DE112007002583B4

DE112007002583B4 - Brennstoffzellensystem mit Defektermittlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112007002583B4
Application number: DE112007002583.2T
Authority: DE
Inventors: Norimasa Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: CN101529636A; KR101190170B1; JP5157126B2; CN101529636B; KR20090059169A; US8158297B2; US20100104905A1; WO2008053727A1; JP2008112701A; DE112007002583T5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit Brennstoffzellen, einem Versorgungsströmungspfad, der einem von einer Brennstoffversorgungsquelle zugeführten Brenngas gestattet, zu den Brennstoffzellen zu strömen, einer veränderlichen Gasversorgungsvorrichtung, die einen Gaszustand auf der stromauf gelegenen Seite des Versorgungsströmungspfads regelt und das geregelte Gas der stromab gelegenen Seite zuführt, einer ersten Steuervorrichtung, die die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung betätigt und steuert, einem Abgasströmungspfad, geeignet, ein Brennstoffabgas über ein Ablaßventil nach außen freizusetzen, das aus den Brennstoffzellen abgeführt wird, eine zweite Steuervorrichtung, die das Ablaßventil betätigt und steuert, und eine Defektermittlungsvorrichtung, die einen Defekt des Ablaßventils feststellt. Durch Verwendung einer Gasversorgungsbefehlsmenge für die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung stellt die Defektermittlungsvorrichtung einen Ventilöffnungsdefekt fest, durch den das Ablaßventil nicht aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand zurückkehrt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das in einem offenen Gasströmungspfad ein Abführventil zur Ableitung von durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle erzeugten Verunreinigungen besitzt.
Stand der Technik
Bisher wurde ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen und praktisch in Betrieb genommen, das eine Brennstoffzelle für den Empfang eines Reaktionsgases (ein Brenngas und ein Oxidationsgas) zur Leistungserzeugung einschließt. Überdies wurde in den letzten Jahren ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, bei dem eine veränderliche Gasversorgungsvorrichtung, wie ein mechanisch veränderlicher Regler oder ein Injektor, in einem Strömungspfad für die Versorgung mit Brenngas vorgesehen ist, um es einem Brenngas, das aus einer Brennstoffversorgungsquelle, wie einem Wasserstofftank, zugeführt wird, zu gestatten, zur Brennstoffzelle zu strömen, wodurch der Versorgungsdruck des Brenngases aus der Brennstoffversorgungsquelle entsprechend dem Betriebszustand des Systems verändert werden kann (siehe beispielsweise die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. JP 2005-302563 A ).
Das Dokument DE 10 2004 005 446 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem, bei dem ein tatsächlicher Wasserstoffverbrauch durch eine Änderung in den Werten des Füllstandes oder des Drucks/der Temperatur im Wasserstoff-Speichertank bestimmt wird. Weitere gattungsgemäße Brennstoffzellensysteme sind aus den Druckschriften DE 102 30 702 A1 , dem Brennstoffzellensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und JP 2005-310 550 A bekannt.
Offenbarung der Erfindung
In einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems und einem Kreislaufströmungspfad für ein Brennstoffabgas sammelt sich im Laufe der Zeit ein verunreinigtes Gas aus Stickstoff, Kohlenmonoxid oder dergleichen, oder ein durch die Leistungserzeugung erzeugter Wassergehalt aus dem System an. Deshalb wird zum Zwecke der Abführung des angesammelten Gas- oder Wassergehalts aus dem System eine Technologie (eine Spül- oder Reinigungstechnologie) vorgeschlagen, bei der ein Ablaßventil, wie ein Gasablaßventil oder ein Wasserablaßventil in einem Kreislaufströmungspfad (oder einem mit dem Kreislaufströmungspfad verbundenen Ableitungsströmungspfad) vorgesehen ist, und das Öffnen/Schließen dieses Ablaßventils gesteuert wird, um den Gas- oder Wassergehalt abzuleiten.
Jedoch bleibt in einem Zustand, in dem das Ablaßventil geöffnet ist, selbst wenn eine Steuerung zum Schließen des Ventils durchgeführt wird, das Ventil geöffnet und kann nicht geschlossen werden, weil sich beispielsweise Fremdkörper in diesem Ablaßventil festsetzen, und ein auf diese Weise erzeugter, sogenannter Ventilöffhungsdefekt kann eine Situation verursachen, in welcher ein durch die Brennstoffzelle im Kreislauf geführter Brennstoff unnötigerweise ausgeleitet wird, weshalb eine Technologie erforderlich ist, um den Ventilöffnungsdefekt am Ablaßventil während einer Aktion festzustellen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts einer solchen Situation entwickelt und eine Aufgabe davon ist es, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das in der Lage ist, einen Ventilöffnungsdefekt am Ablaßventil während einer Aktion festzustellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1. Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, das Brennstoffzellen umfaßt, sowie einen Versorgungsströmungspfad, der einem von einer Brennstoffversorgungsquelle zugeführten Brenngas gestattet, zu den Brennstoffzellen zu strömen, eine veränderliche Gasversorgungsvorrichtung, die einen Gaszustand auf der stromauf gelegenen Seite des Versorgungsströmungspfads regelt, um das geregelte Gas der stromab gelegenen Seite zuzuführen, eine erste Steuervorrichtung, die die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung betätigt und steuert, einen Abgasströmungspfad, der so gestaltet ist, daß er ein Brennstoffabgas über ein Ablaßventil nach außen freisetzt, das aus den Brennstoffzellen abgeführt wird, eine zweite Steuervorrichtung, die das Ablaßventil betätigt und steuert, und eine Defektermittlungsvorrichtung, die einen Defekt des Ablaßventils feststellt, wobei durch Verwendung einer Gasversorgungsbefehlsmenge für die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung die Defektermittlungsvorrichtung einen Ventilöffnungsdefekt feststellt, durch den das Ablaßventil nicht aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand zurückkehrt.
Gemäß einer solchen Konstruktion kann der Ventilöffnungsdefekt ohne irgendwelche Verzögerung während der Aktion festgestellt werden, weil der Ventilöffhungsdefekt des Ablaßventils durch Verwendung der Gasversorgungsbefehlsmenge für die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung ermittelt wird.
Beim Brennstoffzellensystem kann die Defektermittlungsvorrichtung den Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils auf der Basis einer Zunahmemenge der Gasversorgungsmenge Qinc = Qreq - (Qfc + Qcl) feststellen, wobei Qreq die Befehlsmenge der Gaszufuhr auf der Basis einer PI-(proportionalen/integralen)-Steuervorschrift für die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung ist, Qfc ein Brenngasverbrauch in den Brennstoffzellen ist und Qcl die Menge einer Querleckage zwischen der Seite eines Anodenpols und der Seite eines Kathodenpols in den Brennstoffzellen ist.
Außerdem kann beim Brennstoffzellensystem die Defektermittlungsvorrichtung den Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils in einem Falle feststellen, in dem ein Zustand, in dem die Zunahmemenge Qinc der Gasversorgungsmenge einen vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet, sich während einer vorgegebenen Zeitspanne fortsetzt.
Des weiteren kann beim Brennstoffzellensystem die zweite Steuervorrichtung die Öffnen/Schließen-Betätigungssteuerung des Ablaßventils mehrmals wiederholen, wenn die Defektermittlungsvorrichtung den Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils feststellt.
Gemäß dieser Konstruktion kann der Ventilöffnungsdefekt ohne Stoppen der Aktion behoben werden, wenn während der Aktion der Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils festgestellt wird.
Zudem kann beim Brennstoffzellensystem die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung ein öffnendes/schließendes Ventil der elektromagnetischen Bauart sein, in dem ein Ventilkörper direkt durch eine elektromagnetische Betätigungskraft während einer vorgegebenen Betätigungsperiode betätigt und von einem Ventilsitz abgehoben wird. In ähnlicher Weise kann das Ablaßventil ein öffnendes/schließendes Ventil der elektromagnetischen Bauart sein, in dem ein Ventilkörper direkt durch eine elektromagnetische Betätigungskraft während einer vorgegebenen Betätigungsperiode betätigt und von einem Ventilsitz abgehoben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils während der Aktion festgestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockschaltbild für die Erläuterung einer Steuerungsgestaltung des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems;
3 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung einer Behebungssteuerung für einen Ventilöffnungsfehler beim in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem; und
4 ein Zeitdiagramm für eine Stopp-Steuerung bei einem Ventilöffnungsfehler beim in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem.

Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem fahrzeuggestützten Leistungserzeugungssystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs (ein beweglicher Körper) angewandt ist, doch kann außer bei einem Brennstoffzellenfahrzeug das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem auf jeder Art von beweglichem Körper (ein Roboter, ein Schiff, ein Flugzeug oder dergleichen) angebracht werden. Überdies kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem bei einem stationären Leistungserzeugungssystem zum Gebrauch als Leistungserzeugungsausstattung für ein Bauwerk (eine Behausung, ein Gebäude oder ergleichen) verwendet werden.
Zunächst wird die Konstruktion des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, schließt das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Brennstoffzelle 10 ein, die mit einem Reaktionsgas (ein Oxidationsgas und ein Brenngas) versorgt wird, um Leistung zu erzeugen, ein Leitungssystem 2 für das Oxidationsgas, das der Brennstoffzelle 10 Luft als Oxidationsgas zuführt, ein Leitungssystem 3 für Wasserstoffgas, das der Brennstoffzelle 10 Wasserstoffgas als Brenngas zuführt, eine Steuervorrichtung 4 (eine erste Steuervorrichtung, eine zweite Steuervorrichtung und eine Fehlerermittlungsvorrichtung), die allgemein das ganze System steuert, und dergleichen.
Die Brennstoffzelle 10 besitzt eine stapelförmige Struktur, in der die erforderliche Anzahl von Zelleneinheiten für den Empfang des zugeführten Reaktionsgases zur Leistungserzeugung durch eine elektrochemische Reaktion geschichtet ist. Die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte Leistung wird einer Leistungssteuereinheit (PCU = power control unit) 11 zugeführt. Die PCU 11 schließt einen Inverter, einen Gleichspannungswandler und dergleichen ein, die zwischen der Brennstoffzelle 10 und einem Fahrmotor 12 angeordnet sind. Überdies ist an der Brennstoffzelle 10 ein Stromsensor 13 angebracht, der während der Leistungserzeugung einen Strom feststellt.
Das Leitungssystem 2 für das Oxidationsgas schließt einen Luftversorgungspfad 21 ein, um das von einem Befeuchter 20 befeuchtete Oxidationsgas (Luft) der Brennstoffzelle 10 zuzuführen, einen Luftableitungspfad 22, um ein aus der Brennstoffzelle 10 abgeführtes Oxidationsabgas dem Befeuchter 20 zuzuführen, und einen Abströmungspfad 23, um das Oxidationsabgas vom Befeuchter 20 nach außen abzuleiten. Der Luftversorgungspfad 21 ist mit einem Kompressor 24 versehen, der das Oxidationsgas der Atmosphäre entnimmt, um das Gas unter Druck dem Befeuchter 20 zuzuführen.
Das Leitungssystem 3 für Wasserstoffgas schließt einen Wasserstofftank 30 als eine Brennstoffversorgungsquelle ein, in der das Wasserstoffgas unter hohem Druck (z.B. 70 MPa) aufgenommen wird, einen Strömungspfad zur Wasserstoffversorgung (ein Versorgungsströmungspfad) 31 zur Zuführung des Wasserstoffgases vom Wasserstofftank 30 zur Brennstoffzelle 10, und einen Kreislaufströmungspfad (ein Abgasströmungspfad) 32 zur Rückführung eines aus der Brennstoffzelle 10 abgeführten Wasserstoffabgases zum Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs.
Es ist anzumerken, daß anstelle des Wasserstofftanks 30 ein Reformer als Brennstoffversorgungsquelle eingesetzt werden kann, der aus einem Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis ein wasserstoffreiches Reformgas bildet, und ein Hochdruck-Gastank, der das durch diesen Reformer gebildete Reformgas in einen Hochdruckzustand bringt, um den Druck zu akkumulieren. Alternativ kann ein Tank mit einer Wasserstoff einschließenden Legierung als Brennstoffversorgungsquelle benutzt werden.
Der Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs ist mit einem Absperrventil 33 versehen, das die Zuführung des Wasserstoffgases vom Wasserstofftank sperrt oder zuläßt, mit einem Druckregelventil 34, das den Druck des Wasserstoffgases regelt, und mit einem Injektor (einer veränderlichen Gasversorgungsvorrichtung) 35. Überdies sind auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors 35 ein erste Primärdruckfühler 41, und ein Temperaturfühler 42 vorgesehen, um Druck und Temperatur des Wasserstoffgases im Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs festzustellen.
Des weiteren sind stromab vom Injektor 35 und stromauf von einem Verbindungsstück zwischen dem Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs und dem Kreislaufströmungspfad 32 ein den Druck des Wasserstoffgases im Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs feststellender Sekundärdruckfühler 43 und ein Ablaßventil 44 vorgesehen, das sich öffnet, falls der Druck im Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs einen vorgegebenen Betriebsdruck erreicht.
Das Druckregelventil 34 ist eine Vorrichtung, die den Druck stromauf von ihr (Primärdruck) auf einen voreingestellten Sekundärdruck senkt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Druckregelventil 34 ein den Primärdruck senkendes mechanisches Druckminderventil verwendet. Als Konstruktion des mechanischen Druckminderventils kann eine bekannte Konstruktion benutzt werden, die ein Gehäuse aufweist, das mit einer Rückdruckkammer und einer Druckeinstellkammer versehen ist, die von einer Membran gebildet werden, wobei der Primärdruck durch den Rückdruck der Rückdruckkammer auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird, um den Sekundärdruck auszubilden.
Der Injektor 35 ist ein öffnendes und schließendes Ventil der elektromagnetisch betriebenen Bauart, in dem ein Ventilkörper durch eine elektromagnetische Antriebskraft während einer vorgegebenen Antriebsperiode direkt betätigt und von einem Ventilsitz abgehoben wird, wodurch ein Gasdurchfluß oder ein Gasdruck geregelt werden kann. Der Injektor 35 schließt einen Ventilsitz ein, der Düsenlöcher besitzt, die einen gasförmigen Brennstoff, wie das Wasserstoffgas, ausstoßen, und auch einen Düsenkörper, der den gasförmigen Brennstoff den Düsenlöchern zuführt und leitet, wobei der Ventilkörper in axialer Richtung (einer Gasströmungsrichtung) gegenüber diesem Düsenkörper beweglich und gehalten ist, um die Düsenlöcher zu öffnen und zu schließen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Ventilkörper des Injektors 35 durch ein Solenoid betätigt, das eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung ist, und diesem Solenoid wird ein impulsartiger Erregerstrom zugeleitet und es kann eingeschaltet und abgeschaltet werden, um den Öffnungsbereich eines jeden Düsenlochs in zwei Stufen, mehreren Stufen oder stufenlos zu schalten.
Es sollte beachtet werden, daß der Ventilkörper des Injektors 35 geöffnet oder geschlossen wird, um den Gasdurchfluß zu regeln, und der Druck des der stromab gelegenen Seite des Injektors 35 zuzuführenden Gases wird unter den Gasdruck auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors 35 abgesenkt, so daß der Injektor 35 als ein Druckeinstellventil (ein Druckminderventil, ein Regler) verstanden werden kann.
Überdies kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Injektor als ein veränderliches Druckeinstellventil verstanden werden, das befähigt ist, den Einstellbetrag (den Reduktionsbetrag) des Gasdrucks stromauf vom Injektor 35 derart zu verändern, daß der Druck einen geforderten Druck innerhalb eines dem Gasbedarf entsprechenden Druckbereichs erreicht.
Wie oben beschrieben, regelt der Injektor 35 einen Gaszustand (den Gasdurchfluß, eine Wasserstoffmolkonzentration oder den Gasdruck) auf der stromauf gelegenen Seite des Strömungspfads 31 für die Zuführung des Wasserstoffs, um das Gas der stromab gelegenen Seite zuzuführen, und der Injektor entspricht der veränderlichen Gasversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegende Erfindung.
E ist anzumerken, daß bei der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, der Injektor 35 stromauf von einem Verbindungsteil A1 zwischen dem Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs und dem Kreislaufströmungspfad 32 angeordnet ist. Außerdem kann, falls, wie in 1 in unterbrochenen Linien gezeigt, mehrere Wasserstofftanks 30 als Brennstoffversorgungsquellen verwendet werden, der Injektor 35 stromab von einem Teil (einem Wasserstoffgasverbindungsteil A2) angeordnet werden, bei dem von den Wasserstofftanks 30 zugeführte Wasserstoffgase vereinigt werden.
Der Kreislaufströmungspfad 32 ist mit einem Ableitungsströmungspfad (einem Abgasströmungspfad) 38 über eine Gas-Flüssigkeits-Scheidevorrichtung 36 und ein Gas/Wasser-Ablaßventil (ein Ablaßventil) 37 verbunden. Die Gas-Flüssigkeits-Scheidevorrichtung 36 sammelt einen Wassergehalt aus dem Wasserstoffabgas. Das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 tritt gemäß einem Befehl aus der Steuervorrichtung 4 in Tätigkeit, um den durch die Gas-Flüssigkeits-Scheidevorrichtung 36 gesammelten Wasserinhalt und das Verunreinigungen enthaltende Wasserstoffabgas im Abführströmungspfad 32 abzuführen (auszuspülen).
Insbesondere ist das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 eine elektromagnetisch betriebene Bauart eines sich öffnenden/schließenden Ventils, in dem ein Ventilkörper direkt von einer elektromagnetischen Kraft während einer vorgegebenen Betätigungsperiode betätigt und von einem Ventilsitz abgehoben wird. Der Ventilkörper des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 wird durch ein Solenoid betätigt, das eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung ist, und diesem Solenoid wird ein impulsartiger Erregerstrom zugeleitet und es kann eingeschaltet und abgeschaltet werden, um den Öffnungsbereich einer Gas/Wasser-Abführöffnung in zwei Stufen, mehreren Stufen oder stufenlos umzuschalten.
Überdies ist der Kreislaufströmungspfad 32 mit einer Wasserstoffpumpe 39 versehen, die das Wasserstoffabgas in den Kreislaufströmungspfad 32 drückt, um das Gas der Seite des Strömungspfads 31 für die Zuführung des Wasserstoffs zuzuleiten. Es ist zu beachten, daß das über das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 und den Ableitungsströmungspfad 38 abgeleitete Wasserstoffabgas durch einen Verdünner 40 verdünnt wird, um mit dem Oxidationsabgas im Abführströmungspfad 32 vereinigt zu werden.
Die Steuervorrichtung 4 stellt das Ausmaß der Betätigung einer im Fahrzeug vorgesehenen, die Beschleunigung beeinflussenden Vorrichtung (eines Fahrpedals oder dergleichen) fest und empfängt Steuerinformationen, wie einen gewünschten Beschleunigungswert (z.B. das Ausmaß der von einer Lastvorrichtung, etwa dem Fahrmotor 12, geforderten Leistungserzeugung) für die Steuerung der Aktionen der verschiedenen Einheiten des Systems.
Es ist zu beachten, daß die Lastvorrichtung gattungsmäßig eine Leistung verbrauchende Vorrichtung ist, die zusätzlich zum Fahrmotor 12 eine Hilfsvorrichtung (z.B. den Motor des Kompressors 24, der Wasserstoffpumpe 39, einer Kühlmittelpumpe oder dergleichen) einschließt, die für den Betrieb der Brennstoffzelle 10 erforderlich ist, sowie eine Betätigungsvorrichtung für jegliche Art von dem Fahren des Fahrzeugs zugeordneter Vorrichtung (ein Schaltgetriebe, eine Radsteuerungsvorrichtung, eine Lenkvorrichtung, eine Aufhängekonstruktion oder dergleichen), eine Klimaanlage für den Insassenbereich, eine Beleuchtungsanlage, eine Audioanlage, oder dergleichen.
Die Steuervorrichtung 4 wird von einem (nicht gezeigten) Computersystem gebildet. Ein solches Computersystem umfaßt eine CPU, ein ROM, ein RAM, ein Festplattenlaufwerk, eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, eine Anzeigevorrichtung (Display) und dergleichen, und die CPU liest jede Art von im ROM gespeichertem Steuerprogramm, um eine gewünschte Berechnung für die Ausführung der verschiedenen Verfahren und Steuerungen durchzuführen, wie eine Regelung oder die später beschriebene Steuerung der Reinigung oder Spülung.
Die Steuervorrichtung 4 berechnet, wie in 2 gezeigt, den Durchfluß (nachfolgend als „Wasserstoffverbrauch“ bezeichnet) des von der Brennstoffzelle 10 verbrauchten Wasserstoffs auf der Basis eines vom Stromsensor 13 ermittelten Stromwerts der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 (Funktion B1 zur Berechnung des Wasserstoffverbrauchs). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Wasserstoffverbrauch für jede Berechnungsperiode der Steuervorrichtung 4 durch Anwendung einer speziellen Berechnungsformel berechnet und aktualisiert, die eine Beziehung zwischen dem Stromwert der Leistungserzeugung und dem Wasserstoffverbrauch herstellt.
Überdies berechnet die Steuervorrichtung 4 einen Zieldruckwert des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden Wasserstoffgases im stromab vom Injektor 35 gelegenen Bereich auf der Basis des Stromwerts der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 (eine Funktion B2 zur Berechnung des Zieldruckwerts). Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Steuervorrichtung den Zieldruckwert für jede Berechnungsperiode der Steuervorrichtung 4 durch Verwendung einer speziellen Tafel, die die Beziehung zwischen dem Stromwert der Leistungserzeugung und dem Zieldruckwert anzeigt.
Des weiteren berechnet die Steuervorrichtung 4 eine Differenz zwischen dem berechneten Zieldruckwert und dem vom Druckfühler 43 ermittelten Druckwert (dem festgestellten Druckwert) im Bereich stromab vom Injektor 35 (eine Funktion B3 zur Berechnung der Druckdifferenz). Dann berechnet die Steuervorrichtung 4 zur Verringerung der Druckdifferenz einen P-Ausdruck (einen Proportionalausdruck) als Korrekturdurchfluß für die Regelung (eine Funktion B4 für die Berechnung des P-Ausdruck) und berechnet einen I-Ausdruck (einen Integralausdruck) (eine Funktion B5 zur Berechnung des I-Ausdrucks).
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Korrekturdurchfluß für die Regelung berechnet durch Anwendung einer PI-Steuerung mit Zielfortschreibung (target follow-up type PI control). Dann addiert die Steuervorrichtung 4 den obigen P-Ausdruck zu einem Wert, der durch die Addition des Wasserstoffverbrauchs und des Betrags einer in der Brennstoffzelle 10 erzeugten Querleckage erhalten wird, und multipliziert diesen addierten Wert mit dem obigen I-Ausdruck, um den Düsendurchfluß des Injektors 35 zu berechnen (Funktion B7 zur Berechnung des Düsendurchflusses).
Dabei kann die Steuervorrichtung einen Vorwärtskorrekturdurchfluß entsprechend einer Differenz zwischen dem vorab berechneten Zieldruckwert stromab vom Injektor 35 und dem aktuell berechneten Zieldruckwert berechnen (eine Funktion zur Berechnung eines Vorwärtskorrekturdurchflusses), kann diesen Vorwärtskorrekturdurchfluß zum oben addierten Wert addieren (= Wasserstoffverbrauch + Betrag der Querleckage + P-Ausdruck) und kann diesen addierten Wert mit dem obigen I-Ausdruck multiplizieren, um den Düsendurchfluß des Injektors 35 zu berechnen.
Der Vorwärtskorrekturdurchfluß in einem solchen Falle ist eine Schwankung des Wasserstoffgasdurchflusses aufgrund der Änderung des Zieldruckwerts (ein die Schwankung des Zieldrucks korrigierender Durchfluß) und für jede Berechnungsperiode der Steuervorrichtung 4 aktualisiert durch Benützung beispielsweise einer speziellen Berechnungsformel, die die Beziehung zwischen dem Zieldruckwert und dem Vorwärtskorrekturdurchfluß anzeigt.
Der Betrag der Querleckage ist die Menge des Wasserstoffgases, das durch einen Elektrolytfilm von einem Brenngasströmungspfad (der Seite des Anodenpols) in der Brennstoffzelle 10 zu einem Oxidationsgasströmungspfad (der Seite des Kathodenpols) übertragen wird, und wird auf der Basis des Druckwerts des Wasserstoffgases in dem stromab vom Injektor 35 gelegenen Bereich berechnet (der ermittelte Druckwert des Druckfühlers 43) (eine Funktion B6 zur Berechnung der Querleckage). Insbesondere wird der Betrag der Querleckage unter Benutzung einer speziellen Tafel berechnet, die eine Beziehung zwischen dem Druckwert des Wasserstoffgases im Bereich stromab vom Injektor 35 und dem Betrag der Querleckage anzeigt.
Andererseits berechnet die Steuervorrichtung 4 einen statischen Durchfluß im Bereich stromauf vom Injektor 35 aus der Basis eines Gaszustands im Bereich stromauf vom Injektor 35 (der vom Druckfühler 41 ermittelte Druck des Wasserstoffgases und die Temperatur des Wasserstoffgases ermittelt vom Temperaturfühler 42) (eine Funktion B8 zur Berechnung des statischen Durchflusses).Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der statische Durchfluß für jede Berechnungsperiode der Steuervorrichtung 4 durch den Gebrauch einer speziellen Berechnungsformel berechnet und aktualisiert, die die Beziehung zwischen dem Druck und der Temperatur des Wasserstoffgases auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors 35 und dem statischen Durchfluß anzeigt.
Die Steuervorrichtung 4 multipliziert die Betätigungsperiode des Injektors 25 mit einem Wert, der durch Division des Düsendurchflusses des Injektors 35 durch den statischen Durchfluß (eine Funktion B9 zur Berechnung der Betriebszeit), um die Basisausblaszeit des Injektors 35 zu berechnen (eine Funktion 10 zur Berechnung der Basisausblaszeit), und die Steuervorrichtung addiert eine später beschriebene falsche Ausblaszeit zur Basisausblaszeit, um die Gesamtausblaszeit des Injektors 35 zu berechnen (eine Funktion 12 zur Berechnung der Gesamtausblaszeit).
Diese Betätigungsperiode ist die Periode einer abgestuften (ein/aus) Wellenform, die den geöffneten Zustand/geschlossenen Zustand der Düsenlöcher des Injektors 35 anzeigt, und die Betätigungsperiode ist bei der vorliegenden Ausführungsform durch die Steuervorrichtung 4 auf einen konstanten Wert eingestellt.
Die falsche Ausblaszeit ist eine Zeitspanne, die von einem Zeitpunkt, zu dem der Injektor 35 ein Steuersignal von der Steuervorrichtung 4 empfängt, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Injektor tatsächlich das Ausblasen beginnt, benötigt wird, und die falsche Ausblaszeit wird für jede Berechnungsperiode der Steuervorrichtung 4 durch Verwendung einer speziellen Tafel berechnet und aktualisiert, die eine Beziehung zwischen dem Druck des Wasserstoffgases auf der stromauf gelegenen Seite des Injektors 35, der Basisausblaszeit des Injektors 35 und der falschen Ausblaszeit anzeigt (eine Funktion B11 zur Berechnung der falschen Ausblaszeit).
Dann gibt die Steuervorrichtung 4 das Steuersignal zur Realisierung der durch das obige Verfahren berechneten Gesamtausblaszeit des Injektors 35 aus, um eine Gasausblaszeit und einen Gasausblaszeitpunkt zu steuern und dadurch den Durchfluß und den Druck des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden Wasserstoffgases zu regeln.
Überdies führt die Steuervorrichtung 4 eine Regelung des Injektors 35 (die Steuerung der Gasausblaszeit und des Gasausblaszeitpunkts des Injektors 35, um es dem ermittelten Druckwert im stromab vom Injektor 35 gelegenen Bereich zu ermöglichen, einem vorgegebenen Zieldruckwert zu folgen) durch, und führt gleichzeitig die Spülungssteuerung (die Öffnen/Schließen-Steuerung des Gas/Wasser-Ablaßventils 37) durch, um den Wassergehalt und das Wasserstoffabgas aus dem Kreislaufströmungspfad 32 durch das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 nach außen abzuführen.
Durch diese Spülungssteuerung schätzt die Steuervorrichtung 4 die Gesamtmenge des über das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 abzuführenden Wasserstoffabgases ab. Überdies wird zur Abschätzung dieser Menge ein geschätzter Düsendurchflußwert Qinj des Injektors 35 benutzt, deshalb schätzt die Steuervorrichtung 4 als den geschätzten Durchflußwert Qinj des Injektors 35 einen Wert, der dadurch erhalten wird, daß der addierte Wert des Wasserstoffverbrauchs, der P-Ausdruck und die Menge der Querleckage einer vorgegebenen Einheitsumwandlung ausgesetzt werden (eine Funktion B21 zur Abschätzung des Durchflusses).
Überdies bleibt in einem Falle, in dem das durch diese Spülungssteuerung betätigte Gas/Wasser-Ablaßventil 37 aufgrund von beispielsweise in dieses Ablaßventil eingeklemmten Fremdkörpern geöffnet bleibt und nicht geschlossen werden kann, selbst wenn die Steuerung zum Schließen des geöffneten Gas/Wasser-Ablaßventils 37 ausgeführt wurde, und ein auf diese Weise erzeugter Ventilöffnungsdefekt verursacht das Problem, daß ein im Kreislauf über die Brennstoffzelle 10 zu führender Brennstoff (das Wasserstoffgas) unnötigerweise abgeleitet wird, so daß die Steuervorrichtung 4 das Vorhandensein des Ventilöffnungsdefekts während des Betriebs der Brennstoffzelle 10 anzeigt.
Insbesondere, wenn der durch die Funktion B7 zur Berechnung des Düsendurchflusses berechnete Düsendurchfluß des Injektors 35, das heißt eine Befehlsmenge der Gasversorgung basierend auf einer PI-Steuerregel für den Injektor 35 Qreq ist, ist der durch die Funktion B1 zur Berechnung des Wasserstoffverbrauchs berechnete Wasserstoffverbrauch, das heißt der Brennstoffverbrauch der Brennstoffzelle 10, Qfc, und die durch die Funktion B6 zur Berechnung der Querleckage berechnete Querleckagemenge von der Seite des Anodenpols zur Seite des Kathodenpols in der Brennstoffzelle 10 ist Qcl, und der Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 wird überwacht auf der Basis einer Zunahmemenge des Injektordurchflusses (eine Zunahmemenge der Gasversorgungsmenge) Qinc, die mittels einer Gleichung Qinc = Qreq - (Qfc + Qcl) durch eine Funktion B31 zur Berechnung der Zunahme des Düsendurchflusses berechnet wird.
Die Steuervorrichtung 4 beurteilt, daß der Ventilöffnungsdefekt im Gas/Wasser-Ablaßventil 37 verursacht wird (stellt den Ventilöffnungsdefekt fest), falls sich ein Zustand, in dem die Zunahmemenge Qinc einen vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet, während einer vorher festgelegten Zeitspanne überschreitet und die Steuervorrichtung die Öffnen/Schließen-Steuerung für das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 mehrmals wiederholt (eine Steuerung zur Aufhebung des Ventilöffnungsdefekts), um vom Zustand des Ventilöffnungsdefekts zum Normalzustand zurückzukehren.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme der 3 und 4 die Steuerung zur Aufhebung des Ventilöffnungsdefekts des Brennstoffzellensystems 1 beschrieben.
Im Zeitdiagramm der 3 zeigt (a) einen Normalzustand und einen defekten Zustand (der Ventilöffnungsdefekt) des Gas/Wasser-Ablaßventils 37. (b) zeigt den vom Sekundärdruckfühler 43 festgestellten Ausgangsdruck des Injektors 35, (c) zeigt die durch die Funktion B31 zur Berechnung der Zunahme des Düsendurchflusses berechnete Zunahmemenge des Injektordurchflusses und (d) zeigt ein einer fehlerhaften Zunahme des Injektordurchflusses zugeordnetes Flag, das anzeigt, daß beim Injektordurchfluß eine fehlerhafte Zunahme aufgetreten ist, das heißt, der Ventilöffnungsdefekt wird jeweils im Gas/Wasser-Ablaßventil 37 verursacht.
Zudem zeigt (a) im Zeitdiagramm der 4 das einer fehlerhaften Zunahme des Injektordurchflusses zugeordnete Flag in der gleichen Weise wie (d) in 3, (b) zeigt einen Öffnen/Schließen-Befehl der Steuervorrichtung 4 an das Gas/Wasser-Ablaßventil 37, (c) zeigt den durch den Sekundärdruckfühler 43 ermittelten Ausgangsdruck des Injektor 35 in gleicher Weise wie (b) in 3, (d) zeigt einen Betätigungsbefehl zur Wasserstoffleckageermittlung durch eine zwangsweise, intermittierende Aktion, (e) zeigt einen Diagnosecode, der anzeigt, daß beim Gas/Wasser-Ablaßventil 37 ein Ventilöffnungsdefekt aufgetreten ist, (f) zeigt einen Diagnosecode, der anzeigt, daß die fehlerhafte Zunahme beim Injektordurchfluß hervorgerufen wird und (g) zeigt die durch die Betätigung des Kompressors 24 mittels der Steuervorrichtung 4 jeweils gesteuerte minimale Oxidationsabgasmenge im Verdünner 40 (die minimale Luftmenge des Verdünners).
Die Steuervorrichtung 4 führt eine gewöhnliche Steuerung der Spülung von einem Zeitpunkt an aus, zu dem der Ventilöffnungsdefekt im Gas/Wasser-Ablaßventil 37 erzeugt wird (Zeitpunkt t1), bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Steuerung zur Aufhebung des Ventilöffnungsdefekts gestartet wird (Zeitpunkt t3). Die Steuervorrichtung 4 steuert das Öffnen des Gas/Wasser-Ablaßventil 37 durch die übliche Spülungssteuerung. Mit anderen Worten, die Steuervorrichtung schaltet einen Ventilöffnungsbefehl an das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 ein. Und weiter mit anderen Worten, die Steuervorrichtung gibt einen Befehl aus, das Solenoid mit einem Haltestrom für das geöffnete Ventil zu versorgen, der geeignet ist, den geöffneten Ventilzustand aufrechtzuerhalten, in dem der Ventilkörper durch die durch die Erregung des Solenoids erhaltene elektromagnetische Betätigungskraft vom Ventilsitz abgehoben ist, und die Vorrichtung steuert die Öffnung des Gas/Wasser-Ablaßventil 37 nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne. Mit anderen Worten, die Steuervorrichtung schaltet den Ventilöffnungsbefehl an das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 ab. Außerdem in anderen Worten, falls die Steuervorrichtung einen Befehl zum Sperren der Erregung des Solenoids ausgibt oder einen Befehl, dem Solenoid einen Strom zuzuleiten, der den vom Ventilsitz abgehobenen Zustand des Ventilkörpers durch die elektromagnetische Betätigungskraft nicht aufrechterhalten kann, und die Fremdkörper in das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 eindringen, um den Ventilöffnungsdefekt zu erzeugen, der das geöffnete Gas/Wasser-Ablaßventil 37 geöffnet hält und es selbst durch die Ventilschließsteuerung nicht geschlossen werden kann, steigt die durch die Funktion B31 zur Berechnung der Zunahme des Düsendurchflusses berechnete Zunahmemenge Qinc des Injektordurchflusses, wie in 3(c) gezeigt, weiter an.
Zu dieser Zeit überwacht die Steuervorrichtung 4 die Zunahmemenge Qinc des Injektordüsendurchflusses und falls der Ventilöffnungsdefekt im Gas/Wasser-Ablaßventil 37 auftritt und die Zunahmemenge Qinc des Injektordurchflusses. welche nicht zu einer normalen Zeit (Zeitpunkt t2) verursacht werden kann, einen vorgegebenen Feststellungsschwellenwert (der erste Schwellenwert) überschreitet, wartet die Steuervorrichtung auf den Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit T1 (zum Zeitpunkt t3). Dann urteilt die Steuervorrichtung 4, daß der Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors 35 entstanden ist, falls die auf das Überschreiten des Feststellungsschwellenwerts X1 durch die Zunahmemenge Qinc des Injektordüsendurchflusses folgende Wartezeit T1 abgelaufen ist, und die Steuervorrichtung stellt den in 3(d) gezeigten Zunahmefehler des Injektordüsendurchflusses von „AUS“ auf „EIN“.
Wenn das Flag für den Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors auf „EIN“ gesetzt wird, urteilt die Steuervorrichtung 4, daß der Ventilöffnungsdefekt im Gas/Wasser-Ablaßventil 37 verursacht wurde (Zeit t3) und führt die Öffnen/Schließen-Steuerung für die Beseitigung des Ventilöffhungsdefekts durch. Nachfolgend wird die Öffnen/Schließen-Steuerung unter Bezugnahme auf die Zeittafel in 4 beschrieben. Es ist anzumerken, daß in 4 der gleiche Teil wie in der Zeittafel in 3 mit den gleichen Symbolen bezeichnet ist.
Bei Feststellung des Ventilöffhungsdefekts des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 wiederholt die Steuervorrichtung 4 die Öffnen/Schließen-Steuerung des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 mit einer vorgegebenen Zahl von Wiederholungen, insbesondere dreimal, um den Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventil 37 zu beheben, wie in 4(b) gezeigt.
Das heißt, die Steuervorrichtung schaltet den Ventilöffnungsbefehl zur Steuerung der Öffnung des Gas/Wasser-Ablaßventil 37 ein (die Zeit t3), darauf schaltet sie den Ventilöffnungsbefehl aus, um das Schließen des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 zu steuern (Zeit t4), dann schaltet sie den Ventilöffnungsbefehl an das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 wieder ein (Zeit t5), schaltet anschließend den Ventilöffnungsbefehl an das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 ab (Zeit t6), schaltet den Ventilöffnungsbefehl an das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 wieder ein (Zeit t7) und schaltet dann den Ventilöffhungsbefehl an das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 ab (Zeit t8). Durch die Öffnen/Schließen-Steuerung zur Behebung dieses Ventilöffnungsdefekts wird das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 während einer vorgegebene Zeitspanne einer EIN/AUS-Steuerung unterworfen (z.B. der EIN/AUS-Steuerung mit einem Intervall von einer Sekunde).
Danach gibt die Steuervorrichtung 4, wie in 4(d) gezeigt, ein Signal „EIN“ als einen Betätigungsbefehl zur Feststellung einer Wasserstoffleckage durch eine zwangsweise, intermittierende Aktion aus (Zeit t9) und schließt den Injektor 35 und das Gas/Wasser-Ablaßventil 37. Demzufolge wird ein geschlossener Raum im Strömungspfad 31 für die Zuführung des Wasserstoffs und im Kreislaufströmungspfad 32 ausgebildet, der sich vom Injektor 35 zum Gas/Wasser-Ablaßventil 37 erstreckt und einen Gasströmungspfad in der Brennstoffzelle 10 einschließt, so daß die Steuervorrichtung 4 die Druckänderung (oder ein Änderungsverhältnis) in diesem geschlossenen Raum durch den Sekundärdruckfühler 43 überwacht.
Das heißt, daß, weil der Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 einer der Gründe für die Wasserstoffleckage aus dem geschlossenen Raum sein kann, die Steuervorrichtung 4 urteilt, daß der Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventil 37 selbst durch die Öffnen/Schließen-Steuerung nicht aufgehoben werden kann, falls der in 4(c) gezeigte Ausgangsdruck des Injektors 35 im Lauf der Zeit absinkt und wie in 4(e) gezeigt, die Steuervorrichtung den Diagnosecode für den Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 von „AUS“, das anzeigt, daß kein Hintergrund für einen Ventilöffnungsdefekt vorliegt, nach „EIN“ ändert, das einen solchen Hintergrund anzeigt (Zeit t10).
In einem solchen Falle wird gleichzeitig mit der Änderung (die Zeit t10), wie in 4(g) gezeigt, der Betrieb des Kompressors 24 gestoppt, um die minimale Oxidationsgasmenge im Verdünner 40 auf „0“ zu setzen, wodurch die Aktion der Brennstoffzelle 10 vollständig gestoppt wird. Überdies wird das Flag für den Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors von „EIN“ auf „AUS“ zurückgestellt.
Andererseits urteilt die Steuervorrichtung 4 in dem Falle, daß der in 4(c) gezeigte Ausgangsdruck des Injektors 35 sich selbst beim Ablauf der vorgegebenen Zeit nicht oder kaum ändert, daß der Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 durch die in 4(b) gezeigte Öffnen/Schließen-Steuerung aufgehoben ist. Weil jedoch die Entstehung des Zunahmefehlers beim Düsendurchfluß des Injektors 35, wie in 4(f) gezeigt, aus einem bestimmten Grund später bestätigt werden kann, wird der Diagnosecode für den Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors 35 von „AUS“, das anzeigt, daß kein Hintergrund für einen Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors 35 vorliegt, nach „EIN“ geändert, das einen solchen Hintergrund anzeigt (Zeit t10).
Gemäß dem Brennstoffzellensystem 1 der oben beschriebenen, gegenwärtigen Ausführungsform überwacht die Steuervorrichtung 4 den auf dem Zunahmebetrag Qinc des Düsendurchflusses des Injektors für eine vorgegebene Steuerungsperiode basierenden Ventilöffnungsdefekt, selbst im Falle der Entstehung eines Ventilöffnungsdefekts, bei dem das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 geöffnet bleibt und nicht geschlossen werden kann, weil sich beispielsweise Fremdkörper im Ventil befinden, so daß der Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 ohne irgend eine Verzögerung während der Aktion festgestellt werden kann.
Dann wird die Steuerung zur Behebung des Ventilöffnungsdefekts des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 durch mehrfache Wiederholung der Öffhen/Schließen-Steuerung durchgeführt, falls der Ventilöffnungsdefekt beim Gas/Wasser-Ablaßventil 37 auftritt, um den Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 zu beheben. Deshalb kann die Aktion des Brennstoffzellensystems 1, ohne die Aktion gegen den Willen des Anwenders zu stoppen, fortgesetzt werden, wenn der Ventilöffnungsdefekt durch diese Steuerung behoben wird.
Überdies ist es möglich, wenn der Diagnosecode für den Ventilöffnungsdefekt des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 oder der Diagnosecode für den Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors 35 „EIN“ ist und dann der Diagnosecode von der Steuervorrichtung 4 während der Wartung oder dergleichen gelesen wird, die Ursache eines Vorfalls, wie den Ventilöffnungsdefekt, der den Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors 35 verursacht, oder einen anderen, den Zunahmefehler beim Düsendurchfluß des Injektors verursachenden Faktor, zu bestätigen, so daß das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 schnell ausgetauscht oder repariert werden kann.
Es ist zu beachten, daß bei der obigen Ausführungsform als einem Beispiel, ein Fall beschrieben wurde, bei dem der Ventilöffnungsdefekt im Gas/Wasser-Ablaßventil 37 entsteht, und daß zur Behebung dieses Ventilöffnungsdefekts des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 die Steuerung zur Behebung des Ventilöffnungsdefekts durch mehrmalige Wiederholung der Öffnen/Schließen-Steuerung des Gas/Wasser-Ablaßventils 37 ausgeführt wird, gefolgt von der Stoppsteuerung für den Ventilöffhungsdefekt. Jedoch kann nach der Entstehung des Ventilöffnungsdefekts beim Gas/Wasser-Ablaßventil 37 die Öffnen/Schließen-Steuerung zum Stoppen des Defekts anstelle der Steuerung zur Behebung des Ventilöffnungsdefekts durchgeführt werden
Überdies wurde bei der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem das Gas/Wasser-Ablaßventil 37 zur Realisierung sowohl der Gasabführung als auch der Wasserabführung im Kreislaufströmungspfad 32 vorgesehen ist, obwohl ein Wasserablaßventil zur Abführung des durch die Gas-Flüssigkeits-Scheidevorrichtung 36 gesammelten Wassergehalts nach außen und ein Gasableitungsventil zur Abführung des Gases im Kreislaufströmungspfad 32 nach außen getrennt vorgesehen werden können und das Gasableitungsventil von der Steuervorrichtung 4 gesteuert werden kann.

Claims

Brennstoffzellensystem umfassend: Brennstoffzellen; einen Versorgungsströmungspfad, der geeignet ist, Brenngas von einer Brennstoffversorgungsquelle zu den Brennstoffzellen zuzuführen; eine veränderliche Gasversorgungsvorrichtung, die geeignet ist, einen Gaszustand des Versorgungsströmungspfads zu regeln; eine erste Steuervorrichtung, die geeignet ist, die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung zu betätigen und zu steuern; einen Abgasströmungspfad, der so gestaltet ist, daß er ein Brennstoffabgas der Brennstoffzellen über ein Ablaßventil nach außen freisetzt; und eine Defektermittlungsvorrichtung, die geeignet ist, einen Ventilöffnungs-Defekt des Ablaßventils festzustellen; dadurch gekennzeichnet ist, dass das Brennstoffzellensystem ferner umfaßt: eine zweite Steuervorrichtung, die geeignet ist, das Ablaßventil zu betätigen und zu steuern; wobei die Defektermittlungsvorrichtung geeignet ist, den Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils auf der Basis einer Zunahmemenge der Gasversorgungsmenge Qinc = Qreq - (Qfc + Qcl) festzustellen, wobei Qreq die Befehlsmenge der Gaszufuhr auf der Basis einer PI-(proportionalen/integralen)-Steuervorschrift für die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung ist, Qfc ein Brenngasverbrauch in den Brennstoffzellen ist, und Qcl die Menge einer Querleckage zwischen der Seite eines Anodenpols und der Seite eines Kathodenpols in den Brennstoffzellen ist; wobei die Befehlsmenge der Gaszufuhr Qreq ein Produkt aus einem I-Ausdruck und einer Summe ist, wobei die Summe eine Summe aus einem P-Ausdruck und dem Brenngasverbrauch Qfc und der Menge einer Querleckage Qcl ist; wobei der I-Ausdruck ein auf der Basis einer Differenz zwischen einem Ziel-Brennstoffgas-Druckwert und einem festgestellten Brennstoffgas-Druckwert berechneter Integralausdruck ist; wobei der P-Ausdruck ein auf der Basis der Differenz zwischen dem Ziel-Brennstoffgas-Druckwert und dem festgestellten Brennstoffgas-Druckwert berechneter Proportionalausdruck ist; wobei der Ziel-Brennstoffgas-Druckwert ein auf der Basis eines Stromwerts der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle berechneter Ziel-Druckwert des der Brennstoffzelle zuzuführenden Brennstoffgases im stromab von der veränderlichen Gasversorgungsvorrichtung gelegenen Bereich ist; und wobei der festgestellte Brennstoffgas-Druckwert ein festgestellter, durch einen Druckfühler ermittelter Druckwert des Brennstoffgases im stromab von der veränderlichen Gasversorgungsvorrichtung gelegenen Bereich ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem die Defektermittlungsvorrichtung geeignet ist, den Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils in einem Falle festzustellen, in dem der Zustand, in dem die Zunahmemenge Qinc der Gasversorgungsmenge einen vorgegebenen ersten Schwellenwert während einer vorgegebenen Zeitspanne überschreitet.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die zweite Steuervorrichtung geeignet ist, die Öffnen/Schließen-Betätigungssteuerung des Ablaßventils mehrmals zu wiederholen, wenn die Defektermittlungsvorrichtung den Ventilöffnungsdefekt des Ablaßventils feststellt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die veränderliche Gasversorgungsvorrichtung ein öffnendes/schließendes Ventil der elektromagnetischen Bauart ist, in dem ein Ventilkörper direkt durch eine elektromagnetische Betätigungskraft während einer vorgegebenen Betätigungsperiode betätigt und von einem Ventilsitz abgehoben wird.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Ablaßventil ein öffnendes/schließendes Ventil der elektromagnetischen Bauart ist, in dem ein Ventilkörper direkt durch eine elektromagnetische Betätigungskraft während einer vorgegebenen Betätigungsperiode betätigt und von einem Ventilsitz abgehoben wird.