DE112007001330B4

DE112007001330B4 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112007001330B4
Application number: DE112007001330.3T
Authority: DE
Inventors: Kenji Umayahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: KR20090009305A; CN101461083A; US8609292B2; US20090155652A1; JP2007328995A; CN101461083B; KR101079683B1; DE112007001330T5; WO2007142246A1

Abstract

Brennstoffzellensystem (1) umfassend eine Brennstoffzelle (10), ein Brennstoffversorgungssystem, (2, 3) das der Brennstoffzelle (10) Brenngas zuführt, einen Injektor (35), der den Gaszustand dieses Brennstoffversorgungssystems (2, 3) auf einer stromauf gelegenen Seite zur Zufuhr des Gases zu einer stromab gelegenen Seite einstellt, und eine Steuervorrichtung (4) zur Betätigung und Steuerung des Injektors (35) entsprechend dem Betriebszustand der Brennstoffzelle (10).wobei das System weiter umfasst: eine Lernvorrichtung (4) zum Lernen der Betätigungscharakteristika des Injektors (35), um die Betätigungsparameter des Injektors (35) basierend auf dem Lernergebnis einzustellen, wobei die Lernvorrichtung (4) derart gestaltet ist, daß sie die Betätigungscharakteristika durch Verwendung wenigstens eines ersten Wertes, auf Basis einer Gasversorgungsänderung in dem Injektor (35) um einen vorgegebenen Wert oder mehr, und eines zweiten Wertes, auf Basis eines Befehlswertes, der die Injektionszeit des Injektors (35) steuert, lernt, undwobei die Injektionszeit des Injektors (35) eine Grundinjektionszeit einschließt, die vom Leistungserzeugungsstrom der Brennstoffzelle (10) als Aufschaltungsterm (feedforward term) erhalten wird und welche um einen bei jedem Systemstart aktualisierten Korrekturkoeffizienten korrigiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle zum Empfang der Zulieferung eines Reaktionsgases (ein Brenngas und ein Oxidationsgas) zur Leistungserzeugung.
Stand der Technik
Derzeit wird ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle zum Empfang der Zulieferung eines Reaktionsgases (ein Brenngas und ein Oxidationsgas) zur Leistungserzeugung vorgeschlagen und praktisch angewandt. Ein solches Brennstoffzellensystem ist mit einem Brennstoffversorgungskanal für die Zufuhr des von einer Brennstoffversorgungsquelle, wie einem Wasserstofftank, zugeführten Brenngases versehen.
Des weiteren ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das ein am Brennstoffversorgungskanal vorgesehenes, einstellbares Druckänderungsventil umfaßt, um den Druck des der Brennstoffzelle zugeführten Brenngases einzustellen, wobei das Druckänderungsventil so gestaltet ist, daß es den Druck des zugeführten Oxidationsgases als Druckquelle benutzt und dadurch den Druck des der Brennstoffzelle zuzuführenden Brenngases einzustellen (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldung JP 2005 - 150 090 A ).
Offenbarung der Erfindung
Gemäß dem in der JP 2005 - 150 090 A offenbarten einstellbaren Druckänderungsventil kann der Versorgungsdruck des Brenngases entsprechend der Betriebssituation eingestellt werden. Jedoch kann selbst ein solches einstellbares Druckänderungsventil nicht den Einfluß der Alterung und individueller Unterschiede vermeiden und die Präzision der Druckeinstellung und des Ansprechverhaltens in Bezug auf den Druck kann gelegentlich nachlassen. Aus der US 2005 / 0 244 688 A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Brennstoffversorgungssystem, einer zur Veränderung des Gaszustandes geeignete Versorgungsvorrichtung, einer Steuervorrichtung und einer Lernvorrichtung bekannt. Die Lernvorrichtung verarbeitet Betriebsparameter der Brennstoffzelle, um Parameter der Versorgungsvorrichtung einzustellen. Zum Stand der Technik wird zudem auf die DE 10 2004 051 391 A1 , die JP 2004 - 152 657 A , die JP 2004 - 079 490 A sowie die WO 2005/ 067 088 A2 verwiesen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf eine solche Situation entwickelt und es ist eine Aufgabe dieser Erfindung den Versorgungsdruck eines Brenngases in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand einer Brennstoffzelle zu ändern und ein zufriedenstellendes Ansprechverhalten in Bezug auf den Druck sicherzustellen, während der Einfluß von Alterung und individueller Unterschiede minimiert wird.
Um die obige Aufgabe zu lösen ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem umfassend eine Brennstoffzelle, ein Brennstoffversorgungssystem, das der Brennstoffzelle Brenngas zuführt, eine Injektor, der den Gaszustand dieses Brennstoffversorgungssystems auf einer stromauf gelegenen Seite zur Zufuhr des Gases zu einer stromab gelegenen Seite einstellt, und eine Steuervorrichtung zur Betätigung und Steuerung des Injektors entsprechend dem Betriebszustand der Brennstoffzelle, wobei das System weiter eine Lernvorrichtung umfaßt zum Lernen der Betätigungscharakteristika des Injektors, um die Betätigungsparameter des Injektors basierend auf dem Lernergebnis einzustellen, wobei die Lernvorrichtung derart gestaltet ist, daß sie die Betätigungscharakteristika durch Verwendung wenigstens eines ersten Wertes, der auf Basis einer Gasversorgungsänderung in dem Injektor um einen vorgegebenen Wert oder mehr, und eines zweiten Wertes, auf Basis eines Befehlswertes, der die Injektionszeit des Injektors steuert, lernt, wobei die Injektionszeit des Injektors eine Grundinjektionszeit einschließt, die vom Leistungserzeugungsstrom der Brennstoffzelle als Aufschaltungsterm (feedforward term) erhalten wird und welche um einen bei jedem Systemstart aktualisierten Korrekturkoeffizienten korrigiert wird.
Die Lernvorrichtung kann die zu lernenden Betätigungscharakteristika des Injektors gemäß dem stromauf herrschenden Druck der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung korrigieren.
Die Lernvorrichtung kann die Betätigungscharakteristika des Injektors gemäß der Temperatur des Brenngases korrigieren.
Der Injektor kann einen inneren Kanal umfaßen, der die stromauf gelegene Seite des Injektors mit dessen stromab gelegener Seite verbindet, einen beweglich in dem inneren Kanal angeordneten und zur Änderung des Öffnungszustands des inneren Kanals entsprechend seiner Bewegungsposition gestalteten Ventilkörper, sowie einen Betätigungsabschnitt für den Ventilkörper, der den Ventilkörper durch eine elektromagnetische Antriebskraft betätigt.
Die Änderung der Gasversorgung kann der Druckanstieg auf der stromab gelegene Seite des Injektors sein.
Ein anderes Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem umfassend eine Brennstoffzelle, ein Brennstoffversorgungssystem, das der Brennstoffzelle ein Brenngas zuführt, eine zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung, die den Gaszustand dieses Brennstoffversorgungssystems auf einer stromauf gelegenen Seite zur Zufuhr des Gases zu einer stromab gelegenen Seite einstellt, und eine Steuervorrichtung zur Betätigung und Steuerung der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung entsprechend dem Betriebszustand der Brennstoffzelle, wobei das System weiter eine Lernvorrichtung umfaßt zum Lernen der Betätigungscharakteristika der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung, um die Betätigungsparameter der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung basierend auf dem Lernergebnis einzustellen, wobei die Lernvorrichtung derart gestaltet ist, daß sie die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung unter voneinander verschiedenen Betätigungsbedingungen, nämlich unter voneinander unterschiedlichen Druckanstiegen auf der stromab gelegenen Seite der zur Veränderung des Gaszustandes geeigneten Versorgungsvorrichtung und/oder unter voneinander unterschiedlichen Versorgungszeiten des einmal durch die zur Veränderung des Gaszustandes geeigneten Versorgungsvorrichtung zuzuführenden Brenngases, betätigt und die falsche Versorgungszeit der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung von der Anzahl der Brenngasversorgungszeiten bei diesen Betätigungsbedingungen lernt.
Die falsche Versorgungszeit ist eine Zeit, die von einem Zeitpunkt, zu dem die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung ein Betätigungssteuersignal von der Steuervorrichtung empfängt, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung tatsächlich die Gasversorgung beginnt, in Anspruch genommen wird.
Die voneinander verschiedenen Betätigungsbedingungen können entweder die Anstiegsbreite des Drucks auf der stromab gelegenen Seite der zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung oder die Versorgungszeit des einmal durch die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung zuzuführenden Brenngases oder beide sein.
Bei dem obigen Brennstoffzellensystem kann die Lernvorrichtung das Lernen beim Start der Brennstoffzelle durchführen.
Gemäß diesen Ausgestaltungen wird die Schwankung der Betätigungscharakteristka oder der falschen Versorgungszeit aufgrund der Alterung und des individuellen Unterschieds der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung gelernt und das Lernergebnis kann bei der Betätigung und Steuerung der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung reflektiert werden. Es ist anzumerken, daß „der Gaszustand“ der Zustand (Durchfluß, Druck, Temperatur, Molarität oder dergleichen) des Gases ist und insbesondere den Gasdurchfluß oder den Gasdruck oder beide umfaßt.
Die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung kann ein Injektor des elektromechanischen Betätigungssystems sein oder ein veränderlich einstellbarer Druckregler, wie ein Regler der Membranbauart, in welchem ein Ventilkörper beispielsweise durch Luftdruck oder einen Motor über eine Membran betätigt wird.
Beispiele der Betätigungscharakteristika der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung schließen eine Beziehung zwischen einem Gaszustand auf der Eingangsseite der Brennstoffzelle (sekundärseitiger Gaszustand der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung) und einem Zielgaszustand auf der Eingangsseite (sekundärseitiger Zielgaszustand der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung), eine Beziehung zwischen dem Gaszustand auf der Eingangsseite der Brennstoffzelle (der sekundärseitige Gaszustand der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung) und dem Leistungserzeugungsstrom, eine Beziehung zwischen einem primärseitigen und dem sekundärseitigen Gaszustand der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung und eine Beziehung zwischen dem primärseitigen Gaszustand der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung und dem Leistungserzeugungsstrom der Brennstoffzelle ein.
Beispiele für die Betätigungsparameter der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung schließen eine Injektionsmenge, eine relative Einschaltdauer (duty ratio), eine Betätigungsfrequenz und einen Betätigungsimpuls in einem Falle ein, in welchem die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung der obige Injektor des elektromechanischen Betätigungssystems ist. Die Beispiele schließen einen einwirkenden Druck (z.B. einen Strömungsmitteldruck oder einen Federdruck) ein, der den Ventilkörper mittels der Membran in Öffnungsrichtung oder Schließrichtung drückt, falls die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung der obige Regler der Membranbauart ist.
Beim obigen Brennstoffzellensystem nach der Bauart, bei der die zu lernenden Betätigungscharakteristika der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem stromauf herrschenden Druck oder der Temperatur der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung korrigiert werden, kann ein in hohem Maße präzises Lernen durchgeführt werden.
Beim obigen Brennstoffzellensystem nach der Bauart, bei der das Lernergebnis bei dem in die Injektionszeit des Injektors eingeschlossenen Aufschaltungsterm (feedforward term) reflektiert wird, kann das Ansprechverhalten des Injektors weiter verbessert werden.
Beim obigen Brennstoffzellensystem nach der Bauart, bei der das Lernen beim Start der Brennstoffzelle (beim Systemstart) durchgeführt wird, kann das hochpräzise Lernen bei einem Zustand durchgeführt werden, bei welchem keinerlei Gas von der Brennstoffzelle verbraucht wird, mit anderen Worten, bei einem Zustand, in dem nur geringe Störungen vorhanden sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Brennstoffzellensystem vorgesehen werden das ein zufriedenstellendes Ansprechverhalten aufweist, ohne durch Alterung und individuelle Unterschiede der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung beeinflußt zu sein.
Figurenliste

1 ist ein Schaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Berechnungsverfahrens einer Einspritzzeit eines Injektors in dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem;
3 zeigt ein Beispiel einer Kennlinie zur Anwendung bei der Ausführung des Schritts S3 des Ablaufdiagramms nach 2;
4 zeigt ein Beispiel einer Kennlinie zur Anwendung bei der Ausführung des Schritts S5 des Ablaufdiagramms nach 2;
5 zeigt ein anderes Beispiel einer Kennlinie zur Anwendung bei der Ausführung des Schritts S3 des Ablaufdiagramms nach 2;
6 zeigt noch ein weiteres Beispiel einer Kennlinie zur Anwendung bei der Ausführung des Schritts S3 des Ablaufdiagramms nach 2;
7 ist ein Diagramm, das das Ergebnis des Vergleichs der Folgefähigkeit eines aktuellen Eingangsdrucks der Brennstoffzelle in Bezug auf einen Zieldruck des Eingangsdrucks der Brennstoffzelle zwischen einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und einem Vergleichsbeispiel zeigt,
8 zeigt ein Beispiel einer Kennlinie für den Gebrauch bei der Ausführung des Schritts S11 beim Ablaufdiagramm nach 2; und
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die in 8 gezeigte Betriebszeit A, B darstellt.

Beste Ausführungsweise der Erfindung
Ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Mit der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein bordeigenes Leistungserzeugungssystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs (ein mobiler Körper) angewandt wird. Zuerst wird unter Bezugnahme auf 1 die Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfaßt das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle 10, die die Zulieferung eines Reaktionsgases (ein Brenngas und ein Oxidationsgas) zur Leistungserzeugung empfängt, und weiter ein Rohrleitungssystem 2 für das Oxidationsgas (ein Brennstoffversorgungssystem), das der Brennstoffzelle 10 Luft als Oxidationsgas zuführt, ein Rohrleitungssystem 3 für Wasserstoffgas, das der Brennstoffzelle 10 Wasserstoffgas als Brenngas zuführt, eine Steuereinheit (Steuervorrichtung, Lernvorrichtung) 4, die im allgemeinen das ganze System und dergleichen steuert.
Die Brennstoffzelle 10 besitzt eine Stapelstruktur, in der die erforderliche Anzahl von Einzelzellen für die Zulieferung eines Reaktionsgases zur Leistungserzeugung gestapelt sind, und die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte Leistung einer Leistungssteuereinheit (PCU = power control unit) 11 zugeführt. Die PCU 11 umfaßt einen Wechselrichter, einen Gleichstromumrichter und dergleichen, angeordnet zwischen der Brennstoffzelle 10 und einem Antriebsmotor 12. Zudem ist ein Stromsensor 13 zur Feststellung eines Stroms während der Leistungserzeugung an der Brennstoffzelle 10 angebracht.
Das Rohrleitungssystem 2 für das Oxidationsgas besitzt einen Luftversorgungskanal 21, der das durch einen Befeuchter 20 befeuchtete Oxidationsgas (Luft) der Brennstoffzelle 10 zuführt, einen Luftauslaßkanal 22, der ein von der Brennstoffzelle 10 ausgegebenes Oxidationsabgas dem Befeuchter 20 zuführt, und einen das Oxidationsabgas vom Befeuchter 20 nach außen abführenden Auslaßkanal 23. Der Luftversorgungskanal 21 ist mit einem Kompressor 24 versehen, der das Oxidationsgas der Atmosphäre entnimmt und unter Druck dem Befeuchter 20 zuführt.
Das Rohrleitungssystem 3 für Wasserstoffgas schließt einen Wasserstofftank 30 als eine Brennstoffversorgungsquelle ein, in dem das Wasserstoffgas unter hohem Druck (beispielsweise 70MPa) aufgenommen wird, einen Brennstoffversorgungskanal 31 zur Zufuhr von Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank zur Brennstoffzelle 10 und einen Kreislaufkanal 32, der ein von der Brennstoffzelle 10 abgegebenes Wasserstoffabgas dem Wasserstoffversorgungskanal 31 zuführt. Das Rohrleitungssystem 3 für Wasserstoffgas ist eine Ausführungsform eines Brennstoffversorgungssystems bei der vorliegenden Erfindung.
Es ist anzumerken, daß anstatt des Wasserstofftanks 30 ein Reformer verwendet werden kann, der ein wasserstoffreiches Spaltgas (reformed gas) aus einem Brennstoff auf der Basis von Wasserstoffcarbid erzeugt, und es kann ein Hochdruckgastank als Brennstoffversorgungsquelle verwendet werden, der das von diesem Reformer erzeugte Spaltgas in einem Hochdruckzustand aufnimmt. Außerdem kann als Brennstoffversorgungsquelle eine Wasserstoff einschließende Legierung verwendet werden.
Der Wasserstoffversorgungskanal 31 ist mit einem Absperrventil 33 versehen, das die Zufuhr von Wasserstoffgas vom Wasserstofftank 30 zuläßt oder sperrt, einem Regler 34, der den Druck des Wasserstoffgases einstellt, und einem Injektor (in Abhängigkeit vom Gasdruck veränderliche Versorgungsvorrichtung) 35. Außerdem sind auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors ein primärseitiger Drucksensor 41 und ein Temperaturfühler 42 zur Ermittlung von Druck bzw. Temperatur des Wasserstoffgases im Wasserstoffversorgungskanal 31 vorgesehen. Zudem ist im Wasserstoffversorgungskanal 31 ein sekundärseitiger Drucksensor 43 zur Ermittlung des Drucks des Wasserstoffgases auf der stromab gelegenen Seite des Injektors und auf der stromauf gelegenen Seite eines Verbindungsteils zwischen dem Wasserstoffversorgungskanal 31 und dem Kreislaufkanal 32 vorgesehen.
Der Regler 34 ist eine Vorrichtung, die den Druck (den Primärdruck) auf der stromauf gelegenen Seite des Reglers auf einen vorgegebenen Sekundärdruck einstellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Regler 34 ein den Primärdruck reduzierendes, mechanisches Druckminderventil verwendet. Als Konstruktion des mechanischen Druckminderventils kann eine bekannte Konstruktion verwendet werden, die ein Gehäuse besitzt, in dem eine Rückdruckkammer und eine Druckeinstellkammer von einander durch eine Membran getrennt sind, und die durch den Rückdruck in der Rückdruckkammer den Primärdruck auf einen vorgegebenen Druck als Sekundärdruck in der Druckeinstellkammer reduziert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 1 gezeigt, zwei Regler 34 auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors 35 vorgesehen, wodurch der Druck auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors wirksam reduziert werden kann. Dadurch kann der gestalterische Freiheitsgrad der mechanischen Struktur (ein Ventilkörper, ein Gehäuse, ein Kanal, eine Antriebsvorrichtung und dergleichen) des Injektors 35 erhöht werden.
Außerdem kann verhindert werden, daß der Ventilkörper des Injektors 35 sich aufgrund der Zunahme des Differentialdrucks zwischen dem Druck auf der stromauf gelegenen Seite und dem Druck auf der stromab gelegenen Seite des Injektors 35 nicht leicht bewegt. Dadurch kann die Einstellbreite des veränderlichen Drucks auf der stromab gelegenen Seite des Injektors 35 vergrößert und das Absinken der Ansprechgenauigkeit verhindert werden.
Der Injektor 35 ist ein zum Öffnen und Schließen geeignetes, elektromagnetisch zu betätigendes Ventil, in dem ein Ventilkörper direkt durch eine elektromagnetische Betätigungskraft in einer vorgegebenen Periode betätigt wird, um sich von einem Ventilsitz abzuheben, wodurch ein Gasdurchfluß oder ein Gasdruck eingestellt werden kann. Der Injektor 35 umfaßt den Ventilsitz, der eine Düsenöffnung aufweist, die ein Brenngas, wie Wasserstoff, ausstößt, einen Düsenkörper, der das Brenngas zuführt und gegen die Düsenöffnung leitet, und den Ventilkörper, der so aufgenommen und gehalten wird, daß er gegenüber dem Düsenkörper in axialer Richtung (einer Strömungsrichtung des Gases) beweglich ist und die Düsenöffnung öffnet und schließt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Ventilkörper des Injektors 35 durch ein Solenoid als elektromagnetischer Betätigungsvorrichtung betätigt und ein pulsartiger, dem Solenoid zuzuführender Erregerstrom kann an- und abgeschaltet werden, um den Öffnungsbereich der Düsenöffnung in zwei Stufen, kontinuierlich (stufenlos) oder linear zu schalten. Die Injektionszeit (Dauer der Gasinjektion) und der Zeitpunkt der Gasinjektion des Injektors 35 werden durch ein von der Steuereinheit 4 ausgegebenes Steuersignal gesteuert, um den Durchfluß und den Druck des Wasserstoffgases präzise zu steuern.
Der Injektor 35 betätigt direkt das Ventil (den Ventilkörper und den Ventilsitz), damit es sich durch die elektromagnetische Betätigungskraft öffnet oder schließt, und die Betätigungsperiode des Ventils kann in einen hoch ansprechenden Bereich gesteuert werden, so daß der Injektor eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufweist.
Im Injektor 35 wird, um das Gas der stromab gelegenen Seite des Injektors mit einem geforderten Durchfluß zuzuführen, der Öffnungsbereich (der Öffnungsgrad) oder die Öffnungszeit des Ventilkörpers oder werden beide verändert, um den Durchfluß (oder die Wasserstoffmolarität) des der stromab gelegenen Seite (der Seite der Brennstoffzelle 10) zuzuführenden Gases einzustellen.
Es ist anzumerken, daß der Ventilkörper des Injektors 35 geöffnet oder geschlossen wird um den Gasdurchfluß einzustellen, und der Druck des der stromab vom Injektor 35 gelegenen Seite zuzuführenden Gases wird auf einen Druck reduziert, der kleiner ist der Gasdruck auf der stromauf vom Injektor 35 gelegenen Seite, so daß der Injektor 35 als Druckeinstellventil (ein Druckminderventil, ein Regler) interpretiert werden kann. Überdies kann bei der gegenwärtigen Ausführungsform der Injektor als ein veränderbares Druckeinstellventil interpretiert werden, das befähigt ist, den Betrag des Gasdrucks auf der Seite stromauf vom Injektor 35 einzustellen (zu reduzieren), so daß der Druck mit einem geforderten Druck in einem vorgegebenen Druckbereich in Übereinstimmung mit einer Gasanforderung zusammenfällt.
Es ist anzumerken, daß bei der gegenwärtigen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, der Injektor 35 auf der stromauf von einem Verbindungsteil AI zwischen dem Wasserstoffversorgungskanal 31und dem Kreislaufkanal 32 gelegenen Seite angeordnet ist. Außerdem ist in einem Falle, in dem eine Mehrzahl von Wasserstofftanks als Brennstoffversorgungsquelle eingesetzt ist, wie in unterbrochenen Linien in 1 gezeigt ist, der Injektor 35 auf der stromab von einem Abschnitt (einem Wasserstoffgas einleitenden Teil A2) angeordnet, wo die Wasserstoffgase aus den jeweiligen Wasserstofftanks 30 sich vereinigen.
Der Kreislaufkanal 32 ist über eine Gas-Flüssigkeits-Scheidevorrichtung 36 und ein Gas-Flüssigkeits-Auslaßventil 37 mit einem Auslaßkanal 38 verbunden. Die Gas-Flüssigkeits-Scheidevorrichtung 36 sammelt einen Wasserinhalt aus dem Wasserstoffabgas. Das Gas-Flüssigkeits-Auslaßventil 37 wird durch einen Befehl aus der Steuereinheit 4 betätigt, um den durch die Gas-Flüssigkeits-Scheidevorrichtung 36 angesammelten Wasserinhalt und das Wasserstoffabgas einschließlich Verunreinigungen im Zirkulationskanal 32 aus dem System abzuführen (zu entleeren).
Außerdem ist der Kreislaufkanal 32 mit einer Wasserstoffpumpe 39 versehen, die das Wasserstoffabgas in den Kreislaufkanal 32 drückt, um das Gas in Richtung auf den Wasserstoffversorgungskanal 31 zu fördern. Es ist anzumerken, daß das Gas im Auslaßkanal 38 durch einen Verdünner 40 verdünnt wird, um sich mit dem Gas im Auslaßkanal 23 zu vereinigen.
Die Steuereinheit 4 stellt das Ausmaß der Betätigung einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Vorrichtung zur Durchführung einer Beschleunigung (Fahrpedal oder dergleichen) fest und empfängt eine Steuerinformation, wie einen geforderten Beschleunigungswert (beispielsweise dem von einer Lastvorrichtung, wie einem Antriebsmotor 12, geforderten Betrag der Leistungserzeugung), um die Aktionen der verschiedenen Einheiten im System zu steuern.
Es ist anzumerken, daß mit Ausnahme des Antriebsmotors 12 die Lastvorrichtung eine generische Lastverbrauchsvorrichtung ist, wie etwa eine für de3n Betrieb der Brennstoffzelle erforderliche Hilfsvorrichtung (z.B. ein Motor für den Kompressor 24, die Wasserstoffpumpe 39, eine Kühlmittelpumpe oder dergleichen), ein Stellgerät für den Gebrauch mit jeder Art von Vorrichtung (ein Wechselgetriebe; eine Radsteuereinheit; eine Lenkvorrichtung, eine Federungseinrichtung oder dergleichen) die dem Betrieb des Fahrzeugs dient, eine Klimaanlage für den Insassenbereich, eine Beleuchtung oder eine Audioeinheit.
Die Steuereinheit 4 wird von einem (nicht gezeigten) Computersystem gebildet. Ein solches Computersystem schließt eine CPU, ein ROM, ein RAM eine HDD, eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle, ein Display und dergleichen ein und die CPU liest jede Art von im ROM gespeichertem Steuerprogramm aus und führt es aus, um jede Art von Steueraktion zu realisieren.
Insbesondere stellt, wie im Ablaufdiagramm der 2 gezeigt, die Steuereinheit 4 den Leistungserzeugungsstrom (nachfolgend als Brennstoffzellenstrom bezeichnet) der Brennstoffzelle 10 mittels des Stromsensors 13 fest (Schritt S1) und die Steuereinheit erhält ausgehend von dem beim Schritt S1 festgestellten Brennstoffzellenstrom einen Einlaßzieldruck der Brennstoffzelle durch Anwendung beispielsweise einer in 3 gezeigten Kennlinie, d.h. einer Kennlinie, die die Beziehung zwischen dem beim Schritt S1 festgestellten Brennstoffzellenstrom und dem Zieldruck auf der Einlaßseite der Brennstoffzelle 10 (nachfolgend als Einlaßzieldruck der Brennstoffzelle bezeichnet) zeigt, der der in Bezug auf die Brennstoffzelle 10 geforderten Ausgangsleistung entspricht (Schritt S3).
Danach erhält die Steuereinheit 4 zunächst die Grundinjektionszeit des Injektors 35 ausgehend von dem beim Schritt S1 festgestellten Brennstoffzellenstrom durch Anwendung beispielsweise einer in 4 gezeigten Kennlinie, die die Beziehung zwischen dem Brennstoffzellenstrom und der Grundinjektionszeit des Injektors 35 darstellt. Danach wird diese auf dem Brennstoffzellenstrom basierende Grundinjektionszeit zur Korrektur (zum Lernen) durch einen vorgegebenen Korrekturkoeffizienten K multipliziert und der so erhaltene Wert wird rückdefiniert als die Grundinjektionszeit zum Erhalten eines Aufwärtsschaltterms für die Injektionszeit (injection time feedforward term) (nachfolgend als F/F-Term bezeichnet), das abschließend erhalten werden soll (Schritt S5).
Wie in 5 gezeigt, wird dieser Korrekturkoeffizient K dadurch eingestellt, daß eine Durchflußcharakteristik pro Einheit der Betätigungszeit (per unit drive time) des Injektors 35 erhalten wird aus einer Beziehung zwischen einer Gesamtbetätigungszeit Tinj und einer Gesamtinjektionsmenge Q des Injektors 35 bis ein Eingangsdruck der Brennstoffzelle auf der Anodenseite der Brennstoffzelle 10 einen vorgegebenen Zieldruck erreicht durch Erhöhung des Eingangsdrucks der Brennstoffzelle auf den Zieldruck beim Systemstart (Druckerzeugung während des Starts). Der Korrekturkoeffizient wird bei jedem Systemstart aktualisiert.
Insbesondere wird zunächst die Gesamtinjektionsmenge Q (der erste Wert) erhalten aus einer Druckanstiegsbreite ΔP (der Gaszufuhränderung um einen vorgegebenen Wert oder mehr) während der Druckbeaufschlagung unter Anwendung beispielsweise der in 6 gezeigten Kennlinie, d.h. eine Kennlinie, die eine Beziehung zeigt zwischen der Druckanstiegsbreite ΔP vom Beginn der Druckbeaufschlagung während des Starts bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Zieldruck erreicht ist, und der Gesamtinjektionsmenge Q des Injektors 35. Danach wird diese erhaltene Gesamtinjektionsmenge Q durch die Gesamtbetätigungszeit Tinj (der zweite Wert) des Injektors 35 geteilt, um eine Durchflußcharakteristik Cinj (= die Gesamtinjektionsmenge Q/die Gesamtbetätigungszeit Tinj) des Injektors zu erhalten.
Als nächstes wird ein dem Injektor 35 inhärentes Verhältnis der Durchflußcharakteristik erhalten unter Verwendung dieser Durchflußcharakteristik Cinj und einer Grunddurchflußcharakteristik Cinj base, die während des Versands des Brennstoffzellensystems 1 oder dergleichen initialisiert wird. Dann wird durch Anwendung dieses Verhältnisses der Durchflußcharakteristik als Korrekturkoeffizient K (= die Durchflußcharakteristik Cinj/die Grunddurchflußcharakteristik Cinj base) in einem Falle, in dem der F/F-Term erhalten wird, der F/F-Term (der Korrekturkoeffizient K x die Grundinjektionszeit basierend auf dem Brennstoffzellenstrom) erhalten.
Sodann erhält die Steuereinheit 4 eine Differenz (nachfolgend als die Differenz des Brennstoffzelleneingangsdrucks bezeichnet) zwischen dem beim Schritt S3 der 2 erhaltenen Brennstoffzelleneingangszieldruck und dem aktuellen Druck auf der Eingangsseite der Brennstoffzelle 10 (nachfolgend als Brennstoffzelleneingangsdruck bezeichnet), der durch den sekundärseitigen Drucksensor 43 festgestellt wird (Schritt S7), und die Steuereinheit erhält den Rückmeldeterm (nachfolgend als F/B-Term bezeichnet) der Injektorinjektionszeit als einen Korrekturwert für die Korrektur (Absenkung) dieser Differenz des Brennstoffzelleneingangsdrucks (Schritt S9).
Danach berechnet die Steuereinheit 4 eine falsche Injektionszeit Tv des Injektors 35 basierend auf dem Gaszustand (Druck und Temperatur des Wasserstoffgases) auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors 35 und einer angelegten Spannung (Schritt S11). Die falsche Injektionszeit Tv ist eine Zeit, die erforderlich ist zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Injektor 35 das Steuersignal von der Steuereinheit 4 empfängt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Injektion aktuell gestartet wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die falsche Injektionszeit Tv bei jeder Berechnungsperiode der Steuereinheit 4 durch Anwendung einer speziellen Tafel berechnet und aktualisiert, die eine Beziehung des Drucks und der Temperatur des Wasserstoffgases auf der stromauf vom Injektor 35 gelegenen Seite, der angelegten Spannung und der falschen Injektionszeit Tv darstellt.
Danach addiert die Steuereinheit 4 den beim Schritt S9 erhaltenen F/B-Term und die beim Schritt S11 erhaltene falsche Injektionszeit Tv zur beim Schritt S3 erhaltenen Injektionszeit (Injektionsmenge) des Injektors 35 (Schritt S13).
Dann gibt die Steuereinheit 4 ein Steuersignal zur Realisierung einer solchen Injektionszeit an den Injektor 35 aus, um die Injektionszeit und der Injektionszeitpunkt des Injektors 35 zu steuern, wodurch der Durchfluß und der Druck des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden Wasserstoffgases eingestellt wird.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dem Brennstoffzellensystem 10 nach der vorliegenden Ausführungsform zum Erhalten der Injektionszeit des Injektors 35 der F/F-Term als die Grundinjektionszeit durch den F/B-Term und die falsche Injektionszeit Tv korrigiert. Deshalb kann im Vergleich mit einem Falle, in dem die Injektionszeit nur aus dem F/F-Term erhalten wird, der Durchfluß und der Druck des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden Wasserstoffgases präzise mit einem zufriedenstellenden Ansprechverhalten korrigiert werden.
Zusätzlich wird beim F/F-Term der vorliegenden Ausführungsform die auf dem Brennstoffzellenstrom basierende Grundinjektionszeit nicht benutzt, wie es beim F/F-Term der Fall ist. Diese auf dem Brennstoffzellenstrom basierende Grundinjektionszeit wird unter Benutzung des aus der Beziehung zwischen der Gesamtbetätigungszeit Tinj und der Gesamtinjektionsmenge Q des Injektors 35 zu einer Zeit, zu der der Brennstoffzelleneingangsdruck den vorgegebenen Zieldruck erreicht, erhaltenen Korrekturkoeffizienten K (die Durchflußcharakteristik pro Betätigungszeit je Einheit des Injektors 35) korrigiert und zu jeder Zeit während des Systemstarts aktualisiert, und diese korrigierte Zeit wird als F/F-Term benutzt.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform wird bei jedem Systemstart der Korrekturkoeffizient K des F/F-Terms erhalten, um die sich aus der Alterung und den individuellen Unterschieden des Injektors 35 ergebende Durchflußcharakteristik zu lernen, und das Lernergebnis wird durch den F/F-Term wiedergegeben. Deshalb kann der Durchfluß und der Druck des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden Wasserstoffgases mit einem zufriedenstellenden Ansprechverhalten präzise gesteuert werden, während der Einfluß der Schwankungen durch Alterung und individuelle Unterschiede des Injektors 35 unterdrückt wird.
Überdies werden bei der vorliegenden Ausführungsform in einem Zustand, in dem von der Brennstoffzelle 10 kein Wasserstoff verbraucht wird, mit anderen Worten, beim Systemstart mit geringen Störungen, die sich aus der Alterung und den individuellen Unterschieden des Injektors 35 ergebenden Durchflußcharakteristika gelernt, so daß ein Lernen mit hoher Präzision realisiert werden kann.
Die 7 zeigt ein Beispiel des Vergleichsergebnisses der Folgefähigkeit des aktuellen Brennstoffzelleneingangsdrucks in Bezug auf den Zieldruck des Brennstoffzelleneingangsdrucks. Eine durchgehende Linie zeigt den Zieldruck des Brennstoffzelleneingangsdrucks, eine unterbrochene Linie zeigt ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die auf dem Brennstoffzellenstrom basierende Grundinjektionszeit durch den Korrekturkoeffizienten K multipliziert ist, um den F/F-Term zu erhalten, und eine strichpunktierte Linie ein Vergleichsbeispiel zeigt, bei dem die auf dem Brennstoffzellenstrom basierende Grundinjektionszeit, wie sie ist, als F/F-Term benutzt wird. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist die Folgefähigkeit des Brennstoffzelleneingangsstroms in Bezug auf den Zieldruck beim vorliegenden Beispiel im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel in bemerkenswerter Weise hervorragend.
Es ist zu bemerken, daß der Korrekturkoeffizient in Übereinstimmung mit dem Primärdruck (dem Druck auf der stromauf gelegenen Seite) des Injektors 35 durch den Drucksensor 41 auf der Primärseite korrigiert werden kann. Beispielsweise verkürzt sich in einem Falle, in dem der Primärdruck des Injektors 35 relativ hoch ist, verglichen mit einem Falle, in dem der Primärdruck relativ niedrig ist, die Gesamtbetätigungszeit Tinj sogar mit der gleichen Gesamtinjektionsmenge Q, so daß die scheinbare Durchflußcharakteristik Cinj (= die Gesamtinjektionsmenge Q/die Gesamtbetätigungszeit Tinj) größer wird als die effektive Durchflußcharakteristik. Deshalb wird der Korrekturkoeffizient K derart korrigiert, daß, wenn der Primärdruck des Injektors 35 hoch ist, der Korrekturkoeffizient abnimmt.
Überdies kann der Korrekturkoeffizient K in Übereinstimmung mit der durch den Temperatursensor 42 festgestellten primärseitigen Gastemperatur des Injektors 35 korrigiert werden. Beispielsweise nimmt in einem Falle, in dem im Vergleich mit dem Falle, daß die Temperatur relativ niedrig ist, die primärseitige Gastemperatur des Injektors 35 relativ hoch ist, der als ein Volumenfluß ausgedrückte Massenfluß des Wasserstoffgases selbst mit der gleichen Gesamtinjektionsmenge Q ab, so daß die scheinbare Durchflußcharakteristik Cinj (= die Gesamtinjektionsmenge Q/die Gesamtbetätigungszeit Tinj) größer wird als die effektive Durchflußcharakteristik.
Um das Problem zu lösen, wird der Korrekturkoeffizient K derart korrigiert, daß der Korrekturkoeffizient abnimmt, wenn die primärseitige Gastemperatur des Injektors 35 hoch ist. Es ist anzumerken, daß statt der primärseitigen Gastemperatur des Injektors 35 der Korrekturkoeffizient K durch Anwendung der Temperatur der Brennstoffzelle 10, der Temperatur eines Kühlmittels für die Kühlung der Brennstoffzelle 10 oder dergleichen korrigiert werden kann.
Zusätzlich kann bei dem den obigen, im Wasserstoffversorgungskanal 31 angeordneten Injektor 35 einschließenden Brennstoffzellensystem 1 der Durchfluß des Wasserstoffgases unter Anwendung der Injektionszeit des Injektors 35 gemessen werden. In einem solchen Falle wird, wenn es beispielsweise eine Schwankung aufgrund von Alterung und individueller Unterschiede bei der falschen Injektionszeit Tv des Injektors 35 durch diese Fluktuation gibt, die Präzision der Injektionszeit des Injektors 35 durch diese Schwankung beeinflußt und die Präzision der Durchflußmessung sinkt.
Deshalb wird zur präzisen Messung des Durchflusses des Wasserstoffgases im Injektor 35 die falsche Injektionszeit Tv des Injektors 35 vorzugsweise bei jedem Systemstart in Übereinstimmung mit der aktuellen Situation des Injektors 35 aktualisiert (gelernt), so daß der Einfluß der Schwankung aufgrund der Alterung und individueller Unterschiede des Injektors 35 unterdrückt wird. Ein Lernbeispiel der falschen Injektionszeit Tv wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird, wie in den 8 und 9 gezeigt, am Injektor 35 Druck unter zwei voneinander unterschiedlichen Betätigungsbedingungen aufgebaut, das heißt, zweimal (der Druckaufbau während des Starts) zu Betätigungszeiten (Versorgungszeiten) Ta, Tb (unter der Voraussetzung Ta ≠ Tb) durch Injektion (eine (=1) Versorgungszeit), so daß der Brennstoffzelleneingangsdruck auf der Anodenseite der Brennstoffzelle 10 während des Systemstarts eine vorgegebene Druckanstiegsbreite ΔP besitzt, um während der Druckaufbaus zu jeder Zeit die Anzahl der Injektionszeiten Na, Nb (die Anzahl der Brenngasversorgungszeiten) zu erhalten.
Zu dieser Zeit gibt es, wie beispielsweise durch die obige Kennlinie in 6 gezeigt, eine eindeutige Beziehung zwischen der Druckanstiegsbreite ΔP und der Gesamtinjektionsmenge Q, so daß, wenn die Druckanstiegsbreite ΔP gleich ist, auch die Gesamtinjektionsmenge Q gleich ist. Das bedeutet, daß eine Gesamtinjektionsmenge Q1 des Injektors 35 bei der ersten Druckaufbauzeit gleich einer Gesamtinjektionsmenge Q2 des Injektors bei der zweiten Druckaufbauzeit ist, woraus das Ergebnis erhalten wird Gesamtinjektionsmenge Q1 = Gesamtinjektionsmenge Q2.
Überdies gilt für die Gesamtinjektionsmengen Q1, Q2 während der Druckaufbauzeit zu jeder Zeit, die Gesamtinjektionsmenge Q1 = Anzahl Na der Injektionszeiten x (die Betätigungszeit Ta - die falsche Injektionszeit Tv) und die Gesamtinjektionsmenge Q2 = Anzahl Nb der Injektionszeiten x (die Betätigungszeit Tb- die falsche Injektionszeit Tv).
Deshalb gilt, die Gesamtinjektionsmenge Q1 = Anzahl Na der Injektionszeiten • (die Betätigungszeit Ta - die falsche Injektionszeit Tv) = die Gesamtinjektionsmenge Q2 = Anzahl Nb der Injektionszeiten • (die Betätigungszeit Tb - die falsche Injektionszeit Tv). Wenn diese Gleichung so umgeformt wird, daß man die falsche Injektionszeit Tv (die falsche Versorgungszeit) erhält, ergibt sich die falsche Injektionszeit Tv = (Anzahl Nb der Injektionszeiten • die Betätigungszeit Tb - die Anzahl Na der Injektionszeiten • die Betätigungszeit Ta)/(die Anzahl Nb der Injektionszeiten - die Anzahl Na der Injektionszeiten).
Die Steuereinheit 4 addiert die wie oben beschrieben während des Systemstarts erhaltene falsche Injektionszeit Tv zu dem beim Schritt S3 in 2 erhaltenen F/F-Term des Injektors 35 und dem beim Schritt S9 erhaltenen F/B-Term, um die Injektionszeit des Injektors 35 zu erhalten. Die Steuereinheit gibt das Steuersignal zur Realisierung einer solchen Injektionszeit an den Injektor 35 aus, um die Injektionszeit und den Injektionszeitpunkt des Injektors 35 zu steuern.
Wie oben beschrieben, wird beim Brennstoffzellensystem 1 der vorliegenden Ausführungsform als die falsche Injektionszeit Tv des Injektors 35 die falsche Injektionszeit Tv benutzt, die aus den Injektionszeitanzahlen Na, Nb zu einer Zeit erhalten wird, zu der am Injektor 35 zu den beiden unterschiedlichen Betätigungszeiten Ta, Tb (Ta ≠ Tb) pro Injektionszeit Druck aufgebaut wird, so daß der Brennstoffzelleneingangsdruck auf der Anodenseite der Brennstoffzelle 10 während des Systemstarts die vorgegebene Druckanstiegsbreite ΔP aufweist.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform wird die falsche Injektionszeit Tv bei jedem Systemstart aktualisiert, um die Schwankung der falschen Injektionszeit Tv aufgrund der Alterung und der individuellen Unterschiede des Injektors 35 zu lernen, und das Lernergebnis wird in der Injektionszeit des Injektors 35 reflektiert. Deshalb kann der Durchfluß und der Druck des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden Wasserstoffgases mit zufriedenstellendem Ansprechverhalten präzise gesteuert werden, während der Einfluß der auf die Alterung und die individuellen Unterschiede des Injektors 35 zurückgehenden Schwankungen unterdrückt wird.
Deshalb wird selbst während der Messung des Durchflusses im Wasserstoffversorgungskanal 31 unter Verwendung des Injektors 35 der Einfluß der auf die Alterung und die individuellen Unterschiede des Injektors 35 zurückgehenden Schwankungen unterdrückt, so daß der Durchfluß des Wasserstoffgases aus dem Injektor 35 mit zufriedenstellendem Ansprechverhalten präzise gesteuert werden kann.
Überdies wird bei der vorliegenden Ausführungsform in einem Zustand, in welchem irgendwelches Wasserstoffgas nicht von der Brennstoffzelle 10 verbraucht wird, mit anderen Worten, während des Systemstarts mit nur einer geringen Störung, das Lernen der falschen Injektionszeit Tv entsprechend der Alterung und individuellen Unterschieden des Injektors 35 durchgeführt, so daß ein in hohem Maße präziser Lernvorgang realisiert wird.
Es ist anzumerken, daß bei der obigen Ausführungsform die Druckanstiegsbreite ΔP bei der ersten Druckaufbauzeit auf eine Druckanstiegsbreite eingestellt wird, die der der zweiten Druckaufbauzeit gleicht, jedoch muß sie nicht notwendigerweise auf die gleiche Druckanstiegsbreite eingesellt werden.
Überdies wird bei der obigen Ausführungsform das Beispiel beschrieben, bei welchem das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem bei einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut ist, jedoch kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem bei jedem anderen Typ eines mobilen Körpers als einem Brennstoffzellenfahrzeug (einem Roboter, einem Schiff, einem Flugzeug oder dergleichen) eingebaut werden. Des weiteren kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem bei einem stationären Leistungserzeugungssystem für Bauwerke (eine Behausung, ein Gebäude oder dergleichen) angewandt werden.

Claims

Brennstoffzellensystem (1) umfassend eine Brennstoffzelle (10), ein Brennstoffversorgungssystem, (2, 3) das der Brennstoffzelle (10) Brenngas zuführt, einen Injektor (35), der den Gaszustand dieses Brennstoffversorgungssystems (2, 3) auf einer stromauf gelegenen Seite zur Zufuhr des Gases zu einer stromab gelegenen Seite einstellt, und eine Steuervorrichtung (4) zur Betätigung und Steuerung des Injektors (35) entsprechend dem Betriebszustand der Brennstoffzelle (10). wobei das System weiter umfasst: eine Lernvorrichtung (4) zum Lernen der Betätigungscharakteristika des Injektors (35), um die Betätigungsparameter des Injektors (35) basierend auf dem Lernergebnis einzustellen, wobei die Lernvorrichtung (4) derart gestaltet ist, daß sie die Betätigungscharakteristika durch Verwendung wenigstens eines ersten Wertes, auf Basis einer Gasversorgungsänderung in dem Injektor (35) um einen vorgegebenen Wert oder mehr, und eines zweiten Wertes, auf Basis eines Befehlswertes, der die Injektionszeit des Injektors (35) steuert, lernt, und wobei die Injektionszeit des Injektors (35) eine Grundinjektionszeit einschließt, die vom Leistungserzeugungsstrom der Brennstoffzelle (10) als Aufschaltungsterm (feedforward term) erhalten wird und welche um einen bei jedem Systemstart aktualisierten Korrekturkoeffizienten korrigiert wird.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, bei welchem die Lernvorrichtung (4) die zu lernenden Betätigungscharakteristika des Injektors (35) gemäß dem stromauf herrschenden Druck des Injektors (35) korrigiert.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem die Lernvorrichtung (4) die Betätigungscharakteristika des Injektors (35) gemäß der Temperatur des Brenngases korrigiert.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Injektor (35) einen inneren Kanal umfaßt, der die stromauf gelegene Seite des Injektors (35) mit dessen stromab gelegener Seite verbindet, einen beweglich in dem inneren Kanal angeordneten und zur Änderung des Öffnungszustands des inneren Kanals entsprechend seiner Bewegungsposition gestalteten Ventilkörper, sowie einen Betätigungsabschnitt für den Ventilkörper, der den Ventilkörper durch eine elektromagnetische Antriebskraft betätigt.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Änderung der Gasversorgung der Anstieg des Drucks auf der stromab gelegenen Seite des Injektors (35) ist.
Brennstoffzellensystem (1) umfassend eine Brennstoffzelle (10), ein Brennstoffversorgungssystem (2, 3), das der Brennstoffzelle (10) Brenngas zuführt, eine zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung, die den Gaszustand dieses Brennstoffversorgungssystems (2, 3) auf einer stromauf gelegenen Seite zur Zufuhr des Gases zu einer stromab gelegenen Seite einstellt, und eine Steuervorrichtung (4) zur Betätigung und Steuerung der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung entsprechend dem Betriebszustand der Brennstoffzelle (10), wobei das System weiter eine Lernvorrichtung (4) zum Lernen der Betätigungscharakteristika der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung umfaßt, um die Betätigungsparameter der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung basierend auf dem Lernergebnis einzustellen, wobei die Lernvorrichtung (4) derart gestaltet ist, daß sie die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung unter voneinander verschiedenen Betätigungsbedingungen, nämlich unter voneinander unterschiedlichen Druckanstiegen auf der stromab gelegenen Seite der zur Veränderung des Gaszustandes geeigneten Versorgungsvorrichtung und/oder unter voneinander unterschiedlichen Versorgungszeiten des einmal durch die zur Veränderung des Gaszustandes geeigneten Versorgungsvorrichtung zuzuführenden Brenngases, betätigt und die falsche Versorgungszeit der zur Veränderung des Gaszustands geeigneten Versorgungsvorrichtung von der Anzahl der Brenngasversorgungszeiten bei diesen Betätigungsbedingungen lernt.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, bei welchem die falsche Versorgungszeit eine Zeit ist, die von einem Zeitpunkt, zu dem die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung ein Betätigungssteuersignal von der Steuervorrichtung (4) empfängt, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung tatsächlich die Gasversorgung beginnt, in Anspruch genommen wird.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei welchem die voneinander verschiedenen Betätigungsbedingungen entweder wenigstens die Anstiegsbreite des Drucks auf der stromab gelegenen Seite der zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung oder wenigstens die Versorgungszeit des einmal durch die zur Veränderung des Gaszustands geeignete Versorgungsvorrichtung zuzuführenden Brenngases oder beide sind.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Lernvorrichtung (4) das Lernen beim Start der Brennstoffzelle (10) durchführt.