DE112007001423T5 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellensystem mit:
einem Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist, wobei der Adsorber ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
einer Messeinrichtung zum Messen einer Luftmenge, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat;
einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist, bevor die Luft in den Adsorber eintritt;
einer Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und
einer Ausgabesteuereinrichtung zum Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem.
  • Hintergrundtechnik
  • Um eine Verunreinigungs- bzw. Fremdstoffkomponente, die für eine Brennstoffzelle schädlich ist, wie etwa eine Schwefelverbindung (zum Beispiel SO2 oder H2S) oder ein Stickstoffoxid (NOx), aus Luft zu entfernen, die als ein Oxidations- bzw. Sauerstoffträgergas an eine Luftelektrode der Brennstoffzellen zugeführt wird, wird ein chemisches Filter eingesetzt, das in einem Zufuhrweg des Oxidationsgases an die Brennstoffzelle platziert ist. Das chemische Filter umfasst Aktivkohle oder dergleichen, und es adsorbiert die Verunreinigungskomponente an dem chemischen Filter, um die Verunreinigungskomponente zu entfernen.
  • Zur Bestimmung einer Lebensdauer des chemischen Filters wird zum Beispiel eine Filterlebensdauer-Bestimmungssystem für die Brennstoffzelle eingesetzt, das umfasst: Erhalten einer Menge einer adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit, die an dem chemischen Filter adsorbiert wird, basierend auf Informationen eines selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs unter einer Laufbedingung, die eine Standardverunreinigungskonzentration in einer Laufsituation des selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs und eine Durchschnittsgeschwindigkeit des selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs umfassen; Integrieren der erhaltenen Menge der adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit über eine Laufzeit, um eine Gesamtmenge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung zu erhalten; Bestimmen, ob die Gesamtmenge der adsorbierten Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet oder nicht; und Beurteilen, dass sich das chemische Filter am Ende seiner Lebensdauer befindet, wenn die Gesamtmenge der adsorbierten Verunreinigung den vorbestimmten Wert überschreitet (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
    • Patentdokument 1: JP 2004-152669 A
    • Patentdokument 2: JP 2003-132928 A
    • Patentdokument 3: JP 11-226341 A
  • Offenbarung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösendes Problem
  • Die Technologie von Patentdokument 1 weist das folgende Problem auf. Bei der Technologie von Patentdokument 1 wird eine Durchschnittsgeschwindigkeit V1 des selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs pro Zeiteinheit erhalten. Aus einer Korrelationsgleichung zwischen der Durchschnittsgeschwindigkeit V1 und einer Konzentration, wird ein Geschwindigkeitskoeffizient V2 erhalten. Eine Standardstickstoffoxidkonzentration N1 wird mit dem Geschwindigkeitskoeffizienten V2 multipliziert, um eine Menge eines adsorbierten Stickstoffoxids ΔX1 pro Zeiteinheit zu erhalten. Der Geschwindigkeitskoeffizient V2 ist so definiert, dass er mit steigender Durchschnittsgeschwindigkeit V1 abnimmt.
  • In einer realen Fahrzeuglaufbedingung wird jedoch eine Last auf dem Fahrzeug (der Brennstoffzelle) mitunter trotz einer niedrigen Geschwindigkeit größer, wie etwa in dem Fall, dass das Fahrzeug bergauf fährt. Da in diesem Fall auch eine an die Brennstoffzelle zuzuführende Luftmenge (eine Ansaugluftmenge eines Luftkompressors zum Zuführen der Luft an die Brennstoffzelle) zunimmt, wird geglaubt, dass auch eine Menge der Verunreinigung in der Ansaugluft zunimmt. Auf diese Weise wird die Ansaugluftmenge durch die Laufgeschwindigkeit nicht eindeutig bestimmt. Daher besteht eine Möglichkeit darin, dass zwischen einer berechneten Adsorptionsmenge und einer tatsächlichen Adsorptionsmenge ein großer Fehler erzeugt werden kann.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technologie bereitzustellen, die die Schätzung der Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung mit einer guten Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Technologien ermöglicht.
  • Mittel zu Lösung des Problems
  • Die vorliegende Erfindung wendet die folgende Konfiguration an, um das vorstehend genannte Problem zu lösen.
  • Im Speziellen stellt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem bereit, das umfasst:
    einen Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist, wobei dderas Adsorber ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
    eine Messeinrichtung zum Messen einer Luftmenge, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat;
    eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist, wenn die Luft in den Adsorber eintritt;
    eine Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und
    eine Ausgabesteuereinrichtung zum Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert bzw. Summenwert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Adsorptionsmengenschätzvorrichtung für ein chemisches Filter in einem Brennstoffzellensystem bereit, die umfasst:
    eine Einrichtung zum Erlangen einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und das chemische Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
    eine Einrichtung zum Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist, wenn die Luft an den Adsorber eintritt; und
    eine Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der in dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters.
  • Ferner wird die vorliegende Erfindung als ein Programm realisiert, das einen Computer dazu veranlasst, die folgenden Schritte auszuführen:
    Messen einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
    Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist, wenn die Luft in den Adsorber eintritt;
    Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und
    Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert bzw. Summenwert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Adsorptionsmenge aus der Luftmenge, die den Adsorber durchlaufen hat, der Verunreinigungskonzentration in der Luft vor Eintritt in den Adsorber und der Adsorptionseffizienz des chemischen Filters erhalten. Daher können die Adsorptionsmenge und deren kumulativer Wert mit guter Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Technologien geschätzt werden.
  • Hierbei bezeichnet die Adsorptionseffizienz des chemischen Filters ein Verhältnis der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung zu der den Adsorber pro Mengeneinheit passierenden Verunreinigung.
  • Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem bereit, das umfasst:
    einen Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist, wobei der Adsorber ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
    eine Messeinrichtung zum Messen einer Luftmenge, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat;
    eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist;
    eine Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und
    eine Ausgabesteuereinrichtung zum Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert bzw. Summenwert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Adsorptionsmengenschätzvorrichtung für ein chemisches Filter in einem Brennstoffzellensystem bereit, die umfasst:
    eine Einrichtung zum Erlangen einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und das chemische Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
    eine Einrichtung zum Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist; und
    eine Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters, wobei die Adsorptionseffizienz in einer Speichereinrichtung gespeichert wird.
  • Ferner wird die vorliegende Erfindung als ein Programm realisiert, das einen Computer dazu veranlasst, die folgenden Schritte auszuführen:
    Messen einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
    Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist;
    Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und
    Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert bzw. Summenwert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • Die vorliegende Erfindung wird als die Erfindung eines Adsorptionsmengenschätzverfahrens mit ähnlichen Merkmalen wie denjenigen des Brennstoffzellensystems und der Adsorptionsmengenschätzvorrichtung, die vorstehend beschrieben sind, realisiert. Außerdem wird die vorliegende Erfindung auch als ein Aufzeichnungsmedium realisiert, das die vorstehend genannten Programme aufzeichnet.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Technologie bereitgestellt werden, die die Schätzung der Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung mit guter Genauigkeit im Vergleich zur herkömmlichen Technologien ermöglicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt eine erläuternde Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für ein chemisches Filter durch eine ECU veranschaulicht.
  • 3 zeigt eine erläuternde Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines Brennstoffzellensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für ein chemisches Filter durch die ECU veranschaulicht.
  • Best Art zur Ausführung der Erfindung
  • Nachstehend werden hierin unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konfiguration der Ausführungsbeispiele ist nur beispielhaft angegeben, und daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfiguration der Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • 1 ist eine Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem ist in einem mobilen Objekt (zum Beispiel einem Fahrzeug) installiert. Als eine gemäß 1 gezeigte Brennstoffzelle 1 wird eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) angenommen. Die Brennstoffzelle 1 umfasst einen Zellstapel, der durch Stapelung einer Vielzahl von Zellen gebildet ist (wogegen gemäß 1 ein Aufbau einer einzelnen Zelle in der Brennstoffzelle 1 schematisch veranschaulicht ist).
  • Jede der Vielzahl von Zellen umfasst eine Polymer-Elektrolyt-Membran 2, eine Brennstoffelektrode (Anode) 3 und Luftelektrode (Oxidationsmittelelektrode; Kathode) 4, welche die Polymer-Elektrolyt-Membran 2 von beiden Seiten dieser aus in die Mitte nehmen, sowie ein brennstoffelektrodenseitiges Trennelement 5 und ein luftelektrodenseitiges Trennelement 6, welche die Brennstoffelektrode 3 und die Luftelektrode 4 in die Mitte nehmen.
  • Die Brennstoffelektrode 3 umfasst eine Diffusionsschicht und eine katalytische Schicht. Ein Wasserstoff enthaltender Brennstoff (Brenngas), wie etwa Wasserstoff- bzw. Knallgas oder ein wasserstoffreiches Gas, wird von einem Brennstoffzufuhrsystem an die Brennstoffelektrode 3 zugeführt. Das an die Brennstoffelektrode 3 zugeführte Brenngas wird in der Diffusionsschicht diffundiert, damit es die katalytische Schicht erreicht. In der katalytischen Schicht wird der in dem Brenngas enthaltene Wasserstoff in Protonen (Wasserstoffionen) und Elektronen getrennt. Die Wasserstoffionen durchlaufen die Polymer-Elektrolyt-Membran 2, um sich zu der Luftelektrode 4 hin zu bewegen, wogegen die Elektronen einen (nicht gezeigten) äußeren Stromkreis durchlaufen, um sich zu der Luftelektrode 4 hin zu bewegen.
  • Andererseits umfasst die Luftelektrode 4 eine Diffusionsschicht und eine katalytische Schicht. Als ein Oxidations- bzw. Sauerstoffträgergas dienende Luft wird von einem Oxidationsmittelzufuhrsystem an die Luftelektrode 4 zugeführt. Die an die Luftelektrode 4 zugeführte Luft wird in der Diffusionsschicht diffundiert, damit sie die katalytische Schicht erreicht. In der katalytischen Schicht wird durch eine Reaktion zwischen der Luft, den Wasserstoffionen, die zum Erreichen der Luftelektrode 4 die Polymer-Elektrolyt-Membran 2 durchlaufen haben, und den Elektronen, die zum Erreichen der Luftelektrode 4 den äußeren Stromkreis durchlaufen haben, Wasser erzeugt.
  • Die Elektronen, die auf die Reaktionen in der Brennstoffelektrode 3 und der Luftelektrode 4 hin, wie sie vorstehend beschrieben sind, den äußeren Stromkreis durchlaufen, werden als elektrische Energie für eine Last verwendet, die zwischen beiden Anschlüssen der Brennstoffzelle 1 angeschlossen ist.
  • Gemäß 1 ist ein Oxidationsgas-Strömungsweg durch die Luftelektrode 4 der Brennstoffzelle 1 veranschaulicht. Der Oxidationsgas-Strömungsweg wird gebildet durch die Luftelektrode 4 der Brennstoffzelle 1, ein Oxidationsmittelzufuhrsystem (einen Luftzufuhrweg), das auf der stromaufwärts liegenden Seite der Luftelektrode 4 bereitgestellt ist, und ein Oxidationsmittelableitsystem, das auf der stromabwärts liegenden Seite der Luftelektrode 4 bereitgestellt ist.
  • Gemäß 1 umfasst das Oxidationsmittelzufuhrsystem (der Luftzufuhrweg) ein Staubfilter 12, durch das durch ein Luftansaugrohr 11 aufgenommene Außenluft (Luft) verläuft, und ein chemisches Filter 13, das auf der stromabwärts liegenden Seite des Staubfilters 12 platziert ist. Ein Einlass des Luftansaugrohrs 11 ist so platziert, dass er in Richtung einer an dem Fahrzeug bereitgestellten Außenluftansaugöffnung offen ist. Ferner ist an dem Luftansaugrohr 11 ein Konzentrationssensor 18 bereitgestellt. Der Konzentrationssensor 18 erfasst eine Konzentration eines speziellen Typs von Verunreinigung bzw. Fremdstoff, die/der in der Luft enthalten ist, die in einen Gehäusebehälter 13A (Adsorber) eingeführt wird. In das Luftansaugrohr 11 wird Luft aufgenommen, die eine Gas-(gasförmige), Flüssigkeits- bzw. flüssige oder Festkörper- bzw. feste (körnige oder pulvrige) Verunreinigungs- bzw. Fremdstoffkomponente (Schwefelverbindung (zum Beispiel SO2 oder H2S), Stickstoffoxid (NOx) oder dergleichen) enthält.
  • Das Staubfilter 12 entfernt eine körnige Substanz in der Luft. Das chemische Filter 13 umfasst Aktivkohle oder dergleichen und adsorbiert die Verunreinigungskomponente (Schwefelverbindung (zum Beispiel SO2 oder H2S), Stickstoffoxid (NOx) oder dergleichen), die in der Luft enthalten ist, an sich selbst, um die Verunreinigungskomponente zu entfernen.
  • Das Staubfilter 12 und das chemische Filter 13 sind als eine einzelne Einheit ausgebildet, die die beiden umfasst. Bei einem gemäß 1 veranschaulichten Beispiel ist die Konfiguration wie folgt. Das Staubfilter 12 und das chemische Filter 13 sind innerhalb des Gehäusebehälters 13A beherbergt bzw. untergebracht, an dem das Luftansaugrohr 11 und eine Rohrleitung 14 angeschlossen sind, so dass sie miteinander in Verbindung stehen. Nachdem die Luft, die von dem Luftansaugrohr 11 in den Gehäusebehälter 13A eingeführt wird, das Staubfilter 12 durchläuft, durchläuft die Luft das chemische Filter 13, um dann in die Rohrleitung 14 eingespeist zu werden. Der Gehäusebehälter 13A fundiert als ein Adsorber, der das chemische Filter darin beherbergt bzw. unterbringt.
  • In dem Gehäusebehälter 13A können das Staubfilter 12 und das chemische Filter 13 so platziert sein, dass sie miteinander in Kontakt stehen, oder so platziert sein, dass sie voneinander entfernt beabstandet sind. Das Staubfilter 12 und das chemische Filter 13 können in unterschiedlichen Gehäusebehältern bereitgestellt sein. In diesem Fall können die beiden Gehäusebehälter so konfiguriert sein, dass sie integral ausgebildet sind, um die Innenräume der jeweiligen Gehäusebehälter miteinander in Verbindung zu bringen, oder um die Innenräume der jeweiligen Gehäusebehälter über einen Innenraum einer Rohrleitung miteinander in Verbindung zu bringen. Das chemische Filter 13 in dem Gehäusebehälter kann so platziert sein, dass es ermöglicht, dass die in den Behälter eingeführte Luft durch dieses verläuft, oder so platziert sein, dass es ermöglicht, dass die Luft den Behälter durchläuft, während die Luft in Kontakt mit dem chemischen Filter 13 steht.
  • Die Luft, die das chemische Filter 13 durchlaufen hat, wird durch die Rohrleitung 14 in einen Luftmengenmesser 15 gesaugt, der mit der Rohrleitung 14 verbunden ist. Ein Drucksensor 16 zum Erfassen eines Drucks (Luftdrucks) in der Rohrleitung 14 und ein Temperatursensor 17 zum Erfassen einer Temperatur (Lufttemperatur) in der Rohrleitung 14 sind an der Rohrleitung 14 bereitgestellt.
  • Der Luftmengenmesser 15 misst eine Ansaugluftmenge (eine sich selbst durchlaufende Luftmenge). Die Luft, die den Luftmengenmesser 15 durchlaufen hat, wird in eine Luftpumpe (einen Luftkompressor) 20 eingeführt, die über eine Rohrleitung 19 verbunden ist. Die Luftpumpe 20 wird durch Antrieb eines Motors 21 betrieben, um die Luft auf die Seite der Brennstoffzelle 1 einzuspeisen. Die Luftpumpe 20 ist über eine Rohrleitung 22 mit einem Zwischenkühler 23 verbunden. Die von der Luftpumpe 20 eingespeiste Luft durchläuft die Rohrleitung 22, um in den Zwischenkühler 23 eingeführt zu werden. Ein Temperatursensor 24 zum Erfassen einer Temperatur (Lufttemperatur) in der Rohrleitung 22 ist an der Rohrleitung 22 bereitgestellt.
  • Der Zwischenkühler 23 kühlt die in diesen selbst eingeführte Luft, um die gekühlte Luft an eine Rohrleitung 25 abzuleiten. Die Rohrleitung 25 ist mit einem Oxidationsgaseinlass der Brennstoffzelle 1 verbunden. Ein Temperatursensor 26 zum Erfassen einer Temperatur (Temperatur der von dem Zwischenkühler 23 abgeleiteten Luft) in der Rohrleitung 25 ist an der Rohrleitung 25 bereitgestellt. Die in den Oxidationsgaseinlass eingeführte Luft wird durch einen Strömungsweg, der an einem luftelektrodenseitigen Trennelement 6 bereitgestellt ist, an die Luftelektrode 4 diffundiert. Die Luft, die die Luftelektrode 4 durchlaufen hat, wird von einem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle 1 nach außen abgeleitet.
  • Gemäß 1 ist das Oxidationsmittelableitsystem wie folgt konfiguriert. Eine Rohrleitung 27 ist mit dem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle 1 verbunden. Die Rohrleitung 27 ist mit einer Regel- bzw. Stellvorrichtung (einem Gegendruck- bzw. Rückschlagregelventil) 28 verbunden. Ein Drucksensor 29 zum Erfassen eines Drucks in der Rohrleitung 27 ist an der Rohrleitung 27 bereitgestellt. Durch Änderung einer Öffnung des Ventils reguliert die Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 einen Gegendruck der Luftpumpe 20. Ein Dämpfer 31 ist über eine Rohrleitung 30 mit der Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 verbunden. Die Luft, die den Dämpfer 31 durchlaufen hat, wird in die Außenluft abgeleitet.
  • Das Brennstoffzellensystem umfasst eine elektronische Steuereinheit (ECU: Computer) 32 als ein Steuersystem (eine Steuereinrichtung) zur Steuerung des Oxidationsmittelzufuhrsystems und des Oxidationsmittelableitsystems, die vorstehend beschrieben sind. Die ECU 32 umfasst einen Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher (Speichervorrichtung: Speichermedium), der ein durch den Prozessor ausgeführtes Programm und für die Ausführung des Programms verwendete Daten speichert, eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (I/O) mit einem Sensor oder dergleichen, und dergleichen.
  • Die ECU 32 empfängt Ausgabesignale von dem Luftmengenmesser 15, dem Druckmesser 16, dem Temperatursensor 17, dem Konzentrationssensor 18, dem Temperatursensor 24, dem Temperatursensor 26 und dem Drucksensor 29. Durch die Ausführung des in dem Speicher gespeicherten Programms durch die CPU steuert die ECU 32 einen Betrieb der Luftpumpe 20, eine Luftkühlkapazität des Zwischenkühlers 23 und die Öffnung der Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 basierend auf den Ausgabesignalen von dem Luftmengenmesser 15 und den jeweiligen Sensoren. Ferner verwendet die ECU 32 die Ausgabesignale von dem Luftmengenmesser 15 und dem Konzentrationssensor 18, um eine Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für das chemische Filter 13 durchzuführen.
  • Die ECU 32 verwendet die Ausgabesignale von dem Luftmengenmesser 15 und die Sensorausgabesignale von dem Drucksensor 16 und dem Temperatursensor 17, um eine an die Brennstoffzelle zugeführte Oxidationsgas-(Luft-)Menge zu messen. Im Speziellen speist der Luftmengenmesser 15 ein elektrisches Signal gemäß der Ansaugluftmenge als ein Ausgabesignal an die ECU 32 ein. Das zu dieser Zeit eingespeiste elektrische Signal bezeichnet die Luftmenge unter Atmosphärendruck und Temperaturbedingungen als/wie vordefinierte Standards. Andererseits hängt eine Dichte der Luft von dem Druck und der Temperatur ab. Daher korrigiert die ECU 32 die von dem Luftmengenmesser 15 erhaltene Luftmenge mit einem Druck und einer Temperatur, die von dem Drucksensor 16 und dem Temperatursensor 17 empfangen werden. Auf diese Weise misst die ECU 32 eine präzise Luftmenge. Die gemessene Luftmenge wird zum Beispiel zur Steuerung der Luftmenge verwendet, die von der Luftpumpe 20 an die Brennstoffzelle 1 zugeführt wird.
  • Außerdem verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Temperatursensor 24 (Temperatur in der Rohrleitung 22), um den Betrieb der Luftpumpe 20 zu steuern. Im Speziellen verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Temperatursensor 24, um eine Temperatur der von der Luftpumpe 20 abgeleiteten (ausgestoßenen) Luft zu überwachen. Wenn die Temperatur der abgeleiteten Luft gleich oder größer einem vorbestimmten Wert ist, bedeutet dies, dass der Luftpumpe 20 eine übermäßige Last auferlegt ist. Falls ein solcher Zustand andauert, besteht die Möglichkeit, dass die Luftpumpe 20 kaputt gehen kann. Wenn die Temperatur zu einem vorbestimmten Wert oder höher wird, speist die ECU 32 daher ein Steuersignal an den Motor 21 ein, um die Drehzahl der Luftpumpe 20 zu reduzieren oder den Betrieb der Luftpumpe 20 anzuhalten.
  • Außerdem verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Temperatursensor 26 (Temperatur in der Rohrleitung 25), um die Kühlkapazität des Zwischenkühlers 23 zu steuern. Die Brennstoffzelle 1 weist eine vorbestimmte Temperatur auf, die für eine Energieerzeugung geeignet ist. Wenn die Brennstoffzelle 1 durch die an die Brennstoffzelle 1 zugeführte Luft über das notwendige Maß hinweg erwärmt wird, besteht die Möglichkeit, dass eine angemessene Energieerzeugung der Brennstoffzelle 1 verhindert werden kann. Wenn die Temperatur der von dem Zwischenkühler 23 abgeleiteten Luft zum Beispiel einen vorbestimmten Wert überschreitet, speist die ECU 32 ein Steuersignal an den Zwischenkühler 23 ein, um die Kühlkapazität des Zwischenkühlers 23 zu steigern, um die Luft mit einer vorbestimmten Temperatur oder weniger an die Brennstoffzelle 1 zuzuführen. Wenn der Zwischenkühler 23 zur Luftkühlung dient, wird zum Beispiel die Drehzahl eines an dem Zwischenkühler 23 bereitgestellten Gebläses bzw. Lüfterrads durch das Steuersignal erhöht, wodurch ein Durchsatz der Kühlluft durch das Gebläse bzw. Lüfterrad erhöht wird, um eine Wärmestrahlung der (des) durch den Zwischenkühler 23 strömenden Luft (Oxidationsgases) zu fördern.
  • Ferner verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Drucksensor 29 (Druck in der Rohrleitung 27), um die Öffnung (den Gegendruck) der Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 zu steuern. Zum Beispiel überwacht die ECU 32 den Druck in der Rohrleitung 27, der von dem Drucksensor 29 empfangen wird, und speist sie das Steuersignal an die Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 ein, um deren Öffnung zu vergrößern, wenn der Druck (Gegendruck) einen vorbestimmten Wert (einen oberen Grenzwert) überschreitet, wodurch der Gegendruck vermindert wird. Alternativ speist die ECU 32 das Steuersignal an die Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 ein, um deren Öffnung zu verkleinern, wenn der Druck kleiner als ein vorbestimmter Wert (ein unterer Grenzwert) wird, wodurch der Gegendruck erhöht wird. Die ECU 32 führt die Gegendrucksteuerung wie vorstehend beschrieben gemäß der durch die Brennstoffzelle 1 erzeugten Energiemenge durch, um zu ermöglichen, dass ein angemessener bzw. zweckdienlicher Betrieb durchgeführt wird.
  • Als nächstes wird die Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für das chemische Filter 13 in dem Brennstoffzellensystem beschrieben. Basierend auf der Luftmenge (Menge von Luft, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat), die aus den Ausgabesignalen von dem Luftmengenmesser 15, dem Drucksensor 16 und dem Temperatursensor 17 erhalten wird, einer Konzentration eines speziellen Typs von Verunreinigung (die als eine Verunreinigung X bezeichnet wird) in der Luft des Luftansaugrohrs 11 (Konzentration der Verunreinigung in der Luft, die in den Adsorber eintritt, pro Zeiteinheit), die durch den Konzentrationssensor 18 erhalten wird, und einer Einfangeffizienz (Adsorptionseffizienz) des chemischen Filters 13 schätzt (berechnet) die ECU 23 eine Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung X pro Zeiteinheit, erhält sie ferner einen kumulativen bzw. aufgelaufenen Wert der Adsorptionsmenge, und bestimmt sie, dass sich das chemische Filter 13 am Ende seiner Lebensdauer (in einer Ersetzungs- bzw. Erneuerungszeit) befindet, um eine Ausgabesteuerung eines Alarms (der einem "Signal" bei der vorliegenden Erfindung entspricht) durchzuführen, wenn der kumulative bzw. aufgelaufene Wert einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für das chemische Filter 13 veranschaulicht, die durch die Ausführung des Programms in der ECU 32 realisiert wird. Die gemäß 2 veranschaulichte Verarbeitung kann zum Beispiel auf das Einschalten eines Betriebs der Luftpumpe 20 hin gestartet werden. Als eine Voraussetzung bei der nachstehend beschriebenen Verarbeitung werden die Luftmenge, der Druck, die Temperatur und die Konzentration basierend auf den Ausgabesignalen von dem Luftmengenmesser 15 und den jeweiligen Sensoren 16, 17 und 18 als Luftmengendaten, Druckdaten, Temperaturdaten und Konzentrationsdaten je nach Bedarf in dem Speicher aufgezeichnet (angesammelt). In nachstehend beschriebenen Schritten liest die ECU 32 notwendige Daten aus dem Speicher, um Q1, T1, P1 und G1, die nachstehend beschrieben sind, in zeitlicher Synchronisation zu berechnen. Im Speziellen gibt es eine Zeitverzögerung zwischen der Messung und der Aufzeichnung der Luftmenge, der Temperatur, des Drucks und der Konzentration gegenüber der in den folgenden Schritten beschriebenen Berechnung.
  • Wenn die Verarbeitung gestartet wird, lädt die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Luftmengenmesser 15 (Luftmengenmessersignal: Luftmengendaten), um eine Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit Q1 zu erhalten (Schritt S1). Die Ansaugluftmenge Q1 wird in einem Arbeitsbereich des in der ECU 32 umfassten Speichers gespeichert.
  • Als nächstes lädt die ECU 32 das Ausgabesignal des Temperatursensors 17 (Lufttemperatursignal: Temperaturdaten), um eine Temperatur T1 der Luft der in Schritt S1 erhaltenen Ansaugluftmenge Q1 zu erhalten (Schritt S2). Die Lufttemperatur T1 wird in dem Arbeitsbereich des in der ECU 32 umfassten Speichers gespeichert.
  • Als nächstes lädt die ECU 32 das Ausgabesignal des Drucksensors 16 (Luftdrucksignal: Druckdaten), um einen Luftdruck P1 zu erhalten, der einem Druck der Luft der in Schritt 1 erhaltenen Ansaugluftmenge Q1 entspricht (Schritt S3). Der Luftdruck 21 wird in dem Arbeitsbereich des in der ECU 32 umfassten Speichers gespeichert.
  • Als nächstes lädt die ECU 32 das Ausgabesignal des Konzentrationssensors 18 (Konzentrationssignal: Konzentrationsdaten), um eine Konzentration G1 der in der Luft enthaltenen Verunreinigung X zu erhalten, wenn die Luft der in Schritt S1 erhaltenen Ansaugluftmenge Q1 in den Gehäusebehälter 13A (Adsorber) eingeführt wird (Schritt S4). Die Konzentration G1 wird in dem Arbeitsbereich des in der ECU 32 umfassten Speichers gespeichert.
  • Als nächstes führt die ECU 32 eine Luftdurchsatzkorrekturberechnung durch (Schritt S5). Im Speziellen berechnet die ECU 32 eine Ansaugluftmenge (einen Luftdurchsatz) Q2, die durch Korrektur der in dem Arbeitsbereich gespeicherten Ansaugluftmenge Q1 mit der Lufttemperatur T1 und dem Luftdruck P1, die in dem Arbeitsbereich gespeichert werden, erhalten wird, und speichert sie die berechnete Ansaugluftmenge in dem Arbeitsbereich.
  • Als nächstes führt die ECU 32 eine Berechnung für eine eingeführte bzw. eingebrachte Verunreinigungsmenge durch (Schritt S6). Im Speziellen multipliziert die ECU 32 die Ansaugluftmenge Q2 und die Konzentration G1, die in dem Arbeitsbereich gespeichert werden, um eine Menge der Verunreinigung X zu berechnen, die in der Luft der Ansaugluftmenge Q2 enthalten ist, das heißt die Menge der Verunreinigung X, die in den als der Adsorber dienenden Gehäusebehälter 13A eingeführt wird, und speichert sie die berechnete eingeführte Verunreinigungsmenge in dem Arbeitsbereich.
  • Als nächstes führt die ECU 32 eine Berechnung für eine eingeführte bzw. eingebrachte kumulative Verunreinigungsmenge durch (Schritt S7). Im Speziellen liest die ECU 32 einen Wert einer eingeführten kumulativen Verunreinigungsmenge G3, der in dem in der ECU 32 umfassten nichtflüchtigen Speicher (Speichereinrichtung) gespeichert wird, addiert sie die in dem Arbeitsbereich gespeicherte eingeführte Verunreinigungsmenge G2 zu dem Wert von G3, um eine neue eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge G3 zu berechnen, und speichert sie die neue eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge G3 in dem nichtflüchtigen Speicher (überschreibt sie den Wert von G3), während sie die neue eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge in dem Arbeitsbereich speichert.
  • Eine Konfiguration ist derart, dass Null als der Wert der eingeführten kumulativen Verunreinigungsmenge G3, die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird, eingestellt wird, wenn ein unbenutztes chemisches Filter 13 neu eingesetzt wird. Jedes Mal, wenn die Verarbeitung in Schritt S7 durchgeführt wird, wird die eingeführte Verunreinigungsmenge G2 zu dem Wert von G3 addiert. Wie vorstehend beschrieben, bezeichnet die eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge G3 einen kumulativen bzw. aufgelaufenen Wert (eine kumulative bzw. aufgelaufene Menge) der Menge der in den Gehäusebehälter 13A eingeführten bzw. eingebrachten Verunreinigung X, während das chemische Filter 13 verwendet wird.
  • Als nächstes führt die ECU 32 eine Berechnung für eine eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge durch (Schritt S8). Hier wird die Einfangeffizienz (Adsorptionseffizienz) durch das chemische Filter 13 für die Verunreinigung X, das heißt eine Rate bzw. ein Grad der durch das chemische Filter 13 adsorbierten (eingefangenen) Verunreinigung X, wenn eine bestimmte Menge der Verunreinigung X den Gehäusebehälter 13A durchläuft, im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen erhalten. Ein Wert k der Einfangeffizienz wird in dem in der Verunreinigungs-ECU 32 umfassten nichtflüchtigen Speicher (Speichereinrichtung) vorab gespeichert. Die ECU 32 liest die Einfangeffizienz k aus dem nichtflüchtigen Speicher und verwendet die Einfangeffizienz als einen Koeffizienten, um die eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge G3 damit zu multiplizieren, wodurch eine eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 (Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung X) für die eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge G3 berechnet und die berechnete eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge in dem Arbeitsbereich gespeichert wird.
  • Als nächstes führt die ECU 32 eine Filterlebensdauerbestimmung durch (Schritt S9). Im Speziellen beurteilt die ECU 32, ob die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4, die in dem Arbeitsbereich gespeichert wird, gleich oder kleiner einem vorbestimmten Wert (Bestimmungswert G0) ist, der in dem nichtflüchtigen Speicher vorab gespeichert wird. Der Bestimmungswert G0 bezeichnet eine eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge, die die Bestimmung ermöglicht, dass sich das chemische Filter 13 am Ende der Lebensdauer befindet, was durch das Experiment oder dergleichen definiert wird.
  • Wenn die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 gleich oder kleiner dem vorbestimmten Wert G0 ist (S9: JA), schreitet die Verarbeitung zu Schritt S11 voran. Wenn die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 andererseits den Bestimmungswert G0 überschreitet (S9: NEIN), führt die ECU 32 eine Alarmausgabeverarbeitung durch (Schritt S10).
  • Wie es gemäß 1 veranschaulicht ist, ist zum Beispiel eine Warnlampe 33 mit der ECU 32 verbunden. Wenn die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 gleich oder kleiner dem Bestimmungswert G0 ist, befindet sich die Warnlampe 33 in einem ausgelöschten Zustand. In Schritt S10 speist die ECU 32 ein Beleuchtungssignal an die Warnlampe 33 ein, um die Warnlampe 33 zu beleuchten. Auf diese Weise veranlasst die ECU 32, dass ein Alarm ausgegeben wird, um zu ermöglichen, dass ein Benutzer des Brennstoffzellensystems (Fahrzeugbenutzer) über das Ende der Lebensdauer (die Ersetzungs- bzw. Erneuerungszeit) des chemischen Filters 13 informiert wird.
  • Einmal beleuchtet, behält die Warnlampe 33 ihren beleuchteten Zustand bei (mit Ausnahme eines Ausschaltzustands), bis zum Beispiel eine spezielle Bedienung wie etwa eine Auslöschschalterbedienung durch den Benutzer durchgeführt wird. Wenn Schritt S10 beendet ist, wird die Verarbeitung zur Rückkehr zu Schritt S1 veranlasst.
  • Wenn die Verarbeitung andererseits zu Schritt S11 voranschreitet, beurteilt die ECU 32, ob die Luftpumpe 20 AUS ist oder nicht. Wenn die Luftpumpe AN ist (S11: NEIN), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S1 zurück. Wenn die Luftpumpe AUS ist (S11: JA), wird die Lebensdauerbestimmungsverarbeitung beendet.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel fungiert die ECU 32 als Messeinrichtung zum Messen der Luftmenge Q2, die den Gehäusebehälter 13A (Adsorber) pro Zeiteinheit durchlaufen hat (Einrichtung zum Erhalten der Luftmenge Q2). Außerdem fungiert die ECU 32 als Erlangungs- bzw. Beschaffungseinrichtung zum Erlangen bzw. Beschaffen der Konzentration G1 der Verunreinigung X in der Luft, wenn die Luft der Luftmenge Q2, die durch den als Bestimmungseinrichtung dienenden Konzentrationssensor 18 erfasst wird, in den Gehäusebehälter 13A (Adsorber) eingeführt wird. Ferner fungiert die ECU 32 als Schätzeinrichtung zum Schätzen der Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung X pro Zeiteinheit aus der Luftmenge Q2, der Konzentration G1 und der Einfangeffizienz k. Ferner fungiert die ECU 32 als Ausgabesteuereinrichtung zum Erhalten des kumulativen bzw. aufgelaufenen Werts (der kumulativen bzw. aufgelaufenen Menge) der Menge der Verunreinigung X und zum Veranlassen, dass ein Alarm an die Warnlampe 33 ausgegeben wird, wenn die kumulative bzw. aufgelaufene Menge den vorbestimmten Wert (Bestimmungswert G0) überschreitet. Wie vorstehend beschrieben, fungiert die ECU 32 als eine Adsorptionsmengenschätzvorrichtung zum Schätzen der Adsorptionsmenge an dem chemischen Filter.
  • Als Folge hiervon kann eine hochgenaue Adsorptionsmenge geschätzt werden, um die angemessene Bestimmung der Lebensdauer des chemischen Filters 13 durchzuführen.
  • Bei der gemäß 2 veranschaulichten Verarbeitung ist die Reihenfolge von Schritten S1, S2, S3 und S4 beliebig. Außerdem ist der Konzentrationssensor 18 für jeden Typ der Verunreinigung eingerichtet, für den die kumulative Menge zu berechnen ist. Falls jedoch ein einzelner Konzentrationssensor für eine Vielzahl von Typen von Verunreinigungen verwendet werden kann, ist eine Konfiguration derart, dass die Konzentrationen der Vielzahl von Typen von Verunreinigungen durch den einzelnen Konzentrationssensor erfasst werden können. Die gemäß 2 veranschaulichte Verarbeitung kann so gestaltet sein, dass sie für jeden Typ von Verunreinigung parallel ausgeführt wird.
  • Außerdem kann eine Anzeigevorrichtung anstelle der Warnlampe 33 eingerichtet sein, um auf der Anzeigevorrichtung anzuzeigen, dass sich das chemische Filter am Ende der Lebensdauer (in der Ersetzungs- bzw. Erneuerungszeit) befindet. Anstelle von oder zusätzlich zu der Warnlampe 33 und der Anzeigevorrichtung kann die ECU 32 eine Audioausgabeeinrichtung wie etwa einen Warnsummer dazu veranlassen, einen Ton (Alarmton) auszugeben.
  • Alternativ kann anstelle der Konfiguration zum Ersetzen bzw. Erneuern des chemischen Filters 13 gemäß dessen Lebensdauer eine Heizeinrichtung wie etwa ein Heizer rund um das chemische Filter 13 bereitgestellt sein und kann die ECU 32 einen Betrieb der Heizeinrichtung steuern, um eine Erwärmungsregenerationsverarbeitung des chemischen Filters 13 durchzuführen. In diesem Fall regt der Alarm die Erwärmungsregenerationsverarbeitung des chemischen Filters 13 an.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da das zweite Ausführungsbeispiel Punkte umfasst, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden hauptsächlich unterschiedliche Punkte beschrieben.
  • 3 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel des Brennstoffzellensystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das gemäß 3 veranschaulichte Brennstoffzellensystem ist derart konfiguriert, dass ein Konzentrationssensor 18A nicht an dem Luftansaugrohr 11, sondern an der Rohrleitung 14 platziert ist, um die Konzentration der Verunreinigung X in der Luft zu erfassen, die von dem Gehäusebehälter 13A abgeleitet wird (die den Gehäusebehälter durchlaufen hat), um die ECU 32 über die erfasste Konzentration zu informieren. Mit Ausnahme der vorstehend genannten Punkte ist die Konfiguration des Brennstoffzellensystems die gleiche wie diejenige des ersten Ausführungsbeispiels. Wie nachstehend beschrieben, ist jedoch die Lebensdauerbestimmungsverarbeitung durch die ECU 32 verschieden von derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für das chemische Filter 13 durch die ECU 32 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden bei der gemäß 4 veranschaulichten Verarbeitung auch die Luftmenge, der Druck, die Temperatur und die Konzentration basierend auf den Ausgabesignalen von dem Luftmengenmesser 15, dem Drucksensor 16, dem Temperatursensor 17 und dem Konzentrationssensor 18A je nach Bedarf als Daten in dem Speicher angesammelt. Die ECU 32 führt die Verarbeitung in jedem Schritt durch Verwendung der angesammelten Daten aus.
  • Gemäß 4 ist die Verarbeitung zum Messen der Luftmenge Q2 in Schritten S1 bis S3 und S5 gleich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. In Schritt S4A erlangt die ECU 32 jedoch die Konzentration G1 in der Luft der Ansaugluftmenge Q1 basierend auf der Konzentration, die durch den als Erfassungseinrichtung dienenden Konzentrationssensor 18A erfasst wird.
  • Außerdem berechnet die ECU 32 in Schritt S6A die Menge der Verunreinigung X, die den als der Adsorber dienenden Gehäusebehälter 13A durchlaufen hat, als eine durchgehende bzw. passierende Verunreinigungsmenge G2. Eine Berechnungsformel von G2 selbst ist die gleiche wie diejenige des ersten Ausführungsbeispiels. Außerdem wird in Schritt S7A eine durchgehende bzw. passierende kumulative Verunreinigungsmenge G3 auf die folgende Weise berechnet.
  • Im Speziellen liest die ECU 32 einen Wert der durchgehendes kumulativen Verunreinigungsmenge G3, der in dem in der ECU 32 umfassten nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird, addiert sie die in dem Arbeitsbereich gespeicherte durchgehende Verunreinigungsmenge G2 zu dem Wert von G3, um die neue durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge G3 zu berechnen, und speichert sie die neue kumulative durchgehende Verunreinigungsmenge G3 (überschreibt sie den Wert von G3) in dem nichtflüchtigen Speicher, während sie die neue durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge in dem Arbeitsbereich speichert.
  • Eine Konfiguration ist derart, dass Null als der Wert der durchgehenden kumulativen Verunreinigungsmenge G3, die in dem nichtflüchtigen Speicher (Speichereinrichtung) gespeichert wird, eingestellt wird, wenn ein unbenutztes chemisches Filter 13 neu eingesetzt wird. Jedes Mal, wenn die Verarbeitung in Schritt S7 ausgeführt wird, wird die durchgehende Verunreinigungsmenge G2 zu dem Wert G3 addiert. Wie vorstehend beschrieben, bezeichnet die durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge G3 eine kumulative bzw. aufgelaufene Menge der Verunreinigung X, die das chemische Filter 13 durchläuft, während das chemische Filter 13 verwendet wird.
  • In Schritt S8A führt die ECU 32 eine Berechnung der eingefangenen kumulativen Verunreinigungsmenge durch. Hier wird die Einfangeffizienz des chemischen Filters 13 durch das Experiment oder dergleichen im Voraus erhalten. Aus der Einfangeffizienz wird ein Verhältnis (M:N) der Menge der Verunreinigung X (die durch M bezeichnet wird), die an dem chemischen Filter 13 adsorbiert (eingefangen) wird, wenn eine bestimmte Menge der Verunreinigung X den Gehäusebehälter 13A (Adsorber) durchläuft, zu der Menge der Verunreinigung X (die durch N bezeichnet wird), die den Gehäusebehälter 13A durchläuft, ohne eingefangen zu werden, erhalten.
  • In dem in der ECU 32 umfassten nichtflüchtigen Speicher (Speichereinrichtung) wird vorab ein Wert von M gespeichert, wenn ein Wert von N zum Beispiel 1 ist. Die ECU 32 liest den Wert von M aus dem nicht flüchtigen Speicher und multipliziert die durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge G3 mit dem Wert M (führt eine Berechnung für das Verhältnis durch), um die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 (kumulative Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung X) mit Bezug auf die durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge G3 zu berechnen, und um die berechnete eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge in dem Arbeitsbereich zu speichern.
  • Da die Verarbeitung in Schritt S9, S10, und S11 die gleiche ist wie diejenige des ersten Ausführungsbeispiels, wird die Beschreibung davon hier ausgelassen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel fungiert die ECU 32 als die Messeinrichtung zum Messen der Luftmenge Q2, die den Adsorber (Gerätebehälter 13A) pro Zeiteinheit durchlaufen hat, und als Erlangungs- bzw. Beschaffungseinrichtung zum Erlangen bzw. Beschaffen der Konzentration G1 der Verunreinigung X in der Luft der Luftmenge Q2 durch den als die Erfassungseinrichtung dienenden Konzentrationssensor 18A. Ferner fungiert die ECU 32 als Schätzeinrichtung zum Schätzen der Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung X pro Zeiteinheit aus der Luftmenge Q2, der Konzentration G1 und der Einfangeffizienz (dem auf der Einfangeffizienz basierenden Wert M). Ferner fungiert die ECU 32 als Ausgabesteuereinrichtung zum Erhalten des kumulativen bzw. aufgelaufenen Werts (der kumulativen bzw. aufgelaufenen Menge) der Menge der Verunreinigung X und zum Veranlassen der Warnlampe 33, den Alarm (der dem "Signal" bei der vorliegenden Erfindung entspricht) auszugeben, wenn die kumulative Menge den vorbestimmten Wert (Bestimmungswert G0) überschreitet. Wie vorstehend beschrieben, fungiert die ECU 32 als die Adsorptionsmengenschätzvorrichtung zum Schätzen der Adsorptionsmenge an dem chemischen Filter 13.
  • Als Folge hiervon kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, eine hochgenaue Adsorptionsmenge geschätzt werden, um eine angemessene Bestimmung der Lebensdauer des chemischen Filters 13 durchzuführen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es offenkundig, dass unterdrückt werden kann, dass die Verunreinigungskomponente die Erfassungsgenauigkeit des Sensors beeinträchtigt, weil der Konzentrationssensor 18 auf der stromabwärts liegenden Seite des chemischen Filters 13 bereitgestellt ist.
  • Das Brennstoffzellensystem und die Adsorptionsmengenschätzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht nur auf eine in dem Fahrzeug zu installierende Brennstoffzelle anwendbar, sondern auch auf eine stationär bzw. ortsfest zu platzierende Brennstoffzelle. Außerdem ist der Typ der Brennstoffzelle nicht auf den PEFC-Typ beschränkt.
  • Zusammenfassung
  • Ein Brennstoffzellensystem mit einem Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und ein chemisches Filter zum Adsorbieren von in Luft enthaltenen Verunreinigungen aufnimmt; einer Messeinrichtung zum Messen der Luftmenge pro Zeiteinheit, die den Adsorber durchlaufen hat; einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Dichte von in der Luft enthaltenen Verunreinigungen, dessen Volumen durch die Messeinrichtung gemessen wurde, bevor sie in den Adsorber einritt; einer Schätzeinrichtung zum Schätzen der Menge der Verunreinigungen, die pro Zeiteinheit durch das chemische Filter adsorbiert werden, basierend auf der Menge der Luft, der Dichte der Verunreinigungen und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und einer Ausgabesteuereinrichtung zum Veranlassen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein angesammelter Wert der Menge der Verunreinigung ein vorbestimmtes Niveau überschreitet.
    • 1
    Brennstoffzelle
    2
    Polymer-Elektrolyt-Membran
    3
    Brennstoffelektrode
    4
    Luftelektrode
    5
    brennstoffelektrodenseitiges Trennelement
    6
    luftelektrodenseitiges Trennelement
    11
    Luftansaugrohr
    12
    Staubfilter
    13
    chemisches Filter
    14, 19, 22, 25, 27, 30
    Rohrleitung
    15
    Luftmengenmesser
    16, 29
    Drucksensor
    17, 24, 26
    Temperatursensor
    18, 18A
    Konzentrationssensor
    20
    Luftpumpe
    21
    Motor
    23
    Zwischenkühler
    28
    Regel- bzw. Stellvorrichtung
    31
    Dämpfer
    32
    ECU
    33
    Warnlampe
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2004-152669 A [0003]
    • - JP 2003-132928 A [0003]
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Claims (6)

  1. Brennstoffzellensystem mit: einem Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist, wobei der Adsorber ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt; einer Messeinrichtung zum Messen einer Luftmenge, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat; einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist, bevor die Luft in den Adsorber eintritt; einer Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und einer Ausgabesteuereinrichtung zum Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  2. Adsorptionsmengenschätzvorrichtung für ein chemisches Filter in einem Brennstoffzellensystem, mit: einer Einrichtung zum Erlangen einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und das chemische Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt; einer Einrichtung zum Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist, bevor die Luft in den Adsorber eintritt; und einer Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters, wobei die Adsorptionseffizienz in einer Speichereinrichtung gespeichert wird.
  3. Brennstoffzellensystem mit: einem Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist, wobei der Adsorber ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt; einer Messeinrichtung zum Messen einer Luftmenge, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat; einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der in der Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist; einer Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einem Verhältnis, das aus einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters erhalten wird; und einer Ausgabesteuereinrichtung zum Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  4. Adsorptionsmengenschätzvorrichtung für ein chemisches Filter in einem Brennstoffzellensystem, mit: einer Einrichtung zum Erlangen einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und das chemische Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt; einer Einrichtung zum Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist; und einer Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung und einem Verhältnis, das aus einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters erhalten wird, wobei die Adsorptionseffizienz in eine Speichereinrichtung gespeichert wird.
  5. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei die Adsorptionseffizienz des chemischen Filters ein Verhältnis der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung zu der den Adsorber passierenden Verunreinigung pro Einheitsmenge ist.
  6. Adsorptionsmengenschätzvorrichtung für ein chemisches Filter in einem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2 oder 4, wobei die Adsorptionseffizienz des chemischen Filters ein Verhältnis der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung zu der den Adsorber passierenden Verunreinigung pro Einheitsmenge ist.
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