DE112006002855T5 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Einstellung seiner Temperatur - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Einstellung seiner Temperatur Download PDF

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Abstract

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Mittel für den Kühlmittelkreislauf für die Zirkulation des Kühlmittels über die Brennstoffzelle, einem die Kühlmitteltemperatur ermittelnden Temperatursensor und einem Mittel zur Einstellung der Brennstoffzellentemperatur durch Steuerung des Zirkulationszustands des Kühlmittels auf der Basis der Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels, umfassend:
ein Mittel zur Feststellung einer Anomalie, das feststellt, ob im Temperatursensor eine Anomalie auftritt oder nicht, und
ein Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur, das die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels auf der Basis einer den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffenden physikalischen Information abschätzt, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Einstellung der Temperatur des Brennstoffzellensystems.
  • Stand der Technik
  • Derzeit wird praktisch ein Brennstoffzellensystem benutzt, das durch Zuleitung eines Brenngases zu einer Anodenelektrode einer Brennstoffzelle und eines Oxidationsgases zu einer Kathodenelektrode und Veranlassung einer elektrochemischen Reaktion elektrische Leistung erzeugt. Weil während der elektrochemischen Reaktion (Leistungserzeugung) Wärme erzeugt wird, kann in einer Brennstoffzelle eines solchen Brennstoffzellensystems der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung durch Wärme reduziert werden. Aus diesem Grunde wird durch das Vorsehen eines Kühlmechanismus die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle in einem geeigneten Temperaturbereich gehalten, um dadurch die Verminderung des Wirkungsgrads der Leistungserzeugung zu unterdrücken.
  • Als ein konventioneller Kühlmechanismus wird eine Bauform vorgeschlagen, die von einem Kühlkanal für den Kreislauf von Kühlmitteln (Kühlwasser oder dergleichen) durch eine Brennstoffzelle gebildet wird, sowie einer Pumpe für den Kühlmittelkreislauf, einem Kühler und einem Gebläse zur Kühlung des heißen, aus der Brennstoffzelle abgeführten Kühlmittels, einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Pumpe und des Gebläses auf der Basis der festgestellten Kühlmitteltemperatur und dergleichen.
  • Des weiteren wurde in den vergangenen Jahren eine Technik vorgeschlagen, die durch Temperatursensoren eine Temperatur (Eintrittstemperatur) eines in die Brennstoffzelle einströmenden Kühlmittels und eine Temperatur (Austrittstemperatur) eines aus der Brennstoffzelle abströmenden Kühlmittels, sowie eine Anomalie eines Kühlmechanismus feststellt und den Durchfluß des Kühlmittels auf der Basis der festgestellten Temperaturen steuert (siehe beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-109 637 ). Durch Anwendung einer solchen Technik ist es möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle auf der Basis der Einlaßtemperatur und der Auslaßtemperatur des Kühlmittels einzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In dem Falle jedoch, in dem die in der oben genannten Patentveröffentlichung dargelegte Technik angewandt wird, besteht ein Problem, daß, wenn am Temperatursensor selbst eine Anomalie auftritt, die Eintrittstemperatur und die Austrittstemperatur unklar werden, wodurch es schwierig oder unmöglich wird, eine Anomalie des Kühlmechanismus festzustellen und den Durchfluß des Kühlmittels zu steuern, und als Ergebnis ist es unmöglich, die Temperatur der Brennstoffzelle zu steuern.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben beschriebenen Umstände. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit eines Brennstoffsystems, das die Temperatur der Brennstoffzelle auf der Basis einer durch einen Temperatursensor ermittelten Kühlmitteltemperatur einstellt, dadurch zu verbessern, daß ein Zustand realisiert wird, bei dem die Einstellung der Temperatur selbst dann fortgesetzt werden kann, wenn am Temperatursensor eine Anomalie auftritt.
  • Um die oben geschilderte Aufgabe zu lösen, ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Brennstoffzelle, einem Mittel für den Kühlmittelkreislauf für die Zirkulation des Kühlmittels über die Brennstoffzelle, einem die Kühlmitteltemperatur ermittelnden Temperatursensor und einem Mittel zur Einstellung der Brennstoffzellentemperatur durch Steuerung des Zirkulationszustands des Kühlmittels auf der Basis der Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mittel zur Feststellung einer Anomalie umfaßt, das feststellt, ob im Temperatursensor eine Anomalie auftritt oder nicht, und ein Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur, das die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels auf der Basis einer den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffenden physikalischen Information abschätzt, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt.
  • Aufgrund dieser Gestaltung ist es möglich, die Kühlmittelaustrittstemperatur auf der Basis der physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle abzuschätzen, selbst wenn im Temperatursensor eine Anomalie auftritt. Somit ist es möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung des Zirkulationszustands (Durchfluß und Temperatur) des Kühlmittels auf der Basis der geschätzten Kühlmittelaustrittstemperatur einzustellen. Das heißt, selbst wenn eine Anomalie im Temperatursensor auftritt, ist es möglich, die Temperatursteuerung der Brennstoffzelle durchzuführen.
  • Das obige Brennstoffzellensystem kann auch in der Weise gestaltet sein, daß das Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur die Temperatur des über die Brennstoffzelle strömenden Kühlmittels auf der Basis einer den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffenden physikalischen Information abschätzt, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, und daß das Mittel zur Einstellung der Temperatur die Brennstoffzellentemperatur durch Steuerung der Temperatur des über die Brennstoffzelle strömenden Kühlmittels auf der Basis der Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels einstellt.
  • Entsprechend dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Kühlmitteleintrittstemperatur auf der Basis der physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle abzuschätzen, selbst wenn im Temperatursensor eine Anomalie auftritt. Somit ist es möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung der Temperatur des über die Brennstoffzelle fließenden Kühlmittels auf der Basis der Kühlmitteleintrittstemperatur abzuschätzen. Das heißt, es ist möglich, die Temperatursteuerung der Brennstoffzelle selbst dann durchzuführen, wenn im Temperatursensor eine Anomalie auftritt.
  • Des weiteren ist beim obigen Brennstoffzellensystem der Temperatursensor vorzugsweise befähigt, sowohl die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels als auch die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels festzustellen.
  • Außerdem ist es beim oben beschriebenen Brennstoffzellensystem möglich, als die den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffende physikalische Information eine Information über die Menge der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (beispielsweise eine Information über wenigstens eine der folgenden Größen der Brennstoffzelle: elektrische Leistung, Spannung und Strom) und/oder eine Information über die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten Reaktionsgases (Brenngas, Oxidationsgas) einzusetzen.
  • Zudem kann beim oben beschriebenen Brennstoffzellensystem das Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels unter Gebrauch einer Information über die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels abschätzen.
  • Weiterhin ist es beim oben beschriebenen Brennstoffzellensystem möglich, die Brennstoffzelle durch Schichtung einer Mehrzahl von eine Leistungserzeugung ausführenden Zelleneinheiten zu bilden. In diesem Falle ist das Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur befähigt, die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels durch Bezugnahme auf wenigstens eine der folgenden Größen abzuschätzen: Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von einem leistungserzeugenden Abschnitt der Zelleneinheit zum Kühlmittel, Menge der Wärmestrahlung der Zelleneinheit und Wärmekapazität der Brennstoffzelle.
  • Des weiteren kann das oben beschriebene Brennstoffzellensystem mit einem Mittel zum Stoppen des Betriebs versehen sein, das, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß beim Temperatursensor eine Anomalie auftritt und sowohl die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels als auch die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels nicht festgestellt werden kann, den Betrieb der Brennstoffzelle stoppt.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Aktion der Brennstoffzelle zu stoppen und dadurch die Möglichkeit einer Beschädigung der Brennstoffzelle zu reduzieren, wenn eine Anomalie im Temperatursensor auftritt und sowohl die Kühlmitteleintrittstemperatur als auch die Kühlmittelaustrittstemperatur nicht ermittelt werden können.
  • Außerdem ist es möglich, ein bewegliches Objekt zu schaffen, das mit einem Brennstoffzellensystem gemäß der vorlegenden Erfindung ausgestattet ist. Das derart gestaltete bewegliche Objekt ist mit einem in hohem Maße zuverlässigen Brennstoffzellensystem ausgestattet und bietet deshalb eine hohe Sicherheit.
  • Weiterhin schließt gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Einstellung der Temperatur eines Brennstoffzellensystems, das eine Brennstoffzelle, ein Mittel zur Zirkulation eines Kühlmittels über die Brennstoffzelle und einen Temperatursensor zur Feststellung der Temperatur des Kühlmittels besitzt, folgendes ein: einen ersten Schritt zur Feststellung, ob eine Anomalie im Temperatursensor auftritt oder nicht; einen zweiten Schritt der, wenn beim ersten Schritt ermittelt wurde, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels auf der Basis einer physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle abschätzt, und einen dritten Schritt zur Einstellung der Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung des Zirkulationszustands des Kühlmittels auf der Basis der beim zweiten Schritt abgeschätzten Kühlmitteltemperatur.
  • Gemäß einem solchen Verfahren kann die Kühlmittelaustrittstemperatur auf der Basis der physikalischen Information über die Betriebszustände der Brennstoffzelle abgeschätzt werden, selbst wenn im Temperatursensor eine Anomalie auftritt. Somit kann die Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung des Zirkulationszustands (Durchfluß und Temperatur) des Kühlmittels auf der Basis der Kühlmittelaustrittstemperatur eingestellt werden. Das heißt, selbst wenn im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, ist es möglich, die Temperatursteuerung der Brennstoffzelle durchzuführen.
  • Das oben beschriebene Temperatureinstellverfahren kann auch umfassen: einen vierten Schritt, der, wenn beim ersten Schritt ermittelt wurde, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels auf der Basis einer physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle abschätzt, und einen fünften Schritt zur Einstellung der Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung der Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels auf der Basis der beim vierten Schritt geschätzten Kühlmitteltemperatur.
  • Gemäß einem solchen Verfahren ist es möglich, die Kühlmitteleintrittstemperatur auf der Basis der physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle. Somit ist es möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung der Temperatur des über die Brennstoffzelle fließenden Kühlmittels auf der Basis der geschätzten Kühlmitteleintrittstemperatur einzustellen. Das heißt, selbst wenn im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, ist es möglich, die Temperatursteuerung der Brennstoffzelle durchzuführen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einem Brennstoffzellensystem, das die Temperatur einer Brennstoffzelle auf der Basis einer durch einen Temperatursensor ermittelten Kühlmitteltemperatur feststellt, möglich, einen Zustand zu realisieren, bei welchem die Temperatursteuerung der Brennstoffzelle selbst dann fortgesetzt werden kann, wenn eine Anomalie im Temperatursensor auftritt, wodurch die Zuverlässigkeit des Systems verbessert wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schaltbild der Gestaltung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Temperatureinstellungsverfahrens bei einer Brennstoffzelle des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems;
  • 3 zeigt eine Tabelle der Additionswerte, die zur Abschätzung der Kühlwasseraustrittstemperatur beim Temperatureinstellverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt werden; und
  • 4 zeigt eine Tabelle der Subtraktionswerte, die zur Abschätzung der Kühlwassereintrittstemperatur beim Temperatureinstellverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
  • Beste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem die vorliegende Erfindung bei einem bordeigenes Leistungserzeugungssystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs angewandt wird.
  • Zunächst wird anhand der 1 die Struktur eines Brennstoffzellensystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Das Brennstoffzellensystem 1 wird dadurch gebildet, daß es eine elektrische Leistung durch Versorgung mit Reaktionsgasen (Brenngas und Oxidationsgas) erzeugende Brennstoffzelle 20, eine Wasserstoffversorgungsquelle 30 für die Versorgung der Brennstoffzelle 20 mit als Brenngas dienendem Wasserstoffgas, einen Kompressor 40 zur Zufuhr von als Oxidationsgas dienender Luft zur Brennstoffzelle 20, ein Kühlmittelumwälzmittel (Kühlwasserströmungskanal 73 und dergleichen) zur Einleitung eines Kühlmittels in die Brennstoffzelle 20, einen Steuerabschnitt 50 zur integrierten Steuerung des gesamten Systems und dergleichen einschließt.
  • Die Brennstoffzelle wird als Stapel durch schichtweise Anordnung einer erforderlichen Anzahl von Zelleneinheiten gebildet, deren jede elektrische Leistung durch Versorgung mit Brenngas und Oxidationsgas erzeugt. Die durch die Brennstoffzelle 20 erzeugte elektrische Leistung wird einer (nicht gezeigten) Leistungssteuerungseinheit zugeführt. Die Leistungssteuerungseinheit ist mit einem einen Antriebsmotor des Fahrzeugs treibenden Wechselrichter, einem verschiedene Hilfseinrichtungen, wie einen Kompressormotor und einen Motor für eine Wasserstoffpumpe treibenden Wechselrichter, einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, der einen Leistungsspeicher, wie eine Sammelbatterie, auflädt und den Motoren elektrische Leistung vom Leistungsspeicher zuführt, und dergleichen ausgestattet.
  • Wie in 1 gezeigt, wird Luft (Außenluft) als Oxidationsgas über eine Luftversorgungsleitung 71 einem Luftversorgungseingang der Brennstoffzelle 20 zugeführt. Wie in 1 gezeigt, ist die Luftversorgungsleitung 71 mit einem Luftfilter A1, der Feinstaub aus der Luft entfernt, dem die Luft komprimierenden Kompressor 40, einem Druckfühler P4, der den Druck der zugeführten Luft feststellt, einem Befeuchter A21, der der Luft die erforderliche Wassermenge zuführt, und dergleichen versehen. Der Kompressor 40 wird durch einen Motor M angetrieben, der über den Steuerabschnitt 50 betrieben und gesteuert wird.
  • Das aus der Brennstoffzelle 20 abgegebene Luft-Abgas wird nach außen über einen Auslaßkanal 72 abgeführt. Wie in 1 gezeigt, ist der Auslaßkanal 72 mit einem den Auslaßdruck festsstellenden Drucksensor P1, einem Druckregelventil A4, einem Wärmetauscher des Befeuchters A21 und dergleichen versehen. Der Drucksensor P1 ist in der Nähe einer Luftauslaßöffnung der Brennstoffzelle 20 angeordnet. Das Druckregelventil A4 fungiert als Druckregler (Druckreduziervorrichtung), die den Druck der der Brennstoffzelle 20 zugeführten Luft einstellt. Durch die Drucksensoren P4 und P1 festgestellte Signale werden an den Steuerabschnitt 50 übertragen. Die Drehzahl des Motors des Kompressors 40 und der Öffnungsquerschnitt des Druckregelventils A4 werden durch den Steuerabschnitt 50 gesteuert, so daß der Druck der der Brennstoffzelle 20 zugeführten Luft und deren Durchfluß eingestellt werden.
  • Wie in 1 gezeigt, wird Wasserstoffgas als Brenngas von der Wasserstoffversorgungsquelle 30 über einen Brennstoffversorgungskanal 74 einer Wasserstoffversorgungsöffnung der Brennstoffzelle 20 zugeführt. Als Wasserstoffversorgungsquelle 30 kann beispielsweise ein Hochdruckwasserstofftank angewandt werden. Des weiteren kann als Wasserstoffversorgungsquelle 30 ein sogenannter Brennstoffreformer, eine Wasserstoff speichernde Legierung und dergleichen benutzt werden. Wie in 1 gezeigt, kann der Brennstoffversorgungskanal 74 mit einem Hauptabsperrventil H100 versehen sein, über das Wasserstoff aus der Wasserstoffversorgungsquelle 30 zugeführt oder durch das die Versorgung mit Wasserstoff unterbrochen wird. sowie mit einem Druckregelventil H9 für den Wasserstoff, das den Versorgungsdruck des der Brennstoffzelle 20 zugeführten Wasserstoffs reduziert und einstellt, mit einem Absperrventil H21, das einen Abschnitt zwischen der Wasserstoffversorgungsöffnung der Brennstoffzelle 20 und dem Brennstoffversorgungskanal 74 öffnet und schließt, mit einem den Eingangsdruck des Wasserstoffgases in die Brennstoffzelle 20 feststellenden Drucksensor P5 und dergleichen. Durch die Drucksensoren P5 und P6 festgestellte Signale werden zum Steuerabschnitt 50 übertragen, so daß das Öffnen und Schließen eines jeden Ventils durch den Steuerabschnitt 50 gesteuert wird.
  • In der Brennstoffzelle 20 nicht verbrauchtes Wasserstoffgas wird als Wasserstoffabgas in einen Wasserstoffzirkulationskanal 75 abgeführt und zur stromab gelegenen Seite des Absperrventils H21 im Brennstoffversorgungskanal 74 zurückgeführt. Wie in 1 gezeigt, ist der Wasserstoffzirkulationskanal 75 mit einem die Temperatur des Wasserstoffabgases feststellenden Temperatursensor T31, einer Wasser aus dem Wasserstoffabgas sammelnden Gas/Flüssigkeit-Scheidevorrichtung H42, einem das gesammelte, entstehende Wasser in einen Tank oder dergleichen außerhalb des Wasserstoffzirkulationskanals 75 abführenden Wasserablaßventil H41, einer das Wasserstoffabgas unter Druck setzenden Wasserstoffpumpe H50 und dergleichen versehen. Ein durch den Temperatursensor T31 festgestelltes Signal wird zum Steuerabschnitt 50 übertragen. Die Aktion der Wasserstoffpumpe H50 wird durch den Steuerabschnitt 50 gesteuert. Das Wasserstoffabgas wird mit dem Wasserstoffgas im Brennstoffversorgungskanal 74 gemischt und der Brennstoffzelle 20 zugeführt, so daß es wiederverwendet werden kann. Des weiteren ist der Wasserstoffzirkulationskanal 75 über ein Auslaßsteuerventil H51 mit dem Auslaßkanal 72 verbunden. Das durch einen Befehl vom Steuerabschnitt 50 betätigte Auslaßsteuerventil H51 entleert (spült) das Wasserstoffabgas nach außen. Mittels einer intermittierenden Durchführung einer solchen Spülaktion ist es möglich, eine Zunahme der Konzentration von Verunreinigungen im Wasserstoffgas auf der Seite der Brennstoffelektrode durch wiederholte Zirkulation des Wasserstoffabgases und ein Absinken der Zellenspannung zu verhindern.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Kühlwasserströmungskanal 73, in dem das als Kühlmittel dienende Kühlwasser umläuft, mit einen Kühlwassereintrittsöffnung und einer Kühlwasseraustrittsöffnung der Brennstoffzelle 20 verbunden. Der Kühlwasserströmungskanal 73 ist mit einem Temperatursensor 61 versehen, der eine Temperatur (nachfolgend als „Kühlwasseraustrittstemperatur" bezeichnet) des aus der Brennstoffzelle 20 austretenden Kühlwassers feststellt, sowie mit einem die Wärme des Kühlwassers nach außen abführenden Kühler C2, einer das Kühlwasser unter Druck und in Umlauf setzenden Pumpe C1, einem die Temperatur (nachfolgend als „Kühlwassereintrittstemperatur” bezeichnet) des in die Brennstoffzelle 20 einströmenden Kühlwassers feststellenden Temperatursensor 62 und dergleichen. Der Kühler C2 ist mit einem Kühlgebläse C13 versehen, das durch einen Motor in Rotation versetzt wird. Durch die Temperatursensoren 61 und 62 festgestellte Signale werden zum Steuerabschnitt 50 übertragen, um für die Steuerung der Brennstoffzellenkühlung eingesetzt zu werden. Außerdem wird die Aktion des Pumpe C1 und des Kühlgebläses C13 durch den Steuerabschnitt 50 gesteuert. Es ist zu beachten, daß die Pumpe C1 durch den Steuerabschnitt 50 getrieben wird, wodurch ermöglicht wird, daß das Kühlwasser im Kühlwasserströmungskanal 73 über die Brennstoffzelle 20 zirkuliert wird. das heißt, der Steuerabschnitt 50, die Pumpe C1 und der Kühlwasserströmungskanal 73 bilden eine Ausführungsform eines Kühlwasserzirkulationsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Der Steuerabschnitt 50 empfängt eine Last, wie ein Fahrpedalsignal des (nicht gezeigten) Fahrzeugs, und eine Steuerinformation von den entsprechenden Sensoren (Drucksensoren, Temperatursensoren und dergleichen) des Brennstoffzellensystems, und steuert die Aktion der entsprechenden Ventile und Motoren der entsprechenden Teile des Systems. Zu beachten ist, daß der Steuerabschnitt 50 von einem (nicht gezeigten) Computersystem gebildet wird. Ein solches Computersystem wird dadurch gebildet, daß es eine CPU, ROM, RAM, ein Festplattenlaufwerk, Eingangs- und Ausgangsschnittstelle, eine Anzeige und dergleichen umfaßt, so daß die CPU verschiedene, im ROM gespeicherte Programme liest und ausführt, um die verschiedenen Steueraktionen zu bewirken.
  • Insbesondere stellt der Steuerabschnitt 50 mittels des Temperatursensors 61 die Kühlwasseraustrittstemperatur fest und steuert den Durchfluß des Kühlwassers über die Brennstoffzelle durch die Steuerung der Pumpe C1 auf der Basis der festgestellten Kühlwasseraustrittstemperatur, um dadurch die Temperatur der Brennstoffzelle 20 einzustellen. Außerdem stellt der Steuerabschnitt 50 mittels des Temperatursensors 62 die Kühlwassereintrittstemperatur fest und steuert die Temperatur des in die Brennstoffzelle 20 einströmenden Kühlwassers durch die Steuerung des Kühlergebläses C13 auf der Basis der festgesellten Kühlwassereintrittstemperatur, um dadurch die Temperatur der Brennstoffzelle 20 einzustellen. Das heißt, der Steuerabschnitt 50 ist eine Ausführungsform des Temperatureinstellungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Des weiteren bestimmt der Steuerabschnitt 50, ob im Temperatursensor 61 eine Anomalie auftritt oder nicht. Wenn der Steuerabschnitt 50 feststellt, daß im Temperatursensor 61 eine Anomalie auftritt und die Kühlwasseraustrittstemperatur nicht festgestellt werden kann, schätzt der Steuerabschnitt 50 die Kühlwasseraustrittstemperatur auf der Basis einer die Kühlwassereintrittstemperatur betreffenden Information und einer physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle 20. Das heißt, der Steuerabschnitt 50 fungiert auch als eine Ausführungsform des Mittels zur Feststellung eine Information über die elektrischer Anomalie und des Mittels zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur. Es sollte beachtet werden, daß der als Temperatureinstellmittel dienende Steuerabschnitt 50 den Durchfluß des die Brennstoffzelle 20 durchströmenden Kühlwassers durch Steuerung der Pumpe C1 auf der Basis der geschätzten Kühlwasseraustrittstemperatur steuert, um dadurch die Temperatur der Brennstoffzelle 20 einzustellen.
  • Die physikalische Information, die benutzt wird, wenn die Kühlwasseraustrittstemperatur abgeschätzt wird, kann eine Information einschließen, die sich auf die Leistungserzeugungsmenge der Brennstoffzelle 20 bezieht (beispielsweise eine Information über die elektrische Leistung der Brennstoffzelle 20, eine Information über die Spannung, eine Information über den Strom, und dergleichen), eine Information, die sich auf die Menge des Reaktionsgases bezieht (Brenngasversorgungsmenge und/oder Oxidationsgasversorgungsmenge), mit der die Brennstoffzelle versorgt wird, und dergleichen. Außerdem kann sich beim Abschätzen der Kühlwasseraustrittstemperatur der Steuerabschnitt 50 auf die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit vom Leistungserzeugungsabschnitt in der die Brennstoffzelle 20 bildenden Zelleneinheit zum Kühlmittel, die Menge der Wärmestrahlung der Zelleneinheit, die Wärmekapazität der Brennstoffzelle 20 und dergleichen beziehen.
  • Außerdem stoppt der Steuerabschnitt 50 die Aktion der Brennstoffzelle 20, wenn er feststellt, daß in den Temperatursensoren 61 und 62 eine Anomalie auftritt und sowohl die Kühlwasseraustrittstemperatur als auch die Kühlwassereintrittstemperatur nicht festgestellt werden können. Das bedeutet, der Steuerabschnitt 50 fungiert auch als eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Mittels zum Abbruch der Aktion.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ein Verfahren zur Einstellung der Temperatur der Brennstoffzelle 20 des Brennstoffzellensystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Es ist zu beachten, daß, wenn das Brennstoffzellensystem 1 normal betrieben wird, die Leistungserzeugung in der Weise erfolgt, daß das Wasserstoffgas von der Wasserstoffversorgungsquelle 30 über den Brennstoffversorgungskanal 74 der Brennstoffelektrode der Brennstoffzelle 20 zugeleitet wird und die Luft, die einer Einstellung durch Befeuchtung ausgesetzt wird, der Oxidationselektrode der Brennstoffzelle 20 über den Luftversorgungskanal 71 zugeleitet wird. In diesem Falle wird die von der Brennstoffzelle 20 auszugebende elektrische Leistung (geforderte Leistung) durch den Steuerabschnitt 50 berechnet, so daß der Brennstoffzelle 20 die dem Leistungserzeugungsbetrag entsprechenden Mengen von Wasserstoffgas und Luft zugeführt werden. Der Steuerabschnitt 50 stellt durch den Temperatursensor 61 die Kühlwasseraustrittstemperatur fest und steuert den Durchfluß des die Brennstoffzelle 20 durchströmenden Kühlwassers durch Steuerung der Pumpe C1 entsprechend der festgestellten Kühlwasseraustrittstemperatur. Außerdem stellt der Steuerabschnitt 50 durch den Temperatursensor 62 die Kühlwassereintrittstemperatur fest und steuert die Temperatur des die Brennstoffzelle 20 durchströmenden Kühlwassers durch Steuerung des Kühlgebläses C13 auf der Basis der ermittelten Kühlwassereintrittstemperatur. Eine solche Durchfluß- und Temperatursteuerung des Kühlwassers ermöglicht es, die Temperatur der Brennstoffzelle innerhalb eines gegebenen Temperaturbereichs einzustellen.
  • Wenn das Brennstoffzellensystem normal betrieben wird, stellt der Steuerabschnitt 50 in vorgegebenen Zeitintervallen (Anomalieermittlungsschritt: S1) fest, ob eine Anomalie beim Temperatursensor 61 zur Ermittlung der Kühlwasseraustrittstemperatur auftritt oder nicht. Das Verfahren zur Feststellung, ob am Temperatursensor 61 eine Anomalie vorliegt oder nicht, schließt ein Feststellungsverfahren ein, das auf einer Ausgangsänderung (beispielsweise Spannungs/Widerstandsänderung) einer in einen Sensorsignal-Eingangsabschnitt eingebauten. Schaltung zur Unterbrechungs-/Kurzschluß-Ermittlung und dergleichen basiert. Falls keine Anomalie vorliegt, setzt der Steuerabschnitt 50 die oben beschriebene Betriebsweise fort und stellt die Temperatur der Brennstoffzelle 20 auf der Basis der vom Temperatursensor 61 festgestellten Kühlwasseraustrittstemperatur und dergleichen ein (Temperatureinstellungsschritt bei Normaltemperatur: S2).
  • Andererseits schätzt der Steuerabschnitt 50 die Kühlwasseraustrittstemperatur auf der Basis der vom Temperatursensor 62 festgestellten Kühlwassereintrittstemperatur und der sich auf den Betrag der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle 20 beziehenden physikalischen Information (Stromwert) (Schritt zur Abschätzung der Austrittstemperatur: S3), wenn der Steuerabschnitt 50 feststellt daß im Temperatursensor 61 eine Anomalie auftritt (die Kühlwasseraustrittstemperatur kann nicht festgestellt werden). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine zusätzliche, in 3 gezeigte Wertetabelle benutzt, wenn die Kühlwasseraustrittstemperatur abgeschätzt wird. Wenn beispielsweise die vom Temperatursensor 62 ermittelte Kühlwassereintrittstemperatur „50°C" beträgt und der Stromwert der Brennstoffzelle 20 „A2" ist, wird aus der 3 ein Additionswert (ein zur Kühlwassereintrittstemperatur zu addierender Wert mit „T3°C" ermittelt. Somit wird in diesem Falle die Kühlwasseraustrittstemperatur auf „50 + T3(°C)" geschätzt. Es ist zu beachten daß beim Schritt S3 zum Abschätzen der Austrittstemperatur der Steuerabschnitt 50 das Auftreten eines Schätzfehlers unterdrückt, der durch eine Änderung der Versorgungsmenge mit Kühlwasser verursacht wird, indem die Drehzahl der Pumpe C1 konstant gehalten wird.
  • Danach steuert der Steuerabschnitt 50 den Durchfluß des die Brennstoffzelle 20 durchströmenden Kühlwassers durch Steuerung der Pumpe C1 auf der Basis der Kühlwasseraustrittstemperatur, die beim Schritt S3 zur Abschätzung der Austrittstemperatur geschätzt wurde, wodurch die Temperatur der Brennstoffzelle 20 eingestellt wird (Schritt zur Einstellung der Temperatur der Brennstoffzelle 20 bei einem anormalen Zustand: S4). Der Steuerabschnitt 50 wiederholt eine Gruppe dieser Schritte während der Aktion der Brennstoffzelle 20. Es ist zu beachten, daß, wenn der Steuerabschnitt 50 feststellt, daß eine Anomalie bei beiden Temperatursensoren 61 und 62 auftritt und sowohl die Kühlwassereintrittstemperatur als auch die Kühlwasseraustrittstemperatur beim Schritt 1 zur Feststellung einer Anomalie nicht ermittelt werden können, der Steuerabschnitt 50 die Aktion der Brennstoffzelle 20 stoppt. Bei der Gruppe dieser Schritte entsprechen dem Schritt S1 zur Feststellung einer Anomalie, dem Schritt S3 zur Feststellung der Austrittstemperatur und dem Schritt S4 zur Steuerung der Temperatur im anormalen Zustand jeweils der erste Schritt, der zweite Schritt und der dritte Schritt gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Beim Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, ist es möglich, auf der Basis der Kühlwassereintrittstemperatur und der physikalischen, auf die Betriebszustände der Brennstoffzelle 20 bezogenen Information (Stromwert), die Kühlwasseraustrittstemperatur abzuschätzen. Somit ist es möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle 20 durch Steuerung des Durchflusses des die Brennstoffzelle 20 durchströmenden Kühlwassers auf der Basis der Kühlwasseraustrittstemperatur einzustellen. Das heißt, es ist möglich, die Temperatur der Brennstoffzelle 20 selbst dann vorzunehmen, wenn eine Anomalie beim Temperatursensor 61 auftritt.
  • Außerdem ist es beim wie oben beschriebenen Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, möglich, die Aktion der Brennstoffzelle 20 zu stoppen und dadurch die Möglichkeit einer Beschädigung der Brennstoffzelle 20 zu reduzieren, selbst wenn eine Anomalie bei beiden Temperatursensoren 61 und 62 auftritt und sowohl die Kühlwassereintrittstemperatur als auch die Kühlwasseraustrittstemperatur nicht ermittelt werden können.
  • Des weiteren ist das Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform mit einem in hohem Maße zuverlässigen Brennstoffzellensystem 1 ausgestattet und besitzt deshalb eine große Sicherheit.
  • Es ist zu beachten, daß bei der obigen Ausführungsform ein Beispiel erläutert wird, bei dem der Steuerabschnitt 50 die Anomalie des Temperatursensors 61 feststellt und bei dem, wenn eine Anomalie beim Temperatursensor 61 auftritt, der Steuerabschnitt 50 die Kühlwasseraustrittstemperatur abschätzt. Jedoch kann das Brennstoffzellensystem auch so gestaltet sein, daß der Steuerabschnitt 50 die Anomalie des Temperatursensors 62 feststellt und daß beim Auftreten einer Anomalie beim Temperatursensor 62 der Steuerabschnitt 50 die Kühlwassereintrittstemperatur auf der Basis der Information über die Kühlwasseraustrittstemperatur und der physikalischen Information bezüglich des Betriebszustands der Brennstoffzelle 20 abschätzt (Schritt zur Abschätzung der Eintrittstemperatur).
  • Wenn die Kühlwassereintrittstemperatur abgeschätzt wird, kann eine Subtraktionswertetafel benutzt werden, wie sie in 4 gezeigt ist. Zum Beispiel wird, wenn die vom Temperatursensor 61 festgestellte Kühlwasseraustrittstemperatur „80°C" ist und der Stromwert der Brennstoffzelle 20 „A3" ist, aus der 4 ein Subtraktionswert (der Wert, der von der Kühlwasseraustrittstemperatur zu subtrahieren ist) von „T9°C" entnommen, so daß die Kühlwassereintrittstemperatur mit „80 – T9(°C)" geschätzt werden kann. Dann steuert der Steuerabschnitt 50 die Temperatur des die Brennstoffzelle 20 durchströmenden Kühlwassers durch Steuerung des Kühlergebläses C13 auf der Basis der geschätzten Kühlwassereintrittstemperatur und ermöglicht es dadurch, die Temperatur der Brennstoffzelle 20 einzustellen (Schritt zur Temperatureinstellung bei einem anormalen Zustand). Der Schritt zur Abschätzung der Eintrittstemperatur und der Schritt zur Temperatureinstellung bei einem anormalen Zustand entsprechen jeweils dem vierten Schritt und dem fünften Schritt gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Des weiteren wird bei der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem die Kühlwasseraustrittstemperatur durch Verwendung der Information abgeschätzt wird, die den Wert der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 20 (Stromwert der Brennstoffzelle 20, wenn Leistung erzeugt wird), aber die Kühlwasseraustrittstemperatur kann ebenfalls durch Verwendung eines elektrischen Leistungswerts und eines Spannungswerts der Brennstoffzelle 20 anstelle des Stromwerts abgeschätzt werden. Außerdem ist es möglich, die Kühlwasseraustrittstemperatur durch Benützung der Information abzuschätzen, die sich auf die Versorgungsmenge mit Reaktionsgas bezieht, weil es eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Leistungserzeugungswert (Stromwert) der Brennstoffzelle 20 und der der Brennstoffzelle 20 zugeführten Reaktionsgasversorgungsmenge (Brenngasversorgungsmenge und/oder Oxidationsgasversorgungsmenge) gibt. Zudem ist es auch möglich, die Kühlwasseraustrittstemperatur durch Benützung der Information abzuschätzen, die sich auf die geforderte Last bezieht, weil es auch eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Leistungserzeugungswert der Brennstoffzelle 20 und der für die Brennstoffzelle 20 geforderten Last gibt.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann in ein Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut werden, wie das bei der obigen Ausführungsform gezeigt ist, und es kann auch in verschiedene andere bewegliche Objekte (Roboter, schwimmende Fahrzeuge, Flugzeuge und dergleichen) als das Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut werden. Außerdem kann das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei einem stationären Leistungserzeugungssystem angewandt werden, das als Leistungserzeugungsausstattung in Gebäuden (Wohnhaus, Hochhaus, oder dergleichen) benutzt wird.
  • Zusammenfassung
  • BRENNSTOFFZELLENSYSTEM UND VERFAHREN ZUR EINSTELLUNG SEINER TEMPERATUR
  • Ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Mittel für den Kühlmittelkreislauf für die Zirkulation des Kühlmittels über die Brennstoffzelle, die Kühlmittelaustrittstemperatur und die Kühlmitteleintrittstemperatur ermittelnden Temperatursensoren und einem Mittel zur Einstellung der Brennstoffzellentemperatur durch Steuerung des Durchflusses des Kühlmittels auf der Basis der Temperatur der Kühlmittelaustrittstemperatur ist dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mittel zur Feststellung einer Anomalie einschließt, das feststellt, ob im Temperatursensor eine Anomalie auftritt oder nicht, und ein Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur, das die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels auf der Basis einer den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffenden physikalischen Information abschätzt, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-109637 [0004]

Claims (11)

  1. Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Mittel für den Kühlmittelkreislauf für die Zirkulation des Kühlmittels über die Brennstoffzelle, einem die Kühlmitteltemperatur ermittelnden Temperatursensor und einem Mittel zur Einstellung der Brennstoffzellentemperatur durch Steuerung des Zirkulationszustands des Kühlmittels auf der Basis der Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels, umfassend: ein Mittel zur Feststellung einer Anomalie, das feststellt, ob im Temperatursensor eine Anomalie auftritt oder nicht, und ein Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur, das die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels auf der Basis einer den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffenden physikalischen Information abschätzt, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem das Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur die Temperatur des über die Brennstoffzelle strömenden Kühlmittels auf der Basis einer den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffenden physikalischen Information abschätzt, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, und bei welchem das Mittel zur Einstellung der Temperatur die Brennstoffzellentemperatur durch Steuerung der Temperatur des über die Brennstoffzelle strömenden Kühlmittels auf der Basis der Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels einstellt.
  3. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem der Temperatursensor sowohl die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels als auch die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels feststellt.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die den Betriebszustand der Brennstoffzelle betreffende physikalische Information eine Information über die Menge der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle und/oder eine Information über die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten Reaktionsgases ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, bei welchem die Information über die Menge der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle eine Information über wenigstens eine der folgenden Größen der Brennstoffquelle ist: elektrische Leistung, Spannung und Strom.
  6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei welchem die Information über die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten Reaktionsgases eine Information über die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten Brenngases und/oder eine Information über die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten Oxidationsgases ist.
  7. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem das Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels unter Gebrauch einer Information über die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels abschätzt.
  8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Brennstoffzelle durch Schichtung einer Mehrzahl von eine Leistungserzeugung ausführenden Zelleneinheiten gebildet ist und bei welchem das Mittel zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels durch Bezugnahme auf wenigstens eine der folgenden Größen abschätzt: Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von einem leistungserzeugenden Abschnitt der Zelleneinheit zum Kühlmittel, Menge der Wärmestrahlung der Zelleneinheit und Wärmekapazität der Brennstoffzelle.
  9. Brennstoffzellensystem Nach Einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend ein Mittel zum Stoppen des Betriebs, das, wenn das Mittel zur Feststellung einer Anomalie feststellt, daß beim Temperatursensor eine Anomalie auftritt und sowohl die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels als auch die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels nicht festgestellt werden kann, den Betrieb der Brennstoffzelle stoppt.
  10. Verfahren zur Einstellung der Temperatur eines Brennstoffzellensystems, das eine Brennstoffzelle, ein Mittel zur Zirkulation eines Kühlmittels über die Brennstoffzelle und einen Temperatursensor zur Feststellung der Temperatur des Kühlmittels besitzt, wobei das Verfahren zur Einstellung der Temperatur umfaßt: einen ersten Schritt zur Ermittlung, ob eine Anomalie im Temperatursensor auftritt oder nicht; einen zweiten Schritt der, wenn beim ersten Schritt ermittelt wurde, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, die Temperatur des aus der Brennstoffzelle austretenden Kühlmittels auf der Basis einer physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle abschätzt und einen dritten Schritt zur Einstellung der Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung des Zirkulationszustands des Kühlmittels auf der Basis der beim zweiten Schritt abgeschätzten Kühlmitteltemperatur.
  11. Temperatureinstellverfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend: einen vierten Schritt, der, wenn beim ersten Schritt ermittelt wurde, daß im Temperatursensor eine Anomalie auftritt, die Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels auf der Basis einer physikalischen Information über den Betriebszustand der Brennstoffzelle abschätzt, und einen fünften Schritt zur Einstellung der Temperatur der Brennstoffzelle durch Steuerung der Temperatur des in die Brennstoffzelle eintretenden Kühlmittels auf der Basis der beim vierten Schritt geschätzten Kühlmitteltemperatur.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6883220B2 (en) 2002-07-17 2005-04-26 The Boeing Company Method for forming a tube-walled article
DE102007024396A1 (de) * 2007-05-25 2008-11-27 Robert Bosch Gmbh Gestufte Abschaltung eines brennstoffzellenbasierten Antriebssystems
KR100940772B1 (ko) 2007-10-31 2010-02-10 한밭대학교 산학협력단 냉각수 예열 연료 전지 장치 및 이의 제어 방법
US8318381B2 (en) * 2008-06-19 2012-11-27 Motorola Mobility Llc Device and method for enhanced air circulation
KR101360636B1 (ko) 2009-12-03 2014-02-10 기아자동차주식회사 친환경 차량용 냉각시스템
US9168529B2 (en) * 2010-08-31 2015-10-27 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Air cooling systems and methods for microfluidic devices
KR101282622B1 (ko) * 2010-11-17 2013-07-12 기아자동차주식회사 연료전지 시스템의 온도제어방법
CN102544618B (zh) * 2010-12-30 2014-08-13 上海航天电源技术有限责任公司 一种动力锂离子电池液冷温度控制管理方法
KR101592652B1 (ko) * 2013-12-30 2016-02-12 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 열 관리 시스템 및 방법
DE102014009865A1 (de) 2014-07-03 2016-01-07 Daimler Ag Verfahren zum Kühlen einer Brennstoffzelle
KR101628489B1 (ko) * 2014-09-25 2016-06-08 현대자동차주식회사 차량용 고전압 배터리 제어 장치 및 방법
JP6137122B2 (ja) * 2014-11-10 2017-05-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムにおける冷却媒体の流量制御方法、および燃料電池システム
CN105680115B (zh) * 2016-03-25 2018-07-13 东风商用车有限公司 一种车辆用电池温控系统及其使用方法
JP6857846B2 (ja) * 2016-06-29 2021-04-14 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システムおよびその運転方法
US20180323452A1 (en) * 2017-05-05 2018-11-08 GM Global Technology Operations LLC Modeling and use of virtual temperature sensor at fuel cell stack active area outlet with stack coolant bypass
CN109994760B (zh) 2018-01-03 2022-06-28 通用电气公司 用于燃料电池系统的温度控制系统和方法及燃料电池系统
JP7091708B2 (ja) * 2018-02-28 2022-06-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN108550927B (zh) * 2018-05-02 2020-07-14 苏州正力新能源科技有限公司 新能源汽车用动力锂电池\系统的热管理方法
EP3573159B1 (de) * 2018-05-25 2021-06-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Brennstoffzellensystem und verfahren zum betreiben dieses systems
EP3875470A4 (de) 2018-10-05 2023-01-18 RNAGENE Inc. Chimäres antigen mit erhöhter mehrfachimmunfunktion durch spezifische bindung an eine zielzelle und dessen verwendung
JP7151553B2 (ja) * 2019-03-01 2022-10-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2022065695A (ja) * 2020-10-16 2022-04-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN114744256B (zh) * 2022-06-13 2022-09-20 合肥工业大学 一种氢燃料电池热辐射与风环境适应性测试系统及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003109637A (ja) 2001-09-28 2003-04-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池冷却装置及び燃料電池冷却装置の制御方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3769882B2 (ja) * 1997-06-06 2006-04-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池装置および燃料電池装置の温度調整方法
JP3899811B2 (ja) 2000-12-18 2007-03-28 日産自動車株式会社 燃料電池システムの保護装置
JP3671857B2 (ja) * 2001-04-12 2005-07-13 日産自動車株式会社 燃料電池システムの導電率管理装置
JP2003168454A (ja) 2001-11-30 2003-06-13 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の冷却装置
JP2003267065A (ja) 2002-03-12 2003-09-25 Nissan Motor Co Ltd 車両用冷却システムの制御装置
JP4221942B2 (ja) * 2002-03-27 2009-02-12 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4140294B2 (ja) * 2002-07-05 2008-08-27 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2004119044A (ja) * 2002-09-24 2004-04-15 Nissan Motor Co Ltd 移動体用燃料電池システム
JP4145641B2 (ja) 2002-11-29 2008-09-03 本田技研工業株式会社 燃料電池システムのセンサ代替推定制御装置
JP3988994B2 (ja) * 2002-11-29 2007-10-10 本田技研工業株式会社 燃料電池の冷却装置
JP4207600B2 (ja) * 2003-02-25 2009-01-14 トヨタ自動車株式会社 電気回路の監視装置および監視方法
JP2004342430A (ja) * 2003-05-15 2004-12-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびその運転方法
JP2005005040A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却制御装置
JP2005190704A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Denso Corp 燃料電池システム
JP2005259402A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、及びそのコンピュータプログラム
JP4426892B2 (ja) * 2004-04-13 2010-03-03 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP2006012564A (ja) 2004-06-24 2006-01-12 Ebara Ballard Corp 燃料電池システム
JP4364776B2 (ja) * 2004-11-26 2009-11-18 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP2006172962A (ja) * 2004-12-17 2006-06-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池冷却システム
JP5023432B2 (ja) * 2005-03-23 2012-09-12 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置及び燃料電池システムの制御方法
JP2006309974A (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4984437B2 (ja) * 2005-05-30 2012-07-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003109637A (ja) 2001-09-28 2003-04-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池冷却装置及び燃料電池冷却装置の制御方法

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