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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem,
das durch eine elektrochemische Reaktion elektrische Energie erzeugt.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Das
Brennstoffzellensystem führt ein Brennstoffgas, wie Wasserstoff,
und ein oxidierendes Gas, das Sauerstoff aufweist, zu und erzeugt über
eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Brennstoffgas und dem
oxidierenden Gas bei einer Elektrolytmembran elektrische Energie.
Eine solcher Brennstoffzellen weist mehrere Einheitszellen auf,
die aufeinander gestapelt sind. Jede Einheitszelle ist aus der Elektrolytmembran
und einer Anode und einer Kathode, zwischen denen sich die Elektrolytmembran
befindet, gebildet.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem wird Stickstoffgas und dergleichen von
der Kathode zu der Anode übertragen, wenn die Brennstoffzelle
stoppt. Wasserstoffgas wird daher der Anode zugeführt,
um das Gas in der Anode durch das Wasserstoffgas zu ersetzen („Wasserstoffersetzungsprozess"),
bevor die Brennstoffzelle gestartet wird (beispielsweise in der
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.
2004-139984 ). Das Brennstoffzellensystem erfasst die Wasserstoffkonzentration
in dem Abgas, das aus der Brennstoffzelle entladen wird, und bestimmt
bei dem Start der Brennstoffzelle basierend auf der erfassten Wasserstoffkonzentration,
ob der Wasserstoffersetzungsprozess abgeschlossen ist.
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Gemäß dem
im Vorhergehenden beschriebenen Brennstoffzellensystem kann durch
Bestimmen, ob der Wasserstoffersetzungsprozess abgeschlossen ist,
basierend auf dem Abgas, das aus der Brennstoffzelle entladen wird,
die Brennstoffzelle ein Erzeugen von Elektrizität starten,
wenn das Gas in der Anode größtenteils durch Wasserstoff
ersetzt ist. Bei der Brennstoffzelle, bei der mehrere Einheitszellen
aufeinander gestapelt sind und sich ein Wasserstoffzufuhrkanal in
der Stapelrichtung der Einheitszellen erstreckt, unterscheidet sich
jedoch die Zeit, wenn Wasserstoff der Einheitszelle nahe des Einlasses
des Wasserstoffzufuhrkanals zugeführt wird, von der Zeit,
wenn Wasserstoff der Einheitszelle, die sich von dem Einlass am
weitesten entfernt befindet, zugeführt wird. Während
der Wasserstoffersetzungsprozess in der Einheitszelle, die sich
von dem Einlass am weitesten entfernt befindet, nicht abgeschlossen ist,
kann der Wasserstoffersetzungsprozess in der Einheitszelle nahe
des Einlasses abgeschlossen sein. Es ist daher schwierig, basierend
auf dem Abgas aus der Brennstoffzelle zu erfassen, wann der Wasserstoffersetzungsprozess
in allen Einheitszellen abgeschlossen ist. Überschüssiges
Wasserstoffgas kann demgemäß zugeführt
werden, selbst nachdem der Wasserstoffersetzungsprozess abgeschlossen
ist, oder der Elektrizitätserzeugungsprozess kann starten,
bevor ausreichend Wasserstoffgas zugeführt ist.
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Bei
einem anderen Brennstoffzellensystem wird ein Anodenabgas, das aus
der Brennstoffzelle entladen wird, zu der Brennstoffzelle rezirkuliert,
um den Wasserstoff, den das Anodenabgas aufweist, bei dem Elektrizitätserzeugungsprozess
der Brennstoffzelle erneut zu verwenden (beispielsweise in der
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2004-185974 ). Bei dem Brennstoffzellensystem wird Wasserstoffgas,
das zu dem Äußeren des Systems entladen wird,
reduziert. Bei dem anderen Brennstoffzellensystem wird ferner eine
Entladung eines Anodenabgases während des Elektrizitätserzeugungsprozesses
in der Brennstoffzelle gestoppt, um mehr Wasserstoffgas, das der
Brennstoffzelle bei dem Elektrizitätserzeugungsprozess
zugeführt wird, zu verwenden, wodurch das Wasserstoffgas,
das aus dem System entladen wird, reduziert wird.
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Bei
diesen Brennstoffzellensystemen erhöht sich bei der Anodenseite,
da Stickstoffgas von der Kathodenseite über die Elektrolytmembran
zu der Anodenseite übertragen wird, die Stickstoffkonzentration,
und die Wasserstoffkonzentration verringert sich, und die Erzeugungseffizienz
verringert sich daher ebenfalls. Um solche Probleme zu lösen,
kann ein Auslassventil vorgesehen sein, um das Wasserstoffgas oder
ein Anodenabgas für eine Rezirkulation zu dem Äußeren
des Systems zu entladen, und das Auslassventil kann periodisch geöffnet
werden, um das Stickstoffgas, das in dem Wasserstoffgas enthalten
ist, zu entladen.
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Wenn
das Auslassventil geöffnet ist, wird jedoch Wasserstoff
zusammen mit dem Stickstoffgas entladen. Wenn das Auslassventil
mehr als notwendig geöffnet ist, verringert sich daher
die Erzeugungseffizienz des Brennstoffzellensystems. Es ist demgemäß erwünscht,
Stickstoffgas zu entladen, während die Entladung von Wasserstoffgas
reduziert wird. Da sich der Fluss des Abgases in der Nachbarschaft
des Auslasses des Anodenabgases verlangsamt, insbesondere wenn die
Entladung des Anodenabgases aus der Brennstoffzelle gestoppt ist,
ist es dessen ungeachtet schwierig, die Wasserstoffkonzentration
in jeder Einheitszelle zu erfassen. Demgemäß wird manchmal
mehr Wasserstoffgas entladen, als notwendig ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem, das eine
Brennstoffzelle mit mehreren Einheitszellen, die aufeinander gestapelt
sind, aufweist. Das Brennstoffzellensystem erfasst genauer, wann
der Wasserstoffersetzungsprozess abgeschlossen ist oder wann eine
Entladung von Stickstoffgas abgeschlossen ist oder dergleichen,
und reduziert daher eine unnötige Entladung des Wasserstoffs.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf die Position, bei der die
Konzentration von Wasserstoffgas erfasst wird. Ein erster Aspekt
der vorliegenden Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem, das eine
Brennstoffzelle mit einer Mehrzahl von Einheitszellen, die aufeinander
gestapelt sind; einer ersten und einer zweiten Endplatte, zwischen
denen sich die Mehrzahl von Einheitszellen befindet; einem Gaszufuhrkanal,
der sich in der Stapelrichtung der Mehrzahl von Einheitszellen erstreckt
und der jeder der Mehrzahl von Einheitszellen ein Gas zuführt
und einen Einlass auf der Seite der ersten Endplatte hat; und einem
Gasentladekanal aufweist, durch den das Gas, das aus der Mehrzahl
von Einheitszellen entladen wird, fließt und der einen
Auslass auf der Seite der ersten Endplatte hat. Das Brennstoffzellensystem weist
ferner eine Wasserstoffzufuhreinrichtung zum Zuführen von
Wasserstoffgas zu der Mehrzahl von Einheitszellen in der Brennstoffzelle
durch den Gaszufuhrkanal; einen Wasserstoffkonzentrationssensor,
der in dem Gasentladekanal angeordnet ist und der die Wasserstoffkonzentration
in dem Gas, das aus der Mehrzahl von Einheitszellen entladen wird, erfasst;
und eine Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung zum
Steuern des Elektrizitätserzeugungsprozesses in der Brennstoffzelle
basierend auf der Wasserstoffkonzentration, die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor
erfasst wird, auf.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung befinden sich der Einlass des Gaszufuhrkanals,
durch den das Wasserstoffgas, das den Einheitszellen zugeführt wird,
einfließt, und der Auslass des Gasentladekanals, durch
den das Gas, das aus den Einheitszellen entladen wird, ausfließt,
beide bei der Seite der ersten Endplatte. Ein Brennstoffzellenstapel
ist aus mehreren gestapelten Zellen, die sich zwischen der ersten
Endplatte und der zweiten Endplatte befinden, gebildet. Die Zufuhr
von Wasserstoff zu jeder Einheitszelle, die den Brennstoffzellenstapel
bildet, wird ferner durch Anordnen des Wasserstoffkonzentrationssensors
in dem Gasentladekanal, der in dem Stapel gebildet ist, genau erfasst.
Die Zeitsteuerung der Brennstoffzelle kann ferner geeigneter sein,
und eine unnötige Entladung von Wasserstoffgas wird reduziert.
Da der Wasserstoffkonzentrationssensor in dem Brennstoffzellenstapel
angeordnet ist, vermeidet zusätzlich das System die Situation,
in der Wasserstoffgas aufgrund verschiedener Prozesse, die in der
Brennstoffzelle durchgeführt werden, nicht länger um
den Wasserstoffkonzentrationssensor vorhanden ist. Es ist daher
weniger wahrscheinlich, dass die Steuerung des Elektrizitätserzeugungsprozesses durch
die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung unterbrochen
wird.
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Der
Wasserstoffkonzentrationssensor kann sich in dem Gasentladekanal
in der Nähe der zweiten Endplatte befinden. Dadurch, dass
sich der Wasserstoffkonzentrationssensor bei der Position befindet, kann
die Existenz des Wasserstoffgases bei dem untersten Teil der gestapelten
Einheitszellen genauer erfasst werden.
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Die
Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung startet den Elektrizitätserzeugungsprozess, wenn
die Wasserstoffkonzentration, die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor
erfasst wird, gleich einer oder höher als eine Schwellenkonzentration
ist, nachdem die Wasserstoffzufuhreinrichtung ein Zuführen
des Wasserstoffgases zu der Brennstoffzelle gestartet hat. Das Brennstoffzellensystem
kann ferner einen Abgaskanal, durch den das Abgas, das über
den Gasentladekanal aus der Brennstoffzelle entladen wird, fließt,
und eine Abgasflussvolumen-Einstellungseinrichtung, die in dem Abgaskanal angeordnet
ist, zum Einstellen des Flussvolumens des Abgases aufweisen. Die
Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung kann in diesem
Fall die Abgasflussvolumen-Einstellungseinrichtung steuern, um das
Flussvolumen gemäß der Wasserstoffkonzentration,
die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor erfasst wird, einzustellen.
Es sei bemerkt, dass sich der Abgaskanal außerhalb des
Brennstoffzellenstapels befindet und sich von dem Gasentladekanal,
der in der Brennstoffzelle vorgesehen ist, deutlich unterscheidet.
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Die
Brennstoffzelle erzeugt Elektrizität, wenn die Abgasflussvolumen-Einstellungseinrichtung
die Entladung eines Abgases aus der Brennstoffzelle durch den Abgaskanal
verbietet und wenn das Abgas, das aus dem Auslass des Gasentladekanals entladen
wird, nicht über den Einlass des Gaszufuhrkanals zu der
Brennstoffzelle rezirkuliert. In diesem Fall kann die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung
gemäß der Wasserstoffkonzentration, die durch den
Wasserstoffkonzentrationssensor erfasst wird, bestimmen, ob die
Abgasflussvolumen-Einstellungseinrichtung ein Entladen des Abgases
aus der Brennstoffzelle weiterhin verbietet oder ein Entladen des Abgases
startet. Da sich der Wasserstoffkonzentrationssensor in dem Gasentladekanal
befindet, erfasst der Wasserstoffkonzentrationssensor ungeachtet des
Flusses in dem Abgaskanal das Wasserstoffgas, das aus den gestapelten
Einheitszellen in der Brennstoffzelle entladen wird. Selbst wenn
die Brennstoffzelle Elektrizität erzeugt, wenn das Abgas
nicht aus der Brennstoffzelle entladen wird, wie im Vorhergehenden
beschrieben ist, erfasst demgemäß der Wasserstoffkonzentrationssensor
das Wasserstoffgas, das aus den gestapelten Einheitszellen entladen wird.
Durch Steuern der Entladung des Abgases basierend auf dem erfassten
Resultat wird daher eine unnötige Entladung von Wasserstoffgas,
das in dem Abgas enthalten ist, zu dem Äußeren
reduziert.
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Die
Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung kann die Abgasflussvolumen-Einstellungseinrichtung
steuern, um das Entladeflussvolumen des Abgases auf über
ein Bezugsentladeflussvolumen zu erhöhen, wenn die Wasserstoffkonzentration,
die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor erfasst wird, gleich
einer oder niedriger als eine minimale Schwellengrenze ist. Die
minimale Schwellengrenze der Wasserstoffkonzentration ist die Konzentration von
Wasserstoff, bei der oder über der die Brennstoffzelle
effizient Elektrizität erzeugt. Das Bezugsentladeflussvolumen
ist ein Entladeflussvolumen eines Abgases, mit dem die Brennstoffzelle
effizient Elektrizität erzeugt. Das Bezugsentladeflussvolumen
ist kein konstanter Wert und ändert sich abhängig
von verschiedenen Faktoren, wie der Betriebsbedingung oder der Umgebungsumweltbedingung
der Brennstoffzelle. Wenn sich die Wasserstoffkonzentration auf
die minimale Schwellengrenze oder darunter verringert, erhöht
demgemäß die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung
das Entladeflussvolumen des Abgases, wodurch ein anderes Gas als
Wasserstoff, das sich möglicherweise in der Brennstoffzelle angehäuft
hat, entladen wird und die Erzeugungseffizienz der Brennstoffzelle
wieder erhöht wird.
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Die
Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung kann ferner die
Abgasflussvolumen-Einstellungseinrichtung steuern, um das Entladeflussvolumen
des Abgases auf unter ein Bezugsentladeflussvolumen zu verringern
oder die Entladung des Abgases zu verbieten, wenn die Wasserstoffkonzentration,
die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor erfasst wird, gleich
einer oder höher als eine maximale Schwellengrenze ist.
Die maximale Schwellengrenze der Wasserstoffkonzentration ist die
Konzentration von Wasserstoff, bei der oder über der ausreichend
Wasserstoffgas zugeführt wird, damit die Brennstoffzelle
Elektrizität erzeugt, und mehr Wasserstoffgas entladen
würde, als notwendig ist, wenn das Abgas, das Wasserstoffgas
aufweist, weiterhin entladen wird. Das Bezugsentladeflussvolumen
ist wie im Vorhergehenden beschrieben. Wenn sich die Wasserstoffkonzentration
auf die maximale Schwellengrenze oder darüber erhöht,
verhindert demgemäß die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung durch
Reduzieren des Flussvolumens des Abgases eine unnötige
Entladung von Wasserstoffgas.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem,
das eine Brennstoffzelle mit einer Mehrzahl von Einheitszellen,
die aufeinander gestapelt sind, einer ersten und einer zweiten Endplatte,
zwischen denen sich die Mehrzahl von Einheitszellen befindet, einem
Gaszufuhrkanal und einem Gasentladekanal aufweist. Der Gaszufuhrkanal
erstreckt sich in der Stapelrichtung der Mehrzahl von Einheitszellen
und führt jeder der Mehrzahl von Einheitszellen ein Gas
zu. Der Einlass des Gaszufuhrkanals ist auf der Seite der ersten
Endplatte vorgesehen. Das Gas, das aus der Mehrzahl von Einheitszellen
entladen wird, fließt durch den Gasentladekanal, und der
Auslass des Gasentladekanals ist auf der Seite der ersten Endplatte.
Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Wasserstoffzufuhreinrichtung
zum Zuführen von Wasserstoffgas durch den Gaszufuhrkanal
zu der Mehrzahl von Einheitszellen in der Brennstoffzelle, eine
erste Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung zum Erfassen
der Wasserstoffkonzentration in dem Gas, das in dem Gasentladekanal
fließt und das aus einer ersten Einheitszelle der Mehrzahl
von Einheitszellen entladen wird, und eine zweite Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Wasserstoffkonzentration in einem Gas, das in dem
Gaszufuhrkanal fließt und das einer zweiten Einheitszelle
der Mehrzahl von Einheitszellen zugeführt wird, auf. Das
Brennstoffzellensystem weist ferner eine Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung
zum Steuern eines Elektrizitätserzeugungsprozesses der Brennstoffzelle
gemäß dem Zeitintervall zwischen einem ersten
Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt auf. Der erste Zeitpunkt ist
der, zu dem die erste Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung
Wasserstoff erfasst, und der zweite Zeitpunkt ist der, zu dem die
zweite Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung Wasserstoff
erfasst.
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Gemäß dem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind zwei Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtungen
jeweils auf der Gasentladekanalseite und der Gaszufuhrkanalseite
in dem Brennstoffzellenstapel vorgesehen. Die zwei Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtungen
befinden sich nahe unterschiedlicher Einheitszellen. Die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung
führt basierend auf dem Zeitintervall zwischen den Zeiten, wenn
die zwei Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtungen Wasserstoff
erfassen, den Elektrizitätserzeugungsprozess der Brennstoffzelle durch.
Da zwei Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtungen in dem
Brennstoffzellenstapel vorgesehen sind, wird die Zufuhr von Wasserstoffgas zu
der Brennstoffzelle ungeachtet der Entladesituation des Abgases
aus der Brennstoffzelle genauer überwacht. Mit anderen
Worten ist der erste Zeitpunkt auf die Zeit, wenn Wasserstoffgas
der entsprechenden ersten Einheitszelle zugeführt wird,
bezogen, und der zweite Zeitpunkt ist auf die Zeit, wenn ausreichend
Wasserstoffgas beginnt, der entsprechenden zweiten Einheitszelle
zugeführt zu werden, bezogen. Das Zeitintervall zwischen
der ersten Zeit und der zweiten Zeit ist demgemäß ein
Parameter, der die Zufuhr von Wasserstoff zu der Einheitszelle, die
in der Brennstoffzelle gestapelt ist, genau widerspiegelt.
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Durch
Steuern des Elektrizitätserzeugungsprozesses der Brennstoffzelle
durch die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung basierend
auf dem Zeitintervall wird demgemäß eine unnötige
Entladung des Wasserstoffs vermieden und die Effizienz des Elektrizitätserzeugungsprozesses
erleichtert. Der Elektrizitätserzeugungsprozess, der durch
die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung durchgeführt
wird, kann hier die im Vorhergehenden beschriebene Steuerung der
Zeit, um ein Erzeugen von Elektrizität zu starten, die
im Vorhergehenden beschriebene Steuerung des Entladeflussvolumens des
Abgases oder dergleichen aufweisen.
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Die
zweite Wasserstofferfassungseinrichtung kann in dem Gaszufuhrkanal
in der Nähe der ersten Endplatte angeordnet sein. Die erste
Wasserstofferfassungseinrichtung kann in dem Gasentladekanal in
der Nähe der zweiten Endplatte angeordnet sein. Durch Anordnen
der Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtungen, wie im Vorhergehenden
beschrieben ist, kann die Zufuhr von Wasserstoffgas in dem Brennstoffzellenstapel
genauer überwacht werden. Die zweite Einheitszelle kann
sich ferner hinsichtlich des Flusses von Wasserstoff, der in dem
Gaszufuhrkanal fließt, strömungsmäßig
vor der ersten Einheitszelle befinden. Mit dieser Anordnung kann
ebenfalls die Zufuhr von Wasserstoffgas genauer überwacht
werden.
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Die
erste Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung und die zweite
Wasserstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung können
gemäß Änderungen von Spannungen, die
durch Zuführen von Wasserstoff zu der ersten und der zweiten
Einheitszelle erzeugt werden, jeweils die Wasserstoffkonzentrationen
hinsichtlich der ersten und der zweiten Einheitszelle erfassen.
In diesem Fall kann der erste Zeitpunkt der sein, zu dem die Spannung,
die in der ersten Einheitszelle erzeugt wird, eine vorbestimmte Bezugsspannung
erreicht, und der zweite Zeitpunkt kann der sein, zu dem die Spannung,
die in der zweiten Einheitszelle erzeugt wird, die vorbestimmte
Bezugsspannung erreicht. Die Elektrizitätserzeugungs-Steuereinrichtung
steuert gemäß dem Zeitintervall zwischen dem ersten
Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt den Elektrizitätserzeugungsprozess der
Brennstoffzelle. Durch Verwenden der Änderung der Spannung,
die durch jede Einheitszelle erzeugt wird, wird demgemäß die
Zahl von Komponenten, die das Brennstoffzellensystem bilden, minimiert.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem,
das eine Brennstoffzelle mit einer Mehrzahl von Einheitszellen,
die aufeinander gestapelt sind; einer ersten und einer zweiten Endplatte,
zwischen denen sich die Mehrzahl von Einheitszellen befindet; und
einem Gaszufuhrkanal aufweist, der sich in einer Stapelrichtung der
Mehrzahl von Einheitszellen erstreckt und der der Mehrzahl von Einheitszellen
ein Gas zuführt. Der Einlass des Gaszufuhrkanals ist auf
der Seite der ersten Endplatte der Mehrzahl von Einheitszellen vorgesehen.
Ein Gasentladekanal, durch den ein Gas, das aus der Mehrzahl von
Einheitszellen entladen wird, fließt, ist ebenfalls in
der Brennstoffzelle vorgesehen und hat einen Auslass auf der Seite
der ersten Endplatte. Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Wasserstoffzufuhrvorrichtung,
die der Mehrzahl von Einheitszellen in der Brennstoffzelle Wasserstoffgas zuführt,
einen Wasserstoffkonzentrationssensor, der in dem Gasentladekanal
in der Nähe der zweiten Endplatte angeordnet ist und der
eine Wasserstoffkonzentration in dem Gas, das aus der Mehrzahl von Einheitszellen
entladen wird, erfasst, und eine Steuerung auf, die die erfasste
Wasserstoffkonzentration von dem Wasserstoffkonzentrationssensor
erhält, nachdem die Wasserstoffzufuhrvorrichtung ein Zuführen
von Wasserstoff gestartet hat, und ein Erzeugen von Elektrizität
in der Brennstoffzelle startet, wenn die erfasste Wasserstoffkonzentration
gleich einer oder höher als eine Schwellenkonzentration
ist.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem sind der Einlass des Gaszufuhrkanals,
durch den Wasserstoffgas der Einheitszelle zugeführt wird,
und der Auslass des Gasentladekanals, durch den das Gas, das aus
der Einheitszelle entladen wird, fließt, auf der Seite
der ersten Endplatte vorgesehen. Wasserstoffgas, das von dem Einlass
zugeführt wird, wird daher zuerst der Einheitszelle in
der Nähe der ersten Endplatte zugeführt. Die Zufuhr
des Wasserstoffgases zu der Einheitszelle in der Nähe der
zweiten Endplatte ist andererseits relativ zu der Einheitszelle
in der Nähe der ersten Endplatte verzögert. Bei
dem Start der Brennstoffzelle ist es jedoch bevorzugt, dass die Brennstoffzelle
ein Erzeugen von Elektrizität startet, nachdem allen Einheitszellen
Wasserstoffgas zugeführt wurde.
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Gemäß dem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich der Wasserstoffkonzentrationssensor
in dem Gasentladekanal der Einheitszelle in der Nähe der
zweiten Endplatte, bei der die Zufuhr von Wasserstoffgas am meisten
verzögert ist, und die Brennstoffzelle startet basierend
auf der Wasserstoffkonzentration, die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor
erfasst wird, ein Erzeugen von Elektrizität. Der Elektrizitätserzeugungsprozess
startet demgemäß, wenn das Gas in allen Einheitszellen
durch Wasserstoff ersetzt ist, wodurch eine unnötige Entladung
von Wasserstoffgas reduziert wird.
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Die
Schwellenkonzentration ist die Wasserstoffkonzentration, bei der
erwartet wird, dass Stickstoffgas in einem Ausmaß, das
den Elektrizitätserzeugungsprozess ermöglicht,
entladen wurde (der Wasserstoffersetzungsprozess ist abgeschlossen), und kann
abhängig von dem Brennstoffzellenaufbau oder dergleichen
geeignet eingestellt sein.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem,
das eine Brennstoffzelle mit einer Mehrzahl von Einheitszellen,
die aufeinander gestapelt sind; einer ersten und einer zweiten Endplatte,
zwischen denen sich die Mehrzahl von Einheitszellen befindet; einem
Gaszufuhrkanal, der sich in einer Stapelrichtung der Mehrzahl von
Einheitszellen erstreckt und der der Mehrzahl von Einheitszellen
ein Gas zuführt und einen Einlass auf der Seite der ersten
Endplatte hat; und einem Gasentladekanal aufweist, durch den das
Gas, das aus der Mehrzahl von Einheitszellen entladen wird, fließt
und der einen Auslass auf der Seite der ersten Endplatte hat. Das
Brennstoffzellensystem weist ferner einen Wasserstoffkonzentrationssensor, der
in dem Gasentladekanal in der Nähe der zweiten Endplatte
angeordnet ist und der die Wasserstoffkonzentration in dem Gas,
das aus der Mehrzahl von Einheitszellen entladen wird, erfasst;
einen Abgaskanal, durch den das Gas, das über den Gasentladekanal
aus der Brennstoffzelle entladen wird, fließt; eine Abgasflussvolumen-Einstellungsvorrichtung,
die in dem Abgaskanal angeordnet ist und das Flussvolumen des Abgases
einstellt; und eine Steuerung auf, die basierend auf der Wasserstoffkonzentration,
die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor erfasst wird, unter
Verwendung der Abgasflussvolumen-Einstellungsvorrichtung ein Entladeflussvolumen
des Abgases steuert.
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Die
Abgasflussvolumen-Einstellungsvorrichtung ist eine Vorrichtung,
die das Flussvolumen des Abgases, das aus der Brennstoffzelle entladen
wird, einstellt und die das Flussvolumen des Abgases einstellt,
um das Stickstoffgas, das in der Brennstoffzelle angehäuft
ist, zu dem Äußeren der Brennstoffzelle zu entladen.
Dieselbe wird insbesondere auf das System, das ein Entladen des
Abgases während des Elektrizitätserzeugungsprozesses
der Brennstoffzelle stoppt, oder ein System, das das Abgas zu der Brennstoffzelle
rezirkuliert, um dasselbe bei dem Elektrizitätserzeugungsprozess
zu verwenden, angewandt. Das Entladeflussvolumen des Abgases wird eingestellt,
um die Entladung von Wasserstoffgas zu unterdrücken, während
der Stickstoff, der in der Brennstoffzelle angehäuft ist,
entladen wird.
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Bei
einem solchen Brennstoffzellensystem ist es, um Stickstoffgas, das
in der Brennstoffzelle angehäuft ist, zu entladen, während
die Entladung des Wasserstoffgases unterdrückt wird, bevorzugt,
dass die Wasserstoffkonzentration in jeder Einheitszelle bekannt
ist. Wenn die Entladung des Abgases gestoppt ist, ist es jedoch
schwierig, die Wasserstoffkonzentration in der Einheitszelle zu
erfassen, da sich der Fluss des Abgases nahe des Auslasses des Abgases,
d. h. nahe der ersten Endplatte, verlangsamt.
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Gemäß dem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Wasserstoffkonzentrationssensor
in dem Gasentladekanal für die Einheitszelle in der Nähe
der zweiten Endplatte, bei der sich Stickstoffgas anhäuft,
vorgesehen, wobei die erfasste Wasserstoffkonzentration in der Einheitszelle
ferner den Einfluss von Stickstoff widerspiegelt. Die Abgasflussvolumen-Einstellungsvorrichtung
stellt gemäß der Wasserstoffkonzentration, die
durch den Wasserstoffkonzentrationssensor erfasst wird, das Entladeflussvolumen
des Abgases ein. Indem dies vorgenommen wird, wird eine geeignete
Menge an Stickstoffgas, das in der Brennstoffzelle angehäuft
ist, entladen, und eine unnötige Entladung von Wasserstoffgas
wird reduziert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorhergehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus folgender Beschreibung von exemplarischen Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich,
in denen gleiche Ziffern verwendet sind, um gleiche Elemente darzustellen,
und in denen
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1 ein
Blockdiagramm ist, das ein Brennstoffzellensystem gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
-
2 eine
schematische Ansicht ist, die ein Beispiel einer Brennstoffzelle
gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt;
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3 ein
Flussdiagramm ist, das eine Zufuhrsteuerung von Wasserstoffgas während
eines Elektrizitätserzeugungsprozesses der Brennstoffzelle
darstellt;
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4 ein
Flussdiagramm ist, das einen Steuerprozess des Entladeflussvolumens
eines Anodenabgases während des Elektrizitätserzeugungsprozesses
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
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5 ein
Flussdiagramm ist, das eine Steuerung des Flussvolumens eines Anodenabgasentladens
während des Elektrizitätserzeugungsprozesses gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
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6 eine
Ansicht ist, die ein Beispiel einer Brennstoffzelle gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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7 ein
Flussdiagramm ist, das einen Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess,
wenn die Erzeugung von Elektrizität in der Brennstoffzelle
startet, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
darstellt; und
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8 ein
Flussdiagramm ist, das einen Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess,
wenn die Erzeugung von Elektrizität in der Brennstoffzelle
startet, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Brennstoffzellensystem gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Das
Brennstoffzellensystem 10 weist eine Brennstoffzelle 1,
einen Hochdruck-Wasserstofftank 2, ein Öffnungsventil 6 des Hochdruck-Wasserstofftanks 2,
ein Druckreglerventil 7, einen Zufuhrkanal 24 eines
oxidierenden Gases, durch den Luft der Brennstoffzelle 1 zugeführt
wird, einen Luftkompressor 8 und einen Wasserstoffzufuhrkanal 21 auf.
Die Brennstoffzelle 1 erzeugt durch die elektrochemische
Reaktion zwischen Wasserstoffgas und einem oxidierenden Gas Elektrizität.
Der Hochdruck-Wasserstofftank 2 speichert Wasserstoffgas,
das als ein Brennstoffgas dient, und führt das Wasserstoffgas
der Brennstoffzelle 1 zu. Der Hochdruck-Wasserstofftank 2 funktioniert
als eine Wasserstoffzufuhreinrichtung. Das Druckreglerventil 7 stellt den
Druck des Wasserstoffgases ein, das aus dem Hochdruck-Wasserstofftank 2 entladen
wird. Der Luftkompressor 8 ist in dem Zufuhrkanal 24 des
oxidierenden Gases vorgesehen und führt der Brennstoffzelle 1 ein
oxidierendes Gas zu. Das Wasserstoffgas, das von dem Hochdruck-Wasserstofftank 2 der
Brennstoffzelle 1 zugeführt wird, fließt
durch den Wasserstoffzufuhrkanal 21. Das Brennstoffzellensystem 10 weist
ferner einen Anodenabgaskanal 22, einen Wasserstoffkonzentrationssensor 4 (siehe 2),
der in der Brennstoffzelle 1 vorgesehen ist, ein Auslassventil 9,
ein Druckreglerventil 3 für ein Kathodenabgas,
das aus der Kathodenseite der Brennstoffzelle 1 entladen
wird, und eine ECU 5 auf. Ein Anodenabgas, das aus der
Anodenseite der Brennstoffzelle 1 entladen wird, fließt
durch den Anodenabgaskanal 22. Das Auslassventil 9 ist
in dem Anodenabgaskanal 22 vorgesehen und stellt das Entladeflussvolumen
des Anodenabgases ein. Das Auslassventil 9 funktioniert
als eine Abgasflussvolumen-Einstellungseinrichtung. Die ECU 5 führt
verschiedene Steuerprozesse der Brennstoffzelle, die eine Steuerung
der Zufuhr des Wasserstoffgases von dem Hochdruck-Wasserstofftank 2 umfassen,
durch.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Brennstoffzelle
gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt.
Die Brennstoffzelle 1 weist mehrere Einheitszellen 1a,
die aufeinander gestapelt sind, eine erste und eine zweite Endplatte 1b, 1c,
die auf beiden Seiten der mehreren Einheitszellen 1a angeordnet
sind, einen Gaszufuhrkanal 1d, der sich in der Stapelrichtung
der Einheitszellen erstreckt und durch den jeder Einheitszelle 1a ein
Gas zugeführt wird, und einen Gasentladekanal 1e auf,
der sich allgemein parallel zu dem Gaszufuhrkanal 1d erstreckt und
durch den das Gas, das aus jeder Einheitszelle 1a entladen
wird, fließt. Die erste Endplatte 1b weist einen
Einlass 1f des Gaszufuhrkanals 1d und einen Auslass 1g des
Gasentladekanals 1e auf.
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Die
Brennstoffzelle 1 erzeugt durch eine elektrochemische Reaktion
zwischen Wasserstoffgas, das von dem Hochdruck-Wasserstofftank 2 zugeführt
wird, und einem oxidierenden Gas, das durch den Zufuhrkanal 24 des
oxidierenden Gases zugeführt wird, elektrische Energie.
Ein Anodenabgas, das das Restwasserstoffgas, das nicht bei dem Elektrizitätserzeugungsprozess
verwendet wird, und Stickstoffgas, das über die Elektrolytmembran
der Brennstoffzelle übertragen wird, aufweist, wird aus der
Anoden-(Brennstoffpol-)Seite der Brennstoffzelle 1 über
den Anodenabgaskanal 22 entladen.
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Der
Anodenabgaskanal 22 ist mit dem Gasentladekanal 1e in
der Brennstoffzelle 1 kommunizierfähig verbunden,
und das Abgas, das aus jeder Einheitszelle 1a entladen
wird, fließt durch den Anodenabgaskanal 22. Das
Entladeflussvolumen des Anodenabgases wird durch Öffnen
und Schließen des Auslassventils 9, das in dem
Anodenabgaskanal 22 vorgesehen ist, gesteuert. Das Brennstoffzellensystem 10 des
Ausführungsbeispiels führt den Elektrizitätserzeugungsprozess
der Brennstoffzelle 1 durch, während die Entladung
des Anodenabgases gestoppt ist (d. h. das Auslassventil 9 geschlossen ist),
wodurch die Menge an Wasserstoffgas, das aus der Brennstoffzelle 1 entladen
wird, reduziert wird.
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Der
Wasserstoffkonzentrationssensor 4 ist in dem Gasentladekanal 1e der
Brennstoffzelle 1 in der Nähe der zweiten Endplatte 1c angeordnet
und erfasst eine Wasserstoffkonzentration in dem Gas, das aus den
Einheitszellen 1a entladen wird. Die Wasserstoffkonzentration,
die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor 4 erfasst
wird, wird in die ECU 5 eingegeben. Basierend auf der erfassten
Wasserstoffkonzentration steuert die ECU 5 die Zufuhr von Wasserstoffgas
bei dem Start der Brennstoffzelle 1 und das Entladeflussvolumen
des Anodenabgases während des Elektrizitätserzeugungsprozesses
der Brennstoffzelle 1.
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Jeder
Steuerprozess wird unter Bezugnahme auf folgende Flussdiagramme
detailliert erklärt. Der Steuerprozess ist eine Routine,
die durch die ECU 5 ausgeführt wird. Die Steuerung
der Zufuhr von Wasserstoffgas bei dem Start der Brennstoffzelle 1 wird
zuerst unter Bezugnahme auf das in 3 gezeigte
Flussdiagramm erklärt.
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Wenn
die Brennstoffzelle gestartet wird, wird Wasserstoffgas der Brennstoffzelle 1 zugeführt,
um den Elektrizitätserzeugungsprozess zu starten (S101).
Das Wasserstoffgas, das der Brennstoffzelle 1 zugeführt
wird, wird durch den Gaszufuhrkanal 1d jeder Einheitszelle 1a zugeführt.
Die ECU 5 öffnet als Nächstes das Entladeventil 9 des
Anodenabgaskanals 22 (S102). Bei jeder Einheitszelle 1a wird,
sowie das Wasserstoffgas zugeführt wird, das Stickstoffgas,
das durchleckt (d. h. von einer Kathode durch die Elektrolytmembran
zu einer Anode übertragen wird) und angehäuft
wird, während die Elektrizitätserzeugung gestoppt
ist, aus der Brennstoffzelle 1 durch den Gasentladekanal 1e entladen.
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Die
ECU 5 erfasst dann unter Verwendung des Wasserstoffkonzentrationssensors 4 die
Wasserstoffkonzentration (S103). Der Wasserstoffkonzentrationssensor 4 befindet
sich in dem Gasentladekanal 1e nahe der Einheitszelle,
die von dem Einlass 1f am weitesten entfernt ist, d. h.
in der Nähe der zweiten Endplatte 1c ist. Da die
Einheitszelle 1a in der Nähe der zweiten Endplatte 1c die
am weitesten entfernte von dem Einlass 1f ist, wird erwartet,
dass die bestimmte Einheitszelle am langsamsten mit Wasserstoff
gefüllt wird. Der Prozess, bei dem das Gas in der Einheitszelle
durch Wasserstoff ersetzt wird (d. h. der Prozess, um die Einheitszelle
mit Wasserstoff zu füllen), ist im Folgenden ein Wasserstoffersetzungsprozess
genannt. Durch Erfassen der Wasserstoffkonzentration bei dem Ort
kann demgemäß bestimmt werden, ob der Wasserstoffersetzungsprozess
in allen Einheitszellen abgeschlossen ist.
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Die
ECU 5 bestimmt, ob die erfasste Wasserstoffkonzentration
gleich einer oder höher als eine Schwellenkonzentration
ist (S104). Die Schwellenkonzentration ist die Konzentration von
Wasserstoff, die einen Abschluss des Wasserstoffersetzungsprozesses
anzeigt. Wenn bei dem Schritt S104 bestimmt wird, dass die erfasste
Wasserstoffkonzentration niedriger als die Schwellenkonzentration
ist, d. h. der Wasserstoffersetzungsprozess nicht abgeschlossen ist,
wird das Anodenabgas weiterhin entladen, und die Wasserstoffkonzentration
wird wieder erfasst, nachdem eine vorbestimmte Dauer verstrichen
ist (S103). Wenn bei dem Schritt S104 bestimmt wird, dass die erfasste
Wasserstoffkonzentration gleich der oder höher als die
Schwellenkonzentration ist, d. h. der Wasserstoffersetzungsprozess
abgeschlossen ist, wird andererseits das Auslassventil 9 geschlossen
(S105). Der Elektrizitätserzeugungsprozess wird danach
durchgeführt.
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Gemäß dem
im Vorhergehenden beschriebenen Prozessen wird genauer bestimmt,
ob der Wasserstoffersetzungsprozess in der Einheitszelle 1a,
in der der Wasserstoffersetzungsprozess als Letztes abgeschlossen
wird, abgeschlossen ist. Eine Entladung des Abgases stoppt daher,
wenn der Wasserstoffersetzungsprozess in allen Einheitszellen abgeschlossen
ist, wodurch eine unnötige Entladung von Wasserstoffgas
reduziert wird.
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Der
Steuerprozess eines Entladeflussvolumens eines Anodenabgases während
eines Elektrizitätserzeugungsprozesses wird als Nächstes
unter Bezugnahme auf das in 4 gezeigte
Flussdiagramm erklärt. Die ECU 5 führt
den Steuerprozess in vorgeschriebenen Intervallen wiederholt aus.
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Das
Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel
führt den Elektrizitätserzeugungsprozess der Brennstoffzelle 1 durch,
wobei das Auslassventil 9 geschlossen ist (d. h. ohne ein
Anodenabgas zu entladen). Wenn die Wasserstoffkonzentration aufgrund
des Stickstoffgases, das von der Kathodenseite zu der Anodenseite übertragen
wird, auf oder unter die Schwellenkonzentration verringert wird, öffnet
ferner das Brennstoffzellensystem 10 des Ausführungsbeispiels
das Auslassventil 9, um das Stickstoffgas zu dem Äußeren
des Systems zu entladen.
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Die
ECU 5 führt zuerst den Elektrizitätserzeugungsprozess
durch, wobei das Auslassventil 9 geschlossen ist, und bestimmt,
ob das Auslassventil 9 für eine Dauer, die gleich
einer oder länger als eine vorbestimmte Dauer ist, geschlossen
ist (S201). Die vorbestimmte Dauer wird basierend auf der Temperatur
etc. der Brennstoffzelle im Voraus eingestellt. Wenn bestimmt wird,
dass das Auslassventil 9 für die Dauer, die gleich
der oder länger als die vorbestimmte Dauer ist, geschlossen
ist, wird das Auslassventil 9 geöffnet, um das
Anodenabgas zu entladen (S202). Das durchgeleckte Stickstoffgas
wird daher zu dem Äußeren der Brennstoffzelle 1 entladen.
Alternativ zu dem Schritt S201 kann der Wasserstoffkonzentrationssensor 4 die
Wasserstoffkonzentration erfassen, während das Auslassventil 9 geschlossen
ist, und die Wasserstoffkonzentration, die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor 4 erfasst
wird, kann mit einer Schwellenkonzentration verglichen werden, um zu
bestimmen, ob das Auslassventil 9 geöffnet wird. Das
Auslassventil 9 kann beispielsweise geöffnet werden,
wenn die Wasserstoffkonzentration, die durch den Wasserstoffkonzentrationssensor
erfasst wird, niedriger als die Schwellenkonzentration ist.
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Die
ECU 5 erfasst als Nächstes unter Verwendung des
Wasserstoffkonzentrationssensors 4 die Wasserstoffkonzentration
(S203). Durch Erfassen der Wasserstoffkonzentration unter Verwendung des
Wasserstoffkonzentrationssensors 4 wird bestimmt, ob die
Entladung des durchgeleckten Stickstoffgases beendet ist, wodurch
die Erfassung der Zeit, um ein Entladen des Anodenabgases zu stoppen
(d. h. der Zeit, um das Auslassventil zu schließen), ermöglicht
wird. Die ECU 5 bestimmt dann, ob die erfasste Wasserstoffkonzentration
gleich der oder höher als die Schwellenkonzentration ist
(S204). Die Schwellenkonzentration ist eine Konzentration, um zu
bestimmen, ob die Entladung von Stickstoffgas beendet ist. Die Schwellenkonzentration
kann als eine maximale Schwellengrenze betrachtet werden.
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Wenn
bei dem Schritt S204 bestimmt wird, dass die erfasste Wasserstoffkonzentration
niedriger als die Schwellenkonzentration ist, d. h. die Entladung
des Stickstoffgases nicht beendet ist, wird das Anodenabgas weiterhin entladen,
und die Wasserstoffkonzentration wird wieder erfasst, nachdem eine vorbestimmte
Dauer verstrichen ist (S203). Wenn bei dem Schritt S204 bestimmt
wird, dass die erfasste Wasserstoffkonzentration gleich der oder
höher als die Schwellenkonzentration ist, d. h. die Entladung des
Stickstoffgases beendet ist, wird das Auslassventil geschlossen
(S205). Der vorhergehende Prozess wird danach wiederholt.
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Gemäß dem
im Vorhergehenden beschriebenen Prozess wird die Menge an Stickstoffgas,
das aus der Einheitszelle 1a, die von dem Einlass 1f am fernsten
ist, entladen wird, bestimmt. Das Auslassventil 9 kann
daher durch Bestimmen, ob die Entladung des Stickstoffgases beendet
ist, zu der Zeit, die am geeignetsten ist, geschlossen werden, wodurch die
unnötige Entladung des Wasserstoffgases reduziert wird.
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Bei
dem im Vorhergehenden beschriebenen Steuerprozess zum Entladen eines
Anodenabgases wird das Entladeflussvolumen des Anodenabgases durch Öffnen
und Schließen des Auslassventils 9, d. h. durch
Starten und Stoppen eines Entladens des Anodenabgases, gesteuert.
Das Entladeflussvolumen des Anodenabgases kann jedoch alternativ durch
kontinuierliches Entladen des Anodenabgases gesteuert werden, wobei
das Entladeflussvolumen basierend auf der Wasserstoffkonzentration
in der Brennstoffzelle 1 erhöht oder verringert
wird.
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Ein
Beispiel eines Steuerprozesses zum Entladen eines Anodenabgases
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
ist im Folgenden unter Bezugnahme auf das in 5 gezeigte
Flussdiagramm beschrieben. Die ECU 5 führt diesen
Steuerprozess ebenfalls in vorbestimmten Intervallen wiederholt aus.
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Während
des Elektrizitätserzeugungsprozesses in der Brennstoffzelle 1 erfasst
die ECU 5 unter Verwendung des Wasserstoffkonzentrationssensors 4 die
Wasserstoffkonzentration (S301). Indem dies vorgenommen wird, kann,
da das Anodenabgas während des Elektrizitätserzeugungsprozesses
mit einer konstanten Menge entladen wird, die Bedingung (die Menge)
von Stickstoffgas in dem entladenen Anodenabgas erhalten werden.
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Die
ECU 5 bestimmt als Nächstes, ob die erfasste Wasserstoffkonzentration
gleich einer oder höher als eine maximale Schwellenkonzentration
ist (S302). Die maximale Schwellenkonzentration ist eine Konzentration
von Wasserstoff, die als für den Elektrizitätserzeugungsprozess
ausreichend betrachtet wird, und ist ferner die Wasserstoffkonzentration,
bei der Wasserstoffgas mit dem Anodenabgas unnötig entladen
würde, wenn sich die Entladung des Anodenabgases fortsetzt,
wenn die erfasste Wasserstoffkonzentration gleich der oder höher
als die maximale Schwellenkonzentration ist.
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Wenn
bei dem Schritt S302 bestimmt wird, dass die erfasste Wasserstoffkonzentration
gleich der oder höher als die maximale Schwellenkonzentration
ist, wird das Auslassventil 9 eingestellt, um das Entladeflussvolumen
des Anodenabgases zu reduzieren, d. h. um eine unnötige
Entladung von Wasserstoffgas zu reduzieren (S303). Indem dies vorgenommen
wird, wird das Entladeflussvolumen des Wasserstoffgases, das in
dem Anodenabgas enthalten ist, reduziert, wodurch eine unnötige
Entladung von Wasserstoffgas reduziert wird.
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Wenn
bei dem Schritt S302 bestimmt wird, dass die erfasste Wasserstoffkonzentration
niedriger als die maximale Schwellenkonzentration ist, dann wird
andererseits bestimmt, ob die erfasste Wasserstoffkonzentration
gleich einer oder niedriger als eine minimale Schwellenkonzentration
ist (S304). Die minimale Schwellenkonzentration ist die Wasserstoffkonzentration,
die als zu niedrig für den Elektrizitätserzeugungsprozess
betrachtet wird. Wenn die erfasste Wasserstoffkonzentration gleich
der oder niedriger als die minimale Schwellenkonzentration ist, wird
das Auslassventil 9 eingestellt, um das Entladeflussvolumen
des Anodenabgases zu erhöhen (S305). Als das Resultat der
Bestimmung bei dem Schritt S304 wird ferner, wenn die erfasste Wasserstoffkonzentration
höher als die minimale Schwellenkonzentration ist, das
Entladeflussvolumen des Anodenabgases nicht geändert, und
dieser Steuerprozess endet.
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Wie
im Vorhergehenden beschrieben ist, kann durch Steuern des Entladeflussvolumens
des Anodenabgases gemäß der Wasserstoffkonzentration
der Elektrizitätserzeugungsprozess durchgeführt werden,
während eine unnötige Entladung von Wasserstoffgas
reduziert wird und das Anodenabgas kontinuierlich entladen wird.
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Gemäß dem
im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird
eine unnötige Entladung von Wasserstoffgas zu der Zeit
eines Starts oder während des Elektrizitätserzeugungsprozesses reduziert.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel führt das Brennstoffzellensystem
den Elektrizitätserzeugungsprozess durch, während
die Entladung des Anodenabgases gestoppt ist. Die vorliegende Erfindung ist
jedoch nicht darauf begrenzt. Das Brennstoffzellensystem kann das
Anodenabgas zu der Brennstoffzelle rezirkulieren oder kann Elektrizität
erzeugen, während das Anodenabgas statt eines Rezirkulierens
des Anodenabgases mit einem konstanten Flussvolumen kontinuierlich
entladen wird.
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Ein
Brennstoffzellensystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 6 bis 8 beschrieben. 6 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel einer Brennstoffzelle etc. gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel darstellt. Die gleichen Komponenten wie
jene des ersten Ausführungsbeispiels sind durch die gleichen
Bezugsziffern bezeichnet. Die detaillierte Beschreibung derselben
wird im Folgenden weggelassen.
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Ähnlich
zu der Brennstoffzelle 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel
weist die in 6 gezeigte Brennstoffzelle 1' mehrere
Einheitszellen 1a auf, die aufeinander gestapelt sind.
Der Einlass 1f, der den Wasserstoffzufuhrkanal 21 mit
dem Gaszufuhrkanal 1d verbindet, und der Auslass 1g,
der den Anodenabgaskanal 22 mit dem Gasentladekanal 1e verbindet,
sind auf der Seite der ersten Endplatte 1b vorgesehen.
Der Stapel in der Brennstoffzelle 1' weist hier zweihundert
(200) Einheitszellen 1a auf, die aufeinander gestapelt
sind, und die Einheitszellen sind von der Seite der ersten Endplatte 1b zu
der Seite der zweiten Endplatte 1c mit 1a_001, 1a_002,
..., 1a_200 bezeichnet. Auf die Einheitszellen kann ferner
jeweils als die erste Zelle, die zweite Zelle, ..., die zweihundertste
Zelle Bezug genommen werden. In 6 sind lediglich
die Einheitszellen 1a_001, 1a_010, 1a_100, 1a_150 und 1a_200 dargestellt.
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Die
Brennstoffzelle 1' weist ferner einen Wasserstoffkonzentrationssensor 4a in
dem Gasentladekanal 1e und einen Wasserstoffkonzentrationssensor 4b in
dem Gaszufuhrkanal 1d auf. Der Wasserstoffkonzentrationssensor 4a befindet
sich dort, wo die Konzentration des Wasserstoffgases, das aus der
Einheitszelle 1a_200 entladen wird, erfasst werden kann.
Der Wasserstoffkonzentrationssensor 4b befindet sich dort,
wo die Konzentration des Wasserstoffgases, das der Einheitszelle 1a_001 zugeführt wird,
erfasst werden kann. Der Wasserstoffkonzentrationssensor 4a befindet
sich insbesondere bei dem untersten Teil des Gasentladekanals 1e,
und der Wasserstoffkonzentrationssensor 4b befindet sich nahe
des Einlasses 1f des Gaszufuhrkanals 1d.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem, das die wie im Vorhergehenden beschrieben
aufgebaute Brennstoffzelle 1' aufweist, werden die in 7 und 8 gezeigten
Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozesse durchgeführt.
Die ECU 5 führt die Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozesse
durch. Der in 7 gezeigte Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess
wird zuerst beschrieben. Der Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess
wird durchgeführt, wenn die Brennstoffzelle 1' ein
Erzeugen von Elektrizität startet. Die Brennstoffzelle 1' erzeugt
daher bei dem Start des Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozesses
im Wesentlichen keine Elektrizität. Mit anderen Worten
wird, wenn die Wasserstoffkonzentrationssensoren 4a und 4b Wasserstoffgas
erfassen, dieser Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess
nicht durchgeführt.
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Bei
einem Schritt S401 wird das Öffnungsventil 6 geöffnet,
um ein Zuführen von Wasserstoffgas von dem Hochdruck-Wasserstofftank 2 zu
der Brennstoffzelle 1' zu starten. Das Auslassventil 9 wird gleichzeitig
geöffnet, und das Stickstoffgas, das durchleckt, wenn die
Elektrizitätserzeugung nicht durchgeführt wird,
wird über den Gasentladekanal 1e aus der Brennstoffzelle 1' entladen.
Dieser Schritt ist der gleiche wie jener des ersten Ausführungsbeispiels.
Nachdem der Prozess bei dem Schritt S401 endet, schreitet die Steuerung
zu einem Schritt S402 fort.
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Bei
dem Schritt S402 werden die Stapeltemperatur TS, die die Temperatur
des Brennstoffzellenstapels in der Brennstoffzelle 1' ist,
und die Umgebungstemperatur TU, die die Temperatur außerhalb des
Brennstoffzellensystems ist, bestimmt. Temperatursensoren, die in 6 nicht
gezeigt sind, erfassen insbesondere jeweils die Temperaturen TS
und TU. Die ECU 5 erhält die erfassten Temperaturen.
Nach dem Prozess bei dem Schritt S402 schreitet die Steuerung zu
einem Schritt S403 fort.
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Bei
dem Schritt S403 wird die Ventilschließzeit T0 des Auslassventils 9 bei
dem Start der Brennstoffzelle 1' gemäß der
Stapeltemperatur TS und der Umgebungstemperatur TU berechnet. Die
ECU 5 greift insbesondere unter Verwendung der Stapeltemperatur
TS und der Umgebungstemperatur TU als Parameter auf eine Abbildung,
die in der ECU 5 gespeichert ist, zu und berechnet die
optimale Ventilschließzeit T0, die basierend auf beiden
Temperaturen bestimmt wird. Die Ventilschließzeit T0 ist
die Zeit, die notwendig ist, um ausreichend Wasserstoffgas zuzuführen,
um das Stickstoffgas aus der Brennstoffzelle 1' zu entladen
und eine gute Erzeugungseffizienz der Brennstoffzelle 1' wiederzuerlangen.
Die Ventilschließzeit T0 ist ferner die Zeit, wenn das
Auslassventil 9 geschlossen wird, um die unnötige
Entladung des Wasserstoffgases zu dem Äußeren
der Brennstoffzelle 1' zu vermeiden. Ein Gas, wie Wasserstoffgas
und Stickstoffgas, dehnt sich ferner abhängig von der Temperatur
aus und zieht sich zusammen. Mit anderen Worten wird das Verhalten
des Gases in der Brennstoffzelle 1' durch die Temperatur
beeinflusst. Unter Berücksichtigung solcher Einflüsse ist
daher die Ventilschließzeit T0 in der Abbildung in der
ECU 5 in Zuordnung zu der Stapeltemperatur TS und der Umgebungstemperatur
TU gespeichert. Die Ventilschließzeit, die in der Abbildung
gespeichert ist, wird bei einem im Folgenden beschriebenen Schritt S410
korrigiert und aktualisiert. Nachdem der Prozess bei dem Schritt
S403 endet, schreitet die Steuerung zu einem Schritt S404 fort.
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Bei
dem Schritt S404 erfasst der Wasserstoffkonzentrationssensor 4b in
dem Gaszufuhrkanal Wasserstoff, und dadurch ausgelöst startet
bei einem Schritt S405 der Ventilschließzeitgeber ein Zählen, um
die Zeit, um das Auslassventil 9 zu schließen,
zu bestimmen. Die Steuerung schreitet dann zu einem Schritt S406
fort.
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Bei
dem Schritt S406 wird bestimmt, ob die Zeit, die durch den Ventilschließzeitgeber
gezählt wird, die Ventilschließzeit T0, die bei
dem Schritt S403 berechnet wird, erreicht. Wenn bestimmt wird, dass
die gezählte Zeit die Ventilschließzeit T0 erreicht,
schreitet die Steuerung zu einem Schritt S407 fort. Wenn bestimmt
wird, dass die gezählte Zeit die Ventilschließzeit
T0 nicht erreicht, dann wird der Prozess bei dem Schritt S406 wiederholt.
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Bei
dem Schritt S407 wird das Auslassventil 9 geschlossen,
wenn die Ventilschließzeit T0 verstreicht. Die Brennstoffzelle 1' startet
dann bei einem Schritt S408 ein Erzeugen von Elektrizität.
Bei dieser Bedingung bei dem Start der Elektrizitätserzeugung hat
jede Einheitszelle 1a in der Brennstoffzelle 1' das durchgeleckte
Stickstoffgas entladen, wenn die Ventilschließzeit T0 verstrichen
ist. Eine effiziente Elektrizitätserzeugung wird demgemäß erwartet.
Es ist jedoch nicht erwünscht, dass die Ventilschließzeit
T0 zu kurz ist, was aufgrund verschiedener Faktoren auftreten kann,
da die Elektrizitätserzeugung startet, bevor die Erzeugungseffizienz
der Brennstoffzelle 1' wiedererlangt ist. Eine Ventilschließzeit
T0, die zu lang ist, ist andererseits ebenfalls unerwünscht,
da, während die Erzeugungseffizienz ausreichend wiedererlangt
ist, mehr Wasserstoffgas als notwendig entladen wird. Das Wasserstoffgas
könnte andernfalls verwendet werden, um Elektrizität
zu erzeugen. Bei dem Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess
gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird
demgemäß die Ventilschließzeit T0 bei
Schritten S409 und S410 korrigiert, um eine geeignetere Länge
der Zeit für die Ventilschließzeit T0 einzustellen.
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Bei
dem Schritt S409 erhält die ECU 5 eine Wasserstofferfassungszeit
T1, die die Zeit ist, zu der der Wasserstoffkonzentrationssensor 4a in
dem Gasentladekanal in der Dauer von dem im Vorhergehenden beschriebenen
Schritt S405 bis zu dem im Vorhergehenden beschriebenen Schritt
S408 Wasserstoffgas erfasst. Die Erfassungszeit T1 ist die Zeit, die
seit der Zeit, wenn der Ventilschließzeitgeber ein Zählen
startet, verstrichen ist, und entspricht daher dem Zeitintervall
zwischen den Zeiten, wenn die zwei Wasserstoffkonzentrationssensoren 4a, 4b Wasserstoffgas
erfassen. Wenn der Wasserstoffkonzentrationssensor 4a während
der Dauer kein Wasserstoffgas erfasst, erhält die ECU 5 vorübergehend
ein Signal, das „keine Erfassung" anzeigt. Nachdem der Prozess
bei dem Schritt S409 endet, schreitet die Steuerung zu dem Schritt
S410 fort.
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Bei
dem Schritt S410 wird die Ventilschließzeit T0 gemäß der
Erfassungszeit T1, die bei dem Schritt S409 erfasst wurde, korrigiert.
Wenn die Erfassungszeit T1 erfasst wird, d. h. die Ventilschließzeit
T0 länger als ein optimaler Wert ist, kann zuerst unnötiges
Wasserstoffgas entladen werden. Die Differenz ΔS zwischen
der Zeit, wenn erwartet wird, dass das Auslassventil 9 geschlossen
wird, und der Zeit, wenn dieses tatsächlich geschlossen
wird, wird daher gemäß folgendem Ausdruck (1)
berechnet. ΔS = (T0 + ΔT) – T1 (1)
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ΔT
ist hier eine Differenz zwischen der Zeit, wenn die ECU 5 bei
dem Schritt S407 ein Ventilschließsignal zu dem Auslassventil 9 ausgibt,
und der Zeit, wenn das Auslassventil 9 tatsächlich
geschlossen wird. Diese Differenz tritt aufgrund beispielsweise
der Zeit auf, die notwendig ist, damit die Ventilschließeinrichtung
bei dem Auslassventil 9 in Betrieb ist.
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Eine
neue korrigierte Ventilschließzeit T0 wird dann gemäß folgendem
Ausdruck (2) basierend auf ΔS berechnet. (Neue T0) = T0 – B × ΔS
(B < 1,0) (2)
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B
ist hier ein Korrekturkoeffizient, der kleiner als 1 ist. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist B auf etwa 0,9 eingestellt. Unter
Verwendung des Ausdrucks (2) wird die neue Ventilschließzeit
T0 unter Berücksichtigung der Differenz ΔS hinsichtlich
der Ventilschließzeit des Auslassventils 9 berechnet.
Die berechnete neue Ventilschließzeit T0 wird in Zuordnung
zu der Stapeltemperatur TS und der Umgebungstemperatur TU in der
im Vorhergehenden beschriebenen Abbildung gespeichert. Die Ventilschließzeit
T0 in der Abbildung wird daher aktualisiert. Wenn die Abbildung
aktualisiert wird, wird lediglich die Ventilschließzeit
in der Abbildung aktualisiert, die der Stapeltemperatur TS und der
Umgebungstemperatur TU, die bei dem aktuellen Steuerprozess verwendet
sind, entspricht. Die Ventilschließzeiten, die der anderen
Stapeltemperatur TS und der anderen Umgebungstemperatur TU entsprechen,
können alternativ unter Berücksichtigung der Differenz
zwischen entsprechenden Temperaturen und den Temperaturen, die bei
einem aktuellen Steuerprozess verwendet sind, ebenfalls aktualisiert
werden.
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Wenn
die Erfassungszeit T1 nicht erfasst wird, d. h. die Ventilschließzeit
T0 kürzer als der optimale Wert ist, wird als Nächstes
unzureichend Stickstoffgas aus der Brennstoffzelle 1' entladen.
Eine geschätzte Erfassungszeit T10 wird daher gemäß folgendem
Ausdruck (3) berechnet. T10 = A1 × T0
+ ΔT (A1 > 1,0) (3)
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ΔT
ist, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, eine Differenz hinsichtlich
der Ventilschließzeit des Auslassventils. A1 ist ein Erfassungskoeffizient, um
die geschätzte Erfassungszeit zu berechnen, und ist größer
als 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Erfassungskoeffizient
A1 auf etwa von 1,1 bis 1,2 eingestellt sein. Die neue Ventilschließzeit
T0 wird durch Zuweisen der geschätzten Erfassungszeit T10,
die gemäß dem Ausdruck (3) berechnet wird, zu T1
in dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausdruck (1) und durch Verwenden
des Ausdrucks (2) berechnet. In diesem Fall wird ähnlich
zu dem Vorhergehenden die Abbildung in der ECU 5 aktualisiert.
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Gemäß diesem
Steuerprozess können, da eine geeignetere Ventilschließzeit
berechnet wird, sowohl die Reduzierung einer unnötigen
Entladung des Wasserstoffgases bei dem Start der Brennstoffzelle 1' als
auch die Wiedererlangung der Erzeugungseffizienz der Brennstoffzelle 1' erreicht
werden.
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Der
in 8 gezeigte Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess
wird als Nächstes beschrieben. Ähnlich zu dem
in 7 gezeigten Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess
wird der Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess bei dem
Start der Brennstoffzelle 1' ausgeführt. Die Brennstoffzelle 1' erzeugt daher
im Wesentlichen keine Elektrizität, wenn der Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess
startet. Wenn die Wasserstoffkonzentrationssensoren 4a, 4b die Existenz
des Wasserstoffgases erfassen, wird demgemäß dieser
Steuerprozess nicht ausgeführt. Bei der in 6 gezeigten
Brennstoffzelle 1', bei der der vorliegende Steuerprozess
ausgeführt wird, sind ferner die Einheitszelle 1a_001 und
die Einheitszelle 1a_200 mit Spannungsmessern verbunden,
wodurch ermöglicht wird, dass die ECU 5 eine elektromotorische
Kraft, die jeweils durch die (Spannung der) Einheitszellen erzeugt
wird, erfasst. Wenn der in 8 gezeigte
Elektrizitätserzeugungs-Steuerprozess verwendet ist, sind
Wasserstoffkonzentrationssensoren 4a, 4b optional.
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Bei
einem Schritt S501 wird, ähnlich zu dem im Vorhergehenden
beschriebenen Schritt S401, das Auslassventil 9 geöffnet,
sowie das Wasserstoffgas zugeführt wird. Der Steuerprozess
schreitet dann zu einem Schritt S502 fort, bei dem eine OCV (= open circuit
voltage (OCV) = Leerlaufspannung) bei der ersten Zelle erfasst wird.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die lokale
Elektrizitätserzeugungsreaktion bei der ersten Zelle, die
benachbart zu dem Einlass 1f ist, als ein Resultat der
Zufuhr von Wasserstoffgas zu der Brennstoffzelle 1' bei
dem Schritt S501 auftritt. Nachdem der Prozess bei dem Schritt S502
endet, schreitet die Steuerung zu einem Schritt S503 fort.
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Bei
dem Schritt S503 wird die OCV für die zweihundertste Zelle
erfasst. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
die lokale Elektrizitätserzeugungsreaktion bei der zweihundertsten
Zelle auftritt, wenn das Wasserstoffgas, dessen Zufuhr bei dem Schritt S501
gestartet wird, die zweihundertste Zelle, die sich bei dem untersten
Teil der Brennstoffzelle 1' befindet, erreicht. Nachdem
der Prozess bei dem Schritt S503 endet, schreitet die Steuerung
zu einem Schritt S504 fort.
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Bei
dem Schritt S504 wird die Ventilschließzeit T2, die die
Zeit, um das Auslassventil 9 zu schließen, bestimmt,
unter Verwendung des Zeitintervalls TD zwischen der Zeit, wenn die
OCV bei dem Schritt S502 bei der ersten Zelle erfasst wird, und
der Zeit, wenn die OCV bei dem Schritt S503 bei der zweihundertsten
Zelle erfasst wird, gemäß folgendem Ausdruck (4)
berechnet. T2 = C × TD (4)
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Das
im Vorhergehenden beschriebene C ist ein Koeffizient, der verwendet
wird, um die Ventilschließzeit T2 zu berechnen. Die Ventilschließzeit
T2 ist die Zeit, die ab der Zeit, wenn Wasserstoffgas in dem Gas,
das aus der zweihundertsten Zelle entladen wird, erfasst wird, notwendig
ist, um ein Zuführen von Wasserstoffgas fortzusetzen, um
die Brennstoffzelle 1' zu starten. Die Ventilschließzeit
T2 wird daher unter Berücksichtigung der Größe
der Brennstoffzelle 1', des Orts der zweihundertsten Zelle
und so weiter geeignet bestimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann,
da die zweihundertste Zelle eine Einheitszelle ist, die sich bei
dem untersten Teil der Brennstoffzelle 1' befindet, bestimmt
werden, dass ausreichend Wasserstoffgas zugeführt ist,
um eine Elektrizitätserzeugung in der Brennstoffzelle 1' zu
starten, wenn das Wasserstoffgas bei der zweihundertsten Zelle erfasst
wird. Der Koeffizient C kann demgemäß auf einen
relativ kleinen Wert eingestellt sein. Nachdem der Prozess bei dem
Schritt S504 endet, schreitet die Steuerung zu einem Schritt S505
fort.
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Bei
dem Schritt S505 wird bestimmt, ob die Ventilschließzeit
T2 ab der Erfassung bei der zweihundertsten Zelle bei dem Schritt
S503 verstrichen ist. Wenn bestimmt wird, dass die Zeit T2 verstrichen ist,
schreitet die Steuerung zu einem Schritt S506 fort. Wenn bestimmt
wird, dass die Zeit T2 nicht verstrichen ist, wird der Prozess bei
dem Schritt S505 wiederholt. Bei dem Schritt S506 wird das Auslassventil 9 geschlossen,
wenn die Ventilschließzeit T2 verstrichen ist. Bei einem
Schritt S507 startet dann die Brennstoffzelle 1' eine Elektrizitätserzeugung.
Bei dieser Bedingung bei dem Start der Brennstoffzelle wird, da
die Ventilschließzeit T2 verstrichen ist, das bei jeder
Einheitszelle 1a der Brennstoffzelle 1' durchgeleckte
Stickstoffgas entladen. Elektrizität kann daher effizient
erzeugt werden. Bei diesem Steuerprozess ist ferner, anders als
bei dem in 7 gezeigten Steuerprozess, kein
Wasserstoffkonzentrationssensor verwendet, wodurch die Reduzierung eines
Aufwands, um das Brennstoffzellensystem aufzubauen, ermöglicht
wird.
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Gemäß dem
Ausführungsbeispiel wird ferner eine OCV bei der ersten
und der zweihundertsten Zelle erfasst; es ist jedoch unnötig,
die OCV bei den zwei Zellen, die sich jeweils bei dem Eintritt und
dem untersten Teil der Brennstoffzelle 1' befinden, zu
verwenden. Beliebige zwei getrennte Einheitszellen, wie die hundertfünfzigste
Zelle und die zweihundertste Zelle, die zehnte Zelle und die hundertste
Zelle oder die zehnte Zelle und die hundertfünfzigste Zelle,
können beispielsweise verwendet sein, ohne von dem Geist
und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Bei solchen Fällen
muss der Koeffizient C angemessen eingestellt sein, um basierend
auf dem Zeitintervall TD zwischen den Zeiten, wenn die OCV bei diesen
zwei Einheitszellen erfasst werden, eine geeignete Ventilschließzeit
T2 zu berechnen. Wenn das Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten
der Erfassung einer OCV bei der zehnten Zelle und der hundertsten
Zelle verwendet ist, ist beispielsweise, da eine gewisse Zeit erwartet
wird, bis das Wasserstoffgas von der hundertsten Zelle die zweihundertste Zelle,
die sich bei dem untersten Teil der Brennstoffzelle befindet, erreicht,
der Koeffizient C auf größer als der im Vorhergehenden
beschriebene Wert eingestellt.
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Zwei
Einheitszellen können zusätzlich gewählt
sein, so dass das Zeitintervall TD zwischen den Zeiten, wenn die
OCV bei diesen zwei Einheitszellen erfasst werden, relativ groß ist.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Zeit
des Erfassens einer OCV jeder Einheitszelle durch den Fluss von
Wasserstoffgas in hohem Maße beeinflusst wird und das Zeitintervall
TD selbst bei der gleichen Bedingung hinsichtlich der Umgebungstemperatur
oder der Stapeltemperatur bis zu einem gewissen Grad variiert. Um
solche Einflüsse so gut wie möglich zu reduzieren,
ist es demgemäß bevorzugt, zwei Einheitszellen
zu wählen, so dass das Zeitintervall TD zwischen den zwei Einheitszellen
nicht kleiner als 0,1 Sekunden ist.
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Während
einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vorhergehenden
dargestellt wurden, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung
nicht auf Details der dargestellten Ausführungsbeispiele begrenzt
ist, sondern mit verschiedenen Änderungen, Modifikationen
oder Verbesserungen, die Fachleuten einfallen können, ausgeführt
sein kann, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Brennstoffzellensystem
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Ein
Brennstoffzellensystem weist eine Brennstoffzelle (1) mit
einer Mehrzahl von Einheitszellen (1a), die aufeinander
gestapelt sind, einer ersten und einer zweiten Endplatte (1b, 1c),
zwischen denen sich die Mehrzahl von Einheitszellen befindet, und
einem Gaszufuhrkanal (1d) und einem Gasentladekanal (1e)
auf, die sich beide in der Stapelrichtung der Einheitszellen erstrecken.
Ein Einlass (1f) des Gaszufuhrkanals (1d) und
ein Auslass (1g) des Gasentladekanals (1e) befinden
sich auf der Seite der ersten Endplatte. Ein Wasserstoffkonzentrationssensor
(4) ist in dem Gasentladekanal angeordnet und erfasst eine
Wasserstoffkonzentration in dem Gas, das aus der Mehrzahl von Einheitszellen
entladen wird. Ein Elektrizitätserzeugungsprozess in der Brennstoffzelle
wird basierend auf der Wasserstoffkonzentration, die durch einen
Wasserstoffkonzentrationssensor (4) erfasst wird, gesteuert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-139984 [0003]
- - JP 2004-185974 [0005]