DE112007002344T5

DE112007002344T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112007002344T5
Application number: DE112007002344T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Toyota-shi Maenaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: DE112007002344B4; CN101529634A; WO2008047944A1; JP4893745B2; CN101529634B; US20090280372A1; JPWO2008047944A1; US7947403B2

Abstract

Brennstoffzellensystem mit:
einer Brennstoffzelle, die über eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem oxidierenden Gas eine elektrische Leistung erzeugt;
einem Zuführungsabschnitt für ein oxidierendes Gas zum Zuführen des oxidierenden Gases zu der Brennstoffzelle;
einer Sekundärbatterie, die ein Laden und Entladen einer elektrischen Leistung durchführt;
einem Verteilungsabschnitt für eine elektrische Leistung, der eine elektrische Leistung, die durch die Brennstoffzelle erzeugt wird, einer Zubehörvorrichtung, die für eine Leistungserzeugung durch die Brennstoffzellen erforderlich ist, und der Sekundärbatterie für ein Laden derselben zuführt, oder eine elektrische Leistung, die durch die Sekundärbatterie entladen wird, mindestens entweder der Zubehörvorrichtung oder einer Last zuführt; und
einem Steuerungsabschnitt, der ein Aufwärmungssteuerungsverarbeiten zum Aufwärmen der Sekundärbatterie durch abwechselndes Durchführen eines ersten Verarbeitens und eines zweiten Verarbeitens, das erste Verarbeiten zum Steuern des Verteilungsabschnitts für eine elektrische Leistung, um der Zubehörvorrichtung und der Sekundärbatterie eine elektrische Leistung der Brennstoffzelle zuzuführen, und das zweite Verarbeiten...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem, das sowohl eine Brennstoffzelle, die eine elektrische Leistung über eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem oxidierenden Gas erzeugt, als auch einen Zuführungsabschnitt für ein oxidierendes Gas, eine Sekundärbatterie und einen Verteilungsabschnitt für eine elektrische Leistung aufweist.
HINTERGRUNDTECHNIK
Ein Brennstoffzellensystem weist eine Brennstoffzelle, die über eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas, wie zum Beispiel einem Gas, das Wasserstoff enthält, und einem oxidierenden Gas, wie zum Beispiel Luft, eine elektrische Leistung erzeugt, einen Zuführungsabschnitt für ein oxidierendes Gas (das heißt einen Luftverdichter oder dergleichen) zum Zuführen des oxidierenden Gases zu der Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie, die fähig ist, geladen und entladen zu werden, auf. Wenn ein Brennstoffzellensystem in einer Niedertemperaturumgebung zu starten ist, kann das Leistungserzeugungsverhalten der Brennstoffzelle und eine Ausgangscharakteristik der Sekundärbatterie verschlechtert sein.
In Anbetracht dieser Situation ist das Brennstoffzellensystem, das in der JP 2004-281219 A beschrieben ist, ersonnen, um einen Verteilungsabschnitt für eine Leistung, der eine elektrische Leistung, die durch eine Brennstoffzelle erzeugt wird, Zubehörvorrichtungen, die für die Brennstoffzelle für eine Leistungserzeugung erforderlich sind, und einer Sekundärbatterie zum Laden derselben zuführt, oder der eine elektrische Leistung, die durch die Sekundärbatterie entladen wird, den Zubehörvorrichtungen zuführt, und einen Steuerungsabschnitt aufzuweisen, der ein Aufwärmungssteuerungsverarbei ten zum Aufwärmen der Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie durch abwechselndes Durchführen eines ersten Verarbeitens und eines zweiten Verarbeitens bei einem Sytemhochstarten durchführt. Bei dem ersten Verarbeiten wird der Verteilungsabschnitt für die Leistung gesteuert, um erzeugte Leistung der Brennstoffzelle den Zubehörvorrichtungen und der Sekundärbatterie zuzuführen, und bei dem zweiten Verarbeiten wird der Verteilungsabschnitt für die Leistung gesteuert, um eine erzeugte Leistung der Brennstoffzelle und eine entladene Leistung von der Sekundärbatterie den Zubehörvorrichtungen zuzuführen.
Bei dem in der JP 2004-281219 A beschriebenen Brennstoffzellensystem kann, obwohl es möglich sein kann, die Brennstoffzelle und die Sekundärbatterie durch abwechselndes Durchführen des ersten Verarbeitens und des zweiten Verarbeitens schnell aufzuwärmen, die Möglichkeit, dass eine Überladung und eine Überentladung in der Sekundärbatterie als ein Resultat auftreten kann, nicht verneint werden. Obwohl der Antriebszustand eines Zuführungsabschnitts für ein oxidierendes Gas, der beispielsweise aus einem Luftverdichter oder dergleichen zusammengesetzt ist, gesteuert werden muss, um zu verursachen, dass die Brennstoffzelle Leistung erzeugt, gibt es zu der Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten Möglichkeiten, dass einer Änderung eines Zielwerts der Drehungsfrequenz des Zuführungsabschnitts für ein oxidierendes Gas durch eine Änderung der tatsächlichen Drehungsfrequenz nicht genau gefolgt werden kann. Der Grund dafür besteht darin, dass eine Zeitverzögerung in einer Änderung der tatsächlichen Drehungsfrequenz des Zuführungsabschnitts für das oxidierende Gas hinsichtlich eines Befehlssignals von dem Steuerungsabschnitt betreffend eine Änderung der Drehungsfrequenz des Zuführungsabschnitts für das oxidierende Gas erzeugt wird. Die Änderung wird mit anderen Worten mit einem Fehler bewirkt. Eine Änderung der Drehungsfrequenz des Zuführungsabschnitts für das oxidierende Gas entspricht einer Änderung des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle. Wenn dementsprechend der Leistungserzeugungspegel der Brennstoffzelle gesenkt wird, kann ein Unterschwingen auftreten, was in einer übermäßigen Verringerung des tatsächlichen Leistungserzeugungspegels hinsichtlich des Zielleistungserzeugungswerts resultiert. Wenn andererseits der Leistungserzeugungspegel der Brennstoffzelle erhöht wird, kann ein Überschwingen auftreten, was in einer über mäßigen Erhöhung des tatsächlichen Leistungserzeugungspegels hinsichtlich des Zielleistungserzeugungswerts resultiert.
Wenn ein Unterschwingen des Leistungserzeugungspegels während einer Erhöhung der Leistungsentladung von der Sekundärbatterie zum Kompensieren der Verringerung der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle auftritt, gibt es eine Tendenz, dass eine Überentladung, die eine obere Schwelle einer Leistungsentladung überschreitet, auftritt. Wenn andererseits ein Überschwingen des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle während einer Erhöhung der Leistungsladung der Sekundärbatterie, die durch Aufnehmen einer Zufuhr einer erzeugten Leistung geladen wird, auftritt, gibt es eine Tendenz, dass eine Überladung, die eine obere Schwelle einer Leistungsladung überschreitet, auftritt. Ein solches Auftreten einer Überentladung und einer Überladung der Sekundärbatterie verursacht eine frühe Alterung der Sekundärbatterie und ist daher unerwünscht. Es gibt eine Tendenz, dass eine Überentladung und eine Überladung insbesondere auftreten, wenn die Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu einer oberen Schwelle einer Leistungsentladung entladen wird, und wenn die Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu einer oberen Schwelle einer Leistungsladung geladen wird.
In einer Niedertemperaturumgebung kann sich das Verhalten der Sekundärbatterie nicht nur zu der Zeit eines Systemhochstartens sondern ferner während einer kontinuierlichen Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle verschlechtern. In einem solchen Fall ist es dementsprechend wünschenswert, ähnlich das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten durchzuführen, um die Sekundärbatterie aufzuwärmen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten eines Auftretens einer Überladung und Überentladung einer Sekundärbatterie bei einem Brennstoffzellensystem zu reduzieren, wenn die Sekundärbatterie durch abwechselndes Durchführen des Betriebs eines Zuführens einer erzeugten Leistung von einer Brennstoffzelle zu der Sekundärbatterie und des Betriebs eines Entladens der Sekundärbatterie aufgewärmt wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Brennstoffzelle, die über eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem oxidierenden Gas eine elektrische Leistung erzeugt, einen Zuführungsabschnitt für ein oxidierendes Gas zum Zuführen des oxidierenden Gases zu der Brennstoffzelle, eine Sekundärbatterie, die ein Laden und Entladen einer elektrischen Leistung durchführt, einen Verteilungsabschnitt für eine elektrische Leistung, der eine elektrische Leistung, die durch die Brennstoffzelle erzeugt wird, einer Zubehörvorrichtung, die für eine Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle erforderlich ist, und der Sekundärbatterie zum Laden derselben zuführt, oder eine elektrische Leistung, die durch die Sekundärbatterie entladen wird, mindestens entweder der Zubehörvorrichtung oder einer Last zuführt, und einen Steuerungsabschnitt auf, der ein Aufwärmungssteuerungsverarbeiten zum Aufwärmen der Sekundärbatterie durch abwechselndes Durchführen eines ersten Verarbeitens und eines zweiten Verarbeitens, das erste Verarbeiten zum Steuern des Verteilungsabschnitts für die elektrische Leistung, um die erzeugte Leistung der Brennstoffzelle der Zubehörvorrichtung und der Sekundärbatterie zuzuführen, und das zweite Verarbeiten zum Steuern des Verteilungsabschnitts für die elektrische Leistung, um mindestens eine entladene Leistung von der Sekundärbatterie zu mindestens entweder der Zubehörvorrichtung oder der Last zuzuführen, durchführt. Der Steuerungsabschnitt weist eine Leistungserzeugungsberechnungseinheit, die, wenn das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten durchgeführt wird, einen Leistungserzeugungspegel der Brennstoffzelle basierend auf einem Pegel einer ladbaren/entladbaren Leistung der Sekundärbatterie berechnet, und eine Antriebssteuerungseinheit für den Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas auf, die einen Antriebszustand des Zuführungsabschnitts für das oxidierende Gas basierend auf dem berechneten Wert des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle, der in einem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit angegeben ist, steuert. Die Leistungserzeugungsberechnungseinheit ändert den Betrag des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle zu einer Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten allmählich, wobei der Leistungserzeugungspegel in dem Ausgangsbefehl, der in die Antriebssteuerungseinheit für den Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas eingegeben wird, angegeben ist.
Der Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas ist vorzugsweise ein Luftverdichter, und die Antriebssteuerungseinheit für den Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas steuert basierend auf dem berechneten Wert des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle, der in dem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit angegeben ist, eine Drehungsfrequenz des Luftverdichters.
Bei einem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ändert die Leistungserzeugungsberechnungseinheit den Betrag des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle zu einer Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten allmählich, wobei der Leistungserzeugungspegel zu der Zeit eines Übergangs in dem Ausgangsbefehl, der in die Antriebssteuerungseinheit für den Zuführungsabschnitt des oxidierenden Gases eingegeben wird, angegeben ist. Zu einer Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten kann dementsprechend einer Änderung eines Zielwerts des Antriebszustands des Zuführungsabschnitts des oxidierenden Gases durch eine Änderung des tatsächlichen Antriebszustands genauer gefolgt werden. Es ist daher möglich, die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens einer übermäßigen Verringerung des Leistungserzeugungspegels hinsichtlich eines Zielwerts zu reduzieren, wenn der Leistungserzeugungspegel der Brennstoffzelle verringert wird, und die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens einer übermäßigen Erhöhung des Leistungserzeugungspegels hinsichtlich eines Zielwerts zu reduzieren, wenn der Leistungserzeugungspegel der Brennstoffzelle erhöht wird. Als ein Resultat können Möglichkeiten eines Auftretens einer Überentladung und einer Überladung der Sekundärbatterie selbst dann reduziert werden, wenn die Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu einer oberen Schwelle einer Leistungsentladung entladen wird, und wenn die Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu einer oberen Schwelle einer Leistungsladung geladen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Konfiguration des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im weiteren Detail zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Aufwärmungssteuerungsverarbeiten, das in dem Brennstoffzellensystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, zeigt.
4 zeigt Zustände während einer Ausführung eines Aufwärmungssteuerungsverarbeitens, das in 3 gezeigt ist.
4(a) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit eines berechneten Werts einer Leistung, die einem Brennstoffzellenstapel entnommen wird, der in einem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit angegeben ist, zeigt.
4(b) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit eines Leistungslade- und Entladepegels in der Sekundärbatterie zeigt.
5 zeigt Zustände während einer Ausführung eines Aufwärmungssteuerungsverarbeitens bei einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem.
5(a) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit eines berechneten Werts einer Leistung, die einem Brennstoffzellenstapel entnommen wird, der in einem Ausgangsbefehl von einer Leistungserzeugungsberechnungseinheit angegeben ist, zeigt.
5(b) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit des Leistungslade- und Entladepegels der Sekundärbatterie zeigt.
6(a) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit des Leistungslade- und Entladepegels einer Sekundärbatterie zeigt, wenn ein Zustand der Sekundärbatterie von einem Ladezustand zu einem Entladezustand, wie in 5(b) ist, gewechselt wird, wobei die Änderung unter Verwendung eines Zielwerts (in einer Strichpunktlinie) und eines tatsächlich gemessenen Werts (in einer durchgezogenen Linie) dargestellt ist.
6(b) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit der Drehungsfrequenz eines Luftverdichters zeigt, wobei die Änderung 6(a) entspricht und durch Bezugnahme auf einen Zielwert (in einer Strichpunktlinie) und eines tatsächlichen Werts (in einer durchgezogenen Linie dargestellt ist.
7(a) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit des Leistungslade- und Entladepegels einer Sekundärbatterie zeigt, wenn der Zustand der Sekundärbatterie von einem Ladezustand zu einem Entladezustand bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gewechselt wird, wobei die Änderung durch Bezugnahme auf einen Zielwert (in einer Strichpunktlinie) und einen tatsächlich gemessenen Wert (in einer durchgezogenen Linie) dargestellt ist.
7(b) ist ein Diagramm, das eine Umschaltzeit der Drehungsfrequenz eines Luftverdichters zeigt, wobei die Änderung 7(a) entspricht und durch Bezugnahme auf einen Zielwert (in einer Strichpunktlinie) und einen tatsächlich gemessenen Wert (in einer durchgezogenen Linie) dargestellt ist.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Aufwärmungssteuerungsverarbeiten, das in einem Brennstoffzellensystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, zeigt.
BESCHREIBUNG VON EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
[ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG]
Ausführungsbeispiele, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen, sind im Detail im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1–4 und 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt, und 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration des gleichen Ausführungsbeispiels zeigt.
Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient zur Verwendung durch Anbringen an einem Brennstoffzellenfahrzeug und weist einen Brennstoffzellenstapel 12 auf. Dieser Brennstoffzellenstapel 12 weist eine Brennstoffzellenlaminierungsstruktur auf, die durch Laminieren einer Mehrzahl von Brennstoffzellen gebildet ist, und weist ferner eine Stromsammlerplatte und eine Endplatte, die bei jedem der zwei Endabschnitte der Brennstoffzellenlaminierungsstruktur, die sich entlang der Laminierungsrichtung befinden, vorgesehen sind, auf. Die Brennstoffzellenlaminierungsstruktur, die Stromsammlerplatten und die Endplatten sind jeweils durch eine Verwendung von Komponenten, wie zum Beispiel Verbindungsstangen und Muttern, zusammengeklemmt. Eine Isolatorplatte kann zwischen der Stromsammlerplatte und der Endplatte vorgesehen sein.
Obwohl hierin keine detaillierte Ansicht von jeder Brennstoffzelle angegeben ist, kann jede Brennstoffzelle eine Membrananordnung, die durch Halten einer Elektrolytmembran zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode gebildet ist, und Trennelemente, die auf beiden Seiten der Anordnung vorgesehen sind, aufweisen. Wasserstoffgas, das als das Brennstoffgas dient, kann der Anodenelektrode zugeführt werden, während Luft, das als das oxidierende Gas dient, der Kathodenelektrode zugeführt werden kann. Wasserstoffionen, die bei der Anodenelektrode erzeugt werden, werden durch die Elektrolytmembran zu der Kathodenelektrode bewegt und einer elektrochemischen Reaktion mit Sauerstoff bei der Kathodenelektrode ausgesetzt, wodurch Wasser erzeugt wird. Elektronen werden ferner über eine äußere Schaltung von der Anodenelektrode zu der Kathodenelektrode bewegt, wodurch eine elektromotorische Kraft erzeugt wird.
Innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 ist ein innerer Kühlmittelweg (nicht gezeigt) nahe den Trennelementen vorgesehen. Durch Ermöglichen, dass Kühlwasser (das heißt ein Kühlmittel) in diesem inneren Kühlmittelweg strömt, wird, selbst wenn die Temperatur aufgrund einer Wärmeerzeugung, die die Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 12 begleitet, erhöht wird, eine übermäßige Temperaturerhöhung verhindert.
Um Luft (das heißt das oxidierende Gas) dem Brennstoffstapel 12 zuzuführen, ist ein Zuführungskanal 14 für ein oxidierendes Gas vorgesehen, und zusätzlich ist ein Luftverdichter 16, der als der Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas dient, stromaufwärts des Gases von dem Zuführungskanal 14 für das oxidierende Gas vorgesehen. Luft, die von Außenluft in den Luftverdichter 16 eingeführt wird, wird durch den Luftverdichter 16 unter Druck gesetzt und anschließend mittels eines Befeuchters (nicht gezeigt) befeuchtet. Der Luftverdichter 16 wird durch einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) angetrieben. Die Drehungsfrequenz des Antriebsmotors wird durch eine Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 (2), die in einem Steuerungsabschnitt 18, der als eine elektronische Steuerungseinheit (ECU; ECU = electronic control unit) oder dergleichen implementiert ist, vorgesehen ist, gesteuert. Die befeuchtete Luft wird einem Kanal, der sich auf der Seite der Kathodenelektrode innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 befindet, zugeführt.
Ein Luftabgas, das freigesetzt wird, nachdem die Luft dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wurde und der elektrochemischen Reaktion in jeder Brennstoffzelle ausgesetzt wurde, wird aus dem Brennstoffzellenstapel 12 durch einen auf das oxidierende Gas bezogenen Entladungsgaskanal 22 entladen. Bei einem Zwischenpunkt in dem auf das oxidierende Gas bezogenen Entladungsgaskanal 22 ist ein Druckanpassungsventil (nicht gezeigt) vorgesehen und wird derart gesteuert, dass der Zuführungsdruck der Luft, die zu dem Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird, mit einem geeigneten Druckwert gemäß dem Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels 12 übereinstimmt. Um diese Steuerung zu ermöglichen, wird ein Druckerfassungswert, der durch das Druckanpassungsventil erfasst wird, in den Steuerungsabschnitt 18 eingegeben.
Um ferner Wasserstoffgas (das heißt das Brennstoffgas) dem Brennstoffzellenstapel 12 zuzuführen, ist ein Brennstoffgaszuführungskanal 24 vorgesehen. Zusätzlich ist stromaufwärts von dem Gas des Brennstoffzellengaszuführungskanals 24 eine Wasserstoffgaszuführungsvorrichtung 26 vorgesehen, die als die Brennstoffgaszuführungsvorrichtung dient, die Vorrichtungen, wie zum Beispiel einen Hochdruckwasserstofftank und eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff über eine Reformierreaktion, aufweist. Wasserstoffgas, das von der Wasserstoffgaszuführungsvorrichtung 26 dem Brennstoffgaszuführungskanal 24 geliefert wird, wird über ein Druckreduzierventil 28 (das heißt ein Druckanpassungsventil) einem Kanal zugeführt, der sich auf der Seite der Anodenelektrode innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 befindet. Der Öffnungsgrad des Druckreduzierventils 28 wird durch Steuern einer Betätigungsvorrichtung 30 über den Steuerungsabschnitt 18 angepasst.
Ein Wasserstoff bezogenes Entladungsgas, das freigesetzt wird, nachdem das Wasserstoffgas dem Kanal auf der Seite der Anodenelektrode in dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wurde und der elektrochemischen Reaktion ausgesetzt wurde, wird aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entladen und über einen Brennstoffgaszirkulationsweg 32 zurück zu dem Brennstoffzellenstapel 12 rezirkuliert. Der Brennstoffgaszirkulationsweg 32 weist eine Wasserstoffgaszirkulationspumpe (nicht gezeigt) auf. Das Wasserstoff bezogene Entladungsgas wird einer Druckerhöhung unter Verwendung der Wasserstoffgaszirkulationspumpe ausgesetzt, anschließend mit Wasserstoffgas, das von der Wasserstoffgaszuführungsvorrichtung 26 eingeführt wird, kombiniert, und dann wiederum in den Brennstoffzellenstapel 12 eingeführt.
Ein Gas-Flüssigkeits-Trennelement (nicht gezeigt) ist innerhalb des Brennstoffgaszirkulationsweges 32 vorgesehen, und ein Stromaufwärtsende eines Brennstoffgas bezogenen Entladungswegs 34 ist mit dem Gas-Flüssigkeits-Trennelement verbunden. Der Brennstoffgas bezogene Entladungsweg 34 zweigt mit anderen Worten von dem Brennstoffgaszirkulationsweg 32 ab. Ein Teil des Wasserstoffbezogenen Entladungsgases, das zu dem Gas-Flüssigkeits-Trennelement geliefert wird, wird zusammen mit Feuchtigkeit, die in dem Gas-Flüssigkeits-Trennelement getrennt wird, in einen Verdünner (nicht gezeigt) durch den Brennstoffgas bezogenen Entladungsweg 34, der ein Spülventil 35 aufweist, kombiniert mit dem Luftabgas, das durch den auf das oxidierende Gas bezogenen Entladungsgaskanal 22 geliefert wird, eingeführt und, nachdem die Wasserstoffkonzentration gesenkt ist, ausgestoßen.
Bei einem Zwischenpunkt in dem Brennstoffgaszirkulationsweg 32 kann der auf das Brennstoffgas bezogene Entladungsweg 34 bei einem anderen Punkt abgezweigt sein als das Gas-Flüssigkeits-Trennelement, wie zum Beispiel bei einem Punkt zwischen dem Brennstoffzellenstapel 12 und dem Gas-Flüssigkeits-Trennelement, und ein Wasserstoff bezogenes Entladungsgas, das durch diesen auf das Brennstoffgas bezogenen Entladungsweg 34 geliefert wird, kann in den Verdünner eingeführt werden.
Für eine Zustandserfassung des Brennstoffzellenstapels 12 sind ein Stromsensor 36 zum Erfassen des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenstapels 12, ein Spannungssensor 38 zum Erfassen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 12 und ein Temperatursensor 40 zum Erfassen der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 vorgesehen. Wenn Leistung in dem Brennstoffzellenstapel 12 erzeugt wird, werden von den jeweiligen Sensoren 36, 38, 40 durch den Steuerungsabschnitt 18 Erfassungssignale gelesen. Basierend auf diesen Erfassungssignalen steuert der Steuerungsabschnitt 18 die Drehungsfrequenz der Drehungsachse (das heißt den Antriebszustand) des Luftverdichters 16, das Druckanpassungsventil, das bei einem Zwischenpunkt des auf das oxidierende Gas bezogenen Entladungsgaskanals 22 vorgesehen ist, das Druckreduzierventil 28 und dergleichen, die als die Zubehörvorrichtungen dienen, um einen Wasserstoffdruck und eine Strömungsrate und einen Luftdruck und eine Strömungsrate entsprechend einem Zielleistungserzeugungspegel zu erlangen.
Leistung, die in dem Brennstoffzellenstapel 12 erzeugt wird, wird einem Leistungsverteilungsabschnitt 42 zugeführt. Der Leistungsverteilungsabschnitt 42 wird durch den Steuerungsabschnitt 18 gesteuert, um die erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 einer Last 44 und den Zubehörvorrichtungen für deren Verbrauch zuzuführen, und um zu verursachen, dass eine Sekundärbatterie 46 ein Leistungsladen und -entladen durchführt, um Leistung wie notwendig zu entladen und diese entladene Leistung der Last 44 und den Zubehörvorrichtungen für deren Verbrauch zuzuführen. Der Leistungsverteilungsabschnitt 42 wird ferner durch den Steuerungsabschnitt 18 gesteuert, um die erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 der Sekundärbatterie 46 für deren Laden zuzuführen. Ein Ladungszustand (SOC; SOC = state of charge) und eine Temperatur der Sekundärbatterie 46 werden mittels eines Sekundärbatteriesensors 48 erfasst.
Die in 1 und 2 gezeigte Last 44 ist ein Fahrmotor, der für ein Fahrzeugfahren verwendet wird. Eine tatsächliche Last bei dem Brennstoffzellensystem 10 weist ferner einen Heizer 50 (1) auf, der den Brennstoffzellenstapel 12 und die Sekundärbatterie 46 heizen kann. Zubehörvorrichtungen weisen zusätzlich zu dem Luftverdichter 16 Vorrichtungen auf, die zum Verursachen notwendig sind, dass der Brennstoffzellenstapel 12 Leistung erzeugt, wie zum Beispiel eine Kühlwasserpumpe zum Zirkulieren des Kühlwassers in einem Kühlwasserweg zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 12, einen Radiatorkühllüfter, der in dem Kühlwasserweg vorgesehen ist, einen Wechselrichter, der in dem Leistungsverteilungsabschnitt 42 vorgesehen ist, und den Steuerungsabschnitt 18.
Der Steuerungsabschnitt 18 führt ein Steuerungsprogramm, das in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert ist, aus, um den Leistungserzeugungszustand des Brennstoffzellenstapels 12 zu steuern. Der Steuerungsabschnitt 18 steuert ferner den Leistungsverteilungsabschnitt 42, um die Leistung, die der Last 44 und den Zubehörvorrichtungen zugeführt wird, zu steuern. Der Steuerungsabschnitt 18 führt ferner das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten zu der Zeit eines Hochstartens des Brennstoffzellensystems 10 durch. Bei dem Aufwärmungssteuerungsverarbeiten führt der Steuerungsabschnitt 18 ein Steuerungsprogramm aus, derart, dass der Brennstoffzellenstapel 12 eine Leistung erzeugt, um sich selbst zu heizen, und die Sekundärbatterie 46 wiederholt eine Mehrzahl von Malen einen Lade- und Entladebetrieb, um sich selbst zu heizen, wodurch der Brennstoffzellenstapel 12 und die Sekundärbatterie 46 aufgewärmt werden. Als ein Resultat dieses Verarbeitens kann der Last 44 von dem Brennstoffzellenstapel 12 und der Sekundärbatterie 46 eine stabile Leistung zugeführt werden.
Bei dem Aufwärmungssteuerungsverarbeiten zu der Zeit eines Hochstartens des Brennstoffzellensystems 10 werden insbesondere der Brennstoffzellenstapel 12 und die Sekundärbatterie 46 durch abwechselndes Durchführen eines ersten Verarbeitens, das den Leistungsverteilungsabschnitt 42 steuert, um den Zubehörvorrichtungen und der Sekundärbatterie 46 eine erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 zuzuführen, und eines zweiten Verarbeitens, das den Leistungsverteilungsabschnitt 42 steuert, um eine erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 und eine entladene Leistung von der Sekundärbatterie 46 den Zubehörvorrichtungen zuzuführen, in dem Steuerungsabschnitt 18 aufgewärmt. Um dieses Aufwärmungssteuerungsverarbeiten durchzuführen, weist der Steuerungsabschnitt 18 eine Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52, die einen Leistungserzeugungspegel des Brennstoffstapels 12 basierend auf einem Pegel einer ladbaren Leistung und einem Pegel einer entladbaren Leistung (das heißt Pegel einer ladbaren/entladbaren Leistung) der Sekundärbatterie 46 berechnet, und die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 auf, die den Antriebszustand des Luftverdichters basierend auf dem berechneten Wert eines Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle, der in einem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 angegeben ist, steuert. Das im Vorhergehenden erwähnte Aufwärmungssteuerungsverarbeiten ist im Detail im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
3 ist ein Flussdiagramm, das das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten zum Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 12 und der Sekundärbatterie 46 zu der Zeit eines Hochstartens des Brennstoffzellensystems 10 zeigt, indem verursacht wird, dass der Brennstoffzellenstapel 12 eine Leistung erzeugt und indem ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie 46 wiederholt wird. Zu der Zeit eines Hochstartens des Brennstoffzellensystems 10 wird bei einem Schritt S1 zuerst eine Beurteilung bei jedem Verstreichen eines gegebenen Zeitintervalls vorgenommen, ob die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 gleich oder höher als eine gegebene Temperatur ist oder nicht. Bei dem Schritt S1 liest mit anderen Worten der Steuerungsabschnitt 18 (1 und 2) ein Erfassungssignal aus dem Temperatursensor 40 (2), um die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 zu bestimmen, und beurteilt, ob die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 gleich oder höher als die vorbestimmte gegebene Temperatur ist oder nicht. Bei dem Schritt S1 kann ferner bei einem Fall, bei dem eine ausreichende Zeit von einem Stopp einer Leistungserzeugung in dem Brennstoffzellenstapel 12 verstrichen ist, der Steuerungsabschnitt 18 anstatt des Erfassungssignals von dem Temperatursensor 40 ein Erfassungssignal von einem Außentemperatursensor (nicht gezeigt) lesen, um die Außentemperatur zu bestimmen, und beurteilen, ob die Außentemperatur gleich oder höher als eine vorbestimmte gegebene Temperatur ist oder nicht. Alternativ ist es ferner möglich, zu beurteilen, ob die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 gleich oder höher als eine gegebene Temperatur ist oder nicht, indem die Temperatur des Kühlwassers zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 12 erfasst wird.
Wenn bei dem Schritt S1 von 3 beurteilt wird, dass die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 oder die Außentemperatur gleich oder höher als eine gegebene Temperatur ist, ist ein Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 12 und der Sekundärbatterie 46 nicht notwendig. Bei diesem Fall wird dementsprechend bei einem Schritt S2 ein Wechsel zu dem Normalbetriebsmodus vorgenommen, und das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten beendet. Wenn andererseits beurteilt wird, dass die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 oder die Außentemperatur niedriger als die gegebene Temperatur ist, schreitet das Verarbeiten zu einem Schritt S3 fort.
Bei dem Schritt S3 liest der Steuerungsabschnitt 18 Erfassungssignale von dem Sekundärbatteriesensor 48 (2), um die Temperatur und den SOC (das heißt den Zustand) der Sekundärbatterie 46 zu erfassen. Bei einem Schritt S4 von 3 berechnet anschließend die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 (2) des Steuerungsab schnitts 18 basierend auf der erfassten Temperatur und von SOC-Werten der Sekundärbatterie 46 den Pegel einer ladbaren Leistung und den Pegel einer entladbaren Leistung (das heißt den Pegel einer ladbaren/entladbaren Leistung) der Sekundärbatterie 46. Die erfasste Temperatur und die SOC-Werte der Sekundärbatterie 46 werden verwendet, da der Pegel einer ladbaren/entladbaren Leistung der Sekundärbatterie 46 durch die Temperatur und den SOC beeinflusst wird.
Bei einem Schritt S5 von 3 berechnet anschließend die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 (2) einen Leistungsverbrauch A1 der Hochstartzubehörvorrichtungen (Bezug nehmend auf 4). Ein Leistungsverbrauch A1 der Hochstartzubehörvorrichtungen ist der Leistungsverbrauch durch die Zubehörvorrichtungen, der zum Verursachen erforderlich ist, dass der Brennstoffzellenstapel 12 eine Leistung erzeugt, die einen Pegel hat, der dem Pegel einer ladbaren Leistung der Sekundärbatterie 46 entspricht, der bei dem Schritt S4 erhalten wird. Ein Leistungsverbrauch A1 der Hochstartzubehörvorrichtungen wird beispielsweise unter Verwendung von Daten einer Abbildung, die die Beziehung zwischen dem Leistungspegel, der dem ladbaren Leistungspegel entspricht, und dem Leistungsverbrauch durch die Zubehörvorrichtungen zeigt, berechnet.
Bei einem Schritt S6 von 3 berechnet als Nächstes die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 basierend auf dem Leistungsverbrauch A1 der Hochstartzubehörvorrichtungen, der bei dem Schritt S5 berechnet wird, und dem Pegel einer ladbaren Leistung der Sekundärbatterie 46, der bei dem Schritt S4 berechnet wird, einen Wert A2 einer maximalen Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 (Bezug nehmend auf 4) entnommen wird, eine Dauer t₁ eines kontinuierlichen Entnehmens bei dem Wert A2 einer entnommenen maximalen Leistung (Bezug nehmend auf 4), einen Wert A3 einer minimalen Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommenen wird, der nicht größer als der Leistungsverbrauch A1 der Hochstartzubehörvorrichtungen (Bezug nehmend auf 4) ist, und eine Dauer t₂ eines kontinuierlichen Entnehmens bei dem Wert A3 einer entnommenen minimalen Leistung (Bezug nehmend auf 4). Eine Summe des Leistungsverbrauchs A1 der Hochstartzubehörvorrichtungen, der bei dem Schritt S5 von 3 berechnet wird, und des ladbaren Leistungspegels der Sekundärbatterie 46, der bei dem Schritt S4 berechnet wird, gleicht dem Wert A2 einer entnommenen maximalen Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommen wird.
Die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 (2) berechnet insbesondere, wie in 4(a) gezeigt ist, einen Übergangszeitraum t₃, der ein Zeitraum nach dem Entnehmen einer Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem maximalen Wert A2 für eine Dauer t₁ und vor dem Start eines Entnehmens einer Leistung von dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem minimalen Wert A3 ist, und einen Übergangszeitraum t₄, der ein Zeitraum nach einem Entnehmen einer Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem minimalen Wert A3 für eine Dauer t₂ und vor dem Start eines Entnehmens einer Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem maximalen Wert A2 ist. Wie in 4(a) gezeigt ist, gibt die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 einen Befehl zum anschließend an eine Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 mit dem maximalen Wert A2 entnommen wird, allmählichen Reduzieren des Entnahmepegels einer Leistung innerhalb des Übergangszeitraums t₃ mit einer konstanten Rate auf den minimalen Wert A3. Die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 gibt ferner einen Befehl zum anschließend an eine Leistungswiedergewinnung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem minimalen Wert A3 allmählichen Erhöhen des Wiedergewinnungspegels einer Leistung innerhalb eines Übergangszeitraums t₄ auf den maximalen Wert A2 aus. Ausgangsbefehle, die die Werte A2, A3 der Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommen wird, angeben, Dauern t₁, t₂ und Übergangszeiträume t₃, t₄, die in der Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 berechnet werden, werden in die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 (2) des Steuerungsabschnitts 18 eingegeben.
Gemäß den Ausgangsbefehlen berechnet die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 zuerst die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16, die zum Erlangen des Werts A2 einer entnommenen maximalen Leistung notwendig ist, und steuert den Luftverdichter 16, um sich bei der berechneten Drehungsfrequenz für eine Dauer t₁ zu drehen. Wenn mit anderen Worten bei einem Schritt S7 von 3 beurteilt wird, dass das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten bei dem Anfangspunkt desselben ist, steuert die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 derart, dass bei einem Schritt S8 eine Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem Wert A2 des Wiedergewinnens einer maximalen Leistung entnommen wird. Eine Wasserstoffgasströmungsrate und ein Druck, die der Luftströmungsrate und dem Druck, die bei dieser Drehungsfrequenz erlangt werden, entsprechen, werden zusätzlich in einer Druckreduzierventilsteuerungseinheit des Steuerungsabschnitts 18 berechnet, und der Öffnungsgrad des Druckreduzierventils 28 (2) wird dementsprechend auf einen vorbestimmten konstanten Grad gesteuert. Begleitend den vorhergehenden Betrieb wird ferner ein erstes Verarbeiten durch den Steuerungsabschnitt 18 durchgeführt, um den Leistungsverteilungsabschnitt 42 zu steuern, um neben der erzeugten Leistung eine Leistung zuzuführen, die dem ladbaren Leistungspegel der Sekundärbatterie 46, der bei dem Schritt S4 berechnet wird, entspricht, aus dem Brennstoffzellenstapel 12 (1) der Sekundärbatterie 46 zuzuführen, um die Sekundärbatterie 46 zu laden, und um ferner einen Teil der erzeugten Leistung den Zubehörvorrichtungen zuzuführen.
Bei einem Schritt S9 von 3 beurteilt als Nächstes der Steuerungsabschnitt 18, ob die Zeit, während der Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem maximalen Wert entnommen wird, eine Dauer t₁ (4) gedauert hat oder nicht. Wenn beurteilt wird, dass diese Entnahmezeit einer Leistung eine Dauer t₁ gedauert hat, führt anschließend bei einem Schritt S10 von 3 die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 eine Steuerung zum Reduzieren der Drehungsfrequenz des Luftverdichters derart durch, dass sich eine Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommen wird, mit einer konstanten Rate innerhalb eines Übergangszeitraums t₃ von dem maximalen Wert A2 zu dem minimalen Wert A3, wie in 4(a) gezeigt ist, verringert. Gemäß diesem Betrieb führt die Druckreduzierventilsteuerungseinheit eine Steuerung zum Reduzieren des Öffnungsgrads des Druckreduzierventils 28 innerhalb eines Übergangszeitraums t₃ durch. Begleitend diesen Betrieb wird, nachdem der Ladepegel der Sekundärbatterie 46 allmählich verringert wird, um Null zu erreichen, der Ladepegel der Sekundärbatterie 46 allmählich erhöht, und das zweite Verarbeiten wird durch den Steuerungsabschnitt 18 durchgeführt, um den Leistungsverteilungsabschnitt 42 zu steuern, um die erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 und die entladene Leistung von der Sekundär batterie 46 den Zubehörvorrichtungen, wie zum Beispiel dem Luftverdichter, zuzuführen.
Bei einem Schritt S11 von 3 steuert als Nächstes die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 derart, dass eine Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 bei dem Wert A3 einer entnommenen minimalen Leistung entnommen wird. Die Druckreduzierventilsteuerungseinheit in dem Steuerungsabschnitt 18 steuert zusätzlich den Öffnungsgrad des Druckreduzierventils 28 auf einen vorbestimmten konstanten Grad, der der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 entspricht. Begleitend diesen Betrieb steuert ferner der Steuerungsabschnitt 18 den Leistungsverteilungsabschnitt 42, um zu verursachen, dass die Sekundärbatterie 46 Leistung bei dem Pegel einer entladbaren Leistung, der bei dem Schritt S4 berechnet wird, entlädt und die entladene Leistung den Zubehörvorrichtungen zuführt.
Bei einem Schritt S12 von 3 beurteilt der Steuerungsabschnitt 18 als Nächstes, ob die Zeit, während der Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel 12 mit dem minimalen Wert A3 entnommen wird, eine Dauer t₂ gedauert hat oder nicht. Wenn beurteilt wird, dass diese Entnahmezeit einer Leistung eine Dauer t₂ gedauert hat, kehrt das Verarbeiten zu dem Schritt S1 zurück. An diesem Punkt wird eine Beurteilung vorgenommen, ob die Temperatur des Brennstoffstapels 12 oder die Außentemperatur gleich oder höher als eine gegebene Temperatur ist oder nicht, und das Verarbeiten wird, bis beurteilt wird, dass die gegebene Temperatur erreicht wurde und ein Wechsel zu dem normalen Betriebsmodus bei dem Schritt S2 vorgenommen wurde, von dem Schritt S3 bis zu dem Schritt S12 wiederholt. Während der Wiederholung schreitet das Verarbeiten von dem Schritt S7 zu dem Schritt S7a fort, da das Verarbeiten bereits die Dauern t₁, t₂ und den Übergangszeitraum t₃ durchlebt hat. Bei dem Schritt S7a führt die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 eine Steuerung zum Erhöhen der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 derart durch, dass sich eine Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommen wird, mit einer konstanten Rate innerhalb des Übergangszeitraums t₄ von dem minimalen Wert A3 zu dem maximalen Wert A2, wie in 4(a) gezeigt ist, erhöht. Gemäß diesem Betrieb führt die Druckreduzierventilsteuerungseinheit eine Steuerung zum Erhöhen des Öffnungsgrads des Druckreduzierventils 28 in nerhalb des Übergangszeitraums t₄ durch. Begleitend diesen Betrieb steuert ferner, wie in 4(b) gezeigt ist, nachdem der Entladepegel der Sekundärbatterie 46 allmählich verringert wird, um Null zu erreichen, der Steuerungsabschnitt 18 den Leistungsverteilungsabschnitt 42, um den Ladepegel der Sekundärbatterie 46 allmählich zu erhöhen.
Bei dem Aufwärmungssteuerungsverarbeiten, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, werden durch Verursachen, dass der Brennstoffzellenstapel 12 eine Leistung erzeugt, und durch Wiederholen des Lade- und Entladebetriebs der Sekundärbatterie 46 die Temperaturen des Brennstoffzellenstapels 12 und der Sekundärbatterie 46 allmählich erhöht, was in einem Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 12 und der Sekundärbatterie 46 resultiert. Zusammen mit der Erhöhung der Temperatur der Sekundärbatterie 46 erhöht sich der Wert A2 der maximalen Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommen wird, der in einem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 angegeben ist, wie in 4(a) gezeigt ist, da der Pegel einer ladbaren Leistung und der Pegel einer entladbaren Leistung der Sekundärbatterie 46 größer werden, wie es in 4(b) gezeigt ist.
Im Gegensatz zu dem im Vorhergehenden beschriebenen Aufwärmungssteuerungsverarbeiten des Brennstoffzellensystems 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde herkömmlicherweise ein Aufwärmungssteuerungsverarbeiten, wie in 5 und 6 gezeigt ist, ersonnen. Das heißt, herkömmlicherweise hat sich der Leistungserzeugungspegel, der in einem Ausgangsbefehl angegeben ist, der von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 (Bezug nehmend auf 2) in die Luftverdichterantriebssteuerungseinheit 20 eingegeben wird, über die Zeit zwischen dem maximalen Wert A2 und dem minimalen Wert A3 auf eine schrittweise Art und Weise, wie in 5(a) gezeigt ist, geändert. Herkömmlicherweise werden insbesondere bei einem Schritt, der dem Schritt S6 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, das in 3 gezeigt ist, entspricht, Berechnungen von Übergangszeiträumen t₃, t₄ nicht durchgeführt, und die Schritte S7, S7a und S10 werden weggelassen. Wenn der Leistungserzeugungspegel des Brennstoffzellenstapels 12 (Bezug nehmend auf 1 und 2), der in dem Ausgangsbefehl angegeben ist, über die Zeit auf eine schrittweise Art und Weise geändert wird, ändert sich auf eine im Wesentlichen schrittweise Art und Weise, wie in 5(b) gezeigt ist, ebenfalls der Lade- und Entladeleistungspegel der Sekundärbatterie 46 über die Zeit.
Wenn jedoch der Leistungserzeugungspegel des Brennstoffzellenstapels 12, der in dem Ausgangsbefehl angegeben ist, auf eine schrittweise Art und Weise geändert wird, kann die Drehungsfrequenz des Luftverdichters nicht auf eine Art und Weise geändert werden, die genau der Änderung in dem Ausgangsbefehl folgt. 6(b) zeigt eine Änderung der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 über der Zeit (Bezug nehmend auf 1 und 2), die auftritt, wenn der Leistungspegel, der in dem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 (Bezug nehmend auf 2) angegeben ist, auf eine schrittweise Art und Weise von dem maximalen Wert A2 zu dem minimalen Wert A3 abrupt verringert wird. In 6(b) gibt die Strichpunktlinie den Zieldrehungsfrequenzwert des Luftverdichters 16 an, während die durchgezogene Linie den tatsächlich gemessenen Drehungsfrequenzwert des Luftverdichters 16 angibt. Wie in 6(b) gezeigt ist, tritt, selbst wenn der Leistungserzeugungspegel, der in dem Ausgangsbefehl angegeben ist, auf eine schrittweise Art und Weise geändert wird, ein Zeitverzug in der Änderung der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 auf, was in einer allmählichen Verringerung der Drehungsfrequenz resultiert. Die Verringerungsrate der Drehungsfrequenz (das heißt die Rate, mit der sich die Drehungsfrequenz verringert) ist jedoch hoch, und es gibt eine Tendenz, dass ein Unterschwingen, bei dem ein tatsächlich gemessener Drehungsfrequenzwert des Luftverdichters 16 (der als eine durchgezogene Linie dargestellt ist) viel niedriger als der Zielwert (der als eine Strichpunktlinie dargestellt ist) wird, auftritt, wie es bei dem Abschnitt X in 6(b) gezeigt ist.
Unterdessen zeigt 6(a) eine Änderung, die 6(b) entspricht, des Leistungslade- und -entladepegels über der Zeit, wenn der Zustand der Sekundärbatterie 46 (Bezug nehmend auf 1 und 2) von einem Ladezustand zu einem Entladezustand gewechselt wird. In 6(a) gibt die Strichpunktlinie den Ziellade- und -entladewert der Sekundärbatterie 46 an, während die durchgezogene Linie den tatsächlich gemessenen Lade- und -entladewert der Batterie 46 angibt. Wie in 6(a) gezeigt ist, kann, wenn der Zustand der Sekundärbatterie 46 von einem Ladezustand zu einem Entladezustand gewechselt wird, begleitend das Auftreten des Unterschwingens der Drehungsfre quenz des Luftverdichters 16 ein Überschwingen (Abschnitt Y in 6(a)), bei dem der tatsächlich gemessene Entladewert der Sekundärbatterie 46 (der als eine durchgezogene Linie dargestellt ist) stark von dem Zielwert (der als eine Strichpunktlinie dargestellt ist) abweicht und eine obere Schwelle eines Entladepegels überschreitet, auftreten. Eine Überentladung kann mit anderen Worten in der Sekundärbatterie 46 auftreten.
Obwohl es nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, kann, wenn ferner die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 von einem vorbestimmten niedrigen Wert zu einem vorbestimmten hohen Wert zu erhöhen ist, ein Überschwingen auftreten, bei dem der tatsächlich gemessene Drehungsfrequenzwert des Luftverdichters 16 den Zielwert stark überschreitet, und der tatsächlich gemessene Ladewert der Sekundärbatterie 46 kann von dem Zielwert stark abweichen und eine obere Schwelle eines Ladepegels überschreiten, was möglicherweise in einer Überladung der Sekundärbatterie 46 resultiert. Es gibt eine Tendenz, dass eine Überentladung und eine Überladung der Sekundärbatterie 46 insbesondere auftreten, wenn die Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu der oberen Schwelle eines Entladepegels entladen wird, und wenn die Sekundärbatterie nahe auf einen Pegel nahe zu einer oberen Schwelle eines Ladepegels entladen wird.
Bei einem Fall, bei dem die Menge einer Änderung des Leistungserzeugungspegels des Brennstoffzellenstapels 12, der in einem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 angegeben ist, klein ist, kann es möglich sein, die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Unterschwingens und eines Überschwingens zu reduzieren, wenn die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 während einer Ausführung eines Aufwärmungssteuerungsverarbeitens bei einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem geändert wird. Sowie die Menge einer Änderung des Leistungserzeugungspegels des Brennstoffzellenstapels 12, der in dem Ausgangsbefehl angegeben ist, größer wird, gibt es jedoch eine Tendenz, dass ein Unterschwingen und ein Überschwingen auftreten, wenn die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 während einer Ausführung eines Aufwärmungssteuerungsverarbeitens eines herkömmlichen Brennstoffzellensystems geändert wird.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist zum Eliminieren von Unbequemlichkeiten ersonnen, die während einer Ausführung eines Aufwärmungssteuerungsverarbeitens bei einem solchen herkömmlichen Brennstoffzellensystem auftreten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, ändert die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 zu der Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten allmählich den berechneten Leistungserzeugungswert des Brennstoffzellenstapels 12; das heißt, zu der Zeit eines Übergangs einer Leistungswiedergewinnung von dem Brennstoffzellenstapel 12 zwischen dem Pegel A2 einer maximalen Leistungswiedergewinnung und dem Pegel A3 einer minimalen Leistungswiedergewinnung, wie in 4(a), die im Vorhergehenden erwähnt ist, gezeigt ist, ist der berechnete Leistungserzeugungswert in einem Ausgangsbefehl angegeben. Der Betrag des berechneten Werts wird mit anderen Worten entweder allmählich mit einer konstanten Rate verringert oder allmählich mit einer konstanten Rate erhöht. Selbst zu der Zeit eines Reduzierens der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 von einem vorbestimmten hohen Wert zu einem vorbestimmten niedrigen Wert während eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten kann dementsprechend einer Änderung eines Zielwerts der Drehungsfrequenz (das heißt des Antriebszustands) des Luftverdichters 16 durch eine Änderung der tatsächlichen Drehungsfrequenz genau gefolgt werden.
7(a) und 7(b) sind Diagramme zum Erläutern der Vorteile des vorliegenden Ausführungsbeispiels im weiteren Detail und zeigen durch Angeben von Zielwerten und tatsächlich gemessenen Werten eine Änderung des Leistungsentladepegels der Sekundärbatterie 46 und der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 über die Zeit. In 7(a) gibt die Strichpunktlinie den Zielentlade- und -ladewert der Sekundärbatterie 46 an, während die durchgezogene Linie den tatsächlich gemessenen Entlade- und Ladewert der Sekundärbatterie 46 angibt. In 7(b) gibt die Strichpunktlinie den Zieldrehungsfrequenzwert des Luftverdichters 16 an, während die durchgezogene Linie den tatsächlichen Drehungsfrequenzwert des Luftverdichters 16 angibt. Wie aus einem Vergleich zwischen den gemessenen Resultaten in 7(b) und 6(b) deutlich ist, wird bei dem Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels, das in 7(b) gezeigt ist, die Rate einer Änderung der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 über die Zeit reduziert.
Die Änderung der Drehungsfrequenz kann mit anderen Worten sanft vorgenommen werden. Bei dem in 7(b) gezeigten vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ferner einer Änderung des Zieldrehungsfrequenzwerts (der als eine Strichpunktlinie dargestellt ist) des Luftverdichters 16 durch eine Änderung der tatsächlichen Drehungsfrequenz (die als eine durchgezogene Linie dargestellt ist) genau gefolgt werden. Im Gegensatz zu dem in 6(b) gezeigten Fall ist es daher möglich, ein Auftreten eines Unterschwingens, bei dem der tatsächlich gemessene Drehungsfrequenzwert (der als eine durchgezogene Linie in 7(b) dargestellt ist) des Luftverdichters 16 wesentlich niedriger als der Zielwert (der als eine Strichpunktlinie in 7(b) dargestellt ist) wird, zu verhindern. Es versteht sich dementsprechend von selbst, dass es zu der Zeit eines Reduzierens des Leistungserzeugungspegels des Brennstoffzellenstapels 12 und eines Verursachens, dass die Sekundärbatterie 46 eine Leistung entlädt, möglich ist, die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Unterschwingens, bei dem der tatsächliche Leistungserzeugungspegel des Brennstoffzellenstapels 12 übermäßig niedriger als der Zielwert wird, zu reduzieren.
Als ein Resultat ist es, wenn der Zustand der Sekundärbatterie 46 von einem Ladezustand zu einem Entladezustand gewechselt wird, möglich, zu verhindern, dass der Entladewert (der als eine durchgezogene Linie in 7(a) dargestellt ist) der Sekundärbatterie 46 von dem Zielwert (der als eine Strichpunktlinie in 7(a) dargestellt ist) stark abweicht und eine obere Schwelle eines Entladepegels überschreitet, derart, dass ein Auftreten einer Überentladung der Sekundärbatterie 46 verhindert werden kann.
Obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist es ferner gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, wenn die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 von einem vorbestimmten niedrigen Wert zu einem vorbestimmten hohen Wert erhöht werden soll, ein Auftreten eines Überschwingens, bei dem der tatsächlich gemessene Drehungsfrequenzwert des Luftverdichters 16 den Zielwert stark überschreitet, zu verhindern, derart, dass verhindert werden kann, dass der tatsächlich gemessene Ladewert der Sekundärbatterie 46 stark von dem Zielwert abweicht und eine obere Schwelle eines Ladepegels überschreitet, wodurch ein Auftreten einer Überladung der Sekundär batterie 46 verhindert wird. Als ein Resultat können selbst zu der Zeit eines Entladens der Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu der oberen Schwelle eines Entladepegels und zu der Zeit eines Ladens der Sekundärbatterie zu einem Pegel nahe zu einer oberen Schwelle des Ladepegels Möglichkeiten eines Auftretens einer Überentladung und einer Überladung der Sekundärbatterie 46 reduziert werden.
Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es außerdem möglich, die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens einer Unterschwingung und einer Überschwingung zu der Zeit eines Änderns der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 zu reduzieren, selbst wenn die Menge einer Änderung des Leistungserzeugungspegels des Brennstoffzellenstapels 12, der in einem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 angegeben ist, groß ist. Dementsprechend können Möglichkeiten eines Auftretens einer Überentladung und einer Überladung der Sekundärbatterie 46 reduziert werden.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, das im Vorhergehenden erwähnt ist, kann bei dem Schritt S5 der berechnete Leistungsverbrauch A1 von Hochstartzubehörvorrichtungen als der Grundleistungsverbrauchswert der Hochstartzubehörvorrichtungen angewendet sein, und ein Wert, der durch Addieren eines Leistungsverbrauchs der Zubehörvorrichtungen zu dem Grundleistungsverbrauchswert von Hochstartzubehörvorrichtungen erhalten wird, kann als der korrigierte Leistungsverbrauchswert von Hochstartzubehörvorrichtungen berechnet werden. Bei dem Schritt S6 kann ferner eine Summe eines Pegels einer ladbaren Leistung der Sekundärbatterie 46, der bei dem Schritt S4 berechnet wird, und des korrigierten Leistungsverbrauchswerts der Hochstartzubehörvorrichtungen, der bei dem Schritt S5 berechnet wird, als der Wert A2 einer aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommenen maximalen Leistung berechnet werden.
Wenn der Wert A2 einer aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommenen maximalen Leistung auf diese Art und Weise unter Verwendung des korrigierten Leistungsverbrauchswerts von Hochstartzubehörvorrichtungen berechnet wird, da der korrigierte Leistungsverbrauchswert von Hochstarzubehörvorrichtungen höher als der minimal erforderliche Leistungsverbrauch zum Verursachen ist, dass der Brennstoffzellenstapel 12 Leistung erzeugt, kann der Ausgangswert der maximalen Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 auf einen höheren Wert als bei dem normalen Betriebsmodus eingestellt sein, um dadurch die Menge einer Leistung, die durch den Brennstoffzellenstapel 12 erzeugt wird, zu erhöhen, wodurch eine Erhöhung der Menge einer Hitze, die durch den Brennstoffstapel 12 erzeugt wird, ermöglicht wird.
Bei dem Steuerungsabschnitt 18 ist es zusätzlich zu der Steuerung zum Wiederholen des Ladens der Sekundärbatterie 46 und des Entladens aus der Sekundärbatterie 46 möglich, ferner eine Steuerung zum Zuführen von einer oder sowohl der erzeugten Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 als auch der entladenen Leistung von der Sekundärbatterie 46 zu dem Heizer 50 (1) und mittels einer Hitzeerzeugung durch den Heizer 50, ein Verbessern einer Aufwärmung des Brennstoffzellenstapels 12 und der Sekundärbatterie 46 durchzuführen.
[ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG]
8 ist ein Flussdiagramm, das 3 entspricht, und zeigt ein Aufwärmungssteuerungsverarbeiten zum Aufwärmen einer Sekundärbatterie zu der Zeit eines Hochstartens eines Brennstoffzellensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Fall des im Vorhergehenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels beurteilt bei dem Schritt S1 von 3 der Steuerungsabschnitt 18 (1 und 2), ob die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 (1 und 2) gleich oder höher als eine gegebene Temperatur ist oder nicht, und abhängig von dem beurteilten Resultat schreitet das Verarbeiten zu entweder einem Wechsel zu einem normalen Betrieb bei dem Schritt S2 (3) oder zu dem Aufwärmungssteuerungsverarbeiten von dem Schritt S3 (3) durch den Schritt S12 (3) fort. Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, ob zu einem normalen Betrieb zu wechseln ist oder mit dem Aufwärmungssteuerungsverarbeiten fortzuschreiten ist, abhängig davon ausgewählt, ob die erfasste Temperatur der Sekundärbatterie 46 (1 und 2) gleich oder höher als eine gegebene Temperatur ist oder nicht. Diese Prozedur ist im Folgenden im Detail erläutert. In der folgenden Erläuterung sind Elemente, die Abschnitte, die den beschrifteten Elementen in 1 und 2 entsprechen, bilden, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Wie in 8 gezeigt ist, liest bei dem vorlegenden Ausführungsbeispiel bei dem Hochstarten des Brennstoffzellensystems 10 bei dem Schritt S1a der Steuerungsabschnitt 18 bei jedem Verstreichen eines gegebenen Zeitintervalls ein Erfassungssignal von dem Sekundärbatteriesensor 48, um dadurch die Temperatur der Sekundärbatterie 46 zu bestimmen. Bei einem Schritt S1b beurteilt anschließend der Steuerungsabschnitt 18, ob die Temperatur der Sekundärbatterie gleich oder höher als eine gegebene Temperatur, die im Voraus willkürlich bestimmt wird, ist oder nicht. Bei dem Schritt S1a kann bei einem Fall, bei dem eine ausreichende Zeit von einem Stopp eines Betriebs des Brennstoffzellensystems 10 verstrichen ist, der Steuerungsabschnitt 18 anstatt des Erfassungssignals von dem Sekundärbatteriesensor 48 ein Erfassungssignal von einem Außentemperatursensor (nicht gezeigt) lesen, um die Außentemperatur zu bestimmen und zu beurteilen, ob die Außentemperatur gleich oder höher als eine vorbestimmte gegebene Temperatur ist oder nicht.
Wenn bei einem Schritt S1b von 8 beurteilt wird, dass die Temperatur der Sekundärbatterie 46 oder die Außentemperatur gleich oder höher als eine gegebene Temperatur ist, ist ein Aufwärmen der Sekundärbatterie 46 nicht notwendig. Bei diesem Fall wird bei dem Schritt S2 dementsprechend ein Wechsel zu dem normalen Betriebsmodus vorgenommen, und das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten wird beendet. Wenn andererseits beurteilt wird, dass die Temperatur der Sekundärbatterie 46 oder die Außentemperatur niedriger als die gegebene Temperatur ist, schreitet das Verarbeiten zu einem Schritt S3' fort.
Bei dem Schritt S3' liest der Steuerungsabschnitt 18 aus dem Sekundärbatteriesensor 48 ein Erfassungssignal, um nicht nur die Temperatur der Sekundärbatterie 46 sondern ferner den SOC der Sekundärbatterie 46 zu erfassen. Bei dem Schritt S4 bis zu dem Schritt S12 von 3 wird anschließend das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten ähnlich zu demselben bei dem im Vorhergehenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt, und das Verarbeiten kehrt zu dem Schritt S1a zurück.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ändert wie bei dem im Vorhergehenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Leistungserzeugungsberechnungseinheit 52 zu der Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten allmählich den berechneten Leistungserzeugungswert des Brennstoffzellenstapels 12; das heißt zu der Zeit eines Übergangs einer Leistung, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 entnommen wird, zwischen dem Pegel A2 einer entnommenen maximalen Leistung und dem Pegel A3 einer entnommenen minimalen Leistung, wie in 4(a), die im Vorhergehenden erwähnt ist, gezeigt ist, ist der berechnete Leistungserzeugungswert in einem Ausgangsbefehl angegeben. Der Betrag des berechneten Werts wird mit anderen Worten entweder allmählich mit einer konstanten Rate verringert oder allmählich mit einer konstanten Rate erhöht. Selbst zu der Zeit eines Reduzierens der Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 von einem vorbestimmten hohen Wert zu einem vorbestimmten niedrigen Wert, was während eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten (zum Steuern des Leistungsverteilungsabschnitts 42, um eine erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 den Zubehörvorrichtungen und der Sekundärbatterie 46 zuzuführen) und dem zweiten Verarbeiten (zum Steuern des Leistungsverteilungsabschnitts 42, um eine erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 und eine entladene Leistung der Sekundärbatterie 46 den Zubehörvorrichtungen zuzuführen) ist, kann einer Änderung eines Zielwerts einer Drehungsfrequenz (das heißt eines Antriebszustands) des Luftverdichters 16 durch eine Änderung der tatsächlichen Drehungsfrequenz genau gefolgt werden. Andererseits kann ferner, wenn die Drehungsfrequenz des Luftverdichters 16 von einem vorbestimmten niedrigen Wert zu einem vorbestimmten hohen Wert erhöht werden soll, einer Änderung eines Zielwerts einer Drehungsfrequenz (das heißt eines Antriebszustands) des Luftverdichters 16 ähnlich genau durch eine Änderung der tatsächlichen Drehungsfrequenz gefolgt werden. Als ein Resultat können selbst zu der Zeit eines Entladens der Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu der oberen Schwelle eines Entladepegels und zu der Zeit eines Ladens der Sekundärbatterie auf einen Pegel nahe zu einer oberen Schwelle eines Ladepegels Möglichkeiten eines Auftretens einer Überentladung und einer Überladung der Sekundärbatterie 46 reduziert werden. Angesichts dessen sind andere Konfigurationen und erreichte Effekte ähnlich zu denselben des ersten Ausführungsbeispiels, wobei Erläuterungen und Zeichnungen derselben nicht wiederholt sind.
Obwohl die vorhergehenden Ausführungsbeispiele durch Bezugnahme auf den Fall eines Durchführens eines Aufwärmungssteuerungsverarbeitens zu der Zeit eines Hochfahrens eines Brennstoffzellensystems 10 erläutert sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Fall begrenzt. Ein Verhalten der Sekundärbatterie 46 kann beispielsweise verschlechtert werden, wenn sich das Brennstoffzellensystem in einer Niedertemperaturumgebung in anderen Situationen als dem Hochstarten befindet, wie zum Beispiel, wenn die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 oder der Sekundärbatterie 46 niedriger als eine vorbestimmte Temperatur während des Fahrens oder Leerlaufens eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das das Brennstoffzellensystem 10 enthält, wird. Die vorliegende Erfindung kann auf eine Konfiguration zum Ausführen eines Aufwärmungssteuerungsverarbeitens, um die Sekundärbatterie 46 in solchen Fällen aufzuwärmen, angewendet sein. Es ist ferner möglich, die vorliegende Erfindung auf eine Konfiguration anzuwenden, bei der, wenn das zweite Verarbeiten des Aufwärmungssteuerungsverarbeitens durchgeführt wird, nicht verursacht wird, dass der Brennstoffzellenstapel 12 eine Leistung erzeugt, und lediglich die Leistung, die durch den Entladebetrieb der Sekundärbatterie 46 erhalten wird, mindestens einer der Zubehörvorrichtungen und der Last 44 (Bezug nehmend auf 1 und 2) zugeführt wird, um die Sekundärbatterie 46 aufzuwärmen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist bei einem Brennstoffzellensystem angewendet. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise bei einem Brennstoffzellensystem angewendet, das dadurch verwendet wird, dass dasselbe an einem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Brennstoffzellensystem
Ein Brennstoffzellensystem (10) wiederholt ein erstes Verarbeiten und ein zweites Verarbeiten, wenn das System gestartet wird. Bei dem ersten Verarbeiten steuert ein Steuerungsabschnitt (18) einen Verteilungsabschnitt (42) für eine elektrische Leistung, derart, dass eine elektrische Leistung, die durch einen Brennstoffzellenstapel (12) erzeugt wird, Zubehör und einer Sekundärbatterie (46) zugeführt wird. Bei dem zweiten Verarbeiten steuert der Steuerungsabschnitt (18) den Verteilungsabschnitt (42) für die elektrische Leistung, derart, dass eine elektrische Leistung, die durch den Brennstoffzellenstapel (12) erzeugt wird, und eine elektrische Leistung, die aus der Sekundärbatterie (46) entladen wird, dem Zubehör zugeführt werden. Eine Berechnungseinrichtung (52) für eine elektrische Leistung des Steuerungsabschnitts (18) berechnet eine Erzeugung einer elektrischen Leistung durch den Brennstoffzellenstapel (12) und gibt einen Ausgangsbefehl, der die elektrische Leistung darstellt, in eine Luftverdichter-Antriebs/Steuerungseinrichtung (20) ein. Die Berechnungseinrichtung (52) für die elektrische Leistung ändert zu der Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten den Betrag der Erzeugung einer elektrischen Leistung durch den Brennstoffzellenstapel (12), der durch den Ausgangsbefehl dargestellt ist, allmählich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-281219 A [0003, 0004]

Claims

Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle, die über eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem oxidierenden Gas eine elektrische Leistung erzeugt; einem Zuführungsabschnitt für ein oxidierendes Gas zum Zuführen des oxidierenden Gases zu der Brennstoffzelle; einer Sekundärbatterie, die ein Laden und Entladen einer elektrischen Leistung durchführt; einem Verteilungsabschnitt für eine elektrische Leistung, der eine elektrische Leistung, die durch die Brennstoffzelle erzeugt wird, einer Zubehörvorrichtung, die für eine Leistungserzeugung durch die Brennstoffzellen erforderlich ist, und der Sekundärbatterie für ein Laden derselben zuführt, oder eine elektrische Leistung, die durch die Sekundärbatterie entladen wird, mindestens entweder der Zubehörvorrichtung oder einer Last zuführt; und einem Steuerungsabschnitt, der ein Aufwärmungssteuerungsverarbeiten zum Aufwärmen der Sekundärbatterie durch abwechselndes Durchführen eines ersten Verarbeitens und eines zweiten Verarbeitens, das erste Verarbeiten zum Steuern des Verteilungsabschnitts für eine elektrische Leistung, um der Zubehörvorrichtung und der Sekundärbatterie eine elektrische Leistung der Brennstoffzelle zuzuführen, und das zweite Verarbeiten zum Steuern des Verteilungsabschnitts für eine elektrische Leistung durchführt, um mindestens entweder der Zubehörvorrichtung oder der Last mindestens eine entladene Leistung von der Sekundärbatterie zuzuführen; wobei der Steuerungsabschnitt eine Leistungserzeugungsberechnungseinheit, die, wenn das Aufwärmungssteuerungsverarbeiten durchgeführt wird, basierend auf einem Pegel einer ladbaren/entladbaren Leistung der Sekundärbatterie einen Leistungserzeugungspegel der Brennstoffzelle berechnet, und eine Antriebssteuerungseinheit für den Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas aufweist, die basierend auf dem berechneten Wert eines Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle, der in einem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit angegeben ist, einen Antriebszustand des Zuführungsabschnitts für das oxidierende Gas steuert; und die Leistungserzeugungsberechnungseinheit einen Betrag des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle zu einer Zeit eines Übergangs zwischen dem ersten Verarbeiten und dem zweiten Verarbeiten allmählich ändert, wobei der Leistungserzeugungspegel in dem Ausgangsbefehl, der in die Antriebssteuerungseinheit für den Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas eingegeben wird, angegeben ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei dem der Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas ein Luftverdichter ist, und die Antriebssteuerungseinheit für den Zuführungsabschnitt für das oxidierende Gas basierend auf dem berechneten Wert des Leistungserzeugungspegels der Brennstoffzelle, der in dem Ausgangsbefehl von der Leistungserzeugungsberechnungseinheit angegeben ist, eine Drehungsfrequenz des Luftverdichters steuert.