzeugt wird, weist ein Brennstoffzellensystem eine Kühleinrichtung für die Brennstoffzelle auf (siehe z.B. Patentdokument 1).
  • Die Kühleinrichtung weist einen Umwälzkanal auf, durch den ein Kühlmittel zwischen der Brennstoffzelle und einem Radiator bzw. Kühlergrill durch eine Pumpe umgewälzt wird, einen Umgehungskanal zum Umgehen des Kühlergrills und ein Thermostatventil zum Umschalten zwischen dem Kühlergrill und dem Umgehungskanal, wenn das Kühlmittel umgewälzt wird. Das Thermostatventil führt eine Umschaltung auf der Basis der Temperatur des Kühlmittels durch, das durch das Thermostatventil strömt. Ferner sind in der Kühleinrichtung die Brennstoffzelle, der Umgehungskanal und das Thermostatventil in einem einzigen Gehäuse untergebracht, um eine Wärmeabstrahlung des Kühlmittels beim Aufwärmen der Brennstoffzelle (beim Starten) zu beschränken.
  • Ferner ist auch ein Brennstoffzellensystem bekannt, das ein Kühlmittel, welches eine Brennstoffzelle durchlaufen hat, als Wärmequelle für eine Klimatisierung verwendet. Beispielsweise ist das im Patentdokument 2 beschriebene Brennstoffzellensystem in einem Brennstoffzellenauto eingebaut, und die Abwärme des Kühlmittels, das die Brennstoffzelle durchlaufen hat, wird zum Heizen des Autoinnenraums verwendet. Das Brennstoffzellensystem weist eine Kühlleitung mit einem Kühlergrill und eine Abwärmenutzungsleitung mit einem Heizerkern, der in der Lage ist, Wärme zwischen dem Kühlmittel und einem Kilmatisierungsgas auszutauschen, als Leitungen zum Umwälzen des Kühlmittels zur Brennstoffzelle (Kühlmittel-Umwälzsystem) auf. Falls es notwendig ist, das Innere des Autos zu heizen, strömt das Kühlmittel in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung. Dies bewirkt, dass Kühlmittel, welches den Kühlergrill durchlaufen hat, und Kühlmittel, das den Heizerkern durchlaufen hat, sich mischen und in die Brennstoffzelle strömen.
    [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-158279 (Seite 4 und 1)
    [Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-315524 (1)
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Brennstoffzellensystem in Patentdokument 1 geht davon aus, dass die Temperatur des Kühlmittels niedrig ist, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird. Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, bewirkt somit das kalte Kühlmittel, dass das Thermostatventil zum Umgehungskanal geschaltet wird, während dabei die Pumpe angetrieben wird. Wenn die Temperatur des Kühlmittels auf einen relativ hohen Grad steigt, während die Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt, schaltet das Thermostatventil dann zur Kühlergrillseite um.
  • Es kommt jedoch vor, dass die Temperatur des Kühlmittels auch beim Starten der Brennstoffzelle hoch ist. Genauer liegt in einer kurzen Zeitspanne nach einem Anhalten der Brennstoffzelle ein Unterschied in der Abstrahlungsmenge des Kühlmittels zwischen der Brennstoffzelle innerhalb des Gehäuses und dem Kühlergrill außerhalb des Gehäuses vor. Aus diesem Grund ist in der Brennstoffzelle ein Kühlmittel mit relativ hoher Temperatur vorhanden, während ein Kühlmittel mir relativ niedriger Temperatur im Kühlergrill vorhanden ist.
  • Wenn die Brennstoffzelle mit einem erheblichen Temperaturunterschied zwischen diesen beiden neu gestartet wird, dann strömt das Kühlmittel mit der relativ hohen Temperatur in der Brennstoffzelle in das Thermostatventil. Dies bewirkt, dass das Thermostatventil ungünstigerweise zum Kühlergrill geschaltet wird, was eine Situation hervorrufen kann, die den ursprünglichen Spezifikationen widerspricht. Wenn das Thermostatventil zum Kühlergrill umschaltet, strömt außerdem das Kühlmittel im Kühlergrill mit der relativ niedrigen Temperatur in die Brennstoffzelle. Dies bewirkt eine plötzliche Temperaturänderung in der Brennstoffzelle. Infolgedessen kann die Brennstoffzelle einen Temperaturschock erleiden, wodurch die Möglichkeit einer Verziehung eines Separators der Brennstoffzelle entsteht.
  • Somit wurde die herkömmliche Kühleinrichtung für die Brennstoffzelle nicht dafür ausgelegt, die Einstellung eines Öffnungsgrads, einschließlich des Schaltens eines fluidischen Ventils (eines Thermostatventils), unter Berücksichtigung eines Neustarts der Brennstoffzelle zu implementieren. Ferner besteht die Gefahr, dass die Brennstoffzelle aufgrund von Temperaturänderungen beschädigt wird, weil Kühlmittel unter einer Bedingung strömt (die Pumpe angetrieben wird), bei der das fluidische Ventil auf einen außerhalb der Spezifikation liegenden Öffnungsgrad eingestellt ist.
  • Das Brennstoffzellensystem in Patentdokument 2 lässt dagegen das Kühlmittel, das nur die Kühlleitung durchlaufen hat, in die Brennstoffzelle zirkulieren, wenn kein Heizbedarf besteht. In diesem Fall bleibt die Temperatur des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung unverändert und bleibt deshalb niedriger als die Temperatur des Kühlmittels in der Kühlleitung. Falls ein Heizbedarf besteht, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellensystems erst angehalten und dann wieder gestartet wurde, fließt hierbei das Kühlmittel mit der relativ niedrigen Temperatur in der Abwärmenutzungsleitung in die Brennstoffzelle, in der das Kühlmittel mit der relativ hohen Temperatur geblieben ist. Dies bewirkt eine plötzliche Temperaturänderung in der Brennstoffzelle. Infolgedes sen unterliegt die Brennstoffzelle einem Temperaturschock und somit besteht die Gefahr, dass die Brennstoffzelle aufgrund dieser Temperaturänderung beschädigt wird, was sich beispielsweise in einer Verziehung eines Separators der Brennstoffzelle oder im Auftreten einer Flutung zeigt, die auf kondensierten Wasserdampf zurückgeht.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Brennstoffzellensystems, das in der Lage ist, eine auf ein Kühlmittel zurückgehende Temperaturänderung in einer Brennstoffzelle zu beschränken.
  • Genauer ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das in der Lage ist, die Temperaturänderung in der Brennstoffzelle, die auf das Kühlmittel in einer Abwärmenutzungsleitung zurückgeht, zu beschränken, und ein Brennstoffzellensystem (eine Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle) zu schaffen, das in der Lage ist, die Temperaturänderung in der Brennstoffzelle beim Starten der Brennstoffzelle zu beschränken.
  • Um die genannte Aufgabe zu lösen, ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das mit einem Kühlmittel-Umwälzsystem zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit zirkulierendem Kühlmittel ausgestattet ist. Das Kühlmittel-Umwälzsystem weist ein Stromsteuermittel auf, um ein Kühlmittel mit einem vorgegebenen Temperaturunterschied zur Brennstoffzelle daran zu hindern, in die Brennstoffzelle zu strömen.
  • Diese Gestaltung hindert ein Kühlmittel mit einem vorgegebenen Temperaturunterschied zur Brennstoffzelle daran, in die Brennstoffzelle zu strömen, wodurch es möglich ist, eine auf das Kühlmittel zurückgehende Temperaturänderung in der Brennstoffzelle zu beschränken. Dadurch wird die Brennstoffzelle vor einem Temperaturschock geschützt.
  • Um die Aufgabe zu lösen, ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle durch Umwälzen eines Kühlmittels, das die Brennstoffzelle durchläuft, kühlt und das in der Lage ist, Kilmatisierungsgas in einer Klimatisierungsleitung durch Abwärme des Kühlmittels, das die Brennstoffzelle durchlaufen hat, zu erwärmen. Das Brennstoffzellensystem schließt eine Kühlleitung ein, die einen ersten Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels aufweist und das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; eine Abwärmenutzungsleitung, die einen zweiten Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen einem Kühlmittel und dem Kilmatisierungsgas in der Klimatisierungsleitung aufweist und das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; sowie ein Stromsteuermittel zur Steuerung des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung. Das Stromsteuermittel startet den Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung nach dem Start des Stroms des Kühlmittels in der Kühlleitung.
  • Mit dieser Gestaltung wird der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung gegenüber dem Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung verzögert, so dass das Kühlmittel, das als erstes in die Brennstoffzelle strömt, das Kühlmittel der Kühlleitung ist. Dadurch kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle auch dann beschränkt werden, wenn ein erheblicher Temperaturunterschied des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung (der Brennstoffzelle) und der Abwärmenutzungsleitung vorliegt. Genauer kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle auf ideale Weise beschränkt werden, wenn der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung gestartet wird, nachdem die Strömungsrate des Kühlmittels in der Kühlleitung auf angemessene Weise angestiegen ist. Falls eine Einstellung vorgenommen wird, mit der beim Starten des Kühlmittelstroms in der Abwärmenutzungsleitung dessen Strömungsrate allmählich erhöht wird, kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle noch besser beschränkt werden.
  • Vorzugsweise schließt das Brennstoffzellensystem ein Eingabemittel ein, das es dem Nutzer ermöglicht, einen Befehl zum Einströmen von Kilmatisierungsgas der Klimatisierungsleitung einzugeben. Das Stromsteuermittel steuert den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung auf der Basis eines Eingabeergebnisses des Eingabemittels.
  • Diese Gestaltung ermöglicht es, dass das Kühlmittel entsprechend dem Verlangen eines Anwenders nach Heizung ordnungsgemäß in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung strömt.
  • Vorzugsweise startet das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung mit Vorzug vor dem Strom in der Abwärmenutzungsleitung, falls eine Eingabe am Eingabemittel vorgenommen wird. Falls keine Eingabe am Eingabemittel vorgenommen wird, kann der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung abgestellt werden, während der Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung zugelassen wird.
  • Wenn ein Nutzer am Eingabemittel eine Heizungsnutzung eingibt, beginnt bei dieser Gestaltung das Kühlmittel in der Kühlleitung mit Vorzug gegenüber der Abwärmenutzungsleitung zu strömen, so dass eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle beschränkt werden kann, wie oben beschrieben. Falls der Nutzer keine Heizung nutzt und daher keine Eingabe am Eingabemittel vorgenommen wird, dann strömt das Kühlmittel nicht in die Abwärmenutzungsleitung, so dass Kilmatisierungsgas nicht erwärmt wird und die Brennstoffzelle durch das Kühlmittel, das in der Kühlleitung strömt, ordnungsgemäß gekühlt werden kann.
  • Beim Starten der Brennstoffzelle startet das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung vorzugsweise nach Beginn des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung und lässt das Kühlmittel für eine vorgegebene Zeit in der Abwärmenutzungsleitung strömen, auch wenn am Eingabemittel keine Eingabe vorgenommen wird.
  • Beispielsweise kann während des Sommers, wenn die Heizung mit niedriger Frequenz genutzt wird und über einen langen Zeitraum keine Heizung verwendet wird, das Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung stocken. Dies führt möglicherweise zu Problemen, wie der Ansammlung von Fremdstoffen oder dem Wachstum von Algen, in der Abwärmenutzungsleitung. Gemäß der obigen Konstruktion wird das Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung beim Starten der Strömungszelle erst einmal zum Strömen gebracht, wodurch es möglich ist, die genannten Probleme unabhängig von einer Heizungsanforderung zu umgehen. Außerdem wird der Zeitpunkt, zu dem das Kühlmittel dazu gebracht wird, in der Abwärmenutzungsleitung zu strömen, auf den Augenblick eingestellt, in dem die Brennstoffzelle gestartet wird, so dass die Steuerung im Vergleich zu dem Fall, dass die Steuerung durchgeführt wird, wenn die Brennstoffzelle arbeitet, vereinfacht werden kann.
  • Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, startet das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung vorzugsweise nach dem Start des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung.
  • Mit dieser Gestaltung kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle, die durch das Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung bewirkt wird, beim Starten (bei einem oben beschriebenen Neustart) der Brennstoffzelle beschränkt werden, wenn der Unterschied der Kühlmitteltemperatur zwischen der Kühlleitung (der Brennstoffzelle) und der Abwärmenutzungsleitung eine Tendenz nach oben hat. Außerdem können Probleme wegen eines Stockens des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung mit guter Steuerbarkeit umgangen werden.
  • Vorzugsweise schließt das Brennstoffzellensystem außerdem ein Zeitnahmemittel zum Messen der Zeit von einem Stopp der Brennstoffzelle bis zum nächsten Start ein. Das Stromsteuermittel variiert die Startzeit, zu der der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung beim Starten der Brennstoffzelle beginnt, auf der Basis eines Messergebnisses des Zeitnahmemittels.
  • Dadurch kann die Startzeit, zu der der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung beginnt, gemäß der Stoppzeit der Brennstoffzelle (der Zeit, zu der diese während eines Stopps in Ruhe gelassen wird) variiert werden. Falls beispielsweise die Stoppzeit relativ lang ist, dann können somit die Ströme der Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung und der Kühlleitung gleichzeitig beginnen. Falls die Stoppzeit rela tiv kurz ist, dann kann der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung gegenüber dem in der Kühlleitung ausreichend verzögert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schließt das Brennstoffzellensystem ferner einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur eines Kühlmittels ein, wobei das Stromsteuermittel die Startzeit, zu der der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung beginnt, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, auf der Basis eines Erfassungsergebnisses des Temperatursensors variiert.
  • Mit dieser Gestaltung kann die Startzeit, zu der der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung beginnt, gemäß der Temperatur des Kühlmittels variiert werden. Dadurch ist es möglich, eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle auf ideale Weise zu beschränken. Temperatursensoren sind vorzugsweise an einer Vielzahl von Stellen vorgesehen, z.B. sowohl in der Kühlleitung als auch in der Abwärmenutzungsleitung.
  • Vorzugsweise bewirkt das Stromsteuermittel, dass das Kühlmittel in der Kühlleitung und/oder der Abwärmenutzungsleitung strömt, während die Brennstoffzelle intermittierend betrieben wird.
  • Hierbei bedeutet intermittierender Betrieb der Brennstoffzelle, dass die Zufuhr von Leistung zu einem Verbraucher von der Brennstoffzelle vorübergehend unterbrochen wird und dass dem Verbraucher von einer sekundären Zelle Leistung zugeführt wird. Der intermittierende Betrieb wird dadurch bewerkstelligt, dass Brenngas und Oxidationsgas der Brennstoffzelle intermittierend (mit Unterbrechungen) zugeführt werden, um eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle in einem vorgegebenen Bereich zu halten.
  • Die genannte Gestaltung ermöglicht es dem Kühlmittel, während des intermittierenden Betriebs durch die Brennstoffzelle zu strömen. Anders ausgedrückt – die Temperatur der Brennstoffzelle kann ordnungsgemäß gesteuert werden, da der Strom des Kühlmittels in die Brennstoffzelle während des intermittierenden Betriebs aufrechterhalten werden kann.
  • Vorzugsweise startet das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung mit Vorzug gegenüber dem Strom in der Abwärmenutzungsleitung, wenn die Brennstoffzelle intermittierend betrieben wird.
  • Wenn das Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung während des intermittierenden Betriebs zum Strömen gebracht wird, kann mit dieser Gestaltung zuerst der Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung gestartet werden. Dadurch ist es möglich, eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle während des intermittierenden Betriebs auf ideale Weise zu beschränken.
  • Wenn die Brennstoffzelle angehalten wird, hält das Stromsteuermittel den Strom in der Abwärmenutzungsleitung mit Vorzug gegenüber dem Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung an.
  • Wenn die Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung und der Kühlleitung strömen, wenn die Brennstoffzelle angehalten wird, dann kann mit dieser Gestaltung wie oben beschrieben der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung zuerst angehalten werden. Dadurch kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle, während die Brennstoffzelle angehalten wird, auf ideale Weise beschränkt werden.
  • Vorzugsweise schließt das Stromsteuermittel eine Kühlpumpe ein, um ein Kühlmittel in der Kühlleitung unter Druck zu fördern, eine Abwärmenutzungspumpe, um ein Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung unter Druck zu fördern, und ein Steuermittel zur Steuerung der Ansteuerung der Kühlpumpe und der Abwärmenutzungspumpe. Das Steuermittel startet die Ansteuerung der Kühlpumpe und startet dann die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe.
  • Diese Gestaltung beinhaltet separate Pumpen für die Kühlleitung und die Abwärmenutzungsleitung, wodurch es möglich ist, den Strom des Kühlmittels in jeder Leitung ordnungsgemäß zu steuern. Ferner ermöglicht die Steuerung der Ansteuerungsstart-Zeitpunkte durch die Koordinierung der beiden Pumpen einen Start des Kühlmittelstroms in der Abwärmenutzungsleitung nach dem Start des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung wie oben beschrieben.
  • Vorzugsweise führt das Steuermittel eine Strömungsratensteuerung durch, so dass die Strömungsrate des Kühlmittels durch die Kühlpumpe größer ist als die Strömungsrate des Kühlmittels durch die Abwärmenutzungspumpe.
  • Diese Gestaltung ermöglicht einen Start des Kühlmittelstroms in der Abwärmenutzungsleitung durch die Strömungsratensteuerung der Pumpen, nachdem die Strömungsrate des Kühlmittels in der Kühlleitung ausreichend gestiegen ist, wodurch eine ideale Beschränkung einer Temperaturänderung in der Brennstoffzelle möglich ist. Die Art der Strömungsratensteuerung schließt die Steuerung der Zahl der Umdrehungen einer Pumpe und die Steuerung des Tastverhältnisses ein.
  • Vorzugsweise schließt das Brennstoffzellensystem ferner einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur eines Kühlmittels ein. Das Steuermittel steuert die Ansteuerung der Kühlpumpe und der Abwärmenutzungspumpe auf der Basis eines Erfassungsergebnisses des Temperatursensors.
  • Mit dieser Gestaltung kann eine Ansteuerungsbedingung jeder Pumpe gemäß der Temperatur eines Kühlmittels geändert werden. Dadurch ist es möglich, die Ansteuerung der Pumpen gleichzeitig zu starten, falls z.B. kein Temperaturunterschied zwischen der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung besteht. Temperatursensoren sind vorzugsweise an einer Vielzahl von Stellen vorgesehen und vorzugsweise sowohl an der Kühlleitung als auch der Abwärmenutzungsleitung vorgesehen.
  • Vorzugsweise ist die Abwärmenutzungsleitung mit der Abzweigungsstelle von und Vereinigungsstelle mit der Kühlleitung an der Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle verbunden. Die Kühlleitung auf der stromaufwärtigen Seite jenseits der Vereinigungsstelle ist mit einem Rückschlagventil zur Blockierung des Kühlmittelstroms gegen die Vereinigungsstelle mit dem Kühlmittelauslass der Brennstoffzelle ausgestattet.
  • Durch diese Gestaltung kann das Kühlmittel, das in der Abwärmenutzungsleitung strömt, blockiert werden, so dass es nicht zum Kühlmittelauslass der Brennstoffzelle strömt. Auch wenn die Temperatur des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung niedriger ist als die Temperatur der Brennstoffzelle, wird die Brennstoffzelle somit keiner Temperaturänderung ausgesetzt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Stromsteuermittel eine einzige Pumpe zum Druckfördern des Kühlmittels in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung, sowie Steuermittel zum Steuern der Ansteuerung der Pumpe. Der Strömungswiderstand in der Kühlleitung kann niedriger eingestellt werden als der Strömungswiderstand in der Abwärmenutzungsleitung, so dass das Kühlmittel in der Kühlleitung mit Vorzug gegenüber dem Kühlmittel in der Abwärmenutzungsleitung in die Brennstoffzelle zu strömen beginnt.
  • Durch diese Gestaltung kann die Zahl der Pumpen im Vergleich mit der oben beschriebenen Gestaltung um eins reduziert werden, wodurch die Pumpensteuerung durch das Steuermittel vereinfacht wird. Die einzige Pumpe fördert das Kühlmittel unter Druck sowohl in der Kühlleitung als auch der Abwärmenutzungsleitung, wodurch der Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung mit Vorzug gegenüber der Abwärmenutzungsleitung gestartet werden kann, indem die Strömungswiderstände der beiden Leitungen wie oben beschrieben eingestellt werden.
  • Um eine Druckabfallsabstimmung zur Einstellung des Kanalwiderstands zu bewerkstelligen, kann beispielsweise der Rohrdurchmesser der Abwärmenutzungsleitung ausreichend kleiner eingestellt werden als der Rohrdurchmesser der Kühlleitung. Alternativ dazu kann ein Drosselstück, wie eine Blende, die es dem Kühlmittel schwerer macht, durchzuströmen, an einer Stelle irgendwo in der Mitte der Abwärmenutzungsleitung vorgesehen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schließt das Stromsteuermittel eine einzige Pumpe ein, um ein Kühlmittel in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung unter Druck zu fördern, ein Schaltventil zum Umschalten des Kühlmittelstroms der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung zur Brennstoffzelle und Steuermittel zum Steuern der Ansteuerung der Pumpe und des Schaltventils. Um den Strom des Kühlmittels der Abwärmenutzungsleitung zur Brennstoffzelle zu starten, kann das Steuermittel das Schaltventil zur Kühlleitung umschalten, um den Strom des Kühlmittels der Kühlleitung zur Brennstoffzelle zu starten.
  • Mit dieser Gestaltung kann der Strom des Kühlmittels der Kühlleitung zur Brennstoffzelle mit Vorzug gegenüber der Abwärmenutzungsleitung gestartet werden, indem das Schaltventil unabhängig von der Druckabfallsabstimmung der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung gesteuert wird.
  • Vorzugsweise sind die Kühlleitung und die Abwärmenutzungsleitung mit Zusammenflüssen zur Vereinigung von Kühlmitteln an einer Kühlmitteleinlass-Seite der Brennstoffzelle sowie mit Verzweigungsstellen zum Aufteilen des Kühlmittels an einer Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle versehen.
  • Mit dieser Gestaltung verzweigt sich das Kühlmittel an der Auslass-Seite der Brennstoffzelle und strömt in die Kühlleitung und die Abwärmenutzungsleitung und vereinigt sich dann an der Einlass-Seite der Brennstoffzelle wieder, um in die Brennstoffzelle zu gelangen.
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, ist ein weiteres Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das ein Brennstoffzelle durch Umwälzen eines Kühlmittels, das in die Brennstoffzelle strömt, kühlt und das in der Lage ist, Kilmatisierungsgas in einer Klimatisierungsleitung durch Abwärme des Kühlmittels, das die Brennstoffzelle durchlaufen hat, zu erwärmen, und das folgendes aufweist: eine Kühlleitung mit einem ersten Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels, die das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; eine Abwärmenutzungsleitung mit einem zweiten Wärmetauscher, der einen Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kilmatisierungsgas in der Klimatisierungsleitung durchführt, die das Kühlmittel zur Brennstoffzelle umwälzt; und Stromsteuermittel zum Steuern des Stroms des Kühlmittels in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung. Das Stromsteuermittel führt eine Strömungsratensteuerung durch, so dass die Strömungsrate des Kühlmittels der Kühlleitung höher ist als die der Abwärmenutzungsleitung, wenn die Kühlmittel der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung sich vereinigt und in die Brennstoffzelle gebracht werden.
  • Auch wenn ein Temperaturunterschied des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung (der Brennstoffzelle) und der Abwärmenutzungsleitung vorliegt, liegt mit dieser Gestaltung die Temperatur des Kühlmittels, die eine Folge der Vereinigung der Kühlmittel der beiden Leitungen ist, nahe bei einer Temperatur des Kühlmittels der Kühlleitung, da die Strömungsrate des Kühlmittels der Kühlleitung höher ist als die der Abwärmenutzungsleitung. Dadurch kann eine durch das Kühlmittel der Abwärmenutzungsleitung verursachte Temperaturänderung in der Brennstoffzelle vermieden werden, auch wenn ein großer Temperaturunterschied des Kühlmittels besteht.
  • Um das genannte Ziel zu erreichen, ist ein weiteres Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle dadurch kühlt, dass es ein Kühlmittel, das in die Brennstoffzelle strömt, umwälzt, und das in der Lage ist, Klimatisierungsgas in einer Klimatisierungsleitung durch Abwärme des Kühlmittels, das die Brennstoffzelle durchlaufen hat, zu erwärmen, und das folgendes aufweist: eine Kühlleitung, die einen ersten Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels aufweist und die das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; eine Abwärmenutzungsleitung mit einem zweiten Wärmetauscher, der einen Wärmetausch zwi schen dem Kühlmittel und dem Klimatisierungsgas in der Klimatisierungsleitung durchführt, die sich mit der Kühlleitung an einer Kühlmitteleinlass-Seite der Brennstoffzelle vereinigt und von der Kühlleitung an einer Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle abzweigt; eine Umgehungsleitung, durch die ein Kühlmittel strömt, wobei es die Brennstoffzelle umgeht; und ein Stromsteuermittel zum Steuern des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung, der Abwärmenutzungsleitung und der Umgehungsleitung. Ferner bewirkt das Stromsteuermittel, dass das Kühlmittel in der Umgehungsleitung strömt, um die Kühlmittel der Kühlleitung und der Abwärmeleitung zu mischen, lässt dann das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren, wobei es den Strom des Kühlmittels in der Umgehungsleitung unterbricht.
  • Mit dieser Gestaltung strömt auch dann, wenn ein Temperaturunterschied des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung (der Brennstoffzelle) und der Abwärmenutzungsleitung vorliegt, das Kühlmittel zuerst in den Umgehungskanal, wodurch die Kühlmittel der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung gemischt werden. Somit wird die Temperatur des Kühlmittels auch dann ausgeglichen, wenn die Temperaturen der Kühlmittel in der Külleitung und der Abwärmenutzungsleitung teilweise verschieden sind. Somit kann, wie oben beschrieben, eine auf das Kühlmittel der Abwärmenutzungsleitung zurückgehende Temperaturänderung in der Brennstoffzelle beschränkt werden.
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, beinhaltet ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels, einen Umwälzkanal, durch den ein Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und der Brennstoffzelle durch eine Pumpe umgewälzt wird, einen Umgehungskanal, durch den das Kühlmittel im Umwälzkanal zur Brennstoffzelle geliefert wird, wobei es den Wärmetauscher umgeht, ein fluidisches Ventil zum Einstellen des Kühlmittelstroms auf den Wärmetauscher und den Umgehungskanal, und ein Steuermittel zum Steuern des fluidischen Ventils und der Pumpe. Beim Starten der Brennstoffzelle bewirkt das Steuermittel außerdem, dass die Ansteuerung der Pumpe beginnt, nachdem der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils von einem Anfangsöffnungsgrad in einen vorgegebenen Öffnungsgrad geändert wurde.
  • Mit dieser Gestaltung wird der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils beim Starten der Brennstoffzelle vom Anfangsöffnungsgrad auf den vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt, und dann wird mit dem Ansteuern der Pumpe begonnen. Somit kann das Kühlmittel, das umgewälzt werden soll, der Brennstoffzelle zugeführt werden, wenn das fluidische Ventil einen Öffnungsgrad erreicht, der den Spezifikationen entspricht, wodurch es möglich ist, eine Temperaturänderung der in der Brennstoffzelle zu beschränken.
  • Hierbei schließt „nach Änderung in den vorgegeben Öffnungsgrad" einen Fall ein, wo die Ansteuerung der Pumpe später als die Änderung gestartet wird, und auch einen Fall, wo die Ansteuerung der Pumpe gleichzeitig mit der Durchführung der Änderung geschieht.
  • Vorzugsweise schließt das Brennstoffzellensystem ferner einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels ein. Das Steuermittel stellt das fluidische Ventil beim Starten der Brennstoffzelle auf der Basis eines Erfassungsergebnisses des Temperatursensors auf den vorgegebenen Öffnungsgrad ein.
  • Durch diese Gestaltung kann das fluidische Ventil entsprechend der Temperatur des Kühlmittels auf den vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt werden, wodurch eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle auf ideale Weise beschränkt werden kann.
  • Vorzugsweise ist ein einziger Temperatursensor oder ist eine Vielzahl von Temperatursensoren am Umwälzkanal und am Umgehungskanal vorgesehen, und das Steuermittel stellt das fluidische Ventil beim Starten der Brennstoffzelle auf der Basis der Erfassungsergebnisse einer Vielzahl von Temperatursensoren auf den vorgegebenen Öffnungsgrad ein.
  • Mit dieser Gestaltung kann die Temperatur des Kühlmittels an einer Vielzahl von Positionen durch die Vielzahl von Temperatursensoren erfasst werden. Dadurch ist es möglich, das fluidische Ventil unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Erfassungsergebnissen einzustellen, wodurch eine verbesserte Steuerbarkeit und Zuverlässigkeit der Kühleinrichtung möglich ist.
  • Hierbei kann eine Vielzahl von Temperatursensoren vorgesehen sein, beispielsweise an einer Kühlmitteleinlass-Seite der Brennstoffzelle und an deren Kühlmittelauslass-Seite, und auf einer Seite stromaufwärts vom Wärmetauscher und an einer Seite stromabwärts von diesem. Der Temperatursensor, der an der Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle installiert ist, macht es möglich, die Temperatur des Kühlmittels in der Brennstoffzelle auf ideale Weise wiederzugeben. Ferner macht es der Temperatursensor, der auf der Seite stromabwärts vom Wärmetauscher installiert ist, möglich, die Temperatur des Kühlmittels im Wärmetauscher auf ideale Weise wiederzugeben.
  • Vorzugsweise schließt das Brennstoffzellensystem ferner einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels in der Brennstoffzelle und einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels im Wärmetauscher ein. Das Steuermittel stellt das fluidische Ventil beim Starten der Brennstoffzelle auf der Basis eines Temperaturunterschieds zwischen einem Erfassungsergebnis vom ersten Temperatursensor und einem Erfassungsergebnis vom zweiten Temperatursensor auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad ein.
  • Mit dieser Gestaltung kann das fluidische Ventil auf der Basis eines Temperaturunterschieds zwischen dem Kühlmittel in der Brennstoffzelle und dem Kühlmittel im Wärmetauscher auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt werden.
  • In diesem Fall kann der erste Temperatursensor eine Temperatur erfassen, die die Temperatur des Kühlmittels in der Brennstoffzelle wiedergibt. Aus diesem Grund kann der erste Temperatursensor im Umwälzkanal an der Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle statt in der Brennstoffzelle vorgesehen sein. Ebenso kann der zweite Temperatursensor eine Temperatur erfassen, die die Temperatur des Kühlmittels im Wärmetauscher wiedergibt. Aus diesem Grund kann der zweite Temperatursensor im Umwälzka nal auf der stromabwärtigen Seite des Wärmetauschers statt im Wärmetauscher vorgesehen sein.
  • Vorzugsweise stellt das Steuermittel das fluidische Ventil auf einen Öffnungsgrad als den vorgegebenen Öffnungsgrad des fluidischen Ventils ein, bei dem das Kühlmittel in den Umgehungskanal strömen kann, während das fluidische Ventil gleichzeitig den Strom des Kühlmittels in den Wärmetauscher blockiert, falls ein Temperaturunterschied bei oder über einem Schwellenwert liegt.
  • Mit dieser Gestaltung muss ein Kühlmittel mit relativ niedriger Temperatur im Wärmetauscher nicht mit einem Kühlmittel mit relativ hoher Temperatur in der Brennstoffzelle vereinigt werden, wenn der Temperaturunterschied groß ist, so dass eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle auf ideale Weise beschränkt werden kann.
  • Hierbei schließt „der Öffnungsgrad, bei dem das Kühlmittel in den Umgehungskanal strömen kann" nicht nur einen Öffnungsgrad ein, bei dem das fluidische Ventil vollständig zum Umgehungskanal hin geöffnet ist, sondern schließt auch einen Öffnungsgad ein, bei dem das fluidische Ventil teilweise zu diesem hin geöffnet ist.
  • Vorzugsweise ist der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad, bei dem das fluidische Ventil ganz zum Umgehungskanal hin offen ist, und das Steuermittel startet die Ansteuerung der Pumpe nach einer Nullpunkteinstellung auf eine vollständige Öffnung des fluidischen Ventils, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird.
  • Mit dieser Gestaltung wird das fluidische Ventil mit Vorzug gegenüber dem Start der Pumpenansteuerung ganz zum Umgehungskanal hin geöffnet, und gleichzeitig wird eine Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils durchgeführt. Das heißt, dass wenn der vorgenannte Temperaturunterschied bei oder über einem Schwellenwert liegt, dann wird zugelassen, dass das Kühlmittel nur in den Umgehungskanal strömt, was auch als Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils dient. Die Nullpunkteinstellung ermöglicht eine sehr exakte Steuerung des Öffnungsgrads der Brennstoffzelle, wenn die Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass ein Kühlmittel zumindest in den Umgehungskanal strömt.
  • Mit dieser Gestaltung kann beim Starten der Brennstoffzelle das Kühlmittel, das zumindest in den Umgehungskanal strömen gelassen wird, der Brennstoffzelle zugeführt werden. Dadurch ist eine erfolgreiche Beschränkung einer Temperaturänderung in der Brennstoffzelle möglich.
  • Hierbei bedeutet „Zulassen, dass ein Kühlmittel zumindest in den Umgehungskanal strömt" einen Fall, wo das Kühlmittel nur in den Umgehungskanal strömen gelassen wird oder sowohl in den Umgehungskanal als auch in den Wärmetauscher. Das Verhältnis (Strömungsverhältnis) in letzterem Fall kann nach Bedarf auf der Basis von beispielsweise der erwähnten Temperatur des Kühlmittels eingestellt werden.
  • Vorzugsweise ist der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad, bei dem das fluidische Ventil sich ganz zum Wärmetauscher hin öffnet.
  • Diese Gestaltung umgeht zuverlässig die Notwendigkeit der Zuführung eines Kühlmittels des Wärmetauschers zu der Brennstoffzelle, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird. Somit kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle zuverlässig beschränkt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad, bei dem das fluidische Ventil ganz zum Umgehungskanal hin offen ist, und das Steuermittel kann beim Starten der Brennstoffzelle die Ansteuerung der Pumpe nach einer Nullpunkteinstellung auf die vollständige Öffnung des fluidischen Ventils starten.
  • Mit dieser Gestaltung kann die Einstellung des fluidischen Ventils, mit der mit Vorzug gegenüber dem Start der Pumpenansteuerung zugelassen wird, dass das Kühlmittel nur in die Umgehungsleitung strömt, auch als Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils dienen. Außerdem ermöglicht die Nullpunkteinstellung eine sehr genaue Steuerung des Öffnungsgrads des fluidischen Ventils, wenn die Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Steuermittel beim Starten der Brennstoffzelle das fluidische Ventil nach der Nullpunkteinstellung eines Anfangsöffnungsgrads des fluidischen Ventils in einen vorgegebenen Öffnungsgrad (d.h. einen Öffnungsgrad, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel zumindest im Umgehungskanal zirkuliert) ändern.
  • Mit dieser Gestaltung kann beim Starten der Brennstoffzelle das Kühlmittel, das zumindest den Umgehungskanal durchlaufen hat, der Brennstoffzelle zugeführt werden. Dadurch ist eine erfolgreiche Beschränkung einer Temperaturänderung in der Brennstoffzelle möglich. Außerdem wird die Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils vorher durchgeführt, so dass der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, wenn die Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt.
  • Vorzugsweise stellt das Steuermittel als Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils das fluidische Ventil so ein, dass es vollständig zum Umgehungskanal hin offen ist.
  • Mit dieser Gestaltung kann das fluidische Ventil nach der Nullpunkteinstellung sofort auf den erwähnten vorgegebenen Öffnungsgrad zum Umgebungskanal eingestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt das Steuermittel als Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils das fluidische Ventil so ein, dass es vollständig zum Wärmetauscher hin offen ist.
  • Mit dieser Gestaltung wird auch dann, wenn beispielsweise das fluidische Ventil nach der Nullpunkteinstellung versagt, wodurch es unmöglich wird, den Öffnungsgrad einzustellen, das Kühlmittel, das vom Wärmetauscher gekühlt worden ist, der Brennstoffzelle zugeführt, wenn die Brennstoffzelle Leistung erzeugt. Dadurch wird verhindert, dass die Brennstoffzelle zu heiß wird. Anders ausgedrückt, es kann eine Ausfallsicherung erreicht werden.
  • Vorzugsweise ist ein Anfangsöffnungsgrad ein Öffnungsgrad, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass ein Kühlmittel in den Wärmetauscher zirkuliert.
  • Mit dieser Gestaltung kann die natürliche Wärmeabstrahlung des Kühlmittels in der Brennstoffzelle gefördert werden, wenn die Brennstoffzelle angehalten wird. Außerdem kann die Nullpunkteinstellung auf beispielsweise die Wärmetauscherseite sofort bewerkstelligt werden. Im Falle eines Versagens, beispielsweise wenn das fluidische Ventil hängen bleibt, kann eine Überhitzung der Brennstoffzelle vermieden werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anfangsöffnungsgrad ein Öffnungsgrad sein, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel in den Umgebungskanal strömt.
  • Diese Gestaltung lässt eine sofortige Nullpunkteinstellung auf beispielsweise den Umgehungskanal zu.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anfangsöffnungsgrad ein Öffnungsgrad sein, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass ein Kühlmittel sowohl in den Wärmetauscher als auch den Umgehungskanal zirkuliert.
  • Diese Gestaltung macht es möglich, eine Unterkühlung und Überhitzung der Brennstoffzelle, die elektrische Leistung erzeugt, zu beschränken, wenn das fluidische Ventil ausfällt, wodurch auf ideale Weise eine Ausfallsicherung erreicht wird. Außerdem kann die Nullpunkteinstellung sofort beispielsweise sowohl auf den Wärmetauscher als auch den Umgehungskanal durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise stellt das Steuermittel das fluidische Ventil auf den Anfangsöffnungsgrad ein, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird.
  • Mit dieser Gestaltung kann das fluidische Ventil auf geeignete Weise auf einen gewünschten Anfangsöffnungsgrad eingestellt werden, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird. Wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird, wird vorzugsweise die Ansteuerung der Pumpe gestoppt und dann wird das fluidische Ventil auf den Anfangsöffnungsgrad gesetzt.
  • Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, schließt ein weiteres Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels, einen Umwälzkanal, durch den ein Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und einer Brennstoffzelle von einer Pumpe umgewälzt wird, einen Umgehungskanal, durch den das Kühlmittel im Umwälzkanal der Brennstoffzelle zugeführt wird, wobei es den Wärmetauscher umgeht, ein fluidisches Ventil zum Einstellen der Umwälzung des Kühlmittels zum Wärmetauscher und zum Umgehungskanal und Steuermittel zum Steuern des fluidischen Ventils und der Pumpe ein. Wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird, bewirkt das Steuermittel, dass die Ansteuerung der Pumpe gestoppt wird, und stellt dann das fluidische Ventil auf einen vorgegebenen Anfangsöffnungsgrad ein. In diesem Fall ist der Anfangsöffnungsgrad vorzugsweise ein Öffnungsgrad, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel in den Wärmetauscher strömt.
  • Gemäß dieser Gestaltungen wird, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird, die Ansteuerung der Pumpe gestoppt und die Umwälzung des Kühlmittels wird gestoppt, und dann wird das fluidische Ventil anschließend auf einen vorgegebenen Anfangsöffnungs grad eingestellt. Auch wenn der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils aufgrund eines Versagens beim Stoppen der Brennstoffzelle nicht eingestellt werden kann, wird das Kühlmittel, das vom Wärmetauscher gekühlt worden ist, der Brennstoffzelle zugeführt, wenn die Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt, wodurch verhindert werden kann, dass die Brennstoffzelle zu heiß wird. Anders ausgedrückt, eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle kann beschränkt werden und eine Ausfallsicherung kann erreicht werden.
  • Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, startet das Steuermittel die Ansteuerung der Pumpe vorzugsweise nachdem das fluidische Ventil aus einem Anfangsöffnungsgrad in einen vorgegebenen Öffnungsgrad verstellt wurde.
  • Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, wird mit dieser Gestaltung der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils von einem Anfangsöffnungsgrad auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt, und danach wird mit dem Ansteuern der Pumpe begonnen. Dadurch kann das Kühlmittel der Brennstoffzelle zugeführt werden, wenn das fluidische Ventil einen Öffnungsgrad erreicht hat, der den Spezifikationen entspricht. Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, kann daher eine Temperaturänderung darin beschränkt werden.
  • Um das genannte Ziel zu erreichen, beinhaltet ein anderes Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels, einen Umwälzkanal, durch den ein Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und einer Brennstoffzelle von einer Pumpe umgewälzt wird, einen Umgehungskanal, durch den das Kühlmittel im Umwälzkanal der Brennstoffzelle so zugeführt wird, dass es den Wärmetauscher umgeht, ein fluidisches Ventil zum Einstellen des Kühlmittelstroms auf den Wärmetauscher und den Umgehungskanal und Steuermittel zum Steuern des fluidischen Ventils und der Pumpe. Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, führt das Steuermittel eine Nullpunkteinstellung am fluidischen Ventil durch und ändert auch den Öffnungsgrad nach der Nullpunkteinstellung auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad mit Vorzug gegenüber der Ansteuerung der Pumpe.
  • Mit dieser Gestaltung wird das fluidische Ventil beim Starten der Brennstoffzelle Nullpunkt-eingestellt und sein Öffnungsgrad wird auf den vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt, und danach wird mit der Ansteuerung der Pumpe begonnen. Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, kann somit das Kühlmittel der Brennstoffzelle zugeführt werden, nachdem das fluidische Ventil auf einen Öffnungsgrad eingestellt wurde, der den Spezifikationen entspricht, wodurch es möglich ist, eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle zu beschränken. Außerdem ermöglicht die Nullpunkteinstellung eine sehr exakte Steuerung des Öffnungsgrads des fluidischen Ventils, wenn die Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt.
  • Vorzugsweise ist das fluidische Ventil ein Drehventil.
  • Diese Gestaltung macht es möglich, eine Brennstoffzelle, die für eine Temperatursteuerung empfänglich ist, ordnungsgemäß und exakt zu handhaben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Konstruktionsskizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 2 ist ein Blockschema des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 3 ist eine Konstruktionsskizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 4 ist eine Konstruktionsskizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
  • 5 ist eine Konstruktionsskizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • 6 ist eine Konstruktionsskizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
  • 7 ist eine Konstruktionsskizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 8 ist eine Konstruktionsskizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
  • 9 ist eine Konstruktionsskizze, die eine Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle zeigt, die mit einem Brennstoffzellensystem gemäß einer achten Ausführungsform ausgestattet ist.
  • 10 ist ein Ablaufschema, das den Verfahrensablauf der Kühleinrichtung für die Brennstoffzelle gemäß der achten Ausführungsform beim Starten der Brennstoffzelle zeigt.
  • 11 ist ein Ablaufschema, das den Verfahrensablauf der Kühleinrichtung für die Brennstoffzelle gemäß einer neunten Ausführungsform bei einem Stopp der Brennstoffzelle zeigt.
  • 12 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch ein Drehventil als fluidisches Ventil in einer zehnten Ausführungsform zeigt.
  • 13(A) bis (C) sind Querschnittsdarstellungen, die schematisch Öffnungsgrade des in 12 dargestellten Drehventils erläutern.
  • 14 ist ein Zeitschema einer Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß einer elften Ausführungsform.
  • 15 ist ein Zeitschema einer Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß einer zwölften Ausführungsform.
  • 16 ist ein Zeitschema einer Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß einer dreizehnten Ausführungsform.
  • 17 ist ein Zeitschema einer Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß einer vierzehnten Ausführungsform.
  • 18 ist ein Zeitschema einer Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform.
  • 19 ist eine Konstruktionsskizze, die eine Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle zeigt, die in einem Brennstoffzellensystem gemäß einer sechzehnten Ausführungsform vorgesehen ist.
  • Beste Weise zur Durchführung der Erfindung
  • Im Folgenden werden Brennstoffzellensysteme gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. Die Brennstoffzellensysteme weisen Kühlmittel-Umwälzsysteme zur Versorgung der Brennstoffzellen mit zirkulierenden Kühlmitteln auf. Die Kühlmittel-Umwälzsysteme sind dafür ausgelegt, zu verhindern, dass Kühlmittel, die einen vorgegebenen Temperaturunterschied zu den Brennstoffzellen aufweisen, in die Brennstoffzellen strömen. Im Folgenden werden Brennstoffzellensysteme erläutert, deren Konstruktionen die Nutzung von Abwärme in Betracht ziehen, und Brennstoffzellensysteme, deren Konstruktionen auf einem anderen Prinzip als der Nutzung von Abwärme beruhen.
  • Genauer werden in einer ersten bis siebten Ausführungsform (1 bis 8) die Brennstoffzellensysteme erläutert, welche die Abwärme von Kühlmitteln, die Brennstoffzellen gekühlt haben, nutzen. Kurz gesagt, sind die Brennstoffzellen so ausgelegt, dass sie in Brennstoffzellen-Fahrzeugen, beispielsweise in Automobilen, eingebaut werden können. Ferner sind die Brennstoffzellensysteme so ausgelegt, dass sie Brennstoffzellen durch Kühlmittel in Hauptkühlleitungen kühlen und auch die Abwärme der Kühlmittel, welche die Brennstoffzellen gekühlt haben, zum Heizen nutzen, beispielsweise für die Innenräume der Fahrzeuge. Die Brennstoffzellensysteme gemäß der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelströme in Kühlleitungen und in Abwärmenutzungsleitungen so gesteuert werden, dass sie keine Temperaturschocks der Brennstoffzellen verursachen, die kalten Kühlmitteln in den Abwärmenutzungsleitung zuzuschreiben wären.
  • In einer achten bis sechzehnten Ausführungsform (9 bis 19) werden andere Brennstoffzellensysteme erläutert, bei denen andere Aspekte als die Nutzung von Abwärme in Betracht gezogen werden. Kurz gesagt weisen die Brennstoffzellensysteme Kühleinrichtungen von Brennstoffzellen auf, und die Kühleinrichtungen senken die durch die Erzeugung von elektrischer Leistung bewirkten Temperaturen der Brennstoffzellen und steuern die Temperaturen der Brennstoffzellen während der Erzeugung von elektrischer Leistung. Die Brennstoffzellensysteme gemäß der vorliegenden Erfindung sind in erster Linie durch eine vorgegebene Steuerung gekennzeichnet, die an fluidischen Ventilen und Pumpen in den Kühleinrichtungen der Brennstoffzellen durchgeführt wird, wodurch Temperaturänderungen in den Brennstoffzellen beim Starten (Aufwärmen) der Brennstoffzellen auf ideale Weise beschränkt werden.
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 ist ein Systemdiagramm, das ein Kühlsystem eines Brennstoffzellensystems zeigt.
  • Ein Brennstoffzellensystem 1 weist eine Brennstoffzelle 2 mit Stapelstruktur auf, die eine Schichtung aus mehreren Einheitszellen, bei denen es sich um Grundeinheiten handelt, und eine Steuereinrichtung 3 (siehe 2) auf, die das gesamte System insgesamt steuert. In einem Stapelgehäuse 5 ist die Brennstoffzelle 2 zusammen mit peripheren Erfassungseinrichtungen und dergleichen untergebracht. Das Stapelgehäuse 5 ist aus einem Metall oder einem harten Harzmaterial gebildet und über ein Zwischenglied in Form einer Klammer oder dergleichen z.B. an der Unterseite des Bodens eines Fahrzeuginnenraums befestigt. Wasserstoffgas als Brenngas und Luft als Oxidationsgas werden der Brennstoffzelle 2 durch Rohrleitungen, die nicht dargestellt sind, zugeführt. Die Brennstoffzelle 2 erzeugt elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion dieser beiden Gase und erzeugt außerdem Wärme.
  • Die Brennstoffzelle 2 kann eine Reihe von Typen ausbilden, einschließlich eines phosphorsauren Typs; die Brennstoffzelle in der vorliegenden Erfindung gehört zum Festpolymerelektrolyt-Typ, der sich für die Installation in einem Fahrzeug ideal eignet. Obwohl nicht dargestellt, ist eine Einheitszelle der Brennstoffzelle 2 aus einer MEA (Membran/Elektroden-Anordnung) aufgebaut, die zwischen einem Paar von Separatoren liegt, die aus Metall oder dergleichen gebildet sind. Als innere Strömungskanäle in der stapelig aufgebauten Brennstoffzelle 2 sind ein Strömungskanal für Brenngas, ein Strömungskanal für Sauerstoffgas und ein Strömungskanal für Kühlwasser vorgesehen. Diese Strömungskanäle sind in erster Linie in den Ebenen der Separatoren vorgesehen. Die Brennstoffzelle 2 wird von dem Kühlwasser, das als Kühlmittel dient, das durch die inneren Strömungskanäle für das Kühlwasser geführt wird, gekühlt.
  • Das Brennstoffzellensystem 1 weist eine Kühlleitung 10, die links in der Figur dargestellt ist, und eine Abwärmenutzungsleitung 11 rechts in der Figur als Leitungen zum Umwälzen des Kühlwassers (ein Kühlwasser-Umwälzsystem) zu der Brennstoffzelle 2 auf. Die Kühlleitung 10 und die Abwärmenutzungsleitung 11 sind mit einem Zusammenfluss 13 zum Vereinigen des Kühlwassers an einem Kühlwassereinlass 2a der Brennstoffzelle und einer Verzweigungsstelle 14 zum Aufteilen des Kühlwassers an einem Kühlwasserauslass 2b der Brennstoffzelle versehen. Der Zusammenfluss 13 und die Verzweigungsstelle 14 können mit Ventilen, beispielsweise Dreiwegeventilen, versehen sein, damit die Vereinigung des Kühlwassers am Zusammenfluss 13 verhindert werden kann oder das Kühlwasser an der Verzweigungsstelle 14 nur in einer Richtung abzweigen kann.
  • Die Kühlleitung 10 weist einen Radiator bzw. Kühlergrill 21 zum Kühlen des Kühlwassers, das aus der Brennstoffzelle 2 ausgetragen wird, einen Umgehungskanal 22 zum Umgehen des Kühlergrills 21, eine Kühlpumpe 23 zum Fördern des Kühlwassers unter Druck in der Kühlleitung 10 und ein Schaltventil 24 zum Einstellen des Kühlwasserstroms auf den Kühlergrill 21 und den Umgehungskanal 22 auf. Die Kühlleitung 10 besteht in erster Linie aus einem ersten Kanal 31 vom Kühlwasserauslass 2b der Brennstoffzelle 2 zu einem Einlass des Kühlergrills 21, einem zweiten Kanal 32 von einem Auslass des Kühlergrills 21 zu einer ersten Öffnung 24a des Schaltventils 24 und einem dritten Kanal 33 von einer zweiten Öffnung 24b des Schaltventils 24 zum Kühlwassereinlass 2a der Brennstoffzelle 2.
  • Im Küllergrill 21 (im ersten Wärmetauscher) befindet sich ein Kanal, der das Kühlwasser, dessen Temperatur aufgrund einer Elektrizitätserzeugungsreaktion der Brennstoffzelle 2 angestiegen ist, leitet, und das Kühlwasser wird durch Durchleitung durch den Kanal im Kühlergrill 21 einem Wärmetausch (einer Wärmeabstrahlung) mit Luft von außen unterzogen. Der Kühlergrill 21 ist beispielsweise an der Fahrzeugfront vorgesehen. Der Kühlergrill 21 ist auch mit einem Gebläse 26 ausgestattet, um Luft von außen an den inneren Kanal zu blasen. Das Gebläse 26 beschleunigt die Kühlung des Kühlwassers im Kühlergrill 21. Das Gebläse 26 ist mit der Steuereinrichtung 3 verbunden, und seine Ansteuerung wird von der Steuereinrichtung 3 gesteuert.
  • Der Umgehungskanal 22 weist ein stromaufwärtiges Ende auf, das mit dem stromabwärtigen Ende der Kühlpumpe 23 des ersten Kanals 31 verbunden ist, und eine stromabwärtiges Ende, das mit einer dritten Öffnung 24c des Schaltventils 24 verbunden ist. Die Umgehungsleitung 22 weist keine Hilfseinrichtung auf, die eine Kühlwirkung hat.
  • Die Kühlpumpe 23 ist mit der Steuereinrichtung 3 verbunden, und ihre Ansteuerung wird von der Steuereinrichtung 3 gesteuert. Wenn die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 begonnen wird, strömt das Kühlwasser in der Kühlleitung 10, um die Temperatur der Brennstoffzelle 2 in einem vorgegebenen Bereich zu halten. Wenn dann die Ansteuerung der Kühlpumpe gestoppt wird, wird der Strom des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 gestoppt. Man beachte, dass die Kühlpumpe 23, die auf der Seite stromaufwärts vom Kühlergrill 21 angeordnet ist, natürlich auch auf der Seite stromabwärts vom Kühlergrill 21 oder vom Schaltventil 24 angeordnet sein kann.
  • Das Schaltventil 24 weist eine Dreiwege-Ventilstruktur mit einer ersten Öffnung 24a, einer zweiten Öffnung 24b und einer dritten Öffnung 24c auf. Das Schaltventil 24 besteht beispielsweise aus einem Drehventil und ist so gestaltet, dass es das Kühlwasser entweder zum Kühlergrill 21 oder zum Umgehungskanal 22 oder zu beiden schaltet.
  • Wenn das Schaltventil 24 beispielsweise zum Kühlergrill 21 umgeschaltet wird, dann dient die Kühlleitung 10 als Umwälzkanal zum Umwälzen des Kühlwassers zwischen dem Kühlergrill 21 und der Brennstoffzelle 2. Wenn dagegen das Schaltventil 24 zum Umwälzkanal 22 umgeschaltet wird, dient die Kühlleitung 10 als Umwälzkanal zum Zuführen des zirkulierenden Kühlwassers zur Brennstoffzelle 2, um den Kühlergrill 21 zu umgehen. In diesem Fall strömt das Kühlwasser, das keiner Wärmeabstrahlungswirkung durch den Kühlergrill 21 ausgesetzt wurde, in die Brennstoffzelle 2.
  • Das Schaltventil 24 ist so gestaltet, dass es die Einstellung des Öffnungsgrads des Ventils ermöglicht, damit die Einstellung der Einströmungsrate des Kühlwassers in den Kühlergrill 21 und den Umgehungskanal 22 eingestellt werden kann. Das Schaltventil 24 ist mit der Steuereinrichtung 3 verbunden, und der Öffnungsgrad des Ventils, einschließlich einer Schaltoperation, wird durch Ausgangssignale von der Steuereinrichtung 3 gesteuert. Diese Art des Schaltventils 24 kann beispielsweise aus einem Ventil vom elektromagnetischen Typ, das von einem Solenoid angesteuert wird, einem motorbetriebenen Ventiltyp, der von einem Motor angesteuert wird, oder einem Typ, der von elektrischen/magnetischen Kräften eines piezoelektrischen Elements, eines magnetoresistiven Elements oder dergleichen angesteuert wird, bestehen.
  • Die Abwärmenutzungsleitung 11 beinhaltet einen Heizerkern 41 (einen zweiten Wärmetauscher) zum Durchführen eines Wärmetauschs zwischen dem Kühlwasser, das aus der Brennstoffzelle 2 ausgetragen wird, und einem Kilmatisierungsgas, und eine Abwärmenutzungspumpe 42 zum Fördern des Kühlwassers der Abwärmenutzungsleitung 11 unter Druck. Die Abwärmenutzungsleitung 11 ist eine Leitung, die die Abwärme des Kühlwassers nutzt, das aus der Brennstoffzelle 2 ausgetragen wird, um das Kühlwasser durch Erwärmen von Kilmatisierungsgas zu kühlen, und dient als Umwälzkanal zum Umwälzen des Kühlwassers zwischen dem Heizerkern 41 und der Brennstoffzelle 2.
  • Die Abwärmenutzungspumpe 42 ist mit der Steuereinrichtung verbunden, und ihre Ansteuerung wird von der Steuereinrichtung 3 gesteuert. Wie später beschrieben, wird die Abwärmenutzungspumpe 42 in Zusammenwirkung mit der Kühlpumpe 23 gesteuert. Wenn die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 begonnen wird, strömt das Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 und das Kühlwasser, das einem Wärmetausch mit dem Heizerkern 41 unterzogen wurde, strömt in die Brennstoffzelle 2. Wenn dann die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 gestoppt wird, wird der Strom des Kühlwassers in der Abwärmenutzungsleitung 11 gestoppt. Man beachte, dass die Abwärmenutzungspumpe 42, die auf der Seite stomaufwärts vom Heizerkern 41 angeordnet wurde, natürlich auch auf der Seite stromabwärts vom Heizerkern 41 angeordnet werden kann.
  • Der Heizerkern 41 wird beispielsweise an der Fahrzeugfront eingebaut, ebenso wie der Kühlergrill 21. Im Heizerkern 41 befindet sich ein Kanal, der das Kühlwasser, dessen Temperatur aufgrund einer Elektrizitätserzeugungsreaktion der Brennstoffzelle 2 angestiegen ist, leitet, und das Kühlwasser wird einem Wärmetausch (einer Wärmeabstrahlung) mit Kilmatisierungsgas unterzogen, indem man es durch den Kanal im Heizerkern 41 strömen lässt. Somit ist der Heizerkern 41 in einer Klimatisierungsleitung 51 (einer Rohrleitung) in einer Klimaanlage 50 angeordnet, die einen Kanal für das Kilmatisierungsgas bietet.
  • Die Klimaanlage 50 saugt beispielsweise die Luft in einem Fahrzeug (die Innenluft) oder die Luft außerhalb eines Fahrzeugs (die Außenluft) an, klimatisiert die Luft und bläst die klimatisierte Luft in das Fahrzeug. Die Klimaanlage 50 weist einen – allerdings nicht dargestellten – Verdampfer auf, der auf der Seite stromaufwärts vom Heizerkern 41 in der Klimatisierungsleitung 51 vorgesehen ist, und einen Belüfter, der auf der Seite stromaufwärts vom Verdampfer vorgesehen ist und Kilmatisierungsgas unter Druck dem Heizerkern 41 zuführt. Beispielsweise ist eine Ausblasöffnung, durch die Kilmatisierungsgas in ein Fahrzeug geliefert wird, so weit wie möglich stromabwärts in der Klimatisierungsleitung 51 vorgesehen.
  • Die Klimaanlage 5 weist ein Eingabemittel 52, wie einen Schalter, auf, der es einem Anwender ermöglicht, eine Eingabeoperation durchzuführen (siehe 2). Das Eingabemittel 52 ermöglicht es dem Nutzer, Befehle hinsichtlich der Durchführung des Blasens von Kilmatisierungsgas der Klimatisierungsleitung 51 zu geben. Genauer führt die Klimaanlage 50, wenn das Eingabemittel 52 eine Eingabe empfängt, eine Aufwärmung durch. Dabei strömt Kühlwasser in sowohl die Kühlleitung 10 als auch die Abwärmenutzungsleitung 11, und das Kilmatisierungsgas, das vom Heizerkern 41 erwärmt wurde, wird in das Fahrzeug geliefert. Wenn jedoch keine Eingabe am Eingabemittel 52 vorgenommen wird, dann wird die Klimaanlage 50 nicht betätigt, und die Zufuhr von Kilmatisierungsgas in das Fahrzeug wird abgestellt, und das Kühlwasser strömt nur in der Kühlleitung 10. Man beachte, dass eine Gestaltung so sein kann, dass die Klimaanlage 50 durch das Eingabemittel 52 auf Kühlbetrieb umgeschaltet werden kann.
  • Die Kühlleitung 10 und die Abwärmenutzungsleitung 11 sind mit einer Vielzahl von Temperatursensoren 61-65 verstreut entlang der Leitungen versehen. Genauer sind ein Temperatursensor 61 auf der Seite stromabwärts vom Kühlergrill 21, ein Temperatursensor 62 am Umgehungskanal 22, ein Temperatursensor 63 am Kühlwassereinlass 2a der Brennstoffzelle 2, ein Temperatursensor 64 an deren Kühlwasserauslass 2b und ein Temperatursensor 65 auf der Seite stromabwärts vom Heizerkern 41 vorgesehen. Die Temperatursensoren 63 und 64 nah dem Kühlwassereinlass 2a und dem Kühlwasserauslass 2b der Brennstoffzelle 2 sind im Stapelgehäuse 5 untergebracht. Diese Temperatursensoren 63 und 64 können jedoch auch außerhalb des Stapelgehäuses 5 vorgesehen sein.
  • Der Temperatursensor 62 auf der Seite stromabwärts vom Kühlergrill 21 erfasst eine Temperatur, die die Temperatur des Kühlwassers am Auslass des Kühlergrills 21 wiedergibt. Ferner erfasst der Temperatursensor 64 am Kühlwasserauslass 2b eine Temperatur, die die Temperatur des Kühlwassers wiedergibt, das durch den Heizerkern 41 gelaufen ist. Diese mehreren Temperatursensoren 61 bis 65 sind mit der Steuereinrichtung 3 verbunden und liefern ihre Erfassungsergebnisse an die Steuereinrichtung 3.
  • 2 ist ein Blockschema, das eine Steuergestaltung des Brennstoffzellensystems 1 zeigt. Die Steuereinrichtung 3 (ECU) weist eine CPU, einen ROM, in dem Steuerprogramme und Steuerdaten gespeichert sind, die von der CPU verarbeitet werden, einen RAM, der für verschiedene Arbeitsbereiche hauptsächlich für die Steuerungsverarbeitung dient, und eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle ein, von denen keines dargestellt ist. Diese sind über zwischengeschaltete Busse untereinander verbunden.
  • Mit der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle sind verschiedene Arten von Sensoren, einschließlich einer Vielzahl von Temperatursensoren 61 bis 65, und das Eingabemittel 52 in der Klimaanlage 50 zusätzlich zu verschiedenen Arten von Antrieben zum Ansteuern der Kühlpumpe 23, des Schaltventils 24, der Abwärmenutzungspumpe 42 und dergleichen verbunden. Die Steuereinrichtung 3 fungiert als Stromsteuermittel, das mit der Kühlpumpe 3 und der Abwärmenutzungspumpe 42 zusammenwirkt, um den Strom des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 zu steuern. Das Stromsteuermittel hindert das Kühlwasser, das einen vorgegebenen Temperaturunterschied zur Brennstoffzelle 2 aufweist, daran, in die Brennstoffzelle 2 zu strömen, wie im Folgenden erörtert wird.
  • Gemäß einem Steuerprogramm im ROM empfängt die CPU Erfassungssignale von den Temperatursensoren 61 bis 65 und dergleichen und Eingabesignale von dem Eingabemittel 52 über die zwischengeschaltete Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, verarbeitet verschiedene Arten von Daten und dergleichen im RAM und gibt dann Steuersignale an die verschiedenen Treiber über die zwischengeschaltete Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle aus, wodurch das gesamte Brennstoffzellensystem 1 einheitlich gesteuert wird, einschließlich der zusammenwirkenden Steuerung der Kühlpumpe 23 und der Abwärmenutzungspumpe 42.
  • Wie oben erörtert, strömt das Kühlwasser, wenn keine Forderung besteht, das Innere des Fahrzeugs zu heizen, während das Brennstoffzellensystem 1 in Betrieb ist, nur in der Kühlleitung 0. Somit weist das Kühlwasser, das in der Abwärmenutzungsleitung 11 zurückgehalten wird, eine im Vergleich mit dem Kühlwasser in der Kühlleitung 10 oder in der Brennstoffzelle 2 niedrigere Temperatur auf. Falls hier einer Forderung nach Heizung begegnet wird, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 erst angehalten wird und dann nach kurzer Zeit neu gestartet wird, und falls das Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 vor dem Kühlwasser in der Kühlleitung 10 in die Brennstoffzelle 2 strömen gelassen wird, dann bewirkt ein Temperaturunterschied im Kühlwasser einen unerwünschten Temperaturschock für die Brennstoffzelle 2. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung jedoch so durchgeführt, dass der Strom des Kühlwassers in der Abwärmenutzungsleitung 11 begonnen wird, nachdem der Strom des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 begonnen wurde.
  • 1. Beim Start
  • Genauer startet die Steuereinrichtung die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 und startet dann die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42, falls eine Eingabe am Eingabemittel 52 vorgenommen wird, die eine Heizung verlangt, wenn die Brennstoffzelle 2 gestartet (aufgewärmt) wird. Dies bewirkt, dass der Strom des Kühlwassers in der Abwärmenutzungsleitung 11 gegenüber dem Strom des Kühlwassers der Kühlleitung 10 verzögert wird, wodurch das Kühlwasser der Kühlleitung 10 zuerst in die Brennstoffzelle 2 strömen kann. Selbst wenn ein erheblicher Temperaturunterschied des Kühlwassers zwischen der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 vorhanden ist, wird somit eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 2 beschränkt.
  • Falls die Steuereinrichtung 3 die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 startet, nachdem die Strömungsrate des Kühlwassers durch die Kühlpumpe 42 ausreichend gestiegen ist, kann dabei dann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 2 weiter beschränkt werden. Genauer führt die Steuereinrichtung 3 vorzugsweise eine solche Strömungsratensteuerung durch, dass im Anfangs-Ansteuerungszeitraum, während dem beide Pumpen 23 und 42 zusammenwirkend gesteuert werden, die Strömungsrate des Kühlwassers durch die Kühlpumpe 23 höher ist als die Strömungsrate des Kühlwassers durch die Abwärmenutzungspumpe 42. Ferner wird die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 vorzugsweise so gesteuert, dass die Strömungsrate des Kühlwassers der Abwärmenutzungsleitung 11 allmählich ansteigt.
  • Der Zeitpunkt, zu dem die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 begonnen wird, kann ein Zeitpunkt sein, zu dem beispielsweise eine vorgegebene Zeit, die vorab im ROM gespeichert wurde, vergangen ist, seit die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 begonnen wurde, oder ein Zeitpunkt, der auf einem Erfassungsergebnis eines Strömungsratensensors beruht, der nicht dargestellt ist und beispielsweise am Kühlwassereinlass 2a der Brennstoffzelle in der Kühlleitung 10 vorgesehen ist. Ferner kann in einem anderen Modus die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 begonnen werden, wenn die Zahl der Umdrehungen der Kühlpumpe 23 eine vorgegebene Zahl erreicht oder übertrifft, beispielsweise wenn die Kühlpumpe 23 vollständig gestartet wurde. Übrigens kann die Zahl der Umdrehungen der Kühlpumpe 23 von einem UPM-Sensor erfasst werden, der mit der Kühlpumpe 23 verbunden ist.
  • Die Zeit vom Stoppen der Brennstoffzelle 2 bis zum nächsten Starten der Brennstoffzelle 2 kann von einem Zeitnehmer, der in die Steuereinrichtung 3 integriert ist, zusammenwirkend mit oder unabhängig von einem Strömungssensor gemessen werden, und auf der Basis der gemessenen Zeit kann die Startzeit, zu der die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 gestartet wird, variiert werden. Wenn die Stoppzeit der Brennstoffzelle 2 relativ lang ist, muss somit der Start der Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 nicht in Bezug auf den Start der Ansteuerung der Kühlpumpe 23 verzögert werden. Wenn die Stoppzeit der Brennstoffzelle 2 relativ kurz ist, kann ferner der Start der Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 ausreichend verzögert werden, bis die Strömungsrate des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 ausreichend gestiegen ist.
  • Ferner wird weiter bevorzugt, dass die Startzeit, zu der die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 gestartet wird, auf der Basis der Temperatursensoren 61 bis 65 in Zusammenwirkung mit oder unabhängig von dem Strömungssensor oder dem Zeitnehmer variiert wird. Beispielsweise variiert die Wärmeabstrahlungsbedingung des Kühlwassers an jedem Abschnitt abhängig von der Umgebung, in die das Brennstoffzellen-Fahrzeug gebracht wird, so dass die Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 2 unter Verwendung der Vielzahl von Temperatursensoren 61 bis 65, die die Temperatur des Kühlwassers erfassen, statt einer Einstellung der Startzeit für die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 nur durch den Zeitnehmer, weiter beschränkt werden kann.
  • Beispielsweise wird die Startzeit für die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 speziell auf der Basis des Temperaturunterschieds zwischen dem Kühlwasser in der Brennstoffzelle 2 und dem Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 aus Erfassungsergebnissen des Temperatursensors 64 am Kühlwasserauslass 2b der Brennstoffzelle und des Temperatursensors 65 der Abwärmenutzungsleitung 11 unter der Vielzahl von Temperatursensoren 61 bis 65 eingestellt. Alternativ dazu wird die Startzeit für die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 aufgrund des Temperaturunterschieds des Kühlwassers zwischen der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 aus den Erfassungsergebnissen des Temperatursensors 61 und des Temperatursensors 65 eingestellt. Dabei kann, wenn kein Temperaturunterschied vorhanden ist, die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 und der Abwärmenutzungspumpe 42 dann gleichzeitig gestartet werden. Somit können die Ansteuerungsbedingungen für die Kühlpumpe 23 und die Abwärmenutzungspumpe 42 entsprechend der Temperatur des Kühlwassers geändert werden.
  • Anstelle der oben beschriebenen Steuerungskonfiguration kann die Steuereinrichtung 3 die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 und der Abwärmenutzungspumpe 42 gleichzeitig starten, wenn eine Forderung nach Heizung am Eingabemittel 52 abgegeben wird, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird. Es ist jedoch notwendig, eine solche Strömungssteuerung durchzuführen, dass die Strömungsrate des Kühlwassers durch die Kühlpumpe 23 höher ist als die Strömungsrate des Kühlwassers durch die Abwärmenutzungspumpe 42, um eine Temperaturänderung im Kühlwasser, das in die Brennstoffzelle 2 strömt, zu vermeiden. Die Durchführung einer solchen Strömungssteuerung macht es möglich, die Temperatur des vereinigten Kühlwassers von der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 nahe an die Temperatur des Kühlwassers der Kühllei tung 10 zu bringen. Diese Art der Strömungsratensteuerung kann durch eine UPM-Steuerung der Kühlpumpe 23 und der Abwärmenutzungspumpe 42 oder die Tastverhältnissteuerung erreicht werden.
  • Auch wenn keine Eingabe einer Forderung nach Heizung am Eingabemittel 52 vorgenommen wird, wenn die Brennstoffzelle 2 gestartet wird, kann die Steuereinrichtung anstelle der oben beschriebenen Steuerungskonfiguration bei jedem Start der Brennstoffzelle 2 die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 starten, nachdem die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 gestartet wurde, und die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 für eine vorgegebene Zeit durchführen. Selbstverständlich kann dabei die Strömungsratensteuerung so durchgeführt werden, dass die Strömungsrate durch die Kühlpumpe höher wird, während die Ansteuerung der Kühlpumpe und 23 und der Abwärmenutzungspumpe 42 gleichzeitig gestartet wird.
  • Diese Steuerungskonfiguration ist vorteilhafter als die Konfiguration, bei der das Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 ohne Ausnahme nicht strömt, wenn am Eingabemittel 52 keine Eingabe vorgenommen wird. Genauer kann, wenn über einen längeren Zeitraum während des Sommers oder dergleichen keine Heizung verwendet wird, das Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 darin verbleiben, was möglicherweise zu Problemen führt, wie einer Ansammlung von Fremdstoffen oder einem Algenwachstum in der Abwärmenutzungsleitung 11. Gemäß der oben genannten Steuerungskonfiguration wird die Abwärmenutzungspumpe 42 kurz angesteuert, wenn die Brennstoffzelle 2 gestartet wird, ob nun eine Forderung nach Heizung besteht oder nicht (unabhängig von einer Eingabe am Eingabemittel 52), so dass das Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 strömt, wodurch es möglich ist, die oben genannten Probleme zu vermeiden.
  • Wie oben beschrieben, macht es die Durchführung verschiedener Arten von Strömungsratensteuerungen möglich, einen vom Kühlwasser der Abwärmenutzungsleitung 11 bewirkten Temperaturschock der Brennstoffzelle 2 beim Starten der Brennstoffzelle 2 zu vermeiden. Falls sowohl die Kühlpumpe 10 als auch die Abwärmenutzungspumpe 42 angetrieben werden, wenn die Brennstoffzelle 2 gestoppt wird, dann wird zuerst die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 gestoppt und dann wird danach die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 gestoppt. Dadurch ist es möglich, den Strom des Kühlwassers der Abwärmenutzungsleitung 11 bevorzugt gegenüber dem Strom des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 zu stoppen, wodurch es möglich ist, eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 2 auf ideale Weise zu beschränken.
  • 2. Während eines intermittierenden Betriebs
  • Nun wird eine kurze Erklärung der Stromsteuerung des Kühlwassers während eines intermittierenden Betriebs der Brennstoffzelle 2 gegeben. Der intermittierende Betrieb der Brennstoffzelle 2 bedeutet, dass die Zufuhr von elektrischer Leistung von der Brennstoffzelle 2 zu einem Verbraucher vorübergehend gestoppt wird, und dass elektrische Leistung von einer sekundären Zelle zum Verbraucher geliefert wird. Der intermittierende Betrieb wird dadurch erreicht, dass Brenngas und Oxidationsgas der Brennstoffzelle 2 intermittierend zugeführt werden und dass die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Im intermittierenden Betrieb kommt der Fall vor, dass die Ansteuerung der Brennstoffzelle gestoppt wird, um den Strom des Kühlwassers, das zur Brennstoffzelle 2 zirkulieren gelassen wird, zu stoppen.
  • Im Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung setzt die Steuereinrichtung 3 die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 durch die elektrische Leistung, die von der sekundären Zelle geliefert wird, fort, um den Strom des Kühlwassers zur Brennstoffzelle 2 während des intermittierenden Betriebs der Brennstoffzelle 2 fortzusetzen. Mit dieser Konfiguration kann die Temperatur der Brennstoffzelle 2 auch während des intermittierenden Betriebs ordnungsgemäß gesteuert werden.
  • Es ist auch möglich, das Kühlwasser der Abwärmenutzungsleitung 11 durch Ansteuern der Abwärmenutzungspumpe 42 statt der Kühlpumpe 23 in die Brennstoffzelle 2 zirkulieren zu lassen. Vorzugsweise wird jedoch, wenn die Abwärmenutzungspumpe 42 im intermittierenden Betrieb angesteuert wird, die Ansteuerung der Abwärmenut zungspumpe 42 begonnen, nachdem die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 begonnen wurde. Selbstverständlich kann dabei die Strömungsratensteuerung so durchgeführt werden, dass die Strömungsrate der Kühlpumpe 23 steigt, während die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 und der Abwärmenutzungspumpe 42 gleichzeitig gestartet wird. Dies dient dazu, einen Temperaturschock für die Brennstoffzelle 2, der auf das Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 zurückzuführen wäre, wie oben beschrieben, auch während des intermittierenden Betriebs zu vermeiden.
  • Im Folgenden werden eine zweite bis siebte Ausführungsform beschrieben. Das in der ersten Ausführungsform erläuterte Steuerbeispiel kann auch auf alle diese Ausführungsformen angewendet werden. Um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden, werden in der folgenden Beschreibung die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile wie in der ersten Ausführungsform verwendet, und es werden die Aspekte näher betrachtet, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind, um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 3 wird ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass nur eine Pumpe 71 zum Umwälzen von Kühlwasser vorhanden ist und somit eine Druckabfallsabstimmung an einer Kühlleitung 10 und einer Abwärmenutzungsleitung 11 durchgeführt wird.
  • Die Pumpe 71 der vorliegenden Ausführungsform ist auf der Seite stromaufwärts von einer Verzweigungsstelle 14 der Kühlwasserleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 vorgesehen. Die Pumpe 71 kann jedoch auf der Seite stromabwärts vom Zusammenfluss 13 vorgesehen sein. Die Ansteuerung der Pumpe 71 wird von einer Steuereinrichtung 3 gesteuert und fördert Kühlwasser unter Druck in die Kühlleitung 10 und die Abwärmenutzungsleitung 11. Zusammenwirkend mit der Steuereinrichtung 3 dient die Pumpe 71 als Stromsteuermittel zum Steuern des Kühlwasserstroms in der Kühllei tung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11. Wie in der ersten Ausführungsform, beschränkt das Stromsteuermittel das Einströmen von Kühlwasser, das einen Temperaturunterschied zur Brennstoffzelle 2 aufweist, in die Brennstoffzelle 2.
  • Der Strömungskanalwiderstand des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 wird so eingestellt, dass er niedriger ist als der Strömungskanalwiderstand des Kühlwassers in der Abwärmenutzungsleitung 11. Als Druckabfallsabstimmung zum Einstellen des Strömungskanalwiderstands wird der Durchmesser der Abwärmenutzungsleitung 11 auf einen Durchmesser eingestellt, der etwa 1/10 des Durchmessers der Kühlleitung 10 entspricht. Alternativ kann jedoch ein Drosselstück, wie eine Blende, die es dem Kühlwasser schwer macht, hindurchzuströmen, irgendwo im mittleren Teil der Abwärmenutzungsleitung 11 vorgesehen sein.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bewirkt die oben beschriebene Druckabfallsabstimmung auch dann, wenn die Pumpe 71 beim Starten oder während eines intermittierenden Betriebs der Brennstoffzelle 2 angesteuert wird, dass das Kühlwasser in der Kühlleitung 10 mit Vorzug gegenüber dem Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 in die Brennstoffzelle 2 zu strömen beginnt. Mit dieser Gestaltung kann eine Temperaturänderung beim Starten der Brennstoffzelle 2 oder dergleichen beschränkt werden, auch wenn die Zahl der Pumpen um eins reduziert wurde. Da der Strom des Kühlwassers von der einzigen Pumpe 71 gesteuert wird, kann außerdem die Steuerung vereinfacht werden.
  • Die Abwärmenutzungsleitung 11 kann mit einem Absperrventil versehen sein, und das Absperrventil kann geöffnet werden, wenn eine Forderung nach Heizung besteht, währen das Absperrventil geschlossen werden kann, wenn keine Forderung nach Heizung besteht. Ferner kann das Absperrventil entsprechend einem Messergebnis des Zeitnehmers oder entsprechend Erfassungsergebnissen vom Strömungssensor oder von den Temperatursensoren 61 bis 65, die oben beschrieben sind, geöffnet/geschlossen werden. Falls beispielsweise eine Eingabe für eine Forderung nach Heizung am Eingabemittel 52 vorgenommen wird, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, dann kann der Zeitpunkt zum Öffnen des Absperrventils, das geschlossen wurde, auf der Basis der Erfassungsergebnisse des Zeitnehmers oder verschiedener Sensoren eingestellt werden.
  • Als Modifikation der zweiten Ausführungsform kann ferner der Zusammenfluss 13 oder eine Verzweigungsstelle 14 der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 mit einem Schaltventil 73 versehen sein, um den Strom des Kühlwassers zwischen der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 umzuschalten (3 zeigt nur Signalleitungen von der Steuereinrichtung 3). Das Schaltventil 73, das auf die gleiche Weise konfiguriert sein kann wie das oben beschriebene Schaltventil 24, das an den Kühlergrill 21 angrenzt, ist mit der Steuereinrichtung 3 verbunden. Das Schaltventil 73 stellt zusammen mit der Pumpe 71 und der Steuereinrichtung 3 ein Stromsteuermittel dar, das den Strom des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 steuert.
  • Wenn mit dem Strom des Kühlwassers in der Abwärmenutzungsleitung 11 in die Brennstoffzelle 2 begonnen wird, schaltet die Steuereinrichtung 3 ferner das Schaltventil 73 zur Kühlleitung 10 um, um zuerst den Strom des Kühlwassers der Kühlleitung 10 in die Brennstoffzelle 2 zu starten. Danach wird das Schaltventil 73 auf sowohl die Kühlleitung 10 als auch die Abwärmenutzungsleitung 11 umgeschaltet, um zu ermöglichen, dass das Kühlwasser der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 in die Brennstoffzelle 2 strömt. Die oben beschriebene Steuerung des Schaltventils 73 ermöglicht es außerdem, den Strom des Kühlwassers der Kühlleitung 10 in die Brennstoffzelle mit Vorzug gegenüber der Abwärmenutzungsleitung 11 zu starten, so dass eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 2 beschränkt werden kann. Außerdem wird die Notwendigkeit für eine komplizierte Druckabfallsabstimmung der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 vermieden.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 4 wird ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer dritten Ausführungsform erläutert. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Positionen eines Zusammenflusses 13 und einer Verzweigungsstelle 14. Genauer sind der Zusammenfluss 13 und die Verzweigungsstelle 14 angrenzend an einen Kühlwasserauslass 2b einer Brennstoffzelle 2 vorgesehen, und der Zusammenfluss 13 ist auf der stromabwärtigen Seite der Verzweigungsstelle 14 und auf der stromaufwärtigen Seite einer Kühlpumpe 23 vorgesehen. Dieses Leitungssystem macht es möglich, die gleichen Vorteile wie diejenigen der ersten Ausführungsform durch die Durchführung einer zusammenwirkenden Steuerung der Kühlpumpe 23 und einer Abwärmenutzungspumpe 42 auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform zu liefern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, beim Starten der Brennstoffzelle 2 zuerst ein Schaltventil 24 auf einen Umgehungskanal 22 umzuschalten, um die Ansteuerung der Kühlpumpe 23 zu starten, und dann das Schaltventil 24 auf einen Kühlergrill 21 umzuschalten, während die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 gestartet wird. Die Kühlpumpe kann alternativ dazu auf der Seite stromabwärts vom Kühlergrill 21 angeordnet sein, und die Abwärmenutzungspumpe 42 kann alternativ auf der Seite stromabwärts von einem Heizerkern 41 angeordnet sein.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 5 wird ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer vierten Ausführungsform erläutert. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass eine Umgehungsleitung 81 zum Umwälzen von Kühlwasser, die eine Brennstoffzelle 2 umgeht, vorgesehen ist, ein Absperrventil 82 zwischen der Seite stromabwärts von einem Zusammenfluss 13 und einem Kühlwassereinlass 2a der Brennstoffzelle 2 vorgesehen ist, und ein Absperrventil 83 zwischen der Seite stromaufwärts von einer Verzweigungsstelle 14 und einem Kühlwasserauslass 2b der Brennstoffzelle 2 vorgesehen ist.
  • Die Umgehungsleitung 81 beinhaltet ein Ende, bei dem es sich um ein stromaufwärtiges Ende handelt, das mit einer stromabwärtigen Seite des Schaltventils 24 in einer Kühlleitung 10 verbunden ist, und ein anderes Ende, bei dem es sich um ein stromabwärtiges Ende handelt, das mit der stromaufwärtigen Seite der Kühlpumpe 23 in der Kühlleitung 10 verbunden ist. Die Umgehungsleitung 81 ist mit einem Absperrventil 84 zum Öffnen/Schließen der Umgehungsleitung 81 verbunden. Jedes von zwei Absperrventilen 82 und 83 nahe der Brennstoffzelle 2 besteht beispielsweise aus einem elektromagnetischen Ventil, und ihre Öffnungs-/Schließungsoperationen werden von einer Steuereinrichtung 3 gesteuert. Die Umgehungsleitung 81 und die drei Absperrventile 82, 83 und 84 werden verwendet, um einen Temperaturschock der Brennstoffzelle 2, der von Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 verursacht wird, zu vermeiden.
  • Falls beispielsweise beim Starten der Brennstoffzelle 2 eine Eingabe für eine Forderung nach Heizung am Eingabemittel 52 abgegeben wird oder nicht, schließt die Steuereinrichtung 3 erst die beiden Absperrventile 82 und 83 in der Nähe der Brennstoffzelle 2 und öffnet das Absperrventil 84 der Umgehungsleitung 81. Danach beginnt die Steuereinrichtung 3 mit der Ansteuerung sowohl der Kühlpumpe 23 als auch der Abwärmenutzungspumpe 42. Dies bewirkt, dass das Kühlwasser in der Kühlleitung 10 und das Kühlwasser in der Abwärmenutzungsleitung 11 sich am stromaufwärtigen Ende der Umgehungsleitung 81 vereinigen und mischen, während sie durch die Umgehungsleitung 81 strömen. Dann wird das Kühlwasser der Umgehungsleitung 81 am stromabwärtigen Ende der Umgehungsleitung 81 verzweigt und strömt zurück in die Kühlleitung 10 und die Abwärmenutzungsleitung 11, wobei es die Brennstoffzelle 2 umgeht.
  • Mit dieser Gestaltung wird die Temperatur des Kühlwassers auch dann ausgeglichen, wenn ein Temperaturunterschied des Kühlwassers zwischen der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 besteht oder wenn ein lokaler Temperaturunterschied des Kühlwassers in der Kühlleitung 10 und der Abwärmenutzungsleitung 11 vorliegt. Um die Umwälzung des Kühlwassers in die Brennstoffzelle 2 zu starten, nachdem eine vorgegebene Zeit ab dem Start der Ansteuerung der Kühlpumpe 23 und der Abwärmenutzungspumpe 42 vergangen ist, werden die beiden Absperrventile 82 und 83 in der Nähe der Brennstoffzelle 2 geöffnet, während das Absperrventil 84 der Umgehungsleitung 81 geschlossen ist. Die Durchführung dieser Steuerung macht es möglich, eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 2, die auf das Kühlwasser aus der Abwärmenutzungsleitung 11 zurückgeht, zu beschränken.
  • Wenn der Strom beim Starten der Brennstoffzelle 2 gesteuert wird, kann die Zeit, über die das Kühlwasser in der Umgehungsleitung 81 strömt, oder der Rotationsbetrag der Kühlpumpe 23 oder der Abwärmenutzungspumpe 42 auf der Basis des Zeitnehmers oder der Erfassungsergebnisse verschiedener Sensoren, wie der Temperatursensoren 61 bis 65, gesteuert werden, wie in der ersten Ausführungsform. Ferner kann die gleiche Steuerung wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt werden, um die Brennstoffzelle 2 intermittierend zu starten und zu stoppen. Die Umgehungsleitung 81, die angrenzend an die Kühlleitung 10 angeordnet wurde, kann natürlich angrenzend an die Abwärmenutzungsleitung 11 vorgesehen werden.
  • Ferner wurden die drei Absperrventile 82 bis 84 vorgesehen; jedoch ist ihre Zahl nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eines der beiden Absperrventile 82 und 83 in der Nähe der Brennstoffzelle 2 weggelassen werden. Die Umgehungsleitung 81 wurde mit dem Absperrventil 84 versehen, jedoch kann anstelle des Absperrventils beispielsweise ein Schaltventil, das genauso aufgebaut ist wie das oben genannte Schaltventil 24, an der Vereinigung der Umgehungsleitung 81 und der Kühlleitung 10 vorgesehen sein.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 6 wird nun ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer fünften Ausführungsform erläutert. Die vorliegende Ausführungsform weist ein Rückschlagventil 91 auf, das dem Brennstoffzellensystem gemäß der dritten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, hinzugefügt wurde. Das Rückschlagventil 91 ist an einer Kühlleitung 10 zwischen einem Zusammenfluss 13 und einer Verzweigungsstelle 14 installiert. Das Rückschlagventil 91 blockiert den Strom des Kühlwassers vom Zusammenfluss 13 zur Verzweigungsstelle 14.
  • Nun wird die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Falls eine Abwärmenutzungspumpe 42 angesteuert wird, wenn eine Kühlpumpe 23 nicht angesteuert wird, dann kann das Kühlwasser, das durch eine Abwärmenutzungsleitung 11 hindurch gegangen ist, teilweise vom Zusammenfluss 13 zur Verzweigungsstelle 14 strömen. Die vorliegende Ausführungsform ist mit dem Rückschlagventil 91 versehen, wodurch es möglich ist, den Strom des Kühlwassers vom Zusammenfluss 13 zur Verzweigungsstelle 14 zu blockieren und die Einströmung des Kühlwassers in einen Kühlwasserauslass 2b einer Brennstoffzelle 2 zu blockieren. Mit dieser Gestaltung wird die Brennstoffzelle 2 keinem Temperaturschock ausgesetzt, auch wenn die Temperatur des Kühlwassers der Abwärmenutzungsleitung 11 unter der Temperatur der Brennstoffzelle 2 liegt.
  • Die vorliegende Ausführungsform ist auch in der Lage, die gleichen Vorteile zu liefern wie die vorgenannte Ausführungsform, indem sie die zusammenwirkende Steuerung der Kühlpumpe 23 und der Abwärmenutzungsleitung 42 durchführt, wie in der dritten Ausführungsform und in der ersten Ausführungsform beschrieben. Ferner kann das Rückschlagventil 91 alternativ zwischen der Verzweigungsstelle 14 und dem Kühlwasserauslass 2b der Brennstoffzelle 2 vorgesehen sein.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 7 wird nun ein Brennstoffzellensystem gemäß einer sechsten Ausführungsform erläutert. Die vorliegende Ausführungsform hat das gleiche Leitungssystem wie das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, hat aber ein anderes Steuersystem. Genauer weist die dritte Ausführungsform die einzige Steuereinrichtung 3 als ein Beispiel für ein Steuersystem auf, während die vorliegende Ausführungsform zwei Steuereinrichtungen 3 und 3' aufweist. Die beiden Steuereinrichtungen 3 und 3' entsprechen einem Teil eines „Stromsteuermittels" oder „Steuermittels" wie in den Ansprüchen beschrieben.
  • Eine Steuereinrichtung (ECU) steuert die Ansteuerung einer Kühlpumpe 23, wobei ein UPM-Sensor 92 der Kühlpumpe mit dieser verbunden ist. Ferner dient die Steuereinrichtung 3 als Haupt-Steuereinrichtung, die auch ein Schaltventil 24, verschiedene Sensoren, wie Temperatursensoren 61 bis 65, die mit ihr verbunden sind, steuert. Die andere Steuereinrichtung (ECU) 3' steuert die Ansteuerung einer Abwärmenutzungspumpe 42. Eine Steuerschaltung, die sich zwischen der Steuereinrichtung 3' und der Abwärmenutzungspumpe 42 befindet, öffnet/schließt ein Relais 93, während die Steuereinrichtung 3 ein Relais 94 öffnet und schließt.
  • Das Steuersystem der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht auch die Bereitstellung der gleichen Funktionen und Vorteile wie diejenigen der obigen Ausführungsformen. Wenn beispielsweise die Brennstoffzelle 2 gestartet wird, kann die Steuereinrichtung 3, falls der UPM-Sensor 92 erfasst, dass die UPM der Kühlpumpe 23 eine vorgegebene Zahl erreicht oder übertrifft, das Relais 94 schießen und die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 zulassen. Und die Steuereinrichtung 3' kann das Relais 93 schließen und die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42 steuern. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass das Kühlwasser der Abwärmenutzungsleitung 11 zu einem Kühlwasserauslass 2b der Brennstoffzelle 2 zurückströmt, und eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 2 zu verhindern.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 8 wird nun ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer siebten Ausführungsform erläutert. Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform darin, dass eine Steuereinrichtung 3 mit einer Steuereinrichtung 3' kommuniziert. Beispielsweise teilt beim Starten einer Brennstoffzelle 2 die Steuereinrichtung 3 der Steuereinrichtung 3' eine Erlaubnis mit, eine Abwärmenutzungspumpe 42 anzusteuern, und ansprechend darauf schließt die Steuereinrichtung 3' ein Relais 93 und steuert die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe 42. Somit können die gleichen Funktionen und Vorteile wie in der sechsten Ausführungsform erreicht werden. Ein Vorteil gegenüber der sechsten Ausführungsform besteht darin, dass das Relais (94) nicht mehr nötig ist, wodurch eine Kostensenkung möglich ist.
  • In jeder der oben geschilderten Ausführungsformen wurde die Wärmeenergie der Abwärme der Brennstoffzelle 2 zum Heizen verwendet; falls das Brennstoffzellensystem 1 jedoch beispielsweise ein feststehender Typ ist, dann kann die Wärmeenergie der Abwärme der Brennstoffzelle 2 für die Warmwasserversorgung oder für ein Bad verwendet werden. In einem solchen Fall führt ein Wärmetauscher zum Heizen (ein Heizerkern 41) der Abwärmenutzungsleitung 11 einen Wärmetausch mit einem anderen Medium als einem Kilmatisierungsgas durch. Die Steuerung des Kühlwasserstroms auf die gleiche Weise wie oben beschrieben ist für die Brennstoffzelle 2 wirksam.
  • <Achte Ausführungsform>
  • 9 ist ein Systemdiagramm, das eine Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle zeigt, die Teil eines Brennstoffzellensystems 1 ist. Eine Brennstoffzelle 100, an die Brenngas und Oxidationsgas geliefert werden, weist eine Stapelstruktur auf, die aus einem Laminat aus mehreren Einheitszellen, bei denen es sich um Grundeinheiten handelt, aufweist. Die Brennstoffzelle 100 ist zusammen mit einer peripheren Erfassungseinrichtung und dergleichen in einem Stapelgehäuse 200 untergebracht. Das Stapelgehäuse 200 ist aus Metall oder hartem Harzmaterial gebildet und z.B. an der Unterseite des Bodens eines Fahrzeuginnenraums über ein Zwischenglied in Form einer Klammer oder dergleichen befestigt.
  • Die Brennstoffzelle 100 kann in einer Reihe von Typen vorliegen, einschließlich eines phosphorsauren Typs; die Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einem Festpolymerelektrolyt-Typ, der sich zum Einbau in ein Fahrzeug ideal eignet. Obwohl nicht dargestellt, ist eine Einheitszelle der Brennstoffzelle 100 aus einer MEA (Membran/Elektroden-Anordnung) gebildet, die zwischen einem Paar Separatoren, die aus Metall oder dergleichen bestehen, angeordnet ist. Als innere Strömungskanäle der stapelig aufgebauten Brennstoffzelle 100 sind ein Strömungskanal für Brenn gas, ein Strömungskanal für Oxidationsgas und ein Strömungskanal für Kühlwasser vorgesehen. Diese Strömungskanäle sind in erster Linie in den Ebenen der Separatoren ausgebildet. Die Brennstoffzelle 100 wird vom Kühlwasser, das als Kühlmittel dient, welches durch die inneren Strömungskanäle strömt, durch eine Kühleinrichtung 101 gekühlt.
  • Die Kühleinrichtung 101 schließt einen Kühlergrill 110 ein, der Kühlwasser, das aus einer Brennstoffzelle 100 ausgetragen wird, kühlt, einen Umwälzkanal 120, durch den das Kühlwasser zwischen dem Kühlergrill 110 und der Brennstoffzelle 100 umgewälzt wird, einen Umgehungskanal 130 zum Umgehen des Kühlergrills 110, eine Pumpe 140, die im Umwälzkanal 120 auf der Seite stromabwärts von der Brennstoffzelle 100 angeordnet ist und die Kühlwasser unter Druck fördert, ein fluidisches Ventil 150, das den Kühlwasserstrom auf den Kühlergrill 110 und die Umgehungsleitung 130 einstellt, und eine Steuereinrichtung 160, die die Gesamtsteuerung der gesamten Kühleinrichtung 101 durchführt. Der Umwälzkanal 120 und der Umgehungskanal 130 dienen als Kühlmittel-Umwälzsystem, das ein Kühlmittel zirkulierend zur Brennstoffzelle liefert.
  • Im Kühlergrill 110 (einem Wärmetauscher) befindet sich ein Kanal, der das Kühlwasser, dessen Temperatur aufgrund einer Elektrizitätserzeugungsreaktion der Brennstoffzelle 100 gestiegen ist, leitet, und die Wärme des Kühlwassers wird nach außen abgestrahlt, wenn das Kühlwasser durch den Kanal läuft. Der Kühlergrill 110 ist beispielsweise an der Fahrzeugfront vorgesehen. Der Kühlergrill 110 ist auch mit einem Gebläse 180 versehen, um Luft von außen zu dem Kanal im Kühlergrill 110 zu blasen. Das Gebläse 180 beschleunigt die Abkühlung des Kühlwassers im Kühlergrill 110. Das Gebläse 180 ist mit der Steuereinrichtung 160 verbunden, und seine Ansteuerung wird von der Steuereinrichtung 160 gesteuert.
  • Der Umwälzkanal 120 besteht in erster Linie aus einem ersten Kanal 210 von einem Kühlwasserauslass 100b der Brennstoffzelle 100 zu einem Einlass des Kühlergrills 110, einem zweiten Kanal 220 von einem Auslass des Kühlergrills 110 zu einer ersten Öffnung 150a des fluidischen Ventils 150 und einem dritten Kanal 230 von einer zweiten Öffnung 150b des fluidischen Ventils 150 zu einem Kühlwassereinlass 100a der Brennstoffzelle 100.
  • Das stromaufwärtige Ende des Umgehungskanals 130 ist mit dem stromabwärtigen Ende der Pumpe 140 des ersten Kanals 210 verbunden, während dessen stromabwärtsseitiges Ende mit einer dritten Öffnung 150c des fluidischen Ventils 150 verbunden ist. Der Umgehungskanal 130 besteht aus einer Röhre mit einem Innendurchmesser, der höchstens so groß ist wie der des Umwälzkanals 120. Der Umgehungskanal 130 ist mit keiner Hilfseinrichtung, die eine Kühlwirkung hätte, versehen. Das Kühlwasser strömt vom ersten Kanal 210 des Umwälzkanals 120 in den Umgehungskanal 130, wobei es den Kühlergrill 110 umgeht. Anschließend durchläuft das Kühlwasser, das den Umgehungskanal 130 durchlaufen hat, den dritten Kanal 230 durch das fluidische Ventil 150 und strömt dann in die Brennstoffzelle 100.
  • Der Umwälzkanal 120 und der Umgehungskanal 130 sind mit einer Vielzahl von Temperatursensoren 310, 320, 330 und 340, die entlang dieser Kanäle verstreut sind, versehen. Genauer ist der Umgehungskanal 130 mit dem einzigen Temperatursensor 310 in der Nähe des fluidischen Ventils 150 ausgestattet. Die Vielzahl von Temperatursensoren 320, 330 und 340 am Umwälzkanal 120 sind an einem Kühlwassereinlass 100a der Brennstoffzelle 100, einem Kühlwasserauslass 100b davon und an der Seite stromabwärts vom Kühlergrill 110 vorgesehen. Die Temperatursensoren 320 und 330 in der Nähe des Kühlwassereinlasses 100a und des Kühlwasserauslasses 100b der Brennstoffzelle 100 sind in einem Stapelgehäuse 200 untergebracht. Diese Temperatursensoren 320 und 330 können jedoch auch außerhalb des Stapelgehäuses 200 vorgesehen sein.
  • Der Temperatursensor 330 (ein erster Temperatursensor) am Kühlwasserauslass 100b erfasst eine Temperatur, die die Temperatur des Kühlwassers in der Brennstoffzelle 100 wiedergibt. Ferner erfasst der Temperatursensor 340 (ein zweiter Temperatursensor) auf der stromabwärtigen Seite des Kühlergrills 110 eine Temperatur, die die Temperatur des Kühlwassers am Auslass des Kühlergrills 110 wiedergibt. Die mehreren Temperatursensoren 310 bis 340 sind mit der Steuereinrichtung 160 verbunden und liefern ihre Erfassungsergebnisse an die Steuereinrichtung 160.
  • Die Pumpe 140 ist mit der Steuereinrichtung 160 verbunden, und ihre Ansteuerung wird von der Steuereinrichtung 160 gesteuert. Wenn mit der Ansteuerung der Pumpe 40 begonnen wird, strömt das Kühlwasser im Umwälzkanal 120 und zirkuliert zum Kühlergrill 110 und/oder zum Umgehungskanal 130. Somit wird eine Temperatursteuerung so durchgeführt, dass die Temperatur der Brennstoffzelle 100 in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird und die Elektrizitätserzeugungsreaktion der Brennstoffzelle 100 wirksam fortgesetzt wird. Wenn die Ansteuerung der Pumpe 140 gestoppt wird, stoppt der Strom des Kühlwassers im Umwälzkanal 120. Die Pumpe wurde an der Seite stromaufwärts vom Kühlergrill 110 und vom fluidischen Ventil 150 angeordnet; natürlich kann die Pumpe 140 jedoch alternativ auf der Seite stromabwärts vom Kühlergrill 110 und vom fluidischen Ventil 150 angeordnet werden.
  • Das fluidische Ventil 150 weist eine Dreiwegeventil-Struktur auf mit der ersten Öffnung 150a, der zweiten Öffnung 150b und der dritten Öffnung 150c. Das fluidische Ventil 150 ist so aufgebaut, dass es ein Umschalten des Kühlwassers entweder zum Kühlergrill 110 oder zum Umgehungskanal 130 oder zu beiden ermöglicht. Wenn das fluidische Ventil 150 beispielsweise ganz zum Umgehungskanal 130 umgeschaltet wird, dann strömt das Kühlwasser, das keiner Wärmeabstrahlungswirkung durch den Kühlergrill 110 ausgesetzt wird, in die Brennstoffzelle 100.
  • Ferner ist das fluidische Ventil 150 so aufgebaut, dass der Öffnungsgrad des Ventils angepasst werden kann, wodurch es möglich ist, die Menge des in den Kühlergrill 110 und in den Umgehungskanal 130 einströmenden Kühlwassers anzupassen. Beispielsweise kann als Öffnungsgrade des fluidischen Ventils 150 der Öffnungsgrad für den Kühlergrill 110 auf 10 % gesetzt werden, während der Öffnungsgrad für den Umgehungskanal 130 auf 90 % gesetzt werden kann. Somit dient das fluidische Ventil 150 als Umschaltmittel zum Umschalten des Kühlwasserstroms zwischen dem Kühlergrill 110 und dem Umgehungskanal 130 und es ermöglicht außerdem eine Variierung des Öffnungsgrades für den Strom.
  • Im Folgenden werden in der Erläuterung häufig Abkürzungen verwendet, wie „vollständige Kühler-Öffnung (vollständige Kühlergrill-Öffnung)" und „vollständige Umgehungs-Öffnung". „Vollständige Kühler-Öffnung" bedeutet, dass das fluidische Ventil 150 vollständig zum Kühlergrill 110 hin geöffnet ist, während es gegenüber dem Umgehungskanal 130 vollständig geschlossen ist. Im Zustand „vollständige Kühler-Öffnung" wird das Kühlwasser, das durch den Kühlergrill 110 gegangen ist, der Brennstoffzelle 100 zugeführt, während die Zufuhr des Kühlwassers im Umgehungskanal 130 zur Brennstoffzelle 100 abgestellt ist. Ebenso bedeutet „vollständige Umgehungs-Öffnung", dass das fluidische Ventil 150 vollständig zum Umgehungskanal 130 hin offen ist, während es gegenüber dem Kühlergrill 110 vollständig geschlossen ist. Im Zustand „vollständige Umgehungs-Öffnung" wird das Kühlwasser, das durch den Umgehungskanal 130 gegangen ist, der Brennstoffzelle 100 zugeführt, während die Zufuhr des Kühlwassers, das den Kühlergrill 110 durchlaufen hat, abgestellt ist.
  • Das fluidische Ventil 150 ist mit der Steuereinrichtung 160 verbunden, und der Öffnungsgrad des Ventils, einschließlich einer Schaltungsoperation, wird durch Ausgangssignale von der Steuereinrichtung 160 gesteuert. Diese Art von fluidischem Ventil 150 kann beispielsweise als elektromagnetischer Ventiltyp, der von einem Solenoid angesteuert wird, als elektromotorisch betriebener Ventiltyp, der von einem Elektromotor angesteuert wird, oder als Typ, der von elektrischen/magnetischen Kräften eines piezoelektrischen Elements oder eines magnetoresistiven Elements angesteuert wird, aufgebaut sein. Übrigens wird das fluidische Ventil 150 vorzugsweise aus einem Drehventil gebildet, wie später in anderen Ausführungsformen erörtert wird.
  • Das Bezugszeichen 410 in der Figur bezeichnet einen Positionssensor, der in das fluidische Ventil 150 eingebaut ist. Der Positionssensor 410 erfasst die Position des ventilierenden Elements des fluidischen Ventils 150, d.h. den Öffnungsgrad des Ventils.
  • Ein Erfassungsergebnis des Positionssensors 410 wird in die Steuereinrichtung 160 eingegeben.
  • Im Allgemein kann eine Nullpunktverstellung oder dergleichen des Positionssensors 410 zu einer Verschlechterung seiner Genauigkeit führen, so dass das fluidische Ventil 150 einer Nullpunkteinstellung unterzogen wird, um den Positionssensor 410 neu einzustellen. Die Nullpunkteinstellung wird in der Regel beim Starten der Brennstoffzelle 100 (beim Starten des Brennstoffzellensystems 1) durchgeführt. Die Durchführung der Nullpunkteinstellung eliminiert der Unterschied zwischen einem Öffnungsgrad auf der Basis eines Befehlswerts der Steuereinrichtung 160 und einem aktuellen Öffnungsgrad, der auf der Basis des Befehls vor der eigentlichen Betätigung der Brennstoffzelle 100 eingestellt wird. Dies ermöglicht eine Steuerung des Öffnungsgrads des fluidischen Ventils 150 mit hoher Genauigkeit, wenn die Brennstoffzelle 100 elektrische Leistung erzeugt.
  • Die Steuereinrichtung 160 (ECU) weist in erster Linie eine CPU, einen ROM, in dem Steuerprogramme und Steuerdaten, die von der CPU verarbeitet werden, gespeichert sind, und einen RAM auf, der für verschiedene Arbeitsbereiche verwendet wird, in erster Linie für Steuerverarbeitungen, von denen keines dargestellt ist. Die Steuereinrichtung 160 empfängt Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren, einschließlich einer Vielzahl von Temperatursensoren 310 bis 340 und des Positionssensors 410. Ferner gibt die Steuereinrichtung 160 Steuersignale an verschiedene Treiber aus, um die Pumpe 140, das fluidische Ventil 150 usw. anzusteuern, wodurch die gesamte Kühleinrichtung 101 integral gesteuert wird. Unter einem anderen Aspekt dient die Steuereinrichtung 160 in Zusammenwirkung mit der Pumpe 140 und dem fluidischen Ventil 150 als Stromsteuermittel, um das Kühlwasser, das einen vorgegebenen Temperaturunterschied zur Brennstoffzelle 2 aufweist, daran zu hindern, in die Brennstoffzelle 2 zu strömen.
  • 10 ist ein Ablaufschema, das den Verarbeitungsablauf der Kühleinrichtung 101 beim Starten der Brennstoffzelle 100 zeigt. Wen die Brennstoffzelle 100 gestartet wird, wird zuerst die Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils 150 durchgeführt (S1). Die Nullpunkteinstellung wird dadurch durchgeführt, dass das ventilierende Element des fluidischen Ventils 150 von der Steuereinrichtung 160 so bewegt wird, dass es eine Antriebsquelle, wie einen Elektromotor, des fluidischen Ventils 150 für eine vorgegebene Zeit ansteuert, bis die Bewegung des ventilierenden Elements durch eine Bewegungsendposition begrenzt wird. Das fluidische Ventil 150 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Schaltventil, so dass das fluidische Ventil 150 von der Steuereinrichtung 160 gesteuert wird, bis das fluidische Ventil 150 ganz entweder zum Kühlergrill 110 oder zum Umgehungskanal 130 geschaltet ist.
  • Beispielsweise wird die Nullpunkteinstellung implementiert, bis „vollständige Kühler-Öffnung" als Zustand des fluidischen Ventils über eine vorgegebene Zeit aufrechterhalten bleibt (S2; Nein). Die Durchführung der Nullpunkteinstellung auf der Seite der vollständigen Kühler-Öffnung macht es möglich, das Kühlwasser, dessen Temperatur vom Kühlergrill 110 gesenkt wurde, zur Brennstoffzelle 100 zu liefern, wenn die Brennstoffzelle 100 elektrische Leistung erzeugt, auch wenn das fluidische Ventil 150 dadurch ausfällt, dass es während der Nullpunkteinstellung hängen bleibt. Dadurch wird verhindert, dass die Brennstoffzelle 100 überhitzt, wodurch eine Ausfallsicherung erreicht wird.
  • Alternativ dazu kann die Nullpunkteinstellung mit „vollständige Umgehungs-Öffnung" statt „vollständige Kühler-Öffnung" durchgeführt werden. Auch in diesem Fall wird die Nullpunkteinstellung durchgeführt, bis eine vollständige Umgehungs-Öffnung als Zustand des fluidischen Ventils 150 über eine vorgegebene Zeit aufrechterhalten bleibt (S2; Nein). Dies macht es möglich, den Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 sofort einzustellen, wenn eine vollständige Kühler-Öffnung als Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 erforderlich ist oder wenn ein Öffnungsgrad, der nahe an einer vollständigen Umgehungs-Öffnung ist, nach der Nullpunkteinstellung erforderlich ist. Wie nachstehend erörtert, wird, wenn ein großer Temperaturunterschied des Kühlwassers zwischen dem Kühlergrill 110 und der Brennstoffzelle 100 vorhanden ist, das fluidische Ventil 150 tatsächlich auf vollständige Umgehungs-Öffnung eingestellt; da her ist es nützlich, die Nullpunkteinstellung bei vollständiger Umgehungs-Öffnung durchzuführen.
  • Nach Abschluss der Nullpunkteinstellung (S2; Ja) wird mit der Steuerung des fluidischen Ventils 150 begonnen (S3). Die Steuerung des fluidischen Ventils 150 wird dadurch durchgeführt, dass der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 vom Öffnungsgrad nach der Nullpunkteinstellung (vollständige Kühler-Öffnung oder vollständige Umgehungs-Öffnung) entsprechend einem Befehl der Steuereinrichtung 160 in einen vorgegebenen Öffnungsgrad geändert wird. Falls jedoch keine Nullpunkteinstellung durchgeführt wird, wird das fluidische Ventil 150 aus einem Anfangsöffnungsgrad vor dem Start der Brennstoffzelle 100 in einen vorgegebenen Öffnungsgrad verstellt.
  • Genauer bezeichnet „Anfangsöffnungsgrad" in der vorliegenden Schrift eine Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 unmittelbar vor der Durchführung des Verarbeitungsablaufs zum Starten der Brennstoffzelle 100, und in den Schritten S3 bis S4 wird der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 vom Anfangsöffnungsgrad über den Öffnungsgrad, der nach der Nullpunkteinstellung erhalten wird, in einen vorgegebenen Öffnungsgrad geändert. Ein spezielles Beispiel für den „Anfangsöffnungsgrad" wird später in einer neunten Ausführungsform beschrieben.
  • Ferner bezeichnet „vorgegebener Öffnungsgrad" einen Öffnungsgrad, der für Spezifikationen geeignet ist, die keine plötzliche Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 100 aufgrund des Kühlwassers, das in einem anschließenden Schritt in die Brennstoffzelle 100 zu strömen beginnt, bewirkt. Der „vorgegebene Öffnungsgrad" kann ein Öffnungsgrad sein, der vorab im ROM der Steuereinrichtung 160 gespeichert wurde, oder ein Öffnungsgrad, der aufgrund einer Haltezeit des Brennstoffzellensystems 1 (Zeit, während der die Brennstoffzelle bei einem Stopp in Ruhe gelassen wird) eingestellt wird. Was Letzteres betrifft, so wird beispielsweise die Zeit von einem Stopp der Brennstoffzelle 100 bis zum nächsten Start durch einen Zeitgeber gemessen, der in die Steuereinrichtung 160 integriert ist, und der vorgegebene Öffnungsgrad wird aufgrund der Dauer der Haltezeit eingestellt.
  • Genauer vergeht, wenn die Haltezeit sehr lang ist, eine Zeit, die angemessen ist, damit das Kühlwasser Wärme abstrahlt. Aus diesem Grund werden die Temperaturen des Kühlwassers im Kühlergrill 110 und des Kühlwassers in der Brennstoffzelle 100 gleich. In diesem Fall ist der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 beim Starten der Brennstoffzelle 100 kein Problem, insbesondere nicht in Bezug auf eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 100. Somit kann der vorgegebene Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 beliebig eingestellt werden. Vorzugsweise wird der vorgegebene Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 auf die Seite des Umgehungskanals 130 eingestellt, beispielsweise „vollständige Umgehungs-Öffnung", wodurch die Aufwärmzeit der Brennstoffzelle 100 verkürzt werden kann.
  • Falls dagegen die Haltezeit relativ kurz ist, kommt es zu einer Differenz der Abstrahlungsmenge des Kühlwassers zwischen der Brennstoffzelle 100 im Stapelgehäuse 200 und dem Kühlergrill 110 außerhalb des Stapelgehäuses 200, und die Temperatur des Kühlwassers im Kühlergrill 110 sinkt unter die der Brennstoffzelle 100. In diesem Fall kann durch Einstellen eines vorgegebenen Öffnungsgrads des fluidischen Ventils 150 zur Seite des Umgehungskanals 130, wie „vollständige Umgehungs-Öffnung", verhindert werden, dass Kühlwasser im Kühlergrill 110 in die Brennstoffzelle 100 strömt. Somit kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 100 beschränkt werden.
  • Und vorzugsweise wird in Zusammenwirkung mit oder unabhängig von einem Zeitnehmer der vorgegebene Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 auf der Basis der Temperatursensoren 310, 320, 330 und 340 eingestellt. Beispielsweise variiert die Wärmeabstrahlungsbedingung des Kühlwassers von Abschnitt zu Abschnitt abhängig von der Umgebung, in die das Brennstoffzellen-Fahrzeug gebracht wird, so dass das fluidische Ventil 150 auf der Basis der Erfassungsergebnisse der Vielzahl von Temperatursensoren 310, 320, 330 und 340, die die Temperatur des Kühlwassers erfassen, eingestellt wird, statt das fluidische Ventil 150 nur durch einen Zeitnehmer auf den vorgegebenen Öffnungsgrad einzustellen. Dadurch kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 100 weiter beschränkt werden.
  • Genauer wird das fluidische Ventil 150 auf der Basis eines Temperaturunterschieds zwischen dem Kühlwasser in der Brennstoffzelle 100 und dem Kühlwasser im Kühlergrill 110 insbesondere gemäß den Erfassungsergebnissen des Temperatursensors 330 und des Temperatursensors 340 der Brennstoffzelle 100 unter der Vielzahl von Temperatursensoren 310 bis 340 auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt. Wenn der Temperaturunterschied beispielsweise einen ersten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, dann wird „vollständige Umgehungs-Öffnung" als vorgegebener Öffnungsgrad eingestellt. Falls der Temperaturunterschied nicht größer ist als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert, der unter dem ersten vorgegebenen Schwellenwert liegt, dann kann „vollständige Kühler-Öffnung" als vorgegebener Öffnungsgrad eingestellt werden.
  • Jedoch kann das Kühlwasser sowohl durch den Umgehungskanal 130 als auch den Kühlergrill 110 strömen, unabhängig davon, ob ein Temperaturunterschied beim ersten vorgegebenen Schwellenwert oder darüber liegt oder beim zweiten vorgegebenen Schwellenwert oder darunter. In diesem Fall kann das Umwälzverhältnis (das Strömungsratenverhältnis) nach Bedarf eingestellt werden. Ferner kann das fluidische Ventil 150 auf der Basis eines Temperatursensors (eines von 310 bis 310) zusätzlich zu einem Temperaturunterschied der Erfassungsergebnisse auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt werden.
  • Nachdem das fluidische Ventil 150 auf den vorgegebenen Öffnungsgrad verstellt wurde (S4; Ja), wird auf der Basis des Befehls der Steuereinrichtung 160 mit der Ansteuerung der Pumpe 140 begonnen (S5). Der Zeitpunkt, zu dem die Ansteuerung der Pumpe 140 begonnen wird, kann unmittelbar nach oder gleichzeitig mit der Verstellung des fluidischen Ventils 150 auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad liegen. Anders ausgedrückt, die Verarbeitung zur Änderung des Öffnungsgrads des fluidischen Ventils 150 muss abgeschlossen sein, bevor die Verarbeitung zum Starten der Ansteuerung der Pumpe 140 durchgeführt wird. Wenn die Ansteuerung der Pumpe 140 begonnen wird, wird das Kühlwasser durch das zwischengeschaltete fluidische Ventil 150, das auf den vorgegebenen Öffnungsgrad eingestellt wurde, zur Brennstoffzelle 100 geliefert, und der Betrieb (die Erzeugung von elektrischer Leistung) der Brennstoffzelle 100 wird begonnen (S6).
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß der Kühleinrichtung 101, die im Brennstoffzellensystem 1 vorgesehen ist, beim Starten der Brennstoffzelle 100 das fluidische Ventil 150 auf den vorgegebenen Öffnungsgrad gesetzt, und zwar mit Vorzug gegenüber dem Start der Ansteuerung der Pumpe 140. Somit kann eine Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 100 idealerweise beschränkt werden. Dadurch können Temperatureinflüsse, wie die Verziehung der Separatoren, die durch einen Temperaturschock bewirkt wird, wenn die Brennstoffzelle 100 gestartet wird, vermieden werden, wodurch eine höhere Zuverlässigkeit der Brennstoffzelle 100 erreicht werden kann. Außerdem wird eine Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils 150 durchgeführt, und daher kann der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 nach Bedarf auf den Umgehungskanal 130 oder den Kühlergrill 110 mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, während die Brennstoffzelle 100 elektrische Leistung erzeugt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils 150 durchgeführt; falls es sich beim fluidischen Ventil jedoch um ein Präzisionsventil handelt, dann ist die Durchführung einer Nullpunkteinstellung nicht notwendig. Ferner wurde das fluidische Ventil 150 an der Seite stromabwärts vom Kühlergrill 110 vorgesehen; alternativ kann das fluidische Ventil 150 jedoch an der Seite stromaufwärts vom Kühlergrill 110 vorgesehen sein.
  • <Neunte Ausführungsform>
  • Eine Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer neunten Ausführungsform wird nun erläutert. 11 ist ein Ablaufschema, das den Verarbeitungsablauf der Kühleinrichtung 101 beim Stopp einer Brennstoffzelle 100 zeigt. Wie in der Figur dargestellt, wird, wenn der Betrieb der Brennstoffzelle 100 gestoppt wird (S11), zuerst die Ansteuerung einer Pumpe 140 durch eine Steuereinrichtung 160 ge stoppt (S12). Anschließend wird mit der Steuerung eines fluidischen Ventils 150 begonnen (S13). Die Steuerung des fluidischen Ventils 150 wird durch Ändern des Öffnungsgrads des fluidischen Ventils 150 von dem Öffnungsgrad vor dem Stopp in den vorgenannten „Anfangsöffnungsgrad" durch den Befehl der Steuereinrichtung 160 implementiert.
  • Falls das fluidische Ventil 150 auf einen Öffnungsgrad als Anfangsöffnungsgrad eingestellt wird, der „vollständige Kühler-Öffnung" beinhaltet, welcher es ermöglicht, dass Kühlwasser in den Kühlergrill 110 strömt, dann kann hierbei die natürliche Wärmeabstrahlung des Kühlwassers in der Brennstoffzelle 100 bei einem Stopp der Brennstoffzelle 100 beschleunigt werden. Außerdem kann die vorgenannte Nullpunkteinstellung auf der „vollständige Kühler-Öffnung"-Seite sofort durchgeführt werden. Alternativ dazu kann der Anfangsöffnungsgrad auf einen Öffnungsgrad gesetzt werden, der „vollständige Umgehungs-Öffnung" einschließt, wobei das fluidische Ventil 150 Kühlwasser in einen Umgehungskanal 130 strömen lässt. Dadurch kann die Nullpunkteinstellung auf der „vollständige Umgehungs-Öffnung"-Seite sofort durchgeführt werden.
  • Als Alternative zu den oben genannten Öffnungsgraden kann der Anfangsöffnungsgrad auf einen Öffnungsgrad gesetzt werden, bei dem das fluidische Ventil 150 zulässt, dass ein Kühlmittel sowohl in den Kühlergrill 110 als auch den Umgehungskanal 130 zirkuliert. Das Verhältnis dieser beiden kann in diesem Fall nach Bedarf eingestellt werden. Die Einstellung auf diesen Öffnungsgrad macht es möglich, zu verhindern, dass die Brennstoffzelle 100, die mit einer Elektrizitätserzeugung befasst ist, unterkühlt oder überhitzt, wenn das fluidische Ventil 150 ausfällt, wodurch idealerweise eine Ausfallsicherung erreicht werden kann. Außerdem kann die Nullpunkteinstellung sowohl auf „vollständige Kühler-Öffnung" als auch „vollständige Umgehungs-Öffnung" sofort durchgeführt werden. Wenn der Anfangsöffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 eingestellt ist, wird der Verarbeitungsablauf beendet (S14; Ja).
  • Wenn die Brennstoffzelle 100 dann in einer vorgegebenen Stoppzeit der Brennstoffzelle 100 neu gestartet wird, wird die Kühleinrichtung 101 entsprechend dem in 10 dargestellten Ablauf angesteuert. Genauer wird der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150, wenn die Aufmerksamkeit auf das fluidische Ventil 150 gerichtet wird, vom „Anfangsöffnungsgrad", der bei einem Stopp der Brennstoffzelle 100 eingestellt wird, in einen Nullpunkteinstellungs-Öffnungsgrad und dann anschließend in einen „vorgegebenen Öffnungsgrad" geändert.
  • <Zehnte Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 12 und 13 wird ein Konfigurationsbeispiel für ein fluidisches Ventil 150 als zehnte Ausführungsform einer Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Das fluidische Ventil 150 in der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einem Drehventil 500, dessen Ventilöffnungsgrad auf elektrisch steuernde Weise angepasst werden kann. Das fluidische Ventil 150, das aus dem Drehventil 500 besteht, ermöglicht eine schnelle und exakte Handhabung einer Brennstoffzelle 100, die empfänglich für eine Temperatursteuerung ist.
  • 12 zeigt einen wichtigen Teil des inneren Aufbaus des Drehventils 500. Ein ventilierendes Element 510 im Drehventil 500 ist an einem Zusammenfluss eines zweiten Kanals 220 von einem Kühlergrill 110, einem Umgehungskanal 130 und einem dritten Kanal 230, der mit der Brennstoffzelle 100 kommuniziert, vorgesehen. Das Drehventil 500 weist einen Schrittmotor 520 auf, der als Antriebsquelle zum Drehen des ventilierenden Elements 510 dient, einen Zug aus Trieben 530 und 540, der eine Bewegungskraft vom Schrittmotor 520 zum ventilierenden Element 510 überträgt, und einen Positionsbegrenzungsmechanismus 550, der eine Endposition der Drehung des ventilierenden Elements 510 begrenzt.
  • Das ventilierende Element 510 weist eine Öffnung 570 in Umfangsrichtung auf, die für eine variable Kommunikation zwischen dem zweiten Kanal 220 und dem dritten Kanal 230 oder zwischen dem Umgehungskanal 130 und dem dritten Kanal 230 sorgt. Der obere mittlere Abschnitt des ventilierenden Elements 510 ist über eine zwischengeschaltete Stange 580 koaxial mit dem mittleren Abschnitt der Bodenfläche des Endrads 540 des Zugs aus Trieben 530 und 540 verbunden. Die Position der Öffnung 570 ändert sich, während das ventilierende Element 510 sich dreht, und das Drehventil 500 wird auf einen Öffnungsgrad gesetzt, der auf der Position der Öffnung 570, bei der die Drehung des ventilierenden Elements 510 stoppt, beruht.
  • 13(A) zeigt einen Zustand des Drehventils 500 bei „vollständiger Umgehungs-Öffnung". In diesem Zustand ist die Öffnung 570 des ventilierenden Elements 510 auf den Umgehungskanal 130 gerichtet, was bewirkt, dass der Umgehungskanal 130 mit dem dritten Kanal 230 kommuniziert. 13(B) zeigt den Zustand, des Drehventils 500 bei „vollständig Kühler-Öffnung". In diesem Zustand ist die Öffnung 570 des ventilierenden Elements 510 auf den zweiten Kanal 220 angrenzend an den Kühlergrill 110 gerichtet, was bewirkt, dass der zweite Kanal 220 und der dritte Kanal 230 kommunizieren. 13(C) zeigt den Zustand, in dem eine Hälfte der Öffnung 570 des ventilierenden Elements 510 auf den Umgehungskanal 130 gerichtet ist, während die andere Hälfte der Öffnung 570 auf den zweiten Kanal 220 gerichtet ist. In diesem Zustand kommunizieren sowohl der Umgehungskanal 130 als auch der zweite Kanal 220 mit dem dritten Kanal 230.
  • Der Schrittmotor 520 ist mit der Steuereinrichtung 160 verbunden und so konfiguriert, dass er in normaler und umgekehrter Richtung angesteuert und gedreht werden kann. Wenn der Schrittmotor 520 beispielsweise in der normalen Richtung angesteuert und gedreht wird, dann wird das ventilierende Element 510 in der normalen Richtung gedreht und der Öffnungsgrad des Drehventils 500 wird in „vollständige Umgehungs-Öffnung" verstellt. Falls dagegen der Schrittmotor 510 in der negativen Richtung angesteuert und gedreht wird, dann wird das ventilierende Element 510 in der negativen Richtung gedreht und der Öffnungsgrad des Drehventils 500 wird in „vollständige Kühler-Öffnung" verstellt. Die Steuerung der Zahl der Schritte des Schrittmotors 520 ermöglicht es, die Öffnung 570 des ventilierenden Elements 510 in eine gewünschte Position (auf einen gewünschten Öffnungsgrad) zu bewegen.
  • Der Positionsbegrenzungsmechanismus 550 beinhaltet eine Basis 710, zwei Anschläge 720 und 730, die vertikal an der Basis 710 vorgesehen sind, und zwei Begrenzungsschlitze 740 und 750, die durch Einschneiden des Endrads 540 ausgebildet werden. Die Basis 710 weist eine Durchgangsöffnung zum Einführen der Stange 580 auf. Die beiden Begrenzungsschlitze 740 und 750 sind so vorgesehen, dass sie einander gegenüber liegen, wobei sie den Mittelpunkt des Endrads 540 in ihre Mitte nehmen, und sie werden durch bogenförmige Schlitze gebildet, deren Krümmungsmittelpunkt der genannte Mittelpunkt ist. Die Anschläge 720 und 730 werden in die beiden Begrenzungsschlitze 740 bzw. 750 eingeführt, und die Anschläge 720 und 730 sind so gestaltet, dass sie in den Begrenzungsschlitzen 740 und 750 gleiten können. Ein Anliegen der Anschläge 720 und 730 an den inneren Enden der Begrenzungsschlitze 740 und 750 beschränkt die Endposition der Drehung des ventilierenden Elements 510. Der Positionsbegrenzungsmechanismus 550 funktioniert, wenn die Nullpunkteinstellung des Drehventils 500 durchgeführt wird.
  • Genauer wird der Schrittmotor 520 zur Implementierung der Nullpunkteinstellung auf der „vollständige Umgehungs-Öffnung"-Seite in der normalen Richtung angesteuert und gedreht, um zu bewirken, dass der Anschlag 720, der in den Begrenzungsschlitz 740 eingeführt wurde, am Ende des Begrenzungsschlitzes 740 zum Anliegen kommt. Dies wird für eine vorgegebene Zeit beibehalten, um die Nullpunkteinstellung abzuschließen (siehe S2 von 10). Um die Nullpunkteinstellung auf der „vollständige Kühler-Öffnung"-Seite durchzuführen, wird der Schrittmotor 520 auf ähnliche Weise in umgekehrter Richtung angesteuert und gedreht, und der Anschlag 730, der in den anderen Begrenzungsschlitz 750 eingeführt wurde, kommt am Ende des Begrenzungsschlitzes 750 zum Anliegen. Dadurch dass dies für eine vorgegeben Zeit beibehalten wird, wird die Nullpunkteinstellung abgeschlossen (sie wiederum S2 in 10).
  • Zwar ist ein Positionssensor (der Positionssensor 410 in der achten Ausführungsform), der in der Nullpunkteinstellung zurückgestellt wird, nicht dargestellt, aber der Positionssensor kann übrigens beispielsweise aus einem optischen Drehwinkelgeber bestehen. In diesem Fall kann eine geschlitzte Drehplatte des Drehwinkelgebers koaxial mit dem Endrad 540 vorgesehen sein, optische Wege für ein Licht empfangendes Element und ein Licht aussendendes Element können vorgesehen sein, die auf die Schlitze der Drehplatte gerichtet sind, und diese beiden Elemente können mit der Steuereinrichtung 160 verbunden sein.
  • <Elfte Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 14 wird nun eine Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer elften Ausführungsform erläutert. 14 zeigt ein Beispiel für ein Zeitschema der Kühleinrichtung 101 beim Starten einer Brennstoffzelle 100.
  • Die in 14 dargestellte „Schlüsselbetätigung" bezeichnet eine Betätigung eines Betätigungsmittels zum Starten des Brennstoffzellensystems 1 und bezeichnet beispielsweise eine Schlüsselbetätigung zum Ansteuern einer Brennstoffzelle. „Ventilöffnungsgrad" bedeutet den Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Öffnungsgrad (der Anfangsöffnungsgrad) des fluidischen Ventils 150 bei einem Stopp der Brennstoffzelle 100 auf „vollständige Kühler-Öffnung" eingestellt. Wenn die Schlüsselbetätigung durchgeführt wird, um das Brennstoffzellensystem 1 zu starten, wird das fluidische Ventil 150 ansprechend darauf gesteuert, indem die Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils 150 auf die „vollständige Umgehungs-Öffnung"-Seite durchgeführt wird. Wenn das fluidische Ventil 150 das Drehventil der zehnten Ausführungsform ist, dann wird die Nullpunkteinstellung durch Anliegen lassen des Anschlags 720 (oder 730) durchgeführt.
  • Nach einer Systemüberprüfung des Brennstoffzellensystems 1, beispielsweise einer Überprüfung, ob die Nullpunkteinstellung abgeschlossen wurde, wird mit der Erzeugung von elektrischer Leistung einer Brennstoffzelle 100 begonnen, und synchron damit wird mit dem Ansteuern der Pumpe 140 begonnen. Anders ausgedrückt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der „vorgegebene Öffnungsgrad" des fluidischen Ventils 150 eine vollständige Umgehungs-Öffnung. Diese Gestaltung macht es möglich, die Vorteile, die in den vorstehenden Ausführungsformen (den achten bis zehnten Ausführungsformen) erläutert wurden, einschließlich der Fähigkeit, die Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 100 beim Starten der Brennstoffzelle 100 auf ideale Weise zu beschränken, zu erreichen.
  • <Zwölfte Ausführungsform>
  • 15 zeigt eine zwölfte Ausführungsform einer Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1. Die zwölfte Ausführungsform ist ein Modifikationsbeispiel der elften Ausführungsform. Ein von der elften Ausführungsform verschiedener Aspekt ist, dass der Zeitpunkt, zu dem die Ansteuerung der Pumpe 140 begonnen wird, gegenüber dem in der elften Ausführungsform leicht verzögert ist. Genauer wird mit dem Ansteuern der Pumpe 140 in einer vorgegebenen Zeit nach Abschluss der Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils 150 und Beginn der Erzeugung von elektrischer Leistung durch die Brennstoffzelle 100 begonnen. Die vorliegende Erfindung ist in einem Fall nützlich, wo die Nullpunkteinstellung relativ lang dauert.
  • <Dreizehnte Ausführungsform>
  • 16 ist eine dreizehnte Ausführungsform einer Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1. Die dreizehnte Ausführungsform ist ein Modifikationsbeispiel der elften Ausführungsform. Ein von der elften Ausführungsform verschiedener Aspekt ist der Zeitpunkt, zu dem mit der Ansteuerung der Pumpe 140 begonnen wird.
  • Genauer wird mit der Ansteuerung der Pumpe 140 in der Mitte der Nullpunkteinstellung zur Einstellung des fluidischen Ventils 150 ausgehend von „vollständige Kühler-Öffnung", wobei es sich um einen Anfangsöffnungsgrad handelt, auf „vollständige Umgehungsöffnung" begonnen. Die Ansteuerung der Pumpe 140 wird zu dem Zeitpunkt begonnen, zu dem das fluidische Ventil 150 den Kühlwasserstrom zum Kühlergrill 110 unterbricht. Falls das fluidische Ventil 150 beispielsweise das Drehventil 500 in der zehnten Ausführungsform ist, dann ist der Zeitpunkt der Augenblick, zu dem die Öffnung 570 des ventilierenden Elements 510 eine Position abseits vom zweiten Kanal 220 angrenzend an den Kühlergrill erreicht.
  • Der Zeitpunkt, zu dem die Ansteuerung der Pumpe 140 begonnen wird, liegt vor dem Erreichen des „vollständige Umgehungs-Öffnung" des Öffnungsgrads des fluidischen Ventils 150, und dieser Öffnungsgrad ermöglicht es dem Kühlwasser, in den Umgehungskanal 130 zu strömen. Nachdem die Ansteuerung der Pumpe 140 gestartet wurde, erreicht dann der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 „vollständige Umgehungs-Öffnung", und die Nullpunkteinstellung wird implementiert, und die Erzeugung von elektrischer Leistung durch eine Brennstoffzelle wird ebenfalls gestartet.
  • <Vierzehnte Ausführungsform>
  • 17 zeigt eine vierzehnte Ausführungsform einer Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1, wobei die vierzehnte Ausführungsform ein Modifikationsbeispiel der elften Ausführungsform ist. Ein von der elften Ausführungsform verschiedener Aspekt ist der „Anfangsöffnungsgrad" des fluidischen Ventils 150, der auf einen Öffnungsgrad gesetzt wird, bei dem das fluidische Ventil 150 zulässt, dass Kühlwasser sowohl in den Kühlergrill 110 als auch den Umgehungskanal 130 strömt. Wenn dieses Beispiel beispielsweise auf das Drehventil 500 der zehnten Ausführungsform angewendet wird, dann ist der Öffnungsgrad des Drehventils 500 wie in 13(c) dargestellt. Dadurch kann die Nullpunkteinstellung auf „vollständige Umgehungsöffnung" umgehend erreicht werden, wie oben beschrieben.
  • Was den „Anfangsöffnungsgrad" in der vorliegenden Ausführungsform betrifft, so kann der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils 150 entwurfsmäßig je nach Bedarf verändert werden, um beispielsweise entweder in den Kühlergrill 110 oder den Umgehungskanal 130 bevorzugt Kühlwasser strömen zu lassen.
  • <Fünfzehnte Ausführungsform>
  • 18 zeigt eine fünfzehnte Ausführungsform der Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1, wobei die fünfzehnte Ausführungsform ein Modifikationsbeispiel der elften Ausführungsform ist. Ein von der elften Ausführungsform verschiedener Aspekt ist der „Anfangsöffnungsgrad" des fluidischen Ventils 150. Genauer wird der „Anfangsöffnungsgrad" auf einen Öffnungsgrad vor dem Erreichen des „vollständige Umgehungs-Öffnung" eingestellt, und bei diesem Öffnungsgrad unterbricht das fluidische Ventil 150 den Kühlwasserstrom zum Kühlergrill 110, während es gleichzeitig den Kühlwasserstrom in den Umgehungskanal 130 zulässt. Dadurch ist eine schnellere Nullpunkteinstellung auf „vollständige Umgehungs-Öffnung" möglich als in der vierzehnten Ausführungsform.
  • <Sechzehnte Ausführungsform>
  • Mit Bezug auf 19 wird nun eine Kühleinrichtung 101 in einem Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer sechzehnten Ausführungsform erläutert. Die sechzehnte Ausführungsform unterscheidet sich von der achten Ausführungsform darin, dass die Position der Pumpe 140 auf einen dritten Kanal 230 auf der Seite stromabwärts vom fluidischen Ventil 150 geändert wurde und dass ein zweiter Kühlergrill 910 als Hilfs-Kühlergrill vorgesehen ist.
  • Der zweite Kühlergrill 910 ist genauso aufgebaut wir der oben geschilderte Kühlergrill 110 (der im Folgenden als erster Kühlergrill bezeichnet wird) und weist ein Gebläse 920 auf, das mit einer Steuereinrichtung 160 verbunden ist. Das stromaufwärtige Ende eines zweiten Umwälzkanals 940, der mit dem zweiten Kühlergrill versehen ist, verzweigt sich von und verbindet sich mit einem Umgehungskanal 130, wobei die Verbindungsposition auf der Seite stromaufwärts von einem Umgehungskanal 130 liegt. Das stromabwärtige Ende des Umwälzkanals 940 verzweigt sich von und verbindet sich mit bzw. einem zweiten Kanal 220 auf der Seite stromabwärts vom ersten Kühlergrill 110.
  • Diese Gestaltung bewirkt auch, dass Kühlwasser einer Brennstoffzelle 100 zugeführt wird, wobei es den ersten Kühlergrill 110 und den zweiten Kühlergrill 910 umgeht, wenn das fluidische Ventil 150 beispielsweise auf die Seite des Umgehungskanals 130 geschaltet wird, beispielsweise „vollständige Umgehungs-Öffnung", um den Strom des Kühlwassers zum ersten Kühlergrill 110 zu unterbrechen. Falls das fluidische Ventil 150 dagegen beispielsweise auf die Seite des ersten Kühlergrills 110 geschaltet wird, beispielsweise „vollständige Kühler-Öffnung", dann werden das Kühlwasser, das vom ersten Kühlergrill 110 gekühlt wurde, und das Kühlwasser, das vom zweiten Kühlergrill 910 gekühlt wurde, durch das fluidische Ventil 150 geleitet und der Brennstoffzelle 100 zugeführt.
  • Die Kühleinrichtung 101 im Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht auch eine ideale Beschränkung einer Temperaturänderung in der Brennstoffzelle 100 beim Starten der Brennstoffzelle 100. Außerdem kann die Brennstoffzelle 100, während sie elektrische Leistung erzeugt, durch beiden Kühlergrills 110 und 910 noch besser gekühlt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Offenbart ist ein Brennstoffzellensystem, das in der Lage ist, eine Temperaturänderung in einer Brennstoffzelle, die von einem Kühlmittel bewirkt wird, zu beschränken. Das Brennstoffzellensystem (1) weist ein Kühlmittel-Umwälzsystem (10, 11) zum Umwälzen des Kühlmittels von der Brennstoffzelle (2) zur Brennstoffzelle auf. Das Kühlmittel-Umwälzsystem (10, 11) weist Stromsteuermittel (3, 23 und 42) zum Begrenzen des Einströmens des Kühlmittels, das einen vorgegebenen Temperaturunterschied zu Brennstoffzelle (2) aufweist, in die Brennstoffzelle (2), auf.

Claims (41)

  1. Brennstoffzellensystem, das folgendes aufweist: ein Kühlmittel-Umwälzsystem zum Umwälzen eines Kühlmittels von einer Brennstoffzelle zu der Brennstoffzelle, wobei das Kühlmittel-Umwälzsystem ein Stromsteuermittel zum Hindern des Kühlmittels, das einen vorgegebenen Temperaturunterschied zur Brennstoffzelle aufweist, an einer Strömung in die Brennstoffzelle aufweist.
  2. Brennstoffzellensystem, das ein Kühlmittel, das in eine Brennstoffzelle strömt, umwälzt, um die Brennstoffzelle zu kühlen, und das in der Lage ist, Klimatisierungsgas in einer Klimatisierungsleitung durch Abwärme des Kühlmittels, das die Brennstoffzelle durchlaufen hat, zu erwärmen, wobei das Brennstoffzellensystem folgendes einschließt: eine Kühlleitung, die einen ersten Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmittels aufweist und die das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; eine Abwärmenutzungsleitung, die einen zweiten Wärmetauscher für einen Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Klimatisierungsgas in der Klimatisierungsleitung aufweist und die das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; ein Stromsteuermittel zum Steuern des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung, wobei das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung startet und dann den Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung startet.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, das ferner folgendes aufweist: ein Eingabemittel, das es einem Anwender ermöglicht, einen Befehl zum Blasen von Klimatisierungsgas der Klimatisierungsleitung einzugeben, wobei das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung auf der Basis des Eingabemittels steuert.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung vor dem Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung startet, falls eine Eingabe am Eingabemittel vorgenommen wird, während das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung abstellt und zulässt, dass das Kühlmittel in der Kühlleitung strömt, falls keine Eingabe am Eingabemittel vorgenommen wird.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung startet, nachdem es den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung gestartet hat, und zulässt, dass das Kühlmittel beim Starten der Brennstoffzelle für eine vorgegebene Zeit in der Abwärmenutzungsleitung strömt, auch wenn keine Eingabe am Eingabemittel vorgenommen wird.
  6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung startet, nachdem es den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung gestartet hat, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, das ferner folgendes aufweist: ein Zeitnahmemittel zum Messen einer Zeit von einem Stopp der Brennstoffzelle bis zum nächsten Start, wobei das Stromsteuermittel die Startzeit, zu der der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung beim Starten der Brennstoffzelle begonnen wird, auf der Basis des Zeitnahmemittels variiert.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, das ferner folgendes aufweist: einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels, wobei das Stromsteuermittel die Startzeit, zu der der Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung beim Starten der Brennstoffzelle begonnen wird, auf der Basis des Temperatursensors variiert.
  9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Stromsteuermittel bewirkt, dass das Kühlmittel während eines intermittierenden Betriebs der Brennstoffzelle in der Kühlleitung und/oder der Abwärmenutzungsleitung strömt.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, wobei das Stromsteuermittel den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung während eines intermittierenden Betriebs der Brennstoffzelle vor dem Strom des Kühlmittels in der Abwärmenutzungsleitung startet.
  11. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Stromsteuermittel den Strom in der Abwärmenutzungsleitung vor dem Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung stoppt, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird.
  12. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Stromsteuermittel folgendes aufweist: eine Kühlpumpe zur Fördern des Kühlmittels unter Druck in der Kühlleitung; eine Abwärmenutzungspumpe zum Fördern des Kühlmittels unter Druck in der Abwärmenutzungsleitung; und ein Steuermittel zur Steuerung der Ansteuerung der Kühlpumpe und der Abwärmenutzungspumpe, wobei das Steuermittel die Ansteuerung der Kühlpumpe startet und dann die Ansteuerung der Abwärmenutzungspumpe startet.
  13. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, wobei das Steuermittel eine Strömungsratensteuerung durchführt, so dass die Strömungsrate des Kühlmittels durch die Kühlpumpe höher ist als die Strömungsrate des Kühlmittels durch die Abwärmenutzungspumpe.
  14. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 12 oder 13, das ferner folgendes aufweist: einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels, wobei das Steuermittel die Ansteuerung sowohl der Kühlpumpe als auch der Abwärmenutzungspumpe auf der Basis des Temperatursensors steuert.
  15. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Abwärmenutzungsleitung mit einer Verzweigungsstelle und einer Vereinigungsstelle von bzw. mit der Kühlleitung an einer Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle verbunden ist, und ein Rückschlagventil ferner an der Kühlleitung auf der Seite stromaufwärts von der Vereinigungsstelle vorgesehen ist, um den Strom des Kühlmittels von der Vereinigungsstelle zum Kühlmittelauslass der Brennstoffzelle zu blockieren.
  16. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Stromsteuermittel folgendes aufweist: eine einzige Pumpe zur Förderung des Kühlmittels in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung unter Druck; und ein Steuermittel zur Steuerung der Ansteuerung der Pumpe, wobei die Kühlleitung einen Strömungswiderstand aufweist, der niedriger eingestellt ist als der der Abwärmenutzungsleitung, so dass das Kühlmittel der Kühlleitung vor dem Kühlmittel der Abwärmenutzungsleitung in die Brennstoffzelle zu strömen beginnt.
  17. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Stromsteuermittel folgendes aufweist: eine einzige Pumpe zum Fördern des Kühlmittels in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung unter Druck; ein Schaltventil zum Schalten der Kühlmittelströme in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung auf die Brennstoffzelle; und ein Steuermittel zum Steuern der Ansteuerung der Pumpe und des Schaltventils, wobei, wenn der Strom des Kühlmittels der Abwärmenutzungsleitung in die Brennstoffzelle gestartet wird, das Steuermittel das Schaltventil auf die Kühlleitung umschaltet, um den Strom des Kühlmittels in der Kühlleitung in die Brennstoffzelle zu starten.
  18. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei die Kühlleitung und die Abwärmenutzungsleitung einen Zusammenfluss zum Vereinigen des Kühlmittels an einer Kühlmitteleinlass-Seite der Brennstoffzelle und auch eine Verzweigungsstelle zum Verzweigen des Kühlmittels an einer Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle einschließen.
  19. Brennstoffzellensystem, das ein Kühlmittel, das in eine Brennstoffzelle strömt, umwälzt, um die Brennstoffzelle zu kühlen, und das in der Lage ist, Klimatisierungsgas in einer Klimatisierungsleitung durch Abwärme vom Kühlgas, das die Brennstoffzelle durchlaufen hat, zu erwärmen, wobei das Brennstoffzellensystem folgendes aufweist: eine Kühlleitung, die einen ersten Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmittels aufweist und das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; eine Abwärmenutzungsleitung, die einen zweiten Wärmetauscher für eine Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Klimatisierungsgas in der Klimatisierungsleitung aufweist und die das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; und ein Stromsteuermittel zur Steuerung des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung, wobei das Stromsteuermittel eine Strömungsratensteuerung durchführt, so dass die Strömungsrate des Kühlmittels der Kühlleitung höher ist als die der Abwär menutzungsleitung, wenn die Kühlmittel der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung vereinigt und durch die Brennstoffzelle geleitet werden.
  20. Brennstoffzellensystem, das das Kühlmittel, das in einer Brennstoffzelle strömt, umwälzt, um die Brennstoffzelle zu kühlen, und das in der Lage ist, Klimatisierungsgas in einer Klimatisierungsleitung durch Abwärme von dem Kühlmittel, das die Brennstoffzelle durchlaufen hat, zu erwärmen, wobei das Brennstoffzellensystem folgendes aufweist: eine Kühlleitung, die einen ersten Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmittels aufweist und das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt; eine Abwärmenutzungsleitung, die einen zweiten Wärmetauscher für einen Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Klimatisierungsgas in der Klimatisierungsleitung aufweist und die sich mit der Kühlleitung an einer Kühlmitteleinlass-Seite der Brennstoffzelle vereinigt und sich von der Kühlleitung an einer Kühlmittelauslass-Seite der Brennstoffzelle abzweigt; eine Umgehungsleitung, durch die das Kühlmittel strömt und dabei die Brennstoffzelle umgeht; und ein Stromsteuermittel zur Steuerung des Kühlmittelstroms in der Kühlleitung, der Abwärmenutzungsleitung und der Umgehungsleitung, wobei das Stromsteuermittel bewirkt, dass das Kühlmittel in der Umgehungsleitung strömt, und die Kühlmittel der Kühlleitung und der Abwärmenutzungsleitung mischt, dann das Kühlmittel zur Brennstoffzelle zirkulieren lässt, wobei der Strom des Kühlmittels in der Umgehungsleitung unterbrochen wird.
  21. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle, die folgendes aufweist: einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels; einen Umwälzkanal, durch den das Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und der Brennstoffzelle durch eine Pumpe umgewälzt wird; einen Umgehungskanal, durch den das Kühlmittel im Umwälzkanal der Brennstoffzelle unter Umgehung des Wärmetauschers zugeführt wird; ein fluidisches Ventil, um den Strom des Kühlmittels auf den Wärmetauscher und den Umgehungskanal einzustellen; und ein Steuermittel zur Steuerung des fluidischen Ventils und der Pumpe, wobei, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, das Steuermittel bewirkt, dass die Ansteuerung der Pumpe gestartet wird, nachdem der Öffnungsgrad des fluidischen Ventils von einem Anfangsöffnungsgrad, bei dem es sich um einen Öffnungsgrad vor dem Start handelt, in einen vorgegebenen Öffnungsgrad geändert wurde.
  22. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 21, die ferner einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels aufweist, wobei das Steuermittel das fluidische Ventil auf der Basis des Temperatursensors auf den vorgegebenen Öffnungsgrad einstellt, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird.
  23. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 22, wobei eine Vielzahl der Temperatursensoren am Umwälzkanal und am Umgehungskanal vorgesehen sind, und wobei das Steuermittel das fluidische Ventil auf der Basis der Vielzahl von Temperatursensoren auf den vorgegebenen Öffnungsgrad einstellt, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird.
  24. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 21, die ferner folgendes aufweist: einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels in der Brennstoffzelle; und einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels im Wärmetauscher, wobei das Steuermittel das fluidische Ventil auf der Basis des Temperaturunterschieds zwischen den ersten und zweiten Temperatursensoren auf den vorgegebenen Öffnungsgrad einstellt, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird.
  25. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 24, wobei das Steuermittel einen Öffnungsgrad als den vorgegebenen Öffnungsgrad des fluidischen Ventils so einstellt, dass das fluidische Ventil den Strom des Kühlmittels in den Wärmetauscher blockiert, während es den Strom des Kühlmittels in den Umgehungskanal zulässt, wenn der Temperaturunterschied bei oder über einem Schwellenwert liegt.
  26. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 25, wobei der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil vollständig für den Umgehungskanal geöffnet ist, und das Steuermittel die Ansteuerung der Pumpe nach einer Nullpunkteinstellung, mit der das fluidische Ventil in den vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, startet, wen die Brennstoffzelle gestartet wird.
  27. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel zumindest in den Umgehungskanal strömt.
  28. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil ganz für den Wärmetauscher offen ist.
  29. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei der vorgegebene Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil vollständig für die Umgehungsleitung offen ist, und das Steuermittel die Ansteuerung der Pumpe nach einer Nullpunkteinstellung, mit der das fluidische Ventil in den vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, startet, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird.
  30. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, das Steuermittel das fluidische Ventil nach der Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils auf den Anfangsöffnungsgrad in den vorgegebenen Öffnungsgrad verstellt.
  31. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 30, wobei das Steuermittel das fluidische Ventil als Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils so einstellt, dass es vollständig zum Umgehungskanal offen ist.
  32. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 30, wobei das Steuermittel das fluidische Ventil als Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils so einstellt, dass es vollständig zum Wärmetauscher offen ist.
  33. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 21 bis 32, wobei der Anfangsöffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel in den Wärmetauscher strömt.
  34. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 21 bis 32, wobei der Anfangsöffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel in den Umgehungskanal strömt.
  35. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 21 bis 32, wobei der Anfangsöffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel sowohl in den Wärmetauscher als auch den Umgehungskanal strömt.
  36. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 21 bis 35, wobei das Steuermittel das fluidische Ventil auf den Anfangsöffnungsgrad einstellt, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird.
  37. Kühleinrichtung für ein Brennstoffzelle, die folgendes aufweist: einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels; einen Umwälzkanal, durch den das Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und der Brennstoffzelle durch eine Pumpe umgewälzt wird; einen Umgehungskanal, durch den das Kühlmittel im Umwälzkanal der Brennstoffzelle unter Umgehung des Wärmetauschers zugeführt wird; ein fluidisches Ventil, um den Strom des Kühlmittels auf den Wärmetauscher und den Umgehungskanal einzustellen; und ein Steuermittel zur Steuerung des fluidischen Ventils und der Pumpe, wobei, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, das Steuermittel einen Stopp der Ansteuerung der Pumpe bewirkt und dann das fluidische Ventil auf einen vorgegebenen Anfangsöffnungsgrad einstellt.
  38. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 37, wobei der Anfangsöffnungsgrad ein Öffnungsgrad ist, bei dem das fluidische Ventil zulässt, dass das Kühlmittel in den Wärmetauscher strömt.
  39. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 37 oder 38, wobei, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, das Steuermittel die Ansteuerung der Pumpe beginnt, nachdem das fluidische Ventil aus dem Anfangsöffnungsgrad in einem vorgegebenen Öffnungsgrad verstellt wurde.
  40. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle, die folgendes aufweist. einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels; einen Umwälzkanal, durch den das Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und der Brennstoffzelle durch eine Pumpe umgewälzt wird; einen Umgehungskanal, durch den das Kühlmittel im Umwälzkanal der Brennstoffzelle unter Umgehung des Wärmetauschers zugeführt wird; ein fluidisches Ventil, um den Strom des Kühlmittels auf den Wärmetauscher und den Umgehungskanal einzustellen; und ein Steuermittel zur Steuerung des fluidischen Ventils und der Pumpe, wobei, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, das Steuermittel eine Nullpunkteinstellung des fluidischen Ventils durchführt und auch den Öffnungsgrad nach der Nullpunkteinstellung auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad ändert, bevor die Ansteuerung der Pumpe gestartet wird.
  41. Kühleinrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 21 bis 40, wobei das fluidische Ventil ein Drehventil ist.
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